Projekte

Fabi-Mörtel (2024-2026)

Durch gesetzliche Vorgaben werden Gebäude seit einigen Jahrzehnten deutlich energieeffizienter, weshalb Baumaterialien in der Lebenszyklusbetrachtung eine immer größere Rolle spielen. Vor dem Hintergrund des Klimawandels werden alte traditionelle Baustoffe wie Lehm, Holz und Stroh zu hocheffizienten Bauweisen weiterentwickelt, um umweltschädliche und auf endlichen Ressourcen basierende Baustoffe zu ersetzen. Für einen schnellen Übertrag von der Forschung in die Baupraxis sind bei der Entwicklung neuer Baustoffe gängige Bauweisen und -formate zu beachten. Dabei spielt das Mauerwerk mit rund 70% die größte Rolle im Wohnungsbau. Soll dieser umweltfreundlicher werden, so ist es erstrebenswert, mineralische Ziegel und Mauersteine vorzugsweise durch nachwachsende Rohstoffe zu ersetzen. Das von Zukunft Bau geförderte Forschungsprojekt „StrohGold“ birgt großes Potenzial, Mauersteine aus Stroh zu entwickeln. Um solche und ähnliche Bauprodukte nutzen zu können und die Wende hin zu umweltschonenden Baumaterialien zu realisieren, ist ein kompatibler Mörtel basierend auf nachwachsenden, biologisch abbaubaren Grundstoffen notwendig. Wie herkömmliche Mörtel soll er den vertikalen Druck und den horizontalen Schub abtragen und so die Performance neuer Mauerwerksbaustoffe aus nachwachsenden Rohstoffen bzgl. Tragfähigkeit und Aussteifung enorm steigern. Die Verklebung der Mauersteine zur Wand gewährleistet Lastabtrag, Winddichtigkeit und weist zudem weitere vorteilhafte bauphysikalische Eigenschaften auf. Dazu zählt besonders das Bauklima durch angepasstes hygroskopisches und thermisches Verhalten zu den nachwachsenden Mauerwerksbaustoffen. Problemfreies, abfallarmes Recycling und sehr gute ökobilanzielle Werte sind weitere Vorteile eines solchen Mörtels. Auf dem Weg zu einem Bauwesen, das mehr auf nachwachsenden Ressourcen fußt und somit zum CO2-Speicher wird, stellt der neue Mörtel ein wichtiges Puzzleteil dar, das bisher nicht erforscht wurde.

Das Forschungsprojekt wird über das Bundes-Innovationsprogramm von »Zukunft Bau« gefördert und wird an der Professur Konstruktives Entwerfen und Tragwerkslehre von Katharina Elert M. Sc. und Julian Pracht M. Sc. bearbeitet.

Bauhaus Participation Lab (2023 - 2026)

Das Bauhaus Participation Lab (BPL) ist ein innovativer methodischer Ansatz zur konstruktiven Einbindung von Bürger*innen in kommunale Planungsprozesse. Grundlage dafür sind responsive parametrische Planungsmodelle zur schnellen und interaktiven Erzeugung von Planungsvarianten sowie Methoden zum gemeinsamen Explorieren und Diskutieren der räumlichen Varianten in sozialer gemischter Realität. Durch die Kombination beider Technologien soll das BPL den Aushandlungsprozess zwischen verschiedenen Interessengruppen bei städtischen Entwicklungsprojekten erleichtern. Dazu sollen Techniken zur intuitiven und gemeinsamen Navigation großer Gruppen in den Planungsvarianten, Methoden zu Vergleich, Bewertung und Diskussion von Planungsvarianten, sowie einfache Interaktionsmechanismen zur Erzeugung und Änderung von Planungsvorschlägen zielgruppenspezifisch entwickelt werden. Diese Technologien sollen Bürger*innen motivieren und ermächtigen, sich aktiv am Planungsprozess zu beteiligen, indem sie das Verstehen von Planungsproblemen und deren räumlichen Lösungsansätzen fördern, neue Möglichkeiten der einungsäußerung bieten und zum Einbringen kreativer Vorschläge auffordern. Die Technologien sollen im Rahmen des Entwicklungskonzepts “BahnstadtWeimar” in mehreren Beteiligungsworkshops erprobt werden. Als neuer Mobilitätsknoten wird die Bahnstadt einen wichtigen Baustein für die Mobilitätswende in Weimar bilden und aufgrund ihrer Lage und Funktion eine große Anzahl an Menschen und Zielgruppen ansprechen. Die Erkenntnisse aus den Beteiligungsworkshops dienen der iterativen Weiterentwicklung der Technologien und der Erstellung von Handlungsempfehlungen für die Nutzung digitaler Werkzeuge in Beteiligungsprozessen.

Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in der Förderlinie "Die digitale Kommune (DiKom) Interaktive, partizipative und datengetriebene Planungsprozesse unterstützen"

Berke Inöntepe und Julius Zwach, SoSe 23, Projekt »Misfits«

IrreguLab (2024 - 2026)

Das »IrreguLab«, das von 2024 bis 2026 von der Stiftung Innovation in der Hochschullehre mit ca. 390.000 Euro gefördert wird, ist ein interfakultatives und transdisziplinäres Lehr- und Lernlabor, das auf eine der großen Herausforderungen unserer Zeit reagieren möchte: die Verknappung wichtiger Ressourcen. Das Ziel ist es, innovative Ansätze zu entwickeln, die bisher ungenutzte Materialbestände erschließen. Exemplarisch wird im Rahmen des Projektes ein Rohstoff fokussiert, der in Thüringen, als Bundesland mit dem größten Holzeinschlag, geradezu im Überfluss vorhanden ist: unregelmäßig gewachsene Resthölzer. Studierende im Bereich Architektur, Produktdesign und darüber hinaus entwickeln Konzepte, Strategien und Methoden, wie diese Hölzer bearbeitet und genutzt werden können. Dazu sollen digitale Werkzeuge und Verfahren, wie 3D-Scanning, digitale Datenverarbeitung sowie CNC-gesteuerte und Augmented-Reality-unterstützte Fabrikation eingesetzt werden. Dadurch kann der sonst nicht genutzte Rohstoff präzise und effizient bearbeitet werden und es entstehen originelle, materialgerechte und vor allen Dingen ressourcenschonende Gestaltungs- und Herstellungsansätze. Im Projekt werden neuartige Lehr- und Lernformate, wie Augmented-Reality-Design-Build Workshops und Installationen angeboten sowie spezifische Transfer- und Austauschformate entwickelt. Diese bieten Studierenden die Gelegenheit, sich einerseits mit lokalen und regionalen Akteur*innen aus Forst-, Holzwirtschaft und Handwerk zu vernetzen und andererseits ihre hier entwickelten Visionen mit einer breiteren Öffentlichkeit zu teilen.

Das IrreguLab ist eine Kollaboration der Jun.-Prof. Dr. Thomas Pearce (Emerging Technologies and Design) mit M.Sc. Lukas Kirschnick (Konstruktives Entwerfen und Tragwerkslehre) und Prof. Dr. Jan Willmann (Theorie und Geschichte des Design)

StrohGold – Entwicklung einer lasttragenden Strohleichtbauweise (2022 - 2024)

Circa 20 bis 30 % des Strohs werden in Deutschland nicht benötigt und stellen daher eine bisher ungenutzte Ressource dar. Vor dem Hintergrund zunehmender Rohstoffverknappung, Preiserhöhungen von Baustoffen und nicht zuletzt der Klimakrise ist es naheliegend, nach günstigen, regional verfügbaren und erneuerbaren Ressourcen zu suchen. Ziel des Projekts ist es, einen lasttragenden Wandbaustoff auf der Basis von Stroh zu entwickeln und so das Nebenprodukt aus der Landwirtschaft für die Baustoffherstellung zu erschließen. Dabei soll die Tragfähigkeit des neuen Baumaterials Gebäude von bis zu drei Geschossen erlauben, idealerweise ohne die üblichen Wandquerschnitte von ca. 50 cm zu überschreiten. Zusätzlich wird geprüft, ob dank seiner wärmedämmenden Eigenschaften ein monolithischer Wandaufbau möglich ist. Bei der Entwicklung der Materialrezeptur wird viel Wert auf einen geringen ökologischen Fußabdruck und die biologische Abbaubarkeit bzw., falls notwendig, die sortenreine Trennbarkeit gelegt.

Das Forschungsprojekt wird über das Bundes-Innovationsprogramm von »Zukunft Bau« gefördert und wird an der Professur Konstruktives Entwerfen und Tragwerkslehre durchgeführt.

Bauhaus Energy Hub (2023)

Sowohl Planung als auch Bau wurden durch das interdisziplinäre Engagement der Studierenden getragen. Während der Planung galt es dabei unter anderem folgende Fragen zu beantworten: Wie können nachhaltige Baumaterialien zum Einsatz kommen? Wie kann das Gebäude klimaneutral und energieautark ausgestaltet werden? Wie kann der BEH als mobiler Holzbau ausgebildet werden, um auch an anderen Orten erprobt und erlebt zu werden? Wie kann das Gebäude die Kommunikation des umweltgerechten und ressourcenschonenden Bauens realisieren?

Der BEH versteht sich auch als Bauexperiment zur Erprobung neuer Nachhaltigkeitskonzepte bezüglich Baumaterialien, Anlagentechnik und ressourcenbewusster Bauplanung. Gleichzeitig sollen die Experimente als didaktisches Lehrstück in der akademischen Ausbildung nachvollziehbar sichtbar gemacht werden. Diesem Umstand trägt die architektonische Konzeption ebenso Rechnung: durch das außenliegende Holztragwerk ist die Funktionsweise des statischen Systems klar lesbar. In Analogie zu dieser konstruktiven Transparenz wird auch die Anlagentechnik mit ihren Kollektorflächen (Solarthermie und Photovoltaik), Rippenrohren zur Nachtauskühlung und Puffertanks offen gezeigt. So kann das Gebäude als Anschauungsbeispiel in der Lehre und für interessierte Besucher*innen genutzt werden.

Im weiteren Planungs- und Bauprozess sollen die Haustechnik, die das Gebäude energieautark werden lässt, sowie der Innenausbau im Detail konzipiert werden. Hierzu tauschen sich die Studierenden direkt mit Produzenten von Photovoltaik, Solarthermie, Wandheizung und -kühlung aus. Zudem konzipieren die Studierenden entsprechende Inneneinrichtung zur flexiblen Nutzung des Raumes als Reallabor und Ausstellungsraum. Der Finalentwurf der in diesem Semester zu erstellenden Ausführungsplanung dient als Grundlage für den weiteren Bau im Sommersemester 2024.

Weitere Informationen: uni-weimar.de/beh

INUMO - Integrated Urban Mobility (2021 - 2025)

Population growth, rural-urban migration and rapid urbanisation pose major challenges to urban and regional development in Sub-Saharan Africa. Along with the planning of urban expansions and cities, mobility and transport concepts are required for resilient development as the physical transport infrastructure spatially interlinks the various urban elements. Especially in Ethiopia, where the motorisation rate is still very low, an intelligent configuration of the urban structure allows to establish smart concepts that direct paths and accordingly the flow of people or goods in such way that distances can be minimized. While reducing traffic, this may achieve increased mobility at the same time.

With the goal to leverage the potential of digital methods for sustainable urban mobility planning in Ethiopia, INUMO takes an interdisciplinary approach between the fields of traffic planning, computer science and urban planning in order to develop and test new methods for integrated urban mobility. The creation of an interactive scenario development method (INUMO Toolbox) will allow professionals from multiple disciplines related to urban development to efficiently generate and optimize different urban mobility concepts and discuss them by receiving immediate feedback on their sustainability and resilience.

In Module 1 (research) our international team of scientist and instructors will work on the development of a digital toolbox leading to methods of interactive scenario development for urban mobility concepts. In Module 2 (postgraduate education and training), these methods and their development process are integrated in postgraduate education of urban & traffic planners, fostering enhanced knowledge transfer from research to education. Existing paradigms in traffic planning will be reconsidered against the background of the Sub-Saharan context, providing rich opportunities for exchange and fostering mutual understanding with a view to developing solutions based on global goals (SDGs).

Neufert 4.0 - Project outline

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Neufert 4.0 - Artificial intelligence methods for generating design heuristics for user-centered residential housing (2022-2024)

The basis for this is a database with approximately 35,000 apartment floor plans. In addition to the geometry of the apartments, this database contains semantic information on building components, rooms and the urban context as well as detailed information on user-centered qualities (daylight, visibility, furnishability, path relationships). With this extensive database, correlations between housing geometry, urban context and use-related qualities are identified. For this purpose, different machine learning methods (regression models, Bayesian Networks, Generative Adversarial Networks) are used and tested for their suitability for the generation of design heuristics. Furthermore, visualization methods are developed to present the found correlations in an understandable way. In workshops with practicing architects, these methods are tested for their suitability when used in concrete design situations. The result of the project is a methodology that allows the flexible derivation of heuristics for concrete design tasks for (1) the description of the requirements of dwellings (in which framework are certain requirements regarding e.g. room size, lighting or visibility are realistic, do contradictory requirements exist?) and (2) the arrangement and dimensioning of building components and rooms in order to achieve certain qualities (e.g., where should the entrance be placed in a narrow apartment in a dense urban context in order to place a certain number of well-lit rooms?). The methodology developed will provide important insights into the application of artificial intelligence in architectural design and will provide open up new approaches to residential design research.

OpenVREVAL (2021 - 2023)

Buildings are very cost and resource intensive objects. Their longevity and limited changeability require very careful planning. In addition to technical, ecological and economic aspects, aspects of building use in particular must be taken into account. However, such human-centered aspects are difficult to quantify. For lack of methods to objectively assess the user perspective, planners usually rely on their intuition. However, if the actual behaviour of the future users does not match the anticipated behaviour, this can lead to dissatisfaction with the respective building.

The aim of the project OpenVREVAL is to develop a virtual reality (VR) based evaluation methodology that makes it possible to make valid statements about the behaviour and emotions of different user groups already in the early planning phases. For this purpose, an open framework for the creation of questionnaires and interactions in VR is being developed. This framework should allow architects to quickly record use- and experience related criteria from a large number of potential building users for their specific case.

After completion of the project, planning variants can be systematically evaluated with regard to user experience & behaviour and the results of the evaluation can be visualised and analysed easily. In practice, this should serve as a basis for discussion to improve the design of buildings. Furthermore, it enables citizens to be actively involved in planning processes. This is a decisive factor for the creation of sustainable building concepts. As a long-term vision for the application of the developed method, a "user-friendliness certification" is conceivable. Furthermore, it is possible to use the collected data to create predictive models using artificial intelligence.

DigiWo (2018 - 2020)

The planning of a multi-family-residential building can be characterized as a multi-objective optimization problem, as multiple criteria must be considered and negotiated with each other. The output of this process - the building design - has a great impact on the social, economic, and ecological performance of the building for a long time. Therefore, it is crucial to find the optimal solution with the best trade-off between the performance criteria. The challenges that the planner faces during the planning process are (a) a large number of the design options and (b) that the fitness criteria (goals) vary from project to project and even during the work at one design. Currently, the process of the manual solution search is highly time-consuming, and hence, it is usually not possible to guarantee that the "true" optimal solution is found. The goal of this project is to develop a method for efficient automatic generation of design options for multi-family-residential buildings. The focus of the project is the cross-scale generation of designs, from the building envelopes to the detailed floorplans.

NAVAPA

Nachhaltige Verbundbauteile aus Papierwerkstoffen

Das Forschungsprojekt NAVAPA widmet sich der Fragestellung, inwieweit gefaltete Wabenplatten aus Papierwerkstoffen als tragende Bauteile für Wandkonstruktionen zum Einsatz kommen könnten. Derzeitige Leichtbauwände für den Innenraum bestehen in der Regel aus einem Stahlblechprofil und einer Beplankung, die mittels Schrauben kraftschlüssig zu verbinden sind. Das erlaubt zwar eine relativ genaue Anpassung an den jeweiligen Ort, benötigt jedoch viel Arbeitszeit und die Beschaffung vieler Einzelteile. Der Verbund von Stahl und Gipskarton ist im Fall eines Rückbaus nur schwer wieder zu lösen. 

Beide Problemstellungen können minimiert werden, indem vorgefertigte Wandbauteile die Beplankung und das Tragwerk in einem Bauteil kombinieren. Die Metallbauteile werden dabei gänzlich durch gefaltete Bauteile aus papiernen Wabenplatten ersetzt. Der hohe Vorfertigungsgrad minimiert den Montageaufwand. 

Professur Entwerfen und Tragwerkskonstruktion

April 2017 - September 2019

ESUM

Analysing trade-offs between the energy and social performance of urban morphologies

Eine Zusammenarbeit zwischen der Professur InfAR // Planungssysteme, sowie dem Chair of Information Architecture der ETH Zürich; finanziert durch die DFG und FNSNF.

Dieses Projekt befasst sich mit der Stadtraumwahrnehmung. Ein komplexes Wechselspiel zwischen permanenten Faktoren (z.B. der Stadtgeometrie und dem Straßennetzwerk) und dynamischen Aspekten (z.B. wechselnden Lichtverhältnissen und Geräuschen) beeinflusst wie wir uns fühlen (z.B. körperlich reagieren) und Raum bewerten (z.B. einen Stadtteil als angenehm erfahren). Studien in realen und virtuellen Stadträumen liefern wissenschaftliche Erkenntnis für ein Vorhersagemodell zur Stadtraumwahrnehmung, das Planungsentscheidungen unterstützen kann.

Professur InfAR

Juli 2014 bis  Juli 2017

Methoden zur systematischen Variantenexploration in frühen Phasen der Planung unter Berücksichtigung von Lebenszyklusaspekten

Das Projekt entwickelt und testet halbautomatisierte, computergestützte Methoden zur Variantenexploration, um bereits in frühen Planungsphasen Gebäude hinsichtlich der ökologischen Nachhaltigkeit effizient optimieren zu können.

Professur Konstruktives Entwerfen und Tragwerkslehre sowie Professur InfAR // Planungssysteme

April 2015 bis März 2017

Professur Informatik in der Architektur und Siedlungswasserwirtschaft der Bauhaus-Universität Weimar in
Zusammenarbeit mit dem Ethiopian Institute of Architecture, Building Construction and City
Development in Addis Abeba; finanziert durch das BMBF und unterstützt durch Flintstone PLC
sowie das Ethiopian Construction Project Management Institute (ECPMI) in Addis Abeba
2016-2017

Dieses Projekt befasst sich mit der nachhaltigen städtebaulichen Planung ländlicher Räume in
Äthiopien. Dabei verfolgt das deutsch-äthiopische interdisziplinäre Team aus Architekten,
Ingenieuren, Städteplanern und Simulationsexperten drei Ziele: 1) die Entwicklung einer konkret
anwendbaren Planungsstrategie, die gestalterische, partizipative sowie technische Aspekte
integriert, um resiliente und nachhaltige Kleinstädte in Äthiopien umzusetzen; 2) die Ausbildung
von und der Austausch zwischen jungen Architekten, Ingenieure und Urbanisten aus Äthiopien
und Deutschland zu diesen Themen und 3) die Bildung eines lokalen Forschungs- und
Bildungsnetzwerkes zum Thema resilienter Kleinstädte auf dem Land.

MONOLITISCHE WANDKONSTRUKTIONEN

Untersuchung zeitgemäßer, monolithischer Wandaufbauten hinsichtlich bauphysikalischer,
ökologischer und ökonomischer Eigenschaften
Professur Bauphysik

Im Rahmen der Forschung wird untersucht, ob die verschiedenen monolitischen Außenwandkonstruktionen
tatsächlich positive Auswirkungen auf die thermische Behaglichkeit, Energiebedarf, Ökobilanz und Kosten
bezogen auf den Lebenszyklus von Gebäuden haben können.

PERSONALISIERTE LÜFTUNG

Bewertung der thermischen Umgebung und Raumluftqualität
Professur Bauphysik

Die Forschung zielt darauf ab, die Leistung von personalisierten kanallosen Lüftungssystemen und
Kanalbelüftungssystemen mittels empirischen Messungen und Computersimulationen zu vergleichen. 

SCHLIEREN-VERFAHREN

Forschung an energieeffizienten Lösungen zur Verbesserung des Raumklimas
Professur Bauphysik

Das Schlierenverfahren ermöglicht Visualisierungen und Messungen von Raumluftströmungen.
Hierdurch wird die Entwicklung einer energieeffizienten und thermisch behaglichen Raumklimatisierung
begünstigt.