Kein Bauwerk ohne Vorfertigung
So wie Walter Gropius sehen fast alle herausragenden Architekten der frühen Moderne in der seriellen Vorfertigung die Lösung der großen Probleme ihrer Zeit, gleichzeitig aber auch die Zukunft im Bauwesen. Wohnraum für alle ist das Motto der Ära nach dem Ersten Weltkrieg und es sind überwiegend soziale und wirtschaftliche Aspekte, die die Planer zur industriellen Massenproduktion und zur Rationalisierung der Bauprozesse verleiten. In einer Zeit großer Euphorie für das Automobil sind Architekten und Ingenieure davon überzeugt, dass dessen Herstellungsmethoden auch in der Architektur Einzug halten werden. Die systematischen industriellen Fertigungsprinzipien, wie sie Frederick Winslow Taylor und Henry Ford eingeführt haben, dienen ihnen als Beispiel dafür, wie in absehbarer Zukunft nicht nur Wand- und Deckenbauteile, sondern komplette Gebäudeeinheiten vorfabriziert werden sollen – für alle Standardbauaufgaben, die weit über den Wohnungsbau hinausgehen.
Zwischen der damaligen Zeit, den 1920er-Jahren, und heute liegt fast ein ganzes Jahrhundert. Dazwischen liegen aber auch Konrad Wachsmann, der mit seinem Postulat für einen Wendepunkt im Bauen 1959 den Weg zu einer vollkommen von Technik und Industrie bestimmten Architektur aufweist, oder die anschließende System-Euphorie der 1960er-Jahre. Dazwischen liegen die ersten Flüge zum Mond und die Entwicklung von Baurobotern in Japan und später von komplett automatisierten Baustellen. Und schließlich liegt dazwischen auch die Einführung der computergestützten Planung und Fertigung. Doch trotzdem: Sieht man sich im Jahr 2012 auf einer kleineren Baustelle irgendwo in Europa um, so drängt sich schnell der Eindruck auf, dass sich seit damals gar nicht so viel verändert hat. Noch immer trifft man auf Zimmerleute, die Schalungen manuell fertigen oder kann beim Gießen von Unmengen von Ortbeton zusehen, der anschließend langwierig abbinden und austrocknen muss. Noch immer findet man Maurer, die von Hand Stein auf Stein schichten, sieht Dachdecker im Regen stehen oder Elektriker und Sanitärinstallateure in tosendem Lärm Schlitze in zuvor von anderen errichtete Wände stemmen. Wie also steht es um Vorfertigung und automatisierte Bauprozesse im Jahr 2012?
Trotz des gerade geschilderten Bilds heutiger Baustellen ist die Vorfertigung aus unseren Bauprozessen nicht mehr wegzudenken. Neben den industriell hergestellten Produkten und Halbzeugen finden sich präfabrizierte Elemente in so gut wie jedem Gebäude, mit zunehmender Tendenz – als Teile des Tragwerks in Form von Stützen, Trägern und Deckenplatten, als Wand- oder Fassadentafeln, oder als Elemente der vorgehängten Gebäudehülle oder des Innenausbaus. Doch Präfabrikation, was streng genommen zunächst einmal nur die Verlagerung der Fertigungsprozesse von der Baustelle in die geschützte Werkstatt meint, ist nicht automatisch gleichbedeutend mit systematisiertem Bauen oder gar serieller Produktion. Gemessen an der Kaufkraft ist das Bauen an sich trotz des stetig steigenden Anteils vorgefertigter Bauelemente in den vergangenen Jahren auch nicht wirklich günstiger geworden. Das gilt sogar dann, wenn man die stetig steigenden Standards, beispielsweise für den Wärmeschutz, in die Betrachtung einbezieht. Vor allem eines fällt beim Blick auf die heutigen Bau- und auch Vorfertigungsprozesse auf: Auch in den hochentwickelten Ländern Europas ist der Anteil an menschlicher Arbeitskraft nach wie vor relativ groß. Ein gutes Beispiel dafür gibt der Holzbau, der hierzulande den höchsten Grad an Vorfertigung erreicht.
Holzbau
Der Holzbau hat in den vergangenen 20 Jahren technologisch einen Entwicklungsschub durchgemacht wie kaum ein anderes Material – vom Skelett- über den Holzrahmenbau der 1990er-Jahre bis hin zu den aktuellen Tafelbauweisen. Diese erlauben es, komplette Wand- oder Deckenelemente mit allen bauphysikalisch erforderlichen Schichten in der Werkstatt zu fertigen (Abb. 4) und dann in einem Stück auf die Baustelle zu transportieren, wo sie in wenigen Tagen zum Gebäude zusammengesetzt werden. Holzbauten aber kommen bislang überwiegend bei kleineren Bauaufgaben zum Einsatz, die stark auf individuelle Kundenwünsche zugeschnitten sind. Deshalb bleibt der Produktionsprozess weitgehend handwerklich geprägt. Eine Ausnahme bildet die Fertigung von Raumzellen wie etwa bei dem Hotel bei Reutte (s. S. 614ff.
Stahlbau
Auch Stahlbauten sind für die Vorfertigung prädestiniert, schließlich bestehen sie zum Großteil aus industriell hergestellten Profilen und anderen Halbzeugen. Diese werden in der Werkstatt zu größeren Tragwerkseinheiten zusammengefügt, deren Maße durch die Transportmöglichkeiten bestimmt wird, und dann vor Ort auf der Baustelle montiert. Die Verarbeitung von Standardelementen und Blechen erfolgt in vielen größeren Stahlbaubetrieben weitgehend automatisiert, vom Schneiden durch die CNC-gesteuerte Laserschneidemaschine bis hin zum Verbinden mittels Schweißautomaten. Das aufwändige Zusammenfügen der räumlichen Verbindungsknoten kann die Maschine dem Menschen aber noch nicht abnehmen. Deshalb trifft man auch im Stahlbau nach wie vor auf relativ viel Handarbeit. Gleiches gilt für den gehobenen, individualisierten Fassadenbau (Abb. 2).
Beton
Laut Statistik liegt der Anteil an Betonfertigteilen im Hochbau in Deutschland aktuell nur bei etwa 30 Prozent, in einigen anderen europäischen Ländern wie Finnland oder den Niederlanden dagegen bereits deutlich höher. Vor allem dem Einsatz von Arbeitern aus dem Niedriglohnbereich hierzulande ist es zu verdanken, dass der arbeitsintensive Ortbeton noch immer konkurrenzfähig ist. Dabei bieten Fertigteile auch sonst zahlreiche Vorteile, von der gleichbleibenden Betonrezeptur über die bessere Oberflächenqualität oder die Zugriffsmöglichkeit von Maschinen zur Oberflächenbearbeitung bis hin zur Zeitersparnis auf der Baustelle durch das Abbinden im Werk. Neben Wandtafeln in kleiner Serie sind es vor allem Teile des Tragwerks, Stützen, Träger oder Deckenplatten sowie Treppenläufe, bei denen sich die Vorfertigung durchsetzt. Einen wirklichen Sonderfall bilden die Ausbauelemente für den Londoner Roca-Showroom von Zaha Hadid. Für die in zwei Richtungen gekrümmten, hauchdünnen und glasfaserbewehrten Sichtbetonelemente wurden ein absolut exaktes Fugenbild und vollkommen gleichmäßige Oberflächen gefordert, so dass sich für dieses aufwändige Spezialprodukt der Transport vom Hersteller im oberbayerischen Raubling bis in die über 1000 Kilometer entfernte britische Hauptstadt tatsächlich lohnte (Abb. 6).
Mauerwerk
Der Mauerwerkbau ist traditionell eher zeitintensiv und mit aufwändiger Handarbeit auf der Baustelle verbunden. Um die Bauweise konkurrenzfähig zu halten, treibt die Ziegelindustrie die werkseitige Präfabrikation seit einigen Jahren stark voran. Neben den wirtschaftlichen Vorteilen stehen dabei die Unabhängigkeit von der Witterung und eine höhere Verarbeitungsqualität im Mittelpunkt. Im Fertighausbau ist die Produktion von Mauerwerk bereits weitgehend automatisiert, daneben besteht die Möglichkeit, Mauerscheiben für individuelle Bauten entsprechend den Vorstellungen der Architekten zu fertigen – komplett, einschließlich den erforderlichen Aussparungen und Installationskanälen sowie für den Transport bewehrt. Hierbei bleiben Mauerroboter, die ausgefallene Verbände oder Muster zusammenfügen, noch exklusive Prototypen. Die Realität ist auch beim vorgefertigten Mauerwerk stark von Handarbeit geprägt (s. S. 637ff.
Einen Sonderfall hinsichtlich der Präfabrikation stellt naturgemäß das Fertighaus dar. Hier ist Industrialisierung in der Produktion – abhängig von Material und Hersteller – am weitesten fortgeschritten. Fertighäuser findet man überwiegend im Einfamilienhausbau mit seinem relativ standardisierten Raumprogramm. Insgesamt gesehen aber liegt der Anteil an Fertighäusern unter den Einfamilienhäusern in Deutschland bei gerade einmal 15 Prozent, während beispielsweise Schweden mit der stolzen Zahl von 96 Prozent aufwarten kann.
Bauen – ein heterogenes Geflecht
Der kurze Überblick über die verschiedenen Bauweisen kann in diesem Zusammenhang nur relativ grob und unvollständig bleiben. Er verdeutlicht aber, dass der Grad an Vorfertigung tatsächlich weiter fortgeschritten ist, als es der flüchtige Eindruck auf mancher Baustelle erwarten lässt. Gleichzeitig führt er uns den hohen Anteil an menschlicher Arbeitsleistung vor Augen, der trotz Präfabrikation in vielen Bereichen noch immer notwendig ist. Doch werden die Prozesse beim alltäglichen Bauen jemals zu hundert Prozent automatisch ablaufen können?
Kritiker bemängeln immer wieder die im Vergleich zur Automobilindustrie rückständigen Prozesse im Bauwesen – eine Feststellung, die in der Tat nicht von der Hand zu weisen ist. Trotzdem darf dabei nicht übersehen werden, dass das Angebot an verwendeten Konstruktionen und Materialien in der Architektur um ein Vielfaches größer ist als dort. Ein Gebäude ist ein vielfältiges, extrem heterogenes Geflecht und muss auf individuelle Nutzungsanforderungen ebenso reagieren wie auf städtebauliche Vorgaben. Darüber hinaus verlangt die enorme Größe eines Gebäudes, dass vorgefertigte Bauwerke in transportable Einheiten zerlegt und später vor Ort unter Baustellenbedingungen und dem Wetter ausgesetzt zusammengefügt werden. Gleichzeitig wird das Bauen in manchen Teilen immer ein archaisch anmutender Prozess bleiben. Das beginnt bei der Gründung, wenn riesige Bagger das Erdreich ausheben und die braune Masse auf Lastwagen verladen, und setzt sich beim Gießen oder Rütteln des breiigen Ortbetons fort, ohne den nach wie vor kein größeres Bauwerk auskommt, sei es für die Fundamente, für Teile des Tragwerks oder schließlich auch für das Vergießen der Fertigteile. Genau das aber macht unsere heutigen Baustellen so faszinierend – das stete Zusammentreffen von Hochtechnologie mit überlieferten Techniken, von Hightech und Lowtech.
CAD-CAM-Koppelung – die Lösung aller Probleme?
»Die Existenz der Maschine bestimmt das Bauen unserer Zeit«2 verkündete Konrad Wachsmann, der große Pionier des seriellen Bauens, Ende der 1950er-Jahre. Modernität in der Architektur hatte für ihn nichts mit formalen Aspekten zu tun, sondern allein mit der Konstruktion. Diese sollte dem Stand der maschinellen Fertigung entsprechen. Heute, ein halbes Jahrhundert später, haben sich die Vorzeichen umgedreht. Die ausgefallenen formalen Vorstellungen von Architekten und Bauherren determinieren die Art der Fertigung. CAM – Computer Aided Manufacturing – oder Individual Customization lauten die Zauberworte. Mit der digitalen Kette im Planungs- und Bauprozess (CAD-CAM-Koppelung) und der computergestützten Umsetzung lassen sich scheinbar auch die ausgefallensten Vorstellungen rechtfertigen.
Doch wird das Bauen damit wirklich günstiger oder gar besser? Vor allem die parametrischen Entwurfswerkzeuge haben zu einer regelrechten Flut von Experimenten mit ausgefallenen Formen geführt, die die aktuelle Architektursprache nachhaltig prägen. Beinahe alle der spektakulären, mit dem Computer generierten Projekte aber, die in jüngster Zeit Staunen und Beachtung der Fachwelt hervorriefen, konnten nur mit einem enormen Aufwand realisiert werden. Oftmals scheint es, als wäre der rechnergestützte Entwurf der Herstellung um Längen voraus. Wie weit Theorie und Praxis gelegentlich noch auseinander liegen, verdeutlichen etwa die gerade aufkommenden mehrfach gekrümmten Fassadenpaneele oder Lamellen aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Gerade bei einigen der aufsehenerregendsten Beispiele in diesem Bereich wurden die am Rechner generierten komplexen Geometrien von Hand in osteuropäischen Billiglohnländern laminiert (Abb. 5).
Die für eine automatisierte Unikatsfertigung erforderliche CAD-CAM-Koppelung funktioniert also nur in den seltensten Fällen lückenlos, auch wegen der noch immer bestehenden Schnittstellenprobleme zwischen den einzelnen Planern wie Architekten und Ingenieuren, vor allem aber zwischen den unterschiedlichen am Bauprozess beteiligten Gewerken. Denn die bei uns übliche Regelung der Gewährleistung führt zu Brüchen im Bauprozess, wobei jeder Beteiligte eher sein eigenes Metier und nicht das Gesamtprojekt im Auge hat.
Ein weiterer Grund ist der enorme Kapitalaufwand, den der höhere Grad an Technisierung bei den Produktionsverfahren verlangt. Noch ist die Baubranche von einer überwiegend kleinteiligen Unternehmensstruktur geprägt. Der erforderliche Investitionsaufwand indes führt beinahe zwangsweise zur Verlagerung der Bauleistungen vom lokalen Handwerk hin zur Industrie – ein Prozess, der in seiner letzten Konsequenz gesellschaftlich nicht unbedingt gewollt sein kann, weil er nicht nur soziale Strukturen verändern, sondern auch das Aussterben überlieferter Handwerkstradition beschleunigen würde.
Mit den gerade angeführten Feststellungen sollen keineswegs das enorme Potenzial und die kommenden Chancen, die die rechnergestützte individuelle Fertigung eröffnen, infrage gestellt werden. Studien in den USA sehen ein zukünftiges Einsparpotenzial von bis zu 50 Prozent der Kosten. Aktuell sieht die Praxis allerdings noch anders aus. Die viel beschworene CAD-CAM-Koppelung führt im Moment eher dazu, dass Architekten und ihre Bauherren immer größere Freiheiten bekommen, ausgefallene formale Ideen überhaupt und zu noch einigermaßen erträglichen Preisen zu realisieren. Die wirklichen Probleme aber – der bezahlbare Wohnraum für jedermann oder gut nutzbare Schulen und Kindergärten zu vertretbaren Kosten – werden damit zumindest im Moment noch nicht gelöst.
Bauen mit System
Um die teuren Fertigungskosten beim Bauen zu reduzieren, ist es deshalb unabdingbar, wieder über einen höheren Grad an Standardisierung sowie die Entwicklung flexibler Systeme nachzudenken. Dabei sind offene variable Strukturen gefragt, die auf seriell erzeugten Elementen basieren, denn nur mit der Serie rentiert sich in vielen Bereichen die Automatisierung oder aufwändige Programmierung der Maschinen. Gleichzeitig sollten derartige Systeme so flexibel sein, dass sie sich innerhalb eines bestimmten Spektrums den individuellen Bedürfnissen der jeweiligen Nutzer anpassen lassen, ein gewisses Maß an Gestaltungsvielfalt gewährleisten, sowie die Weiterbeschäftigung der lokal ansässigen Handwerksbetriebe bei der Montage ermöglichen. Sinnvoll angewandt, könnten systematisierte Bauweisen dann auch zu einem effizienteren Einsatz von Rohstoffen und Energie führen, zu einer Verminderung des Transportaufwands, aber auch zur Reduzierung von Abfällen durch gezieltes Recycling. Ein überliefertes Beispiel für sehr frühe Systembauten, bei denen dieses Prinzip seit ewigen Zeiten funktioniert, geben die Jurten der Mongolen und verschiedener Turkvölker in Zentralasien, deren Konstruktion, Form und Größe sich über Jahrtausende kaum verändert haben. Das ermöglichte nicht nur einen steten Know-how-Transfer von einer Generation zur nächsten, sondern erlaubte es den Hirten auch, beschädigte Elemente auf einfache Art auszutauschen bzw. die noch brauchbaren Teile aus dem in der Steppe ausgesprochen kostbaren Material Holz immer wieder zu verwenden, gegebenenfalls auch an einem anderen Zelt.
Doch heute stehen systematisierte Bauweisen auch in der Öffentlichkeit in einem schlechten Ruf. Zu viele Fehler aus der Vergangenheit – wie etwa die Bauschäden der Anfangszeit oder die Monotonie der Plattenbauten im Osten – haben sich in den Köpfen festgesetzt und prägen nun das Bild. Beinahe noch größer aber ist der Widerstand unter den Architekten. Die Mehrheit unter ihnen sieht die individuelle Urheberschaft am eigenen Werk und die stete Innovation – noch ganz im Sinne des Renaissancekünstlers – nach wie vor als höchstes Gut und fühlt sich in ihren kreativen Entfaltungsmöglichkeiten allzu sehr eingeschränkt.
Ein Plädoyer für ein stärker systematisiertes Bauen jedoch meint nicht, dass es in Zukunft keine Ikonen oder gar Luxusbauwerke mehr geben darf. Natürlich soll und muss es auch weiterhin eine besondere Architektur dort geben, dort wo sie angemessen ist – als Erlebnisraum oder Marketinginstrument etwa von Automobilkonzernen, mehr noch aber für besondere Orte, die Identifikation stiften wie Sakralbauten und Theater, Opernhäuser und Kunstmuseen. Neben
solchen Ikonen existieren aber auch unzählige Standardbautypen, deren Exponenten sich ohnehin oftmals überraschend ähnlich sehen. Hier eröffnet sich ein breites Spektrum sinnvoll eingesetzter Systeme und seriell gefertigter Elemente, beispielsweise im Geschosswohnungs- oder im Bürobau, wo sich konstruktiv und auch hinsichtlich der Grundrissaufteilung viele nebeneinander stehende Gebäude kaum voneinander unterscheiden – außer durch ihre Fassade, die ohnehin weitgehend präfabriziert und vorgehängt wird.
Dass Systembauten nicht langweilig sein müssen, verdeutlichen zahlreiche gelungene Beispiele aus der jüngeren Zeit (Abb. 7). Wenn sie offen und flexibel genug angelegt sind, können sie auch dem gesellschaftlichen Wunsch nach Individualität weitgehend Rechnung tragen. Wie die daraus entwickelte Architektur letztendlich in Erscheinung tritt, hängt wesentlich von den Wünschen und dem Geschmack seiner Nutzer ab, und natürlich auch von den Fähigkeiten seiner Entwerfer. Professionell gestaltet wären die zugrundeliegenden Elemente in diesem Fall ohnehin.
Nach wie vor jedoch wird die Feststellung, jeder Bau sei ein Unikat, als Hauptargument gegen die Serie und gegen Standardisierung angeführt. Natürlich ist dieses Argument in gewisser Weise richtig. Die Frage ist nur: Warum sieht man die vermeintliche Individualität so vielen Einfamilien- und Geschosswohnungshäusern, so vielen Verwaltungs- oder Industriebauten dann nicht wenigstens auch an?
