Komparative Innovationssystemanalyse des schwedischen und schweizerischen Holzbausektors : Parallelen und Potentiale
Creators: name: Vögeli, Pascal
Publisher: name: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Year: 2024
Subjects: Holzbau
Innovationssystemanalyse
TIS
Nachhaltiges Bauen
338: Produktion

description: Der Bausektor steht weltweit unter Druck; einerseits muss Wohnraum für immer mehr Menschen geschaffen werden, andererseits gehört er zu den grossen Emittenten von Treibhausgasen, verursacht durch die im konventionellen Massivbau hauptsächlich verwendeten Materialien, wie Beton und Stahl. Eine Lösung kann das Bauen mit Holz darstellen, da der Rohstoff Holz einerseits lokal nachwächst, andererseits durch das Binden von Kohlenstoff als CO2-neutral gilt. Viele Innovationen in den Bereichen der Holzwerkstoffe (z.B.: Brettsperr- und Brettschichtholz) und der Holzbauweisen (Rahmen-, Skelett- und Massivholzbau), kombiniert mit den Lockerungen in den Brandschutzverordnungen ermöglichen den Einsatz von Holz in Bereichen, wo bis anhin der konventionelle Massivbau ohne Alternativen führend war.
Diese Arbeit analysiert und vergleicht die Holzbausektoren von Schweden und der Schweiz mit einem Fokus auf mehrstöckige Bauten. Beides Länder, die als Vorreiter im modernen Holzbau gelten. In Schweden liegt der Anteil von Tragkonstruktionen aus Holz im mehrstöckigen Bau bei 20 %, in der Schweiz bei knapp 7%. Es wird untersucht, wie gut die beiden Holzbausektoren als Innovationssysteme funktionieren und wo zentrale Unterschiede liegen.

Als konzeptionelle Grundlage dient die Innovationssystemanalyse, dabei wurden die Holzbausektoren Schwedens und der Schweiz als Innovationssysteme (TIS) verstanden. Die durchgeführte Innovationssystemanalyse umfasst drei Kernelemente, die Basis-, Kontext- und Funktionsanalyse. Methodisch wurden sowohl eine Literaturrecherche als auch Experteninterviews (insgesamt 10, 5 pro Land) durchgeführt. Die Interviews wurden transkribiert, kodiert (anhand der TIS Funktionen) und analysiert. Anschliessend wurden beide Länder verglichen und politische Empfehlungen für die Schweiz abgeleitet.
Die Basisanalyse hat gezeigt, dass der Holzbau in beiden Innovationssystemen von Gesetzesreformen und dem aktuellen Streben nach erhöhter Nachhaltigkeit profitiert. Wesentlich für die gegenwärtige Entwicklung des Holzbaus sind standardisierte, industriell gefertigte Holzwerkstoffe, die über konstante Eigenschaften verfügen und die Bauzeit verkürzen, insbesondere im Bezug zur Vorfertigung. Die Innovationen in diesen Bereichen haben erst die Weiterentwicklung aktueller Holzbauweisen ermöglicht, es handelt sich dabei um viele kleine Innovationen im Bereich der Verleimung von Holzwerkstoffen, der Entwicklung neuer Holzverbindungstechnologien oder Anwendung alternativer Holzarten. Wobei das schwedische Innovationssystem eher zum Massivholzbau neigt, während in der Schweiz vermehrt die ressourcenschonende Rahmenbauweise zum Einsatz kommt. Hauptakteure in Schweden sind Holzbauunternehmen, welche teilweise auch in der Forstwirtschaft tätig sind, sowie Gemeinden und Regionen. In der Schweiz sind es Holzbauunternehmen und Ingenieurbüros.
In der Kontextanalyse zeigte sich, dass der konventionelle Massivbau nach wie vor eine beherrschende Stellung einnimmt. In Schweden dominiert das Bauen mit Beton, in der Schweiz ist neben Beton auch die Verwendung von Backstein von Bedeutung. Aufgrund der historisch gewachsenen Relevanz dieser Baustoffe und ihrer tiefen gesellschaftlichen und wirtschaftlichen (angefangen bei Bauherren und Nutzern, über Architekten und Ingenieure, bis hin zu Generalunternehmern) gestaltet sich eine nachhaltige Transformation als herausfordernd. Neben dem konventionellen Bausektor ist auch die Forstwirtschaft von entscheidender Bedeutung für das Innovationssystem Holzbau. In Schweden ist die Forstwirtschaft ein wichtiger Wirtschaftszweig (erheblichen Exportanteil, Wertschöpfungskette der weiterverarbeitenden Betriebe), insbesondere in strukturell schwächeren, ländlichen Gebieten. Die Schweizer Forstwirtschaft ist kleiner, weniger stark professionalisiert und die Ernte erfolgt selektiv (kein Kahlschlag). In beiden Ländern übersteigt das nachwachsende Holz derzeit die Erntemenge. Ein beträchtlicher Anteil des geernteten Holzes findet aktuell Verwendung in der Papierindustrie oder dient als Brennholz. Aus schweizerischer Perspektive bleiben Holzimporte neben der besseren stofflichen Verwertung von inländischem Holz wichtig. Schweden hingegen profitiert durch Überschuss an Ressourcen.
Die Funktionsanalyse zeigte interessante Unterschiede. In Schweden waren starke politische Anreize massgeblich für den Wissensaufbau und -austausch zwischen den Akteuren, aber auch für die erfolgreiche Industrialisierung des Sektors. Damit ist der Holzbau heute finanziell attraktiv und konkurrenzfähig. Die Wissensgenerierung erfolgt in Schweden eher top-down, in der Schweiz eher bottom-up. In der Schweiz wurde das Innovationssystem durch eine liberale Baugesetzgebung und eine hohe Experimentierfreudigkeit unterstützt.
Nachhaltigkeitsziele schaffen Anreize für den Holzbau in beiden Ländern, wobei in Schweden starke politische Anreize existieren und die Schweiz praktisch keine gezielten politischen Fördermassnahmen aufweist. Sinkende Kosten und eine zunehmend hohe Verarbeitungsqualität tragen dazu bei, den Holzbau in beiden Ländern attraktiv zu gestalten. Die Schweiz befindet sich derzeit im Wandel zu einem Cluster für Holz(hoch)bau mit verschiedenen geplanten und bereits umgesetzten Projekten. Die Akzeptanz von Holz als nachhaltigem Baumaterial ist generell hoch, wobei in Schweden Holz als Baustoff im Bausektor weit verbreitet ist, während in der Schweiz noch Aufklärungsbedarf besteht. Pilotprojekte spielen daher eine wichtige Rolle, um die vielfältigen Möglichkeiten des Holzbaus bekannt zu machen. Die Ausbildung von Fachleuten, insbesondere im Bereich der Architektur und Planung, bleibt in den Innovationssystemen beider Länder von zentraler Bedeutung.
Es werden allgemein hohe Erwartungen an den Holzbau gestellt, er soll einerseits einen Nachhaltigen Bau ermöglichen und möglichst schnell andere, weniger Nachhaltige Bauweisen ersetzen. Dieses Ersetzen ist eine Transformation, die sehr vielschichtig ist und Zeit und eine systemische Denkweise benötigen. Der Begriff der strukturellen Trägheit findet hier Anwendung, da Innovationen zwar vorhanden sein können, aber auf struktureller Ebene neigen Entscheidungsträger dazu, Dinge nur sehr langsam zu verändern. Als Empfehlungen für die schweizerische Politik werden mehrere Massnahmen vorgeschlagen. Dazu gehören die Einführung und Berücksichtigung verbindlicher Nachhaltigkeitsbewertungen für Neubauten, beispielsweise CO2-Zertifikate, dabei werden allgemein Anreize für nachhaltige Bauweisen geschaffen. Die Vorfertigung von Holzmodulen ermöglicht eine rasche Fertigstellung, wobei flexiblere Zonenpläne diese Vorteile stärker nutzen könnten. Die Erhaltung liberaler Bauvorschriften sollte mit der Integration zirkulärer Designs und Konzepten für flexible Raumnutzungen einhergehen. Derzeit fehlen jedoch Anreize und Grundlagen für die Umstellung auf eine zirkuläre Holzbauweise. Die Forschungsförderung sollte sich weniger auf Innovation und stärker auf Nachhaltigkeit fokussieren. Gemeinden können nachhaltige Bauweisen und sogar lokale Ressourcengewinnung in öffentlichen Ausschreibungsverfahren verlangen und dadurch die lokale Wertschöpfung und einen nachhaltigen Holzbau fördern. Die aktuelle Zunahme der Massivholzbauweise sollte im Kontext begrenzter Ressourcen vermieden und Ressourceneffiziente Bauweisen gefördert werden, während die stoffliche Verwertung von Frischholz durch Substitution mit Altholz optimiert werden sollte.
Die vorliegende Arbeit identifiziert drei zentrale Erkenntnisse. Erstens zeigt sich, dass Innovationssysteme von einer Vielzahl unterschiedlicher Faktoren beeinflusst werden und Transformationen dieser Systeme insbesondere im strukturellen Bereich einen langsamen Verlauf aufweisen. Zweitens wird die Bedeutung eines effektiven Wissensaustauschs betont, da die Entwicklung innovativer Lösungsansätze einen aktiven Austausch von Fachexperten erfordert. Drittens wird festgestellt, dass Ressourcenverfügbarkeit und Regulierungen grossen Einfluss auf die Entwicklung von Bauweisen haben, indem sie entweder förderliche Bedingungen schaffen oder diese behindern. Diese Erkenntnisse unterstreichen die komplexen Wechselwirkungen zwischen gesetzlichen Rahmenbedingungen, Wissensnetzwerken und Ressourcenverfügbarkeit in Bezug auf die Entwicklung und Innovation im Bauwesen allgemein.
description: The construction sector is under pressure worldwide; on the one hand, living space has to be created for more and more people and, on the other, it is one of the biggest emitters of greenhouse gases, caused by the materials mainly used in conventional solid construction, such as concrete and steel. Building with wood can provide a solution, as the raw material wood grows locally and is considered CO2-neutral due to its carbon sequestration. Many innovations in the areas of wood-based materials (e.g. cross-laminated timber and glulam) and timber construction methods (frame, skeleton and solid timber construction), combined with the relaxation of fire protection regulations, enable the use of wood in areas where conventional solid construction was previously the leading option without alternatives.
This paper analyses and compares the timber construction sectors of Sweden and Switzerland with a focus on multi-storey buildings. Both countries are considered pioneers in modern timber construction. In Sweden, the proportion of load-bearing structures made of timber in multi-storey buildings is 20%, in Switzerland just under 7%. The study analyses how well the two timber construction sectors function as innovation systems and where the key differences lie.
The innovation system analysis serves as the conceptual basis, whereby the timber construction sectors in Sweden and Switzerland were understood as innovation systems (TIS). The innovation system analysis carried out comprises three core elements, the basic, context and functional analysis. Methodologically, both a literature review and expert interviews (10 in total, 5 per country) were conducted. The interviews were transcribed, coded (using the TIS functions) and analysed. The two countries were then compared and policy recommendations for Switzerland were derived.
The basic analysis has shown that timber construction in both innovation systems is benefiting from legislative reforms and the current drive for increased sustainability. Standardised, industrially manufactured timber materials with consistent properties and shorter construction times, particularly in relation to prefabrication, are essential for the current development of timber construction. The innovations in these areas have made the further development of current timber construction methods possible in the first place; these are many small innovations in the area of gluing wood-based materials, the development of new wood joining technologies or the use of alternative types of wood. The Swedish innovation system tends to favour solid timber construction, while in Switzerland the resource-saving frame construction method is increasingly being used. The main players in Sweden are timber construction companies, some of which are also active in forestry, as well as municipalities and regions. In Switzerland, the main players are timber construction companies and engineering firms.
The context analysis showed that conventional solid construction still holds a dominant position. In Sweden, building with concrete dominates, while in Switzerland the use of brick is also important alongside concrete. Due to the historically grown relevance of these building materials and their deep social and economic (starting with building owners and users, through architects and engineers, to general contractors), a sustainable transformation is proving to be challenging. In addition to the conventional construction sector, the forestry industry is also of crucial importance for the timber construction innovation system. In Sweden, forestry is an important economic sector (significant export share, value chain of processing companies), especially in structurally weaker, rural areas. Swiss forestry is smaller, less professionalised and harvesting is selective (no clear-cutting). In both countries, the amount of renewable wood currently exceeds the amount harvested. A considerable proportion of the harvested wood is currently used in the paper industry or as firewood. From a Swiss perspective, wood imports remain important alongside the improved material utilisation of domestic wood. Sweden, on the other hand, benefits from a surplus of resources.
The functional analysis revealed interesting differences. In Sweden, strong political incentives were decisive for the development and exchange of knowledge between the players, but also for the successful industrialisation of the sector. As a result, timber construction is now financially attractive and competitive. Knowledge generation tends to be top-down in Sweden and bottom-up in Switzerland. In Switzerland, the innovation system was supported by liberal building legislation and a high willingness to experiment.
Sustainability goals create incentives for timber construction in both countries, although Sweden has strong political incentives and Switzerland has practically no targeted political support measures. Falling costs and increasingly high processing quality are helping to make timber construction attractive in both countries. Switzerland is currently in the process of becoming a cluster for timber construction with various planned and already realised projects. Acceptance of wood as a sustainable building material is generally high, although in Sweden wood is widely used as a building material in the construction sector, while in Switzerland there is still a need to raise awareness. Pilot projects therefore play an important role in publicising the many possibilities of timber construction. The training of specialists, particularly in the fields of architecture and planning, remains of central importance in the innovation systems of both countries.
High expectations are generally placed on timber construction; on the one hand, it should enable sustainable construction and replace other, less sustainable construction methods as quickly as possible. This replacement is a transformation that is very complex and requires time and a systemic way of thinking. The concept of structural inertia applies here, as innovations may exist, but at a structural level, decision-makers tend to change things very slowly. Several measures are proposed as recommendations for Swiss policy. These include the introduction and consideration of mandatory sustainability assessments for new buildings, for example CO2 certificates, thereby generally incentivising sustainable construction methods. The prefabrication of timber modules enables rapid completion, and more flexible zoning plans could utilise these advantages to a greater extent. The preservation of liberal building regulations should go hand in hand with the integration of circular designs and concepts for flexible space utilisation. However, there is currently a lack of incentives and foundations for switching to circular timber construction. Research funding should focus less on innovation and more on sustainability. Municipalities can demand sustainable construction methods and even local resource extraction in public tendering procedures, thereby promoting local value creation and sustainable timber construction. The current increase in solid timber construction should be avoided in the context of limited resources and resource-efficient construction methods should be promoted, while the material utilisation of fresh wood should be optimised by substituting it with waste wood.
This study identifies three key findings. Firstly, it shows that innovation systems are influenced by a variety of different factors and that transformations of these systems are slow, particularly in the structural area. Secondly, the importance of an effective exchange of knowledge is emphasised, as the development of innovative solutions requires an active exchange of technical experts. Thirdly, it is noted that resource availability and regulation have a major influence on the development of construction methods, either creating favourable conditions or hindering them. These findings emphasise the complex interactions between regulatory frameworks, knowledge networks and resource availability in relation to development and innovation in construction in general.