Tor Alva eröffnet: Ein Meilenstein im 3D-Betondruck

Der Tor Alva in der Gemeinde Mulegns in der Schweiz wurde am 20. Mai 2025 eröffnet. Der als temporärer Aufführungsort konzipierte Turm ist das bisher höchste Bauwerk der Welt, das mit digitaler Betonproduktion hergestellt wurde. Entstanden ist er durch die Zusammenarbeit der Professur für Digitale Bautechnologien (DBT) der ETH Zürich mit der Kulturstiftung Nova Fundaziun Origen. Das Projekt ist ein Meilenstein in der laufenden Forschung im Rahmen des Nationalen Forschungssschwerpunktes Digitale Fabrikation.

Das eingeweihte Tor Alva befindet sich im Schweizer Bergdorf Mulegns. Foto von Benjamin Hofer, Nova Fundaziun Origen

3D-gedruckte Architektur

Der weisse Turm, Tor Alva, geht auf sieben Jahre Forschung auf dem Gebiet des 3D-Betondrucks (3DCP) an der ETH Zürich zurück, wobei der Schwerpunkt auf bewehrten, tragenden Strukturen ohne Schalung liegt. Beim 3DCP-Verfahren wird Beton nur genau dort aufgetragen, wo er benötigt wird. Dadurch wird Abfall vermieden, da keine Schalung zum Giessen des Betons erforderlich ist. Darüber hinaus erlaubt dieser Ansatz eine grössere Gestaltungsfreiheit als bisher möglich. 2018 wurde am Lehrstuhl für Digitale Bautechnologien (Prof. Benjamin Dillenburger) von Dr. Ana Anton der Grundstein der Forschung gelegt. Im Rahmen ihrer Promotion begann sie mit der Entwicklung robotergestützter Extrusionsverfahren für grossflächige Bauteile. In ihrer Dissertation „Tectonics of Concrete Printed Architecture“ untersuchte sie, wie 3DCP von kleinskaligen Laborexperimenten auf reale Gebäude übertragen werden kann. Seitdem wurde die Forschung am Lehrstuhl erheblich vorangetrieben. Dr. Eleni Skevaki und andere Forschende haben die strukturellen und materiellen Aspekte von 3DCP verfeinert. Ihr gemeinsames Ziel ist es, Abfall zu reduzieren, die Automatisierung des Druckprozesses zu erhöhen und neue Möglichkeiten für die Architektur zu erschliessen.

Von einzelnen Säulen zum grossen Turm

Die Zusammenarbeit mit der Kulturstiftung Nova Fundaziun Origen begann 2019 mit einem kleineren Projekt: Concrete Choreography. Diese Installation bestand aus neun 3D-gedruckten Betonsäulen, die als verlorene Schalung verwendet wurden. Sie diente als erster Schritt, um das Material und die Konstruktionsmethoden unter realen Bedingungen zu testen. Mit dem Tor Alva wurden der Umfang und die Ambitionen der Zusammenarbeit erweitert. Der Turm dient nun als Veranstaltungsort für kulturelle Aufführungen und Veranstaltungen im Bergdorf Mulegns. Gleichzeitig zeigt er wie die digitale Fertigung auf architektonische und regionale Bedürfnisse reagieren kann, z.B. beim Bau temporärer Strukturen in Gebieten mit begrenzter Infrastruktur.

Die Kuppel dient als Aufführungsort mit 32 Sitzplätzen und einer zentralen Bühne. Foto von Benjamin Hofer, Nova Fundaziun Origen

Tor Alva in Zahlen

Der Tor Alva ragt 30 Meter in die Höhe, etwa so hoch wie ein zehnstöckiges Gebäude. Er besteht aus 124 3D-gedruckten Elementen, darunter 48 volltragende Säulen und eine Kuppel, die den Turm krönt. Insgesamt wurden über 2500 Betonschichten gedruckt - jede davon nur 10 mm dick. Der Druckprozess dauerte rund 900 Stunden, was mehr als einem Monat kontinuierlicher Produktion entspricht. Der Turm hat einen Durchmesser von bis zu 9 Metern auf der höchsten Ebene, wo die Aussichtsplattform für 32 Besuchende Platz bietet.

Bauingenieurwesen, Materialinnovation und technische Entwicklung

Tor Alva zeigt, wie durch die enge Kooperation in den Disziplinen des computergestützten Entwurfs, der digitalen Fabrikation, der Bautechnik und der Materialwissenschaft wichtige Fortschritte erzielt wurden. Möglich wurde dies durch das interdisziplinäre Zusammenspiel von Architektur, Ingenieurwesen, Materialforschung, Geodäsie und Robotik. Der Lehrstuhl für Baustatik und Konstruktion (Massiv- und Brückenbau) von Prof. Dr. Walter Kaufmann war massgeblich an der Entwicklung und Prüfung von tragenden 3D-gedruckten Betonstützen beteiligt, bei denen die Horizontalbewehrung direkt während des Druckprozesses mit einem Roboter eingelegt worden ist. Die Vertikalbewehrungen wurden nach dem Drucken in die dafür vorgesehen Hohlräume eingebracht und ausgegossen. Da noch keine Normen und Richtlinien für die Bemessung von 3D-gedruckten Bauten existieren, musste Kaufmanns Gruppe neue Testverfahren entwickeln, um die Tragsicherheit des neuartigen Bauwerks zu prüfen. In diesem Zusammenhang vertieften Dr. Alejandro Giraldo Soto, Dr. Lukas Gebhard und Dr. Lucia Licciardello das Verständnis dafür, wie Bewehrung während des Druckvorgangs effektiv in Betonstrukturen integriert werden kann. Seit 2017 arbeitet der Lehrstuhl für Physikalische Chemie der Baustoffe von Prof. Dr. Robert Flatt gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Digitale Bautechnologien an geeigneten Betonmischungen und Druckverfahren, um die Herstellung der individuellen Bauteile mit ihren hohen Oberflächenauflösungen zu ermöglichen.

Dieser integrierte Ansatz - die Verschmelzung von unterschiedlichen Disziplinen - ist das Herzstück der Forschungskultur des NFS Digitale Fabrikation. Der Tor Alva ist ein Beispiel dafür, wie eine solche Zusammenarbeit Innovationen in der Architektur ermöglicht und neue Baumethoden vom Labor in die Praxis übertragen kann. Ganz nach dem Motto: disziplinübergreifende Integration, gemeinsame Entwicklung von Technologien und Tests in grossem Massstab.

Von der Forschung zur Anwendung in der realen Welt

Die Auswirkungen dieser Forschung gehen über den akademischen Bereich hinaus. Zwei Spin-offs des NFS DFAB - MESH AG und Saeki AG - spielten eine Schlüsselrolle im Tor Alva-Projekt. MESH lieferte robotergestützte Bewehrungssysteme für die komplexen Betongeometrien, während Saeki industrialisierte Lösungen für gedruckte Schalungen für die Decken-Bodenelemente entwickelte, welche anschliessend ausgegossen worden sind. Ihre Beteiligung unterstreicht, wie die Forschung innerhalb des NFS DFAB zu angewandten Technologien mit Marktrelevanz führt und die Lücke zwischen experimenteller Fertigung und skalierbaren Bauverfahren schliesst.

Credits

Die Nova Fundaziun Origen realisierte den Bau des Tor Alva in enger Zusammenarbeit mit der ETH Zürich, den Bauunternehmen Uffer Group und Zindel United sowie dem Ingenieurbüro Conzett Bronzini Partner AG. Die Architekten des Tor Alva sind Prof. Benjamin Dillenburger (Digitale Bautechnologien, ETH Zürich) und Michael Hansmeyer. Die ETH-Professuren von Robert Flatt (Physikalische Chemie der Baustoffe, ETH Zürich) und Walter Kaufmann (Baustatik und Konstruktion, ETH Zürich) haben – gemeinsam mit weiteren Forschenden des Nationalen Forschungsschwerpunkts Digitale Fabrikation (NFS DFAB) – wesentlich zur Entwicklung beigetragen. Der Bau des Tor Alva ist eine architektonische, ingenieurtechnische und finanzielle Herausforderung. Realisiert werden konnte der Turm nur dank des mutigen Engagements grosszügiger Stiftungen, Unternehmen und privater Unterstützenden.