Pabellón BUGA Wood por ICD/ITKE, University of Stuttgart

Descripción del proyecto por ICD/ITKE

BUGA WOOD PAVILION 2019

El BUGA Wood Pavilion celebra un nuevo enfoque para la construcción digital de madera. Su cáscara de madera segmentada se basa en los principios biológicos que se encuentran en el esqueleto de la placa de los erizos de mar, que han sido estudiados por el Institute for Computational Design and Construction (ICD) y el Institute for Building Structures and Structural Design (ITKE) en la Universidad de Stuttgart durante casi una década. Como parte del proyecto, se desarrolló una plataforma de fabricación robótica para el ensamblaje y el fresado automatizado de los 376 segmentos de madera huecos a medida del pabellón. Este proceso de fabricación garantiza que todos los segmentos encajen con precisión submilimétrica como un gran rompecabezas tridimensional. El impresionante techo de madera se extiende por 30 metros sobre uno de los salones de eventos y conciertos principales de BUGA, utilizando una cantidad mínima de material y al mismo tiempo genera un espacio arquitectónico único.

CONSTRUCCIÓN BIOMIMÉTICA LIGERA: CONCHAS DE MADERA SEGMENTADAS

El pabellón BUGA Wood es una atracción arquitectónica en la isla de verano central de Bundesgartenschau de 2019 en Heilbronn. El diseño del pabellón se basa en los principios morfológicos del esqueleto de la placa de los erizos de mar. Siguiendo el edificio de investigación precursor del mismo equipo de proyecto, el Salón de Exposiciones LAGA en Schwaebisch Gmuend, el objetivo de investigación del Pabellón BUGA Wood es impulsar la articulación arquitectónica y el rendimiento estructural de las conchas de madera segmentadas biomiméticas a un nuevo nivel: con la misma pequeña cantidad de madera por metro cuadrado como en el proyecto LAGA, ¿es posible construir una concha que alcance el triple del lapso? ¿Y esta estructura puede seguir siendo completamente reutilizable, de modo que pueda implementarse en un sitio diferente después de BUGA sin ninguna pérdida de rendimiento? Para lograr este objetivo, el pabellón se basa en el principio biomimético de usar "menos material" al tener "más forma", tanto en el nivel de la cubierta general como en sus segmentos individuales. Con el fin de minimizar el consumo de material y el peso, cada segmento de madera está formado por dos placas delgadas que forman un anillo de vigas de borde en la parte superior e inferior, formando cajas de madera huecas a gran escala con formas poligonales. La placa inferior incluye una gran abertura, lo que constituye una característica arquitectónica distintiva y proporciona acceso a las conexiones ocultas durante el montaje. Los elementos de construcción livianos están conectados por articulaciones de dedos, que siguen los principios morfológicos de las características anatómicas que se encuentran en el borde de las placas de los erizos de mar. En el estado ensamblado, el armazón funciona como una estructura de forma activa a través de su expresiva geometría doblemente curvada.

(CO)DISEÑO INTEGRATIVO: DESARROLLO IMPULSADO, INGENIERÍA Y DESARROLLO DE FABRICACIÓN

Las nuevas formas de construcción requieren nuevas formas de diseño y fabricación. El pabellón BUGA Wood se concibió bajo el paradigma de Co-Design, donde se exploran nuevas posibilidades en diseño, ingeniería y fabricación a través de la retroalimentación computacional contínua dentro de un equipo interdisciplinario. En este proyecto, los algoritmos de diseño conjunto desarrollados por el equipo del proyecto generan la forma de cada elemento del pabellón de acuerdo con la intención del diseño arquitectónico y los requisitos estructurales, mientras que todos los aspectos de fabricación robótica se integran y negocian directamente. El diseño del pabellón se realiza de forma concurrente y en retroalimentación con el diseño de la configuración de fabricación robótica, que es un desarrollo a medida para el proyecto. El proceso altamente integrador permite el diseño e ingeniería de 376 segmentos de placa únicos con 17 000 articulaciones diferentes en respuesta a criterios de diseño multifacéticos, desde la escala de la estructura general hasta los detalles submilimétricos. Sin ninguna pérdida de precisión, este enfoque de escala múltiple permite abordar consideraciones arquitectónicas y estructurales al mismo tiempo. A pesar del carácter pionero del proyecto y del tiempo de desarrollo increíblemente corto de solo 13 meses desde la comisión hasta la apertura, el proceso computacional integrador permite el diseño cuidadoso de cada elemento de construcción en detalle.

PREFABRICACIÓN ROBÓTICA: COMBINACIÓN DE ENSAMBLADO AUTOMÁTICO CON MAQUINADO DE ALTA PRECISIÓN

En comparación con una placa de madera maciza, como se utiliza, por ejemplo, en la sala de exposiciones LAGA del equipo, los segmentos huecos de construcción reducen significativamente el peso y el material, pero aumentan ocho veces la cantidad de piezas de construcción y conducen a una fabricación más compleja. Por lo tanto, la lucha por una mayor eficiencia de recursos debe ir de la mano con la fabricación robótica automatizada de los segmentos de shell. Para esto, ICD University of Stuttgart y BEC GmbH desarrollaron una novedosa y transportable plataforma robótica de fabricación de madera de 14 ejes, y se ubicaron en el socio industrial MuellerBlaustein Holzbauwerke GmbH para la producción. La plataforma incluye dos robots industriales de gran capacidad de carga montados en una base de contenedores estándar de 20 pies. La flexibilidad de los robots industriales permite la integración de todos los pasos de prefabricación de los segmentos del pabellón dentro de una unidad de fabricación compacta. Durante la producción, cada segmento de carcasa a medida se ensambla de forma robótica. Esto conlleva la colocación de placas y vigas de madera preformateadas, su fijación temporal con clavos de haya y la aplicación controlada de la junta de pegamento estructural entre la placa y la viga. En un segundo paso, las articulaciones y aberturas intrincadas se mecanizan en los segmentos con una precisión de 300 m. Desde el ensamblaje de vigas y placas hasta el mecanizado de herramientas múltiples y el control de calidad basado en procesos e imágenes sensoriales, todo sucede en un flujo de trabajo totalmente automatizado, controlado por 2 millones de líneas personalizadas de código robótico que se exportaron directamente desde el marco de diseño computacional. En promedio, el tiempo de montaje por segmento es de 8 minutos, mientras que el fresado de alta precisión tarda otros 20-40 minutos.

BUGA WOOD PAVILION: UNA NUEVA ESTRUCTURA Y ESPACIO ARQUITECTÓNICO

Los segmentos de armazón prefabricados fueron ensamblados en solo 10 días hábiles por un equipo de dos artesanos, sin los extensos andamios o encofrados generalmente requeridos. Después de conectar todos los segmentos con pernos extraíbles, se laminó una capa de lámina de EPDM sobre el pabellón en 8 tiras para proporcionar impermeabilización. Las placas de fachada de alerce sin tratar proporcionan el revestimiento exterior del pabellón. Todos los elementos de construcción están diseñados para ser desmontados y reutilizados en un sitio diferente. La cubierta de madera portante del pabellón alcanza un tramo sin columna de 30 metros, pero pesa solo 38 kg / m². Esto es menos que el punto de referencia de la sala de exposiciones LAGA, a pesar de un triple aumento en el alcance y un aumento de cinco veces en el tamaño. Dibujando una línea desde la carpintería tradicional hasta los métodos de fabricación robótica de alta tecnología, el BUGA Wood Pavilion presenta las posibilidades de una arquitectura de madera eficiente, económica, ecológica y expresiva que surge en la intersección de la maestría, la innovación digital y la investigación científica. El BUGA Wood Pavilion se encuentra en un cruce central dentro del paisaje ondulado de la isla de verano BUGA. Se forman tres arcos dinámicos que invitan a las aberturas en las direcciones principales y guían a los visitantes hacia el interior del pabellón. Al albergar conciertos y eventos públicos, la cáscara crea un espacio suavemente curvado que proporciona una acústica muy buena y genera una atmósfera arquitectónica única. Esto es especialmente cierto en la noche, cuando miles de luces LED incrustadas en las aberturas interiores se encienden y bañan el interior del pabellón con una luz sutil, cálida y acogedora.

El BUGA Wood Pavilion se encuentra en la Isla de Verano de la Bundesgartenschau 2019. Abrirá el 17 de abril de 2019 por el Ministro Presidente del Estado de Baden-Wuerttemberg. La investigación sobre sistemas y estructuras digitales de construcción de madera se continuará en el contexto del nuevo Grupo de Excelencia "Diseño Computacional Integrativo y Construcción para la Arquitectura" en la Universidad de Stuttgart.