Innovative Dinge muten erst einmal wie eine subversive Aktion an

Die Sanierung der „Staatsoper Unter den Linden“ ist abgeschlossen. Mit ihrer Wiederinbetriebnahme Anfang Dezember 2017 ging ein achtjähriger Bauprozess zu Ende, der neben der umfassenden Sanierung auch eine akus-
tische Optimierung beinhaltete. HG Merz und sein Team planten dazu das Anheben der historischen Saaldecke. Der von HG Merz und Knippers Helbig entwickelte Vorschlag, den zur Verbesserung der Akustik notwendigen Höhenversprung (etwa 4 m) mit einer Gitterstruktur vor der neu geschaffenen „Nachhallgalerie“ zu überbrücken, folgte mehreren Anforderungen: gestalterischen, brandschutztechnischen und natürlich akustischen. Die Ingenieure wählten für die Struktur glasfaserverstärkte Phosphat-Keramik (CBPC), brauchten dafür allerdings eine Zustimmung im Einzelfall. Über zahlreiche Prüftests, über digitales Entwerfen und Analysieren sowie gestalterische Vorgaben seitens des Architekten entwickelte das Ingenieurbüro eine Netzstruktur, die … Zu kompliziert? Wir fanden das auch und trafen uns mit den Ingenieuren in Berlin; in die Oper hinein durften wir zunächst nicht: Probenbetrieb!

Frage in die Runde: Mit allem zufrieden?

Thorsten Helbig: Inhaltlich haben wir alles erreicht. Das, was wir machen durften, ist die Arbeit an einem kleinen Teil eines sehr viel größeren Anderen. Dass dieses kleine, technisch sehr interessante, sehr innovative Teil jetzt seinen Platz gefunden hat, darüber sind wir sehr froh.

Die realisierte Gitterstruktur ist das einzig neue (sichtbare) Bauteil in der Oper. Wo wurde es schwierig?

TH: Der Reiz der Aufgabe bestand für uns Ingenieure darin, für die Sanierung des historischen Bestandsgebäudes etwas Zeitgemäßes zu entwickeln. Es wurde mit modernen Methoden entworfen, mit Robotik gefertigt und ein bis dahin im Bauwesen noch nicht eingesetzter Werkstoff verwendet. Kurz gesagt: Bei der Entwicklung und Produktion des Bauteils haben wir konsequent mit den entwurfs- und fertigungstechnischen Möglichkeiten des 21. Jahrhunderts gearbeitet.

Gab es für den Entwurf des „Bauteils“ Spielräume?

Florian Scheible: Das Architektenteam um HG Merz hat Raum und Form dafür geschaffen und den Konsens für die erarbeitete Lösung mit allen Beteiligten herbeigeführt. Dabei hatten sie schon sehr konkrete Vorstellungen von der räumlichen Wirkung und der nicht repetitiven Netzgeometrie. Die Entwicklungsparameter ergaben sich aus den technischen Anforderungen. Wir brauchten ein offenes Gitter, das die akustische Wirkung der Nachhallgalerie nicht stört. Das leistet das vom Architekten entwickelte feingliedrige Maschennetz. Und dann stand die Frage im Raum, aus welchem Material und auf welche Weise kann diese Struktur gefertigt werden? Dazu wurde mit parametrischen Tools eine möglichst weite Formenvarianz erzeugt, die sich auch am Rhythmus der Linien orientierte, die im historischen Bestand vorhanden sind.

Womit die Geometrie annäherungsweise feststand. Wie ging es weiter?

FS: Nun konnten wir die geometrische Grund-idee unter Berücksichtigung möglicher Fertigungsvarianten weiterentwickeln. Dabei ging es vor allem darum, die Anzahl unterschiedlicher Segmenttypen zu minimieren und dabei die Besonderheiten des Herstellungsprozesses in der Formgebung und Detailausbildung zu berücksichtigen. Da sind wir geometrisch in einem noch relativ neuen Arbeitsfeld. Und auch technologisch, denn sowohl das Design wie auch die Produktion beruhen komplett auf digitalen Daten. Was in einem spannenden Kontrast zur Arbeit der Stukkateure steht, die hier vier Jahre lang präzises, traditionelles Handwerk geleistet haben.

Was muss das Netz, außer akustischer Performance, noch leisten? Trägt es Lasten ab?

Boris Peter: Die Konstruktion ist rein selbsttragend. Das musste auch so sein, weil es Positionen gibt, wo wir die Struktur nicht hätten fixieren können. Und, ganz wesentlich: Die Struktur durfte nicht brennbar sein. Eine hohe Anforderung an ein Material, das gießfähig sein soll, leicht formbar etc.

TH: Das kennen wir aus dem Bereich der faserverstärkten Kunststoffe, mit denen aber die hohe Brandschutzanforderung nicht hätte erfüllt werden können. Da hat ganz entscheidend Jan Knippers mitgearbeitet [Anm.: Partner bei Knippers Helbig bis 2017]. Er hat viel Erfahrung im Bereich Faserverbundwerkstoff. Sein Institut, das ITKE an der Universität Stuttgart, forscht in diesem Bereich.

Keramik – ich meinte gerade „gießfähig“ gehört zu haben ...!?

BP: Richtig, wir haben hier eine gießfähige Kaltkeramik verwendet, die schon bei ca. 60 Grad C aushärtet.

TH: Aber Keramik ist ein sprödes Material und scheint erst einmal nicht geeignet für den Lastabtrag, gerade auch, wenn man sich die teils hohe Durchlässigkeit anschaut. Das führte zur eigens entwickelten Glasfaserverstärkung. So entsteht ein Verbundmaterial bei dem die Glasfaser als Biegezugbewehrung dient und auch mögliche Rissbildungen vermeidet. Diese Redundanz im Lastabtrag, geschaffen durch den zugfesten Verbundpartner Glasfaser in der druckfesten aber spröden Keramik, ist eine sehr wichtige Eigenschaft des neuen Materialverbunds.

Und dann stand die Lösung und die Genehmigungsbehörde sagt: Nein! ... War aber nicht so … Oder doch?

TH: Ganz so naiv sind wir ja nicht. Wir wissen natürlich aus vielen anderen unserer Projekte, dass, wenn wir innovative Dinge im heutigen Bauen machen wollen, dies erst einmal wie eine subversive Aktion anmutet. Etwas Neues auszuprobieren bringt beim Bauen immer ein terminliches und eventuell ein finanzielles Risiko mit sich. Man ist am Anfang recht allein mit der Überzeugung, mit der neuartigen und technisch optimalen Lösung auch ein für das Projekt verwendbares Bauteil entwickelt zu haben. Und dann muss man überzeugen und nachweisen, dass es funktioniert.

Aber sobald man die erprobten, genormten Wege verlässt, muss man in Deutschland automatisch eine Zustimmung im Einzelfall erlangen. Da wir aus Erfahrung wissen, welche Wege hier zu gehen sind, haben wir das Prozedere mit einge-plant. Schlussendlich bleibt es aber natürlich immer ein Wagnis. Nicht technisch, das hatten wir gut im Griff. Aber die notwendigen Tests wollen erst einmal durchgeführt und bestanden sein, bevor die Zustimmung erteilt wird.

BP: Ich möchte hier anschließen: Wie schafft man es im Bauwesen überhaupt noch, Innovation umzusetzen?! Da müssen erst einmal viele Dinge erarbeitet werden. Das ist sehr aufwendig und meistens im Vorfeld nur ungenau kalkulierbar. Schwieriger ist es oftmals sogar, die ausführenden Unternehmen zu motivieren, kleine Dinge, die kompliziert sind, überhaupt machen zu wollen. Und das umso mehr in einer Zeit, in der der Markt mit Aufträgen voll ist!

Zurück zur Gutachterphase: Ist die Ingenieurskompetenz von Knippers Helbig da außen vor?

FS: Wir können unterstützend tätig werden, beispielsweise bei der Suche nach einem Gutachter. Oder, indem wir die technischen Informationen sehr detailliert liefern, indem wir auf Referenzen hinweisen etc. Denn am Ende haben wir in der Oper mit einem Verbundwerkstoff gearbeitet und für solche Werkstoffverbünde gab es in der Vergangenheit schon hinreichende Tests und realisierte Projekte. Und nicht zuletzt hatten wir die Aufgabe, den Prozess zwischen den involvierten Parteien zu moderieren: zwischen Prüfer, Gutachter, Bauaufsicht, uns Ingenieuren und dem, der die Prüfstücke fertigen muss.

Das klingt so, als könnte man in dieser schwierigen Phase noch Entwicklung, Forschung betreiben. Gab es kritische Situationen?

TH: Zu keiner Zeit, niemals! (alle lachen) Hier, in diesem spezifischen Fall, in welchem mit einem sehr spröden Material gearbeitet wird, sind die Sicherheitsanforderungen notwendigerweise sehr hoch gewesen. Im Versagensfall fällt ja nun – vereinfacht gesagt – eine Menge Material aufs Parkett! Das haben wir mittels der durchlaufenden Glasfasern aber vollständig ausgeschlossen.

Haben Sie im Vorfeld der Ausschreibung den Austausch mit Firmen und Hochschulen gesucht?

TH: Natürlich gibt es ein Netzwerk, in dem man sich austauscht und gegenseitig auf Entwicklungen aufmerksam macht. Und Jan Knippers und das ITKE haben uns durch Vorversuche unterstützt und gemeinsam mit uns wesentliche Grundlagenarbeit geleistet.

Zum Schluss: Was macht Knippers Helbig mit der Innovation faserverstärkte Kaltkeramik?

BP: Wenn das Material passt und der Anwendungsfall der richtige ist, dann würden wir das wieder einsetzen. Aber wir warten jetzt nicht darauf, die nächste Nachhallgalerie mit Kaltkeramik auszustatten.

TH: Erfolgreiche Lösungsstrategien sind adaptierbar. Unser echter Gewinn ist die nur durch das eigene Tun zu erlangende Expertise über den Prozess der Einführung eines neuartigen Baustoffs, von der ersten Idee bis zum gebauten Objekt. Dies hilft uns ganz konkret schon jetzt bei einigen neuen Entwicklungen.

FS: Jetzt haben wir doch noch einen Termin für die Oper … Treffpunkt in 10 Minuten!

TH: Dann aber mal los!

Mit Thorsten Helbig (links im Bild), Boris Peter (rechts) und Florian Scheible unterhielt sich DBZ-Redakteur Benedikt Kraft am 8. November 2017 im Café im Zeughaus, vis-a-vis der Oper unter den Linden.