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Anfangs des 17. Jahrhunderts unternahm Zürich als Stadtstaat eine Reform seines Heeres und begann gleichzeitig, seine Stadtbefestigung zu erneuern. Dabei hatten die Ingenieure eine militärische Funktion in zentraler Stellung und zwar in der Stadt wie auch für das ganze Kantonsgebiet. Aufschluss ergibt ein Anforderungskatalog an das Wissen eines Ingenieurs von damals. Zum Vergleich ist am Schluss eine Pflichtordnung von 1805 angefügt, als Ingenieure zunehmend zivile Funktionen übernahmen.
Am 14. September 1619 wurde Johannes Haller zusammen mit Hans Bürkli zum Ingenieur und Feldbaumeister von Zürich gewählt. Über beide ist sonst nur wenig bekannt. Haller wurde 1573 als Sohn des Pfarrers Hans Jakob Haller geboren, war Bäcker und nahm 1591 an der kriegerischen Auseinandersetzung zwischen Genf und Savoyen teil. Zurück in Zürich setzte er die Chronik von Heinrich Bullinger fort, sammelte Materialien zur Zürcher Geschichte und wurde 1612 Mitglied des Grossen Rats. Daneben verfasste er militärische Schriften, u.a. „Les secrets de la guerre“ (1598). Sein wichtigstes Werk ist der Bericht von 1620, später „Defensional von Haller“ genannt. Ein Jahr später starb er nach Krankheit. Hans Bürkli (1587-1652), ein Sohn des gleichnamigen Ratsherrn, wurde 1631 Hauptmann der Zürcher Truppen. Er sei gebildet, wohlhabend und mit Antistes Johann Jakob Breitinger befreundet gewesen.
Die bekannten konfessionellen und politischen Spannungen innerhalb der Schweizerischen Eidgenossenschaft hatten dazu geführt, dass Bern und Zürich erneut an einen bevorstehenden Krieg mit den katholischen fünf Orten dachten. So hatte Bern, der mächtigste Staatstaat nördlich der Alpen, seinen Staatsingenieur Valentin Friderich (vor 1600 geboren – etwa 1640 verstorben) bereits im Juli 1616 nach Zürich gesandt. Er sollte einen Plan erstellen, wie man die Städte Luzern und Zug belagern und sich mit Zürich „conjugieren“ könnte. Damit war eine gegenseitige bewaffnete Unterstützung gemeint. Zusammen mit dem Zürcher Ratsherrn Heinrich Thumeisen bereiste Friderich das gesamte Grenzgebiet des Standes Zürich. Seine Empfehlungen sollten zu den Vorbereitungen für die erwähnte Heeresreform zählen, die Zürich im 17. Jahrhundert gegen feindliche Überfälle fremder Truppen unternahm. Sie enthielten ein Grundverzeichnis der wichtigsten Orte und das gemeinsame Vorgehen von Zürich und Bern in Eventualfällen, sei es mit Fusstruppen oder Geschützen.
Der Rat von Zürich erkannte darin die Bedeutung einer genauen Kenntnis seines Geländes und den Bedarf an Ingenieuren zur Rekognoszierung. Er bezeichnete einen Stab bestehend aus den beiden genannten Ingenieuren Haller und Bürkli sowie aus weiteren sechs Meistern. Mit der Leitung beauftragte er Adrian Ziegler, Oberst der Artillerie, der am 14. November 1619 folgende Instruktion erliess: Nicht nur „Plätze und Gebiete“ sollten sie genau ansehen, sondern generell „derselbigen örther und päsz uffzuryssen, derselbigen Landtstrassen, steg, wäg, flüsz, fahr, möszer, sümpf, büchel, hinderzüg, uff das best möglich warzenemmen und ze verzeichnen und so möglich die nothwendigsten orth gar in grund zeleggen“. Vor allem sollten sie das Land befestigen können und im Notfall einen Rückzug der eigenen Truppen bereithalten. Dabei war es dem Rat sehr wichtig, auch einen genauen Aufschluss über die benachbarten Grenzgebiete zu erhalten.
Das Ergebnis der Rekognoszierung lag bereits 1620 vor und zwar in Form eines Berichts und einer Karte mit notierten Erläuterungen, beides unterzeichnet von Ingenieur Haller. Der Bericht war eine Vorarbeit zur Neuordnung der Fusstruppen Zürichs und wurde später Haller’sches Defensional genannt. Als Einleitung machte Haller politische Vorschläge für die Beziehung zu den Bundesgenossen. Dann sollte Zürich sein Kantonsgebiet für die Neuordnung der Truppen in Militärquartiere mit dezentralisierten Mobilmachungsplätzen einteilen. Für eine rasche Alarmierung und Mobilisierung waren Hochwachten mit zugehörigen Signalen vorzusehen. Gemäss einem Verzeichnis der Strassen waren entscheidende Zugänge und Pässe mit Schanzen zu befestigen und bei Bedarf zu besetzen. Dabei dachte Haller sogar, für diese Aufgaben Söldner anwerben zu lassen. An kritischen Stellen waren Schiffsbrücken und Schanzwerkzeuge bereitzuhalten. Für die „Conjunction“ mit Bern hielt Haller den Besitz der Grafschaft Baden von grosser Bedeutung.
Die zugehörige Karte bildete einen integrierenden Bestandteil des Hallerschen Defensionals. Sie ist das Ergebnis des Auftrags, die Landschaft „in grund zeleggen“ und „uffzuryssen“, also eine topographische Karte herzustellen. Wie später festgestellt wurde, ist sie das Werk von Hans Conrad Gyger (1599-1674), einem der sechs Meister im Stab von Oberst Ziegler. Als Sohn des Glasmalers Georg Gyger war er gelernter Maler, hatte sich aber bald dem Zeichnen zugewandt und zwar auf Grundlagen von Mathematik und Vermessung. Er schuf später zahlreiche Karten der Eidgenossenschaft und die Zürcher Kantonskarte (1667 vollendet). Sie alle bezeugen seine Freude an der „Grundlegungskunst“. Als Belohnung der Stadt erhielt er 1647 das Amt als Amtmann im Kappelerhof auf Lebzeiten. Er ist heute bekannt als bedeutendster Schweizer Kartograph des 17. Jahrhunderts. Gyger machte sich ferner einen Namen als Glas- und Emailmaler. Die Karte von 1620 aber, die er noch unter Anleitung von Haller erstellt hatte, war sein Erstlingswerk. Wegen des Auftrags wird sie als Militärkarte bezeichnet. Bis Ende des 19. Jahrhunderts galt sie als verloren.
Während der Rat alsdann Hallers Vorschläge umzusetzen begann, gelangte er mit Blick auf das Ausland zur Ansicht, dass vor allem mit einem Angriff auf die Hauptstädte zu rechnen sei. Er begnügte sich nun nicht mit Ausbesserungen seiner mittelalterlichen Stadtbefestigung, sondern erwartete ein Gesamtprojekt. Dafür empfohlen wurde ihm Johannes Ardüser (1585-1665). Er war mit dem Festungsbau vertraut und wurde 1620 in Zürich als Ingenieur von Stadt und Land „bestallt“. Es folgten lange Beratungen, Gutachten und Varianten von namhaften Ingenieuren. Der Rat hörte dabei mehrmals auf die Meinung des Antistes Johann Jakob Breitinger. Als Kirchenvorsteher legitimierte und forderte er einen Ausbau aus kirchlicher Sicht. 1642 wurden die Arbeiten an der neuen Befestigung in Angriff genommen. Das Vorhaben dauerte bis 1688. Es erwies sich als Prestigeobjekt für Zürich und wurde zu einem Jahrhundertbauwerk.
Eine dreidimensionale Darstellung bietet das Stadtmodell „Zürich um 1800“, hergestellt von Architekt Hans Ferdinand Langmack (1881-1952). online: Stadtmodell Zürich
Mit Bezug auf die Funktion der ersten Ingenieure in der Schweiz ist hier eine Aufzeichnung aus dem 17. Jahrhundert bemerkenswert. Unter dem Titel „Aussführliche Verzeichnus, was einem Ingenieur zu wüssen vonnöthen seige“ sind die Kenntnisse und Fähigkeiten zusammengefasst, damit Zürichs Regierung damals einen Ingenieur beurteilen konnte, der sich um eine Anstellung bewarb. Auf diese Weise sollte die Stadt vor Prahlern und vor Kostenüberschreitungen geschützt werden. Aufgezählt werden vier Fachgebiete:
1. Mathematik, Geometrie, Topographie, perspektivisches Zeichnen und mathematische Instrumente
2. Festungsbau mit allen technischen Teilen wie Bastionen, Ravelinen, Wällen etc. und deren Kostenfolgen. Ausnützen des Wassers und Aufstellen der Geschütze. Ferner Bau von Feldlagern mit Standortwahl und geschickter Ausführung
3. Die einzelnen Bauhandwerke wie Wagner, Maurer, Steinmetz, Zimmermann und Schlosser zwecks Koordination der Bauarbeiten
4. Die Artillerie und Kunstfeuerwerke mit den zugehörigen Instrumenten für den Einsatz der Geschütze sowohl in den Festungen wie im Feld. Details zu Pulver, Kanonen, Petarden (Sprengstoffe) und ballistischen Berechnungen.
Schliesslich soll es dem Ingenieur ein Anliegen sein, unter den eigenen Leuten geeigneten Nachwuchs heranzubilden. In Friedenszeiten soll er sich für Profanbauten zur Verfügung stellen und Gutachten an Fremde nur mit Erlaubnis seiner Vorgesetzten abgeben dürfen.
Vom Original dieser Aufzeichnung sind nur Kopien vorhanden. Eine davon ist die Abschrift von Ingenieur Johann Heinrich Vogel (1671-1753). Er vermutete, dass Ingenieur und Generalfeldzeugmeister Hans Georg Werdmüller (1616-1678) der Verfasser sei und dass er es als Memorial dem Rat eingereicht habe. Es war ein Manuskript geblieben, das erst 1949 veröffentlicht wurde (Walter 1949).
Zum Vergleich sei hier die Pflichtordnung aus dem Jahr 1805 gegenübergestellt. Auf Antrag der Zürcher Finanzkommission sollte die Stelle des Schanzenherrn wieder besetzt werden. Am 14. Dezember berief Amtsbürgermeister Hans von Reinhard den bekannten Ingenieur Johannes Fehr (1763-1823) von Meiningen zurück nach Zürich. In seinem Schreiben bezeichnete er das Amt neu als „Civilingenieur-Architekten und Fortifications-Direktor“ des Kantons. Er fixierte den Lohn und legte eine „Pflichtordnung“ bei. Ihrgemäss „hatte der Schanzenherr die Fortifikationen zu beaufsichtigen, die Oberaufsicht über den Strassen-, Brücken- und Wasser-Bau zu führen, die für nöthig erachteten Augenscheine vorzunehmen, alle in sein Fach einschlagenden Projecte und Gutachten auszuarbeiten, und endlich der Regierung zu allen Arbeiten, welche in die höhere Mathematik einschlagen, wie z.B. die Landesvermessung etc., bereit zu stehen.“ (Wolf 1858, 433-4).
Wie andernorts hatten Zürichs erste Ingenieure vorwiegend militärische Aufgaben. Sie waren die Experten des Festungsbaus, sollten hier aber auch das Gelände mit Blick auf die Kriegsführung kennen und beurteilen können. Dank dieser Kenntnisse standen sie in direktem Auftrag der Obrigkeit. Bei Johannes Haller fällt auf, dass sich sein Auftrag auf eine ganze Landschaft ersteckte und dass er ihn in Form eines Berichts mit einer kommentierten Karte erfüllt hatte. Sein Zeichner Hans Conrad Gyger war dabei so kreativ, dass dessen Werk berühmt und von zivilem Nutzen wurde. Bei Johannes Ardüser hatte die Regierung ihr Schwergewicht auf die Stadtbefestigung gelegt, so dass er über den Festungsbau hinaus als Architekturtheoretiker bekannt wurde. Ihnen gemeinsam sind Fähigkeiten der Vermessungstechnik, wie sie auch im Instrumentenbau und in der Artillerie erforderlich waren.
Es bleibt aufzuzeigen, wie die Ingenieure im 18. Jahrhundert dank ihrer Fähigkeiten zunehmend in zivilen Bereichen gefragt wurden. Eingestellt oder beauftragt wurden sie als Beamte der staatlichen Hoheit über Strassen und Gewässer, vorwiegend auf der kantonalen und vereinzelt auf der eidgenössischen Ebene. Wiederum waren es Mathematik, Geometrie und Vermessung, die sie zum Überblick befähigten. Es waren nur wenige Personen, die dieses Wissen weitergeben konnten.