Anspruchsvolle intelligente Membranarchitektur als Lösung für einen geometrisch und funktionalen adaptiven Raum


Diplomarbeit, 2009
94 Seiten, Note: 1,0

Leseprobe

INHALTSVERZEICHNIS

Vorwort

1 VISION, MISSION UND LEITLINIEN
1.1 Innovation und Weiterentwicklung
1.2 Kommunikation und Bildung
1.3 Erfahrung, Bildung und Reflektion
1.4 Anpassung und Flexibilität der Lebensgewohnheiten
1.5 Zusammenfassung

2 DEFINITION, BEGRÜNDUNG, QUALITÄTEN UND SCHWERPUNKTE
2.1 Textil- und Membranarchitektur
2.2 Gebäudetypologien, deren Konstruktionssysteme und architektonischen Elemente
2.3 Technologische Gründe
2.4 Umgebungsbedingungen
2.5 Ästhetische Gründe
2.6 Soziale und ökonomische Gründe
2.7 Thematische Zusammenführung und methodisches Vorgehen

3 DER QUALITATIVE, INTERAKTIVE UND ANPASSUNGSFÄHIGE RAUM
3.1 Terminologien und Dimensionen
3.2 Funktionsweise
3.3 Geometrische programmierbare Trag- und Versorgungsstruktur
3.4 Adaptive und funktionale Oberfläche
3.5 Sensibler und intelligenter Raum

4 FORMFINDUNGSPROZESS UND ÜBERPRÜFUNG
4.1 Parametrisches Computermodell
4.2 Parameter und die Beeinflussung durch den Kontext
4.3 Physische Modelle
4.4 Mock-up

5 SZENARIEN
5.1 Singuläre Einheiten
5.2 Einzelne Raumzelle
5.3 Vernetzte Zellstrukturen
5.4 Netzwerke

6 VERTIEFENDE TECHNOLOGISCHE UND GESELLSCHAFTLICHE STUDIEN
6.1 Kunstinstallation in der Tate Modern (London) und/oder dem MoMA (New York)
6.2 Erweiterung der Polarstation 'Neumeyer III' oder der Internationalen Raumstation [IRS]

7 ABKÜRZUNGEN UND WORTDEFINITIONEN
7.1 Abkürzungen
7.2 Wortdefinitionen

8 BIBLIOGRAPHIE

9 BILDVERZEICHNIS
9.1 Kapitel 1
9.2 Kapitel 2
9.3 Kapitel 3
9.4 Kapitel 4
9.5 Kapitel 5
9.6 Kapitel 6

10 FILMVERZEICHNIS

VORWORT

Im Rahmen meiner Studienarbeiten und Entwürfe am Institut für Leichtbau, Entwerfen und Konstruieren der Universität Stuttgart wurde von Herrn Prof. Dr. Werner Sobek angeregt, den Abschluss meines Studiums zu den Themen Leichtbau und textiles Bauen am Massachusetts Institute of Technology (MIT) durchzuführen. Mit den Erkenntnissen aus meinen Entwurfsarbeiten zeigte sich funktionales und ästhetisches Potential bei der Anwendung zukünftiger textiler Materialien im Bauwesen. Mit sogenannten “Intelligenten Membranen“ können beispielsweise neue Wege in den Bereichen Konstruktion, Energieversorgung und Kommunikation aufgezeigt werden. Ziel des Aufenthaltes war die Recherche und Zusammenfassung momentaner Entwicklungsstände zu potentiellen Technologien, die Ausarbeitung von Anwendungsbereichen in der Architektur, sowie die Herstellung eines Bezugs zu einem konkreten Entwurfsprojektes.

Als Gasthörer am Department of Architecture wurde ich dankenswerter Weise von Prof. Nader Tehrani aufgenommen und betreut. Der Praxisbezug, die offene Diskussion über aktuelle Fachthemen und die unkonventionelle Vernetzung waren grundlegend für einen schnellen Einstieg am Department of Architecture. Die qualifizierte Kommentierung zum methodischem Vorgehen, die Vermittlung von verwandten Projekten und die ständige Debatte über die gewonnenen Erkenntnisse förderten die Entwicklung des Projektes. Die interdisziplinär arbeitenden Institute des Massachusetts Institute of Technology (MIT) ermöglichten mir, die Thematik durch Vorstellungen und Diskussionen mit Kritiken vom Department of Material Science und dem MediaLab zu bereichern. Die zahlreichen Besprechungen, kontinuierlichen Diskussionen und hochwertigen Kritiken mit Prof. Nader Tehrani waren für das Projekt fördernd und motivierten darüber hinaus zum ständigen Nachdenken, Fortführen und Überprüfen der Arbeit. Hierfür mein besonderer Dank.

Recht herzlichen Dank an Prof. Dr. Werner Sobek für dessen Beratung und fachliche Betreuung während des Studiums, sowie für seine Unterstützung durch die der Aufenthalt am Massachusetts Institute of Technology ermöglicht wurde.

1 VISION, MISSION UND LEITLINIEN

Die Diskussion um den Einfluss des menschlichen Handelns auf das Klima zeigt die unmittelbare Einbettung in globale Entwicklungen und die Auswirkungen unseres Lebensstils auf das globale Ökosystem. Dieser Einfluss verändert lokale Ökosysteme und damit im extremsten Fall unsere Lebensgrundlagen. Um die Fehlentwicklungen auszumerzen und den Auswirkungen entgegenzutreten ist es notwendig unser Wissen über die Zusammenhänge auszuweiten und unser Agieren zu sensibilisieren. Bisherige Einflüsse lassen sich nicht revidieren und die daraus folgenden Veränderungen sind somit nur schwer zu korrigieren. Wir müssen unsere Lebensgewohnheiten an die Folgen anpassen und unseren zukünftigen Einfluss reduzieren. Nur auf diese Weise lassen sich auch langfristig unsere Lebensqualitäten weiter steigern .

Innovation und Weiterentwicklung, Kommunikation und Bildung, Anpassung und Flexibilität werden die Schlüsselfaktoren für eine moderne Gesellschaft sein. Diese Faktoren lassen sich auf vielen Ebenen identifizieren, verbessern und umsetzen. In der Architektur und Baukultur spielen sie jedoch so rudimentär zusammen und zeigen ihren Einfluss, wie in kaum einem anderen kulturwissenschaftlichen Bereich. Wie muss sich die Architektur demnach entwickeln, wo muss sie Visionen aufzeigen und wie Technologien vereinnahmen?

1.1 Innovation und Weiterentwicklung

Die fachliche Ausrichtung der Architektur wurde in den vergangenen Jahren zunehmend auf sogenannte nachhaltige Architektur gelenkt. Wenn man unter Nachhaltigkeit die Nutzung eines regenerativen Systems versteht, welches in seinen wesentlichen Eigenschaften erhalten bleibt, bedarf es jedoch eines weiterreichenderen Ansatzes. Es genügt nicht den Energieverbrauch während der zu erwartenden Lebensdauer zu reduzieren und umzustellen. Vielmehr muss das ökologische, ökonomische und soziale Erbe der Architektur insgesamt in Betracht gezogen, dessen Qualitäten gestärkt und die negativen Auswirkungen reduziert werden. Das beinhaltet neben einer sorgfältigen Auswahl verwendeter Materialien, der Konstruktion mit Material-, Struktur- und Systemleichtbau, der Wiederverwendung und sinnvollen Verwertung, vor allem auch die Erschaffung von qualitativ hochwertigem Lebensraum. Diesen Ansprüchen wird nur eine Architektur gerecht die sich an die Bedürfnisse der Nutzer, der Gesellschaft und der Umwelt anpasst. Innovation, Weiterentwicklungen und Anpassungsfähigkeit prägen somit Qualität, Charakteristik und Haptik einer sensiblen und interaktiven Architektur. Erhaltung und Konservierung, wie es die Nachhaltigkeit fordert, stehen ihr wie auch den evolutionären Methoden in der Natur kontrovers entgegen. Die Erhaltung und Konservierung von Zuständen als Methoden die Ziele des Klima- und Umweltschutzes zu erreichen, müssen daher umgehend überdacht werden. Durch die Schnelllebigkeit und Komplexität mit der Entwicklungen und Veränderungen in der heutigen Welt greifen, bedarf es einer schnelleren Anpassungsfähigkeit gerade auch von Bauwerken. Temporäre Bauten der Textil- und Membranarchitektur verkörpern dies schon heute auf eindrucksvolle Art und Weise. Der Bedarf an Forschung und Entwicklung bis zum breitgefächerten Einsatz ist allerdings noch groß, da gerade das Potential aus den Bereichen Informations- und Kommunikationstechnologie, die unsere Zeit dynamisiert haben, erst noch für die Architektur konkretisiert und umgesetzt werden müssen.1,2,3

Das Ende des 20. Jahrhunderts wurde durch die Anhäufung von Entwicklungen und Erkenntnissen der Informations- und Kommunikationstechnologie geformt. Die Forschungsinstitute auf der ganzen Welt arbeiten inzwischen an der nächsten Revolution. Chemie, Biologie und Gentechnologie bekunden ihre Relevanz und ihr Potential für die Innovationen der kommenden Jahrhunderte.4,5

Die Gesellschaft kann die Innovationen jedoch kaum so schnell aufnehmen wie Wissenschaft und Ingenieurwesen diese weiterentwickeln und anbieten. Es braucht Zeit bis die neuen Entwicklungen breite Anwendung finden und bis die Gesellschaft den Umgang mit ihnen erlernt. Die Differenz zwischen technologischer und theoretischer Komplexität und von Verständnis und Bedienerfreundlichkeit wird zum entscheidenden Integrationsfaktor. So lange hauptsächlich nur Experten durch entsprechendes Hintergrundwissen in ihrem Fachbereich die themenverwandten Innovationen anwenden können und die Verbreitung in vielfältige Anwendungsbereiche nur langsam vorankommt, können Innovationen nur teilweise ihre Stärken ausspielen.6,7

1.2 Kommunikation und Bildung

Die Computertechnologie ermöglicht die Verlagerung vieler Anwendungen in die Virtualität. Schnellere Verarbeitung, Revidierung von Fehlern und parallele Bearbeitung sind nur einige Vorteile elektronischer Datenverarbeitung, die somit unverzichtbare Komponente der heutigen administrativen Tätigkeiten ist. Durch den zunehmenden Einfluss der Informations- und Kommunikationstechnologie entstand die Aufteilung in virtuell dominierte und reale erlebte Anteile bei Arbeitsweisen, Kommunikationswegen, Unterhaltungsangeboten oder Freizeitaktivitäten. Um die Vorteile beider Möglichkeiten zu verknüpfen und die Verwendung zu konventionalisieren muss die Abgrenzung zwischen virtuellen und realen Bestandteilen unseres Lebens überwunden werden. Die inzwischen allgegenwärtige virtuelle Realität muss im realen Leben integriert und mit den Lebensgewohnheiten verflochten werden. Es wird notwendig die Schnittstellen zu virtuellen Komponenten unseres Lebens mit unserem Umfeld zu verschmelzen. Kommunikations- und Unterhaltungsmittel, die Ablage und der Zugang zu Information erreichen dadurch das gleiche Qualitätsniveau wie direktes soziales Zusammenleben, so dass der Umgang mit neuen Medien zum allgegenwärtigen Bestandteil des realen Lebens führt.8,9

Mit intuitiven und sensiblen Schnittstellen lassen sich die Vorteile und Möglichkeiten umfangreicher vermitteln und erlernen. Die Auslagerung und Erschaffung von Charakteren bei Internetplattformen wie "Second Life" oder "World of Warcraft", Netzwerkplattformen wie "Facebook" oder gruppendynamischen Prozessen wie "twitter" zeigen die Notwendigkeit des Auslebens virtueller Lebenskomponenten und die Ausweitung des Handlungsspielraumes in der virtuellen Realität. Die Integration in die reale Lebensumgebung fördert somit nicht nur den kritischen Umgang mit neuen Medien, sie steigert die Kompetenzen zu Gefahren sowie Risiken und verknüpft das virtuelle Leben wieder mit dem realen gesellschaftlichen Zusammenleben.10

1.3 Erfahrung, Bildung und Reflektion

Um einen beschleunigten Wandel der Lebensgewohnheiten zu erreichen, ist es notwendig eine Umgebung und einen Raum zu schaffen, der mit dem Benutzer interagiert, der ihm Rückmeldungen gibt und Erfahrungen vermittelt und der ihn dadurch kontinuierlich fordert und fördert. Diese smarte Umgebung wird dann zur schnelleren und weitläufigeren Reflektion über die Lebens- und Arbeitsgewohnheiten und deren Auswirkungen führen. Intelligentes Handeln wird somit von Anbeginn geschult und unterstützt.11

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten.

Abb. 1.1 Die vernetzte Gesellschaft

1.4 Anpassung und Flexibilität der Lebensgewohnheiten

Das Verhältnis des Menschen zu technologischen Innovationen wird sich in zwei gegensätzliche Richtungen entwickeln. Auf der einen Seite wird es die Assimilation von Technologien an den menschlichen Körper geben. Er entwickelt sich zum kybernetischen Organismus, der sinnesverstärkende Technologie sowohl auf wie unter der Haut trägt, um die Schnittstelle zur virtuellen und realen Welt so nah wie möglich an den Körper heranzuholen. Auf der anderen Seite wird es die Entledigung von Technologie mit direkter Verbindung zum Körper geben und eine Rückbesinnung auf dessen Fähigkeiten.10

Beide Wege werden ihre Vorteile in verschiedenen Nischen ausspielen können. Allerdings wird sich das momentane Verständnis von freier Persönlichkeit und selbstbestimmtem Leben in der Abgeschiedenheit und vom verknüpften, technokratisch gestützten Leben im dichten, urbanisierten Raum in einen Widerspruch umkehren. Dichtbesiedelte und urbane Räume werden in der Lage sein raumbildende Elemente als veränderbare Trennschicht mit integrierten Bedienungsschnittstellen des ‚smarten Raumes zu nutzen. Die Bandbreite der optischen Datenübertragung und die allgegenwärtigen Schnittstellen des umgebenden sensiblen und intelligenten Raumes werden die Städte zu Hotspots und zu Zentren des realvirtuellen Lebens machen.

Neue intelligente Kleidung die mit Technologien die Sinne unterstützt wird hingegen den Menschen in der Abgeschiedenheit unterstützen und mit dem Rest der Welt verbinden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten.

Abb. 1.2 Erfahrung und Rückkopplung

1.5 Zusammenfassung

Die technologischen und theoretischen Innovationen bedürfen einer breiteren gesellschaftlichen Integration und Akzeptanz. Die Unterschiede zwischen Wissenschaft und Gesellschaft müssen wieder verkleinert und das Wissen über die Anwendungen erweitert werden. Die Skepsis und das Frustrationspotential neuer Anwendungen kann nur überwunden werden, wenn vertrauensbildende Maßnahmen und bedienerfreundlichere Schnittstellen zunehmend Verwendung finden.

Dies zeigt die Notwendigkeit für den Wandel der umgebenden Räume in eine vernetzte, intelligente und transparente Plattform, die durch das Potential der Integration über neue Technologien verfügt und den Benutzer schrittweise bei Innovationen, Veränderungen und Anpassungen begleitet. Das System fungiert dabei als Abgrenzung und raumbildendes Element, sowie als Träger von Speicher, System- und Bedienungsschnittstellen, als auch für Inhalte, Informationen und Anwendungen. Das System analysiert und bewerten die Umgebungsbedingungen und nutzerspezifischen Ansprüche, passt den Raum den Einflussfaktoren an und stellt den Zugang zum Wissen und den Aktivitäten der vernetzten Gesellschaft her.

Kontext und Inhalt ersetzen dabei Dogmen und Formalitäten und führen zu beeinflussender, interagierender Architektur und zu dynamischen, anpassungsfähigen Räumen. Die Qualität der Architektur wird somit auf Umweltbedingungen, soziale und ökonomische Gegebenheiten und den jeweiligen Nutzer unmittelbar anpassbar.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten.

Abb. 1.3 Kybernetischer Organismus als Folge technologischen Fortschritts

Diese Plattform wird somit zu einer schnelleren und unkonventionelleren Anpassung des Lebensstils, einer Veränderung der Lebensgewohnheiten und einer Neubewertung von technischen und gesellschaftlichen Innovationen führen. Interdisziplinärer und interkultureller Austausch von Wissen und Erfahrungen sind dazu allerdings ein unerlässlicher erster Schritt. Im folgenden Kapitel sollen Qualitäten, Gründe und Schwerpunkte der einzelnen Teilbereiche aufgezeigt werden, um die Tragweite für eine positive Entwicklung zu verdeutlichen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten.

Abb. 1.4 Interaktion mit der Umgebung und die Reaktion von Räumen [vgl. Animation 1.1]

2 DEFINITION, BEGRÜNDUNG, QUALITÄTEN UND SCHWERPUNKTE

2.1 Textil- und Membranarchitektur

Die Verwendung von Textilien und Membranen hat in der Architektur eine lange Geschichte. Ausgehend von prähistorischen Nomadenvölkern und ihren Zeltkonstruktionen, über Verschattungen und Wände im Altertum, Gottfried Sempers Herleitung der Ursprünge von Architektur und die Auseinandersetzung mit Oper- und Theaterarchitektur, bis hin zu zeitgenössischer Verwendung als Verschattung, Dach- und Fassadenhülle für Stadien und in öffentlichen Räumen, die durch das Werk von Buckminster Fuller und Frei Otto populär wurden.12,13

Der vielseitig verwendete Begriff textiler und membraner Architektur lässt sich mit den Terminologien zugbeanspruchte Konstruktionen, pneumatischen Konstruktionen und nicht tragende Anwendungen näher beschreiben.

Zugbeanspruchte Konstruktionen zeichnen sich durch Zugkräfte in Stoffen und Seilen, sowie Druckkräften in Stäben aus. Drehmomente werden dabei in Konstruktionssysteme überführt, die nur Zug oder Druck in ihren Bauteilen aufnehmen können. Weit verbreitet ist die Verwendung von beschichtetem Glasfasergewebe, Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE) Folien und Edelstahlseilen. Typologien bei denen hauptsächlich zugbeanspruchte Konstruktionen angewandt werden sind Brücken, große Überdachungen von Stadien und öffentlichen Räumen sowie Bauwerke für den Transportsektor.12,14

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten.

Abb. 2.1 Zugbeanspruchte Konstruktionen

Pneumatische Konstruktionen zeichnen sich durch luftdruckstabilisierte Bauteile aus. Der Überdruck induziert Zugkräfte im Stoff oder der Membran und ermöglicht so die Stabilisierung des Systems. Weit verbreitet ist die Verwendung von ETFE Folien. Mögliche Anwendungen erstrecken sich von Kuppeldächern mit niederen Druckdifferenzen bis hin zu Fassaden, Dach- oder Verschattungselementen mit hohen Druckdifferenzen, die am meisten in öffentlichen Gebäuden und im Industriebau verwendet werden.12

Die nicht tragenden Anwendungen fassen die Verwendung von Abschirmungen, Vorhängen und Abdeckungen in der Innenarchitektur, die Verwendung von Textilien als Kulisse in Theater und Opernhäusern und charakteristische Muster, Ornamente und Verzierungen, die aus den Eigenschaften der Textilien und Membranen, sowie deren Verarbeitung resultieren, zusammen.15

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten.

Abb. 2.2 Pneumatische Konstruktionen

Durch die bautypologischen, konstruktionssystematischen und architekturelementaren Untersuchungen wird gezeigt, dass Textilien und Membranen nur für einige wenige Gebäudetypologien und bei spezialisierten Anwendungen in der Architektur Verwendung finden. Es handelt sich immer noch um ein Nischenprodukt, welches sich in der breiten Anwendung noch nicht etabliert hat. Der alltägliche Umgang mit Textilen und Membranen als Bekleidung und die wenig beachtete Verwendung als Polsterung, Abdeckung und Vorhang im Innenbereich, impliziert eine breite Akzeptanz und Nachfrage nach weicher, komfortabler und veränderbarer Umgebung.16

Wird es möglich die Verwendung von Textilien und Membranen in der Architektur auszuweiten und für verschiedene Typologien zu verwenden? Gibt es überhaupt schwerwiegende Gründe, die die Notwendigkeit aufzeigen das Thema textile Architektur zu behandeln?

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten.

Abb. 2.3 Weitere Anwendungen Durch die bautypologischen, konstruktions

2.2 Gebäudetypologien, deren Konstruktionssysteme und architektonischen Elemente

Abb. 2.4 Gewerbliche Nutzung - Bürogebäude

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Abb. 2.5 Gewerbliche Nutzung - Kongresszentren

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Abb. 2.6 Gewerbliche Nutzung - Hotels

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Abb. 2.7 Gewerbliche Nutzung - Freizeit und Sport

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Abb. 2.8 Gewerbliche Nutzung - Einkaufszentren

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Abb. 2.9 Wohnen - Apartments und Wohnungen

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Abb. 2.10 Wohnen - Stadthäuser

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Abb. 2.11 Wohnen - Einfamilienhäuser

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Abb. 2.12 Wohnen - Villen

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Abb. 2.13 Wohnen - Temporäre Gebäude

[...]


1 Lesch, H. in Abenteuer Forschung Vol. 1 (Zweites Deutsches Fernsehen, 2008).

2 De Botton, A. The architecture of happiness. 1st American edn, (Pantheon Books, 2006).

3 Nocera, D. J. in Masdar City (MIT - Cambridge, 2008).

4 Shi, D. Introduction to biomaterials. (Tsinghua University Press ; World Scientific, 2006).

5 Shi, D. Functional thin films and functional materials : new concepts and technologies. (Springer : Tsinghua University Press, 2003).

6 Maeda, J. The laws of simplicity. (MIT Press, 2006).

7 Trasi, N. AD : interdisciplinary architecture. (Wiley-Academy, 2001).

8 Mitchell, W. J. City of bits : space, place, and the infobahn. (MIT Press, 1995).

9 Mitchell, W. J. E-topia : "urban life, Jim--but not as we know it". (MIT Press, 1999).

10 Mitchell, W. J. Me++ : The Cyborg Self and the Networked City. (MIT PRESS, 2003).

11 Ullmer, B. A. & Massachusetts Institute of Technology. Dept. of Architectu Arts and Sciences. Tangible interfaces for manipulating aggregates of digital information, (2002).

12 Koch, K.-M. & Forster, B. Bauen mit Membranen der innovative Werkstoff in der Architektur. (Prestel, 2004).

13 Fuller, R. B., Krausse, J. & Lichtenstein, C. Your private sky : discourse. (Lars Müller ; Museum of Design, 2001).

14 Beylerian, G. M., Dent, A., Quinn, B. & ConneXion, M. Ultra Materials innovative Materialien verändern die Welt. (Prestel, 2007).

15 Quinn, B. The fashion of architecture. (Berg, 2003).

16 Hodge, B. & Mears, P. Skin and bones : parallel practices in fashion and architecture. (Thames & Hudson, 2006).

Ende der Leseprobe aus 94 Seiten

Details

Titel
Anspruchsvolle intelligente Membranarchitektur als Lösung für einen geometrisch und funktionalen adaptiven Raum
Hochschule
Universität Stuttgart  (Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren / Massachusetts Institute of Technology, Department of Architectural Design)
Veranstaltung
Diplomarbeit - Architektur und Stadtplanung
Note
1,0
Autor
Jahr
2009
Seiten
94
Katalognummer
V287204
ISBN (eBook)
9783656875284
ISBN (Buch)
9783656875291
Dateigröße
6169 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Membranarchitektur, Architektur, Gewebe, Textil, Adaptivität, Anpassungsfähigkeit, Smart Home, Raum
Arbeit zitieren
Fabian Christopher Schmid (Autor), 2009, Anspruchsvolle intelligente Membranarchitektur als Lösung für einen geometrisch und funktionalen adaptiven Raum, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/287204

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