El Pabellón de Madera BUGA (BUGA Wood Pavilion, en inglés) celebra un nuevo enfoque para la construcción digital de madera. Su caparazón de madera segmentada se basa en principios biológicos encontrados en el esqueleto de placa de los erizos de mar, que han sido estudiados por el Instituto de Diseño y Construcción Computacional (ICD) y el Instituto de Estructuras de Construcción y Diseño Estructural (ITKE) de la Universidad de Stuttgart por casi una década.
Como parte del proyecto, se desarrolló una plataforma de fabricación robótica para el ensamblaje y fresado automatizados de los 376 segmentos de madera hueca a medida del pabellón. Este proceso de fabricación asegura que todos los segmentos se unan con precisión submilimétrica como un gran rompecabezas tridimensional. El impresionante techo de madera se extiende a 30 metros sobre uno de los principales eventos y conciertos de BUGA, utilizando una cantidad mínima de material y generando un espacio arquitectónico único.
Construcción biomimética ligera: conchas de madera segmentadas
El Pabellón de Madera BUGA ofrece una atracción arquitectónica en la isla central de verano del Bundesgartenschau 2019 en Heilbronn (Alemania). El diseño del pabellón se basa en los principios morfológicos del esqueleto de placa de los erizos de mar.
Siguiendo el edificio de investigación precursor del mismo equipo del proyecto, la Sala de Exposiciones LAGA en Schwaebisch Gmuend, el objetivo de investigación del Pabellón de Madera de BUGA es llevar 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 un caparazón que alcance el triple del tramo? ¿Y puede esta estructura permanecer completamente reutilizable, de modo que pueda implementarse en un sitio diferente después de la BUGA sin ninguna pérdida de rendimiento?
Para lograr este objetivo, el pabellón se basa en el principio biomimético de usar “menos material” teniendo “más forma”, tanto en el nivel de la cubierta general como en sus segmentos individuales. Para minimizar el consumo de material y el peso, cada segmento de madera se construye a partir de dos placas delgadas que planchan 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, que constituye una característica arquitectónica distintiva y proporciona acceso a las conexiones ocultas durante el montaje.
Los elementos de construcción livianos están conectados por los ensamblajes, 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, la carcasa funciona como una estructura activa a través de su expresiva geometría doblemente curva.
Integrativo (co)diseño: Retroalimentación del diseño, ingeniería y desarrollo de fabricación
Nuevas formas de construcción requieren nuevas formas de diseño y fabricación. El Pabellón de Madera BUGA fue concebido bajo el paradigma del codiseño, donde se exploran nuevas posibilidades en diseño, ingeniería y fabricación a través de la retroalimentación computacional continua dentro de un equipo interdisciplinario.
En este proyecto, los algoritmos de codiseño 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 ocurre simultáneamente 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 y la ingeniería de 376 segmentos de placa únicos con 17.000 ensamblados 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 múltiples escalas permite abordar consideraciones arquitectónicas y estructurales al mismo tiempo. A pesar del carácter pionero del proyecto, y a pesar de un increíble tiempo de desarrollo 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 minucioso detalle.
Prefabricación robótica: ensamblaje combinado automatizado con mecanizado de alta precisión
En comparación con una placa de madera sólida, como, por ejemplo, la sala de exposiciones LAGA del equipo, los segmentos de construcción huecos reducen significativamente el peso y el material, pero aumentan el número de piezas de construcción ocho veces y conducen a una fabricación más compleja. Por lo tanto, luchar por una mayor eficiencia de los recursos debe ir de la mano con la fabricación robótica automatizada de los segmentos de carcasa.
Para esto, ICD University of Stuttgart y BEC GmbH desarrollaron una plataforma de fabricación de madera robótica transportable de 14 ejes novedosa y ubicada en el socio industrial MuellerBlaustein Holzbauwerke GmbH para la producción. La plataforma incluye dos robots industriales de alta carga montados en una base de contenedor estándar de 20 pies (unos seis metros). 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 robóticamente. Esto implica 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 intrincadas articulaciones y aberturas de los dedos se mecanizan en los segmentos con una precisión de 300 micrómetros.
Desde el ensamblaje de vigas y placas, hasta el mecanizado de múltiples herramientas y el proceso sensorial y el control de calidad basado en imágenes, 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 ensamblaje por segmento es de 8 minutos, y el fresado de alta precisión toma otros 20 o 40 minutos.
Pabellón de Madera BUGA: una nueva estructura y espacio arquitectónico
Los segmentos de carcasa prefabricados fueron ensamblados en solo 10 días hábiles por un equipo de dos artesanos, sin los andamios o encofrados extensivos que generalmente se requieren. Después de conectar todos los segmentos con pernos removibles, una capa de lámina de EPDM fue enrollada sobre el pabellón en ocho tiras para proporcionar impermeabilización. Las placas de fachada de alerce sin tratar proporcionan el revestimiento externo del pabellón. Todos los elementos de construcción están diseñados para desmontarse y reutilizarse en un sitio diferente. La carcasa de madera de carga del pabellón alcanza una luz sin columnas 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 aumento de tres veces en el alcance y un aumento de cinco veces en tamaño.
Trazando una línea desde la carpintería tradicional hasta los métodos de fabricación robótica de alta tecnología, el Pabellón de Madera BUGA muestra las posibilidades de una arquitectura de madera eficiente, económica, ecológica y expresiva que surge en la intersección de la artesanía maestra, la innovación digital y la investigación científica.
El BUGA Wood Pavilion está ubicado en un cruce central dentro del ondulado paisaje de la isla de verano BUGA. Tres arcos dinámicos forman aberturas atractivas en las direcciones principales y guían a los visitantes al interior del pabellón. Alojando conciertos y eventos públicos, el armazón crea un espacio suavemente curvado que proporciona muy buena acústica y genera una atmósfera arquitectónica única. Esto es especialmente cierto por la noche, cuando miles de luces LED incrustadas en las aberturas internas de los depósitos se iluminan y bañan el interior del pabellón con una luz sutil, cálida y acogedora.
El Pabellón de Madera de BUGA se encuentra en la isla de verano del Bundesgartenschau 2019. Fue inaugurado 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 Clúster de Excelencia “Diseño y Construcción Computacional Integrativa para la Arquitectura” en la Universidad de Stuttgart.
