„Wir propagieren das digitale einfache Bauen"

Achim Menges forscht gemeinsam mit dem Exzellenzcluster IntCDC der Universität Stuttgart an der Zukunft des integrativen, computergestützten Planens und Bauens. Welchen Bedenken gegenüber seiner Forschungsarbeit begegnet er? Welche Potenziale sieht er in der Künstlichen Intelligenz, und wie sieht seine Vision des einfachen Bauens aus?

Achim Menges, Sie forschen und lehren seit mehr als 15 Jahren an der Universität Stuttgart. Welchen Einfluss hat Ihre Arbeit auf die Baupraxis? Ist es realistisch, dass eines Tages auf Baustellen nur noch Roboter arbeiten?

Wir haben nie angestrebt, die Menschen auf der Baustelle abzuschaffen. Es geht uns darum, eine neue Form der Mensch-Roboter-Interaktion entstehen zu lassen und herauszufinden, welche neuen Bauweisen durch digitale Technologien im Planen und Bauen möglich werden. Am Anfang war das schwierig, weil uns die technologischen Möglichkeiten fehlten. Mittlerweile hat sich das geändert. Trotzdem ist es zu früh, um unseren Einfluss auf die Baupraxis zu beurteilen. In der Baugeschichte gibt es viele Beispiele für gute, auch wirtschaftlich herausragende Ideen, die am Ende nicht angenommen wurden. Außerdem geht es in der Forschung um die Entwicklung neuer Methoden. Daher wundere ich mich manchmal, wenn Kolleginnen und Kollegen beklagen, dass wir unsere Forschungsergebnisse nicht in der Praxis anwenden. Man würde ja auch einem Medizinforscher nicht vorwerfen, dass er nicht genug Operationen durchführt.

Wie versuchen Sie, im Forschungscluster die Brücke zwischen Forschung und Baupraxis zu schlagen?

Wir verstehen die Materialisierung und Realisierung von Architektur schon immer als Teil der Forschung. Um bauend zu forschen und Forschung zu bauen, müssen alle Seiten sich bewegen – die Forschung, die Planung und die Bauindustrie. Daran arbeiten wir derzeit. Zum einen versuchen wir, traditionelle Industrieunternehmen an unsere Forschung heranzuführen, indem wir Bauwerke gemeinsam realisieren. Zum anderen gibt es relativ viele Start-ups, aus denen eine neue, digitale Art von Bauindustrie entstehen könnte.

Sehr interessant finde ich auch den sozialwissenschaftlichen Forschungszweig unseres Exzellenzclusters.

Darin stellen wir die Frage, warum Innovationen im Baubereich oft so lange dauern – und wovon es abhängt, ob sie in der Praxis ankommen oder nicht. Es scheitert selten an rein technischen Barrieren. Die wirklichen Hemmnisse liegen eher im nicht-technischen Bereich – in den Gesetzen und Regularien, in der strikten Trennung von Planung und Ausführung, aber auch in den berufsständischen Organisationen. Denn natürlich sind wir als Planende auch Teil des Systems, das sich Innovationen oft entgegenstellt.

Mit welchen Zielen haben Sie 2008 Ihre Professur angetreten?

Ich bin eher aus einer romantischen Vorstellung heraus an die Universität Stuttgart gewechselt. Anfang der 2000er-Jahre hatte ich meinen Abschluss an der Architectural Association in London gemacht, wo ich auch einige Jahre geforscht und gelehrt habe. Es war die Blütezeit der sogenannten digitalen Architektur im Sinne des digitalen Entwerfens. Doch wenn es darum ging, digital generierte Entwürfe in die Realität umzusetzen, war das Ergebnis oft ernüchternd.

Auf welche Vorbehalte stößt Ihre Forschungsarbeit bei Kolleginnen und Kollegen? Haben sie die Befürchtung, dass die digitalen Entwurfs- und Fertigungsmethoden Architekten die Arbeit wegnehmen?

Natürlich gab es diese Vorbehalte, als wir angefangen haben. Allerdings haben wir nie angestrebt, Entwürfe vollautomatisch zu generieren. Wir sehen unsere Entwicklungen eher als Assistenzsysteme. Diese Co-Designer ermöglichen es den Entwerfenden, ein größtmögliches Maß an Intuition in den Prozess einzubringen und gleichzeitig die komplexen Wechselwirkungen der Bauprozesse und Regelwerke zu berücksichtigen. Mit der Zeit hat unser Berufsstand verstanden, dass die bisherige Praxis der Gebäudeplanung den großen Zukunftsproblemen unserer Gesellschaft nicht mehr gerecht wird. Daher erleben wir neuerdings ein viel größeres Maß an Offenheit, dass gelegentlich fast an Naivität grenzt – als würde die Künstliche Intelligenz für Planende demnächst alles automatisch regeln. Die uninformierte Ablehnung geht gleichsam nahtlos über in eine uninformierte Umarmung.

Wie gehen Sie mit dem Vorwurf um, dass Ihre Fertigungsmethoden ungeheuer komplex sind und dem Ideal des einfachen Bauens zuwiderlaufen?

Es kommt darauf an, wie wir Einfachheit definieren. Gerade in Deutschland findet man viele Anhänger des vordigitalen einfachen Bauens. Das ist nicht weiter verwunderlich: Es gibt mehr als 100 000 praktizierende Architektinnen und Architekten in unserem Land. Viele von ihnen fühlen sich überfordert – von den digitalen Technologien, den steigenden gesetzlichen Anforderungen, dem zunehmenden Dickicht an Vorschriften. Viele von ihnen neigen ein Stück weit zum Rückzug in scheinbar bessere Zeiten. Ich will gar nicht beurteilen, ob diese Art, einfach zu bauen, uns nicht an einigen Stellen weiterbringen könnte. Aber mit der Fortschrittsskepsis, die vom vordigitalen Bauen ausgeht, habe ich meine Probleme.

Auf der anderen Seite gibt es auch ein digitales einfaches Bauen. Alles, was wir hier am Exzellenzcluster entwickeln, ist im Grunde extrem einfach – sofern man ein digitales Verständnis dafür aufbringt. Wir müssen uns beim Bauen von einem enormen Material- und Energieaufwand – und den daraus resultierenden Emissionen – hin zu mehr Aufwand in der Planung und Ausführung bewegen. Nur so schaffen wir es, mit weniger Material mehr zu bauen und zu sanieren. Das erfordert mehr Intelligenz, vielleicht auch ein stärkeres Hineindenken in die Fertigungsprozesse. Doch meiner Ansicht nach steht das einer Wissensgesellschaft viel besser zu Gesicht, als Ressourcen zu verbrauchen, weil die Dinge im herkömmlichen Sinn einfacher herzustellen sind.

Welche Rolle spielt Künstliche Intelligenz für Ihre Arbeit – und könnte sie dem Einsatz von Robotik im Bauwesen nochmals zusätzlichen Schub verleihen?

Wir haben schon 2010 begonnen, mit KI in Form von agentenbasierten Systemen zu arbeiten. Die neueren Methoden bedeuten demgegenüber nochmals einen Quantensprung. Deswegen haben wir diesen Aspekt immer mehr gestärkt. Wir entwickeln im Cluster keine grundlegend neuen KI-Methoden, aber wir wenden sie in neuen Forschungsfeldern an. Die räumliche KI gibt uns beispielsweise ganz neue Möglichkeiten bei der Mensch-Maschine-Interaktion während des Bauprozesses. Sowohl die Baurobotik als auch ihre Wechselwirkung mit dem Menschen wird sich unter dem Einfluss neuer KI-Methoden nochmals stark verändern.

Inwieweit wird KI auch die gebaute Realität verändern?

Seit einigen Jahren haben wir im Exzellenzcluster einen Schwerpunkt auf biogenen Werkstoffen. Dabei stehen wir vor der Herausforderung, dass im Wald Materialien mit ganz unterschiedlichen Eigenschaften wachsen. Dazu kommt die Vielzahl der Materialanwendungen beim Bauen. Zwischen der heterogenen Materialvielfalt und den konstruktiven Anforderungen liegt das Nadelöhr der Standardisierung, Normierung und Klassifizierung in unterschiedliche Güteklassen. Das führt zu enormen Redundanzen und Sicherheitsbeiwerten bei der Bemessung von Baukonstruktionen.

Damit sind wir wieder beim sogenannten einfachen Bauen, bei dem man sich nicht wirklich damit auseinandersetzen möchte, was die Eigenschaften jedes einzelnen Bauteils sind. Stattdessen wird in der Regel der Lehrbuchwert verwendet. Gerade beim Holzbau haben wir mit empirischen Tests immer wieder nachgewiesen, dass die Materialien wesentlich mehr können als das, was die Normen mit ihren Sicherheitsfaktoren vorsehen.

In unserer Forschung wollen wir verstehen, mit welchen Holzarten, Schadhölzern und wiederverwendeten Hölzern unsere Planungsmethoden und Fertigungsprozesse zurechtkommen sollten. in einem zweiten Schritt möchten wir daraus mit wesentlich intelligenteren Systemen andere Bauweisen entwickeln als die, die wir aus der Zeit der Industrialisierung kennen. Bisher gilt die Variabilität biogener und wiederverwendeter Werkstoffe als Nachteil. Wir wollen sie durch neue Methoden der funktionalen Gradierung in einen Vorteil ummünzen. Künstliche Intelligenz spielt dabei eine Schlüsselrolle. Das fängt an bei der Erfassung der einzelnen Materialien, setzt sich fort in bauteilspezifischen Fertigungsprozessen und endet bei neuartigen Überprüfungsmethoden, ob die Tragstruktur hält, was sie verspricht.

In den kommenden Jahren wollen Sie auf dem Campus der Universität Stuttgart einen Neubau errichten – gewissermaßen als Heimat für Ihr Exzellenzcluster. Welche Ziele verfolgen Sie damit?

Das Gebäude fasst unsere Aktivitäten erstmals unter einem Dach zusammen – mit räumlich verknüpften Laboren für digitales Denk- und Handwerk sowie einer großen Versuchsbaustelle, auf der wir digitale Bauprozesse untersuchen. Außerdem möchten wir demonstrieren, dass sich unsere Innovationen tatsächlich in die Realität übersetzen lassen – einschließlich aller Genehmigungs- und Zulassungsprozesse, die es für ein öffentliches Bauvorhaben braucht. Wir haben 2019 mit der Grundlagenforschung begonnen und kurz darauf mit der Gebäudeplanung. Jetzt sind wir mitten in der Bauphase. Als Fertigstellungstermin streben wir 2028 an. Wir erproben an dem Neubau auch viele Bausysteme, die wir im Exzellenzcluster entwickelt haben. Für mich ist das Bauprojekt eine Methode, um unsere Forschungsteams aus mehr als 175 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern auf ein gemeinsames Ziel zusteuern zu lassen. Das ist eine wichtige Motivationsquelle für alle Beteiligten und ein Aushängeschild für den Beitrag, den die Forschung zum Bauen leisten kann.

Das klassische modulare Bauen hat nicht allzu viel zu tun mit Ihren Forschungsarbeiten. Wann werden wir wirklich eine hochindividualisierte Form der Vorfertigung erleben, die innovativ ist?

Studien von Beratungsunternehmen besagen, dass sich ein gewisser Marktanteil im Bausektor durch modulares Bauen etwas effektiver gestalten lässt. Die Politik und Teile der Bauindustrie nehmen diese produktorientierte Betrachtungsweise des Bauens dankbar an, weil sie auf höhere Produktivität hoffen. Doch wenn wir uns die Statistiken genauer ansehen, wird klar, dass der Großteil aller Bauvorhaben weiterhin Projektvorhaben bleibt. Vor allem die innerstädtische Architektur ist immer individualisiert. Viele Modulbaufirmen sind in den letzten zehn Jahren bankrott gegangen. Denn sie waren nur in der Lage, das zu bauen, was immer schon gebaut wurde – und haben lediglich versucht, über Produktivitätssteigerungen in der Fertigung Marktvorteile zu generieren. Es geht aber nicht nur darum, Euro pro Quadratmeter einzusparen, sondern auch Qualität pro Quadratmeter zu generieren. Wenn das Resultat beim modularen Bauen nicht andere, bessere Gebäude für die Nutzenden sind, lohnt sich die Mühe nicht wirklich. Unsere Forschungsarbeit ist projektorientiert statt produktorientiert. Dennoch nutzt sie die Effektivität und Produktivität von automatisierten und teils autonomen Bauprozessen. In dieser Verbindung liegt die größte Herausforderung.

Wenn der Neubau in Stuttgart fertiggestellt ist, bleiben immer noch viele offene Fragen. Dann sind Sie auf dem Mond gelandet – aber wo ist der Mars für Sie?

Sie haben vollkommen Recht – und das ist ja gerade das Schöne. Ein Beispiel ist unser mehrgeschossiges Holzbausystem, das in dem Gebäude des Exzellenzclusters erstmals umgesetzt wird. Damit eröffnen wir Möglichkeiten, die wir sonst nur aus dem Betonskelettbau kennen: mehrachsige Spannrichtungen, große Spannweiten von bis zu 11 m, alles als Flachdeckenkonstruktion mit relativ schlanken Querschnitten. Aus dem aktuellen Planungs- und Bauprozess entstehen viele Fragen für weitere Forschungsprojekte: Wie kann das System noch kreislaufgerechter werden? Wie lassen sich darin Althölzer, Schadhölzer und all die verschiedenen Holzarten, die im Zuge des Waldumbaus in den kommenden Jahren geerntet werden, integrieren? Diese Fragen können wir eigentlich nur stellen, weil wir den ersten Schritt der Entwicklung schon gegangen sind. Forschung benötigt Zeit, und ich halte es für naiv zu denken, wir würden künftig keine Grundlagenforschung mehr benötigen, sondern müssten nur noch bestehendes Wissen anwenden. Eine verbreitete Sichtweise besagt: Wir haben ein Zeitproblem, wir müssen alles heute erledigen, sonst geht die Welt unter. Das stimmt teilweise sogar. Aber ich bin sicher, dass auch in 20 Jahren noch Probleme auftauchen werden, die gelöst werden müssen.