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Bauprojekt Physikalisch-Technische Bundesanstalt – Walther-Meißner-Bau
Neubau eines Quantentechnologiezentrums
Der Walther-Meißner-Bau beinhaltet Labor-, Mess- und Reinräume für höchst genaue Messungen der Temperatur und für Forschungsarbeiten rund um supraleitende Sensorik.
Projektdaten
Projektbeschreibung
Unter der Leitung des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung (BBR) – Referat BB VI 2 – entstand auf dem Forschungscampus der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) am Standort Fraunhoferstraße/Abbestraße in Berlin-Charlottenburg ein hochkomplexer Neubau für die Berliner Dependance des Quantentechnologiezentrums der PTB. Am 22. April 2022 wurde der Walther-Meißner-Bau feierlich eingeweiht.
Projektdetails
Nutzung
Im Walther-Meißner-Bau entsteht die Berliner Dependance des Quantentechnologiezentrums der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB). Dort werden Beschäftigte zweier Fachbereiche der PTB Forschungs-, Entwicklungs- und Kalibrierarbeiten auf dem Gebiet der Thermometrie und der Messtechnik bei Temperaturen bis in die Nähe des absoluten Nullpunktes bei -273 Grad Celsius durchführen. Dabei kommen komplexe Kryoanlagen und Diagnoseeinrichtungen zum Einsatz. Für deren Betrieb sind kryogene Flüssigkeiten, Hochvakuum-Systeme, hochreine Gase, hochfrequenzgeschirmte Messkabinen und im Besonderen eine optimierte Bauweise des Gebäudes erforderlich. Diese muss die auftretenden Restschwingungen in ihrer Amplitude bis auf das technisch realisierbare Minimum reduzieren.
Neben den erforderlichen, teilweise mehrgeschossigen Labor-, Mess- und Büroräumen sind im 2. Obergeschoss ein Grau- und Reinraumbereich mit einer Halbleiterlithographie sowie im 1. Obergeschoss ein Seminar- und Vortragsraum, der auch für externe Besucherinnen und Besucher zugänglich ist, hervorzuheben. Das Gebäude verfügt über ein Untergeschoss, das Erdgeschoss und drei Obergeschosse und misst 48,70 x 27,20 Meter bei einer Höhe von 18,40 Metern über Gelände. Der Bau wurde mittels Bodenplatte flach gegründet. Damit die Baugrube während der Herstellung des Untergeschosses trocken blieb, wurde eine Trogbaugrube mit einer Tiefe von etwa 5,30 Metern und einzelnen Vertiefungen bis 6,20 Meter erforderlich.
Städtebau und Baukörper
Der Neubau gliedert sich in das PTB-Gelände gemäß des Masterplanentwurfes von 2009 als ergänzender Baustein des Campus ein und nimmt mit seiner Ausrichtung die Fluchten der Abbestraße sowie der Nachbarbebauung auf. Die viergeschossige Ausbildung des Walther-Meißner-Baus vermittelt zwischen den geringen Gebäudehöhen des gegenüberliegenden Gästehauses und des Hermann-von-Helmholtz-Baus sowie dem höheren Wilhelm-Förster-Bau. Die Fassadengestaltung mittels einer differenzierten Ziegelfassade unterstützt das Vorhaben, das Gebäude optisch in das Umfeld auf dem Campus einzubetten. Die bestehende Zaunanlage auf der Ost- und Südseite des Grundstückes wird zurück- und in neuer, zeitgemäßer Art wieder aufgebaut.
Konstruktion
An den Rohbau des Walther-Meißner-Baus wurden erhöhte schwingungstechnische Anforderungen gestellt.
Bei der statischen Auslegung der Bauteile wurde höchste Priorität auf die Umsetzung der Schwingungsanforderungen gesetzt, um den Beschäftigten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt ein baulich optimales Arbeitsumfeld zur Verfügung zu stellen. Das Gebäude wird aus diesem Grunde als schwingungsarmer Massivbau ausgeführt.
Die Deckenstärken sowie die Stärke der Bodenplatte sind entsprechend den Anforderungen dick dimensioniert. Sowohl die Außenwände als auch die inneren Längs- und Querwände sind grundsätzlich tragend ausgeführt und stellen damit die erforderliche hohe Steifigkeit in horizontaler Richtung sicher. Erhöhte schwingungstechnische Anforderungen an Räume, zum Beispiel im Reinraumbereich, können durch die gewählte Ausbildung ohne zusätzliche konstruktive Maßnahmen erfüllt werden.
Fassade
Die Fassade des Walther-Meißner-Baus ist als Vormauerschale aus Ziegelsteinen konzipiert und nimmt mit ihren ausgeprägten Deckenbändern Bezug auf die Horizontalität der Gesimse der historischen Nachbargebäude auf dem Campus. Die im Läuferverband flächig gemauerten Deckenbänder stehen geringfügig vor und bilden die unterschiedlichen Geschosshöhen ab.
Dazwischen sind auf einem Grundraster aus schmalen und breiten Elementen die Öffnungen und Wandscheiben jeweils in zwei verschiedenen Ausprägungen angeordnet. Die Wandscheiben sind streifenförmig abgesetzt und unterscheiden sich neben ihrer Breite auch in Farbton, Tiefe und Oberflächenstruktur. Die Fensteröffnungen folgen dieser Analogie und sind entweder als einteiliges Element mit vorgesetzten feststehenden Streckmetall-Elementen oder als zweiteiliges Element mit zusätzlicher seitlicher Festverglasung ausgebildet. Anhand dieser Anordnung können an der Fassade die Büro- und Kommunikationsbereiche am mittleren Öffnungsanteil abgelesen werden, die Laborbereiche am geringen Öffnungsanteil und die Lüftungszentrale ohne Öffnungsanteil.
Bereiche mit besonderen Funktionen wie Eingangsbereich, Seminarraum und Kommunikationsbereich vor dem Seminarraum werden mit großformatigen Öffnungen abgebildet.
Haustechnik
Die Nutzungsanforderungen im Gebäude machen die Ausbildung von zwei technischen Hauptzentralen erforderlich. Die Lüftungszentrale im 3. Obergeschoss ist mit direkter Anbindung an den Grau- und Reinraumbereich angeordnet, um die hohen Anforderungen sowie den großen Luftmengenbedarf sicherstellen zu können. Die allgemeine Lüftungszentrale für alle anderen Bereiche des Gebäudes befindet sich im Untergeschoss. In diesem ist der Neubau an den unterirdischen Medientunnel angebunden, welcher vom nördlich gelegenen Technikum angedient wird.
Die Nutzung des Gebäudes als Tieftemperaturlabor bringt hohe Anforderungen an die technische Ausstattung mit sich.
Die mittlere Funktionsspange des Obergeschosses wird durch einen zentralen, vertikalen Installationsschacht versorgt, der in Größe dem Bedarf der anliegenden Räume entspricht. Weitere Installationsschächte befinden sich jeweils in der Reinraum- und Bürospange des Dreibundes, sodass jede Spange über einen räumlich direkt erreichbaren Installationsschacht angedient wird. Die Installationsführung in den Laboren und Lagern erfolgt offen. Für den Grau- und Reinraumbereich ist fassadenseitig eine vorgelagerte Funktionszone zur Installationsführung vorgesehen.
Das Gebäude, das Tragwerk und die technische Gebäudeausrüstung wurden als BIM-Pilotprojekt geplant. Für das gemeinsame 3D-Modell der Planerinnen und Planer wurde ein verbindliches Austauschformat (ifc) festgelegt. Die 3D-Planung und die Kollisionsprüfung dienen der Qualitätssicherung in den hochinstallierten Bereichen.
Kunst am Bau
Anfang März 2022 wurde das Kunstwerk „Die Leiter der Welt“ der Berliner Künstlerin Heidi Sill installiert. Ihr Entwurf war 2018 in einem Kunst-am-Bau-Wettbewerb mit dem 1. Preis ausgezeichnet worden.
Die Installation aus 14 gleich großen, spiralförmig von der Decke abgehängten Glaskugeln erstreckt sich vom Erdgeschoss über den offenen Luftraum des Treppenhauses bis ins 3. Obergeschoss. Die Farbgebung orientiert sich an der Temperaturskala, einem wesentlichen Merkmal der Arbeit der PTB in diesem Gebäude: Sie reicht von Kaltblau im Erdgeschoss – im darunterliegenden Bereich des Untergeschosses wird Tieftemperaturforschung betrieben – bis zu Warmrot am oberen Ende.
Seitlicher Lichteinfall und natürliche Beleuchtung durch runde Oberlichter rufen ein abwechslungsreiches Lichtspiel auf den Oberflächen der jeweils rund fünf Kilogramm schweren Glaskugeln hervor. Diese wurden in der ältesten Glashütte Deutschlands, der Glasmanufaktur von Poschinger im Bayerischen Wald, in Handarbeit hergestellt. Die Kugeln mit einer Wandstärke von etwa acht Millimetern wurden zunächst unter ständigem Drehen in mehreren Schritten aufgebaut und anschließend von einem Glasbläser in ihre finale Form gebracht.
Installation von Glaskugeln im Walther-Meißner-Bau
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Bei der Installation der empfindlichen, jeweils rund 5 Kilogramm schweren Glaskugeln durch eine Spezialfirma war besondere Vorsicht geboten.
Bereits im Wettbewerbsverfahren überzeugte der Entwurf von Heidi Sill die Jury mit „seiner einfachen, gleichwohl freien und feinfühligen Umsetzung der wissenschaftlichen Arbeit der PTB in eine angemessene skulpturale Form“. Die Anordnung der Kugeln stellt sowohl einen Bezug zur Struktur organischer Moleküle als auch zum Visualisierungsmodell der sogenannten SI-Einheiten her, das verschiedenfarbige kreisrunde Elemente enthält. SI ist die Kurzform für das „Système international d'unités“. Zu den sieben Basiseinheiten dieses am weitesten verbreiteten Internationalen Systems für physikalische Einheiten gehört auch das Kelvin, jene SI-Einheit, die für die Forschung im Walther-Meißner-Bau relevant ist. Die PTB nimmt auf dem Gebiet der Temperaturmesstechnik und der Supraleitungssensorik eine international führende Position ein. Der hier betrachtete Temperaturbereich liegt in der Nähe des absoluten Nullpunktes der Temperaturskala, also um 0 Kelvin oder -273,15 Grad Celsius.
Schrägperspektive des Walther-Meißner-Baus
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Der Walther-Meißner-Bau beherbergt auf insgesamt rund 2.880 Quadratmetern Nutzfläche Labor-, Mess- und Reinräume sowie Büroflächen für die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der PTB.
