Zentrum für Zahnmedizin ZZM, Zürich

Universität Zürich (UZH), Universitätsspital Zürich (USZ) und Kinderspital Zürich (Kispi) planen eine mehrstufige Rochade, um das Hochschulgebiet Zürich Zentrum weiterzuentwickeln. Nach der Eröffnung des neuen Kinderspitals kann dessen bisheriger Standort der medizinischen Fakultät der UZH für einen gemeinsamen Neubau des Zentrums für Zahnmedizin (ZZM) und des Comprehensive Cancer Center Zürich (C3Z) zur Verfügung gestellt werden.

Die wichtigsten Bauten des historischen Ensembles aus den Dreissiger Jahren – Poliklinik, Beobachtungsstation und Infektionshaus – bleiben dabei erhalten und rahmen gemeinsam mit dem Neubau weiterhin den grosszügigen Park in der Mitte, was der präzisen städtebaulichen Setzung und einem äusserst kompakten Gebäudevolumen zu verdanken ist.

Der Neubau ist wegweisend im nachhaltigen Laborbau. Das hybride Holz-Stahl-Deckensystem spart im Vergleich zur Betonvariante 45% CO2 (absolut 1’100t), die PV-Fassadenhülle generiert trotz des sehr hohen nutzungsbedingten Stromverbrauchs über ein Drittel des jährlichen Bedarfs, der Energiebedarf wird durch ein Klimapuffer-Atrium minimiert.

Poliklinik

Die denkmalgeschützte Poliklinik von Otto Rudolf Salvisberg (erstellt 1936 –1939) als herausragendes Baudenkmal des Neuen Bauens wird in die Neunutzung des Areals integriert. Sie markiert mit ihrem Kopfbau den Haupteingang, dessen Position im neuen Konzept beibehalten wird.

Für die zukünftige Nutzung als ZZM-Verwaltung sind leichte Anpassungen der Räume, eine unterirdische Verbindung mit dem Neubau und energetische Verbesserungen vorgesehen. Die Poliklinik wird behutsam und in enger Zusammenarbeit mit der Kantonalen Denkmalpflege instandgesetzt, was über die Jahre wesensverfälschend verändert oder entfernt wurde, soll repariert oder wiederhergestellt werden.

Neubau

Auf den unteren drei Geschossen betreibt das ZZM zahnmedizinische Ausbildung und Forschung mit angeschlossenen Kliniken, in den beiden obersten Geschossen widmet sich das C3Z der Krebsforschung. Das begrünte Atrium bildet zusammen mit der Eingangshalle das atmosphärische Kernstück des Gebäudes und führt unterschiedliche Bedürfnisse von Studierenden, Forschenden, Dozierenden und Patient:innen räumlich zusammen: im Erdgeschoss findet sich der Wartebereich für die Kliniken und eine öffentliche Café-Bar; die oberen Umgänge weiten sich zu Teeküchen, Lernnischen und Pausenbereichen aus. Trotz klarer Zuordnungen entstehen wichtige Gelegenheiten informellen Austauschs und fördern so die interdisziplinäre Zusammenarbeit. Der Neubau orientiert sich damit an nahegelegenen Hochschulgebäuden und formuliert die bewährte Typologie energetisch zeitgemäss: durch seine kompakte Form und das überdachte Atrium als Klimapuffer werden der Energiebedarf, durch Photovoltaik-Brise-Soleils an den Fassaden der sommerliche Wärmeeintrag im Sinn eines Low-Tech-Ansatzes deutlich reduziert.

Über die Reduktion von Energie- und Ressourcenverbrauch hinaus leistet Boltshauser Architekten mit dem Neubau Pionierarbeit im nachhaltigen Laborbau:

Die benötigten Elektronenrastermikroskope, für deren Bildqualität Schwingungsfreiheit zwingend ist, werden normalerweise entweder auf erdberührten Bodenplatten oder statisch stark überdimensionierten Stahlbetondecken aufgestellt (im vorliegenden Gebäuderaster wären 48cm-Decken resultiert). Für das ZZM/C3Z hingehen wurde ein völlig neuartiges hybrides Tragsystem aus Stahl und Holz mit minimalem Einsatz von Beton entwickelt, um die extrem hohen Anforderungen an das Schwingungsverhalten zu erfüllen. So können die Labore als attraktive Arbeitsplätze am Tageslicht und mit einer Einsparung von 45% CO2 (absolut rund 1’100 Tonnen) im Vergleich zu einer konventionellen Stahlbetonstruktur gebaut werden. Die durchgehende Tauglichkeit aller Geschosse als Aufstellfläche für hochsensible Forschungsgeräte und die daraus resultierende grosse Flexibilität in der Laboreinteilung erhöhen im Hochschulkontext die Wahrscheinlichkeit einer langen Nutzungsdauer markant, der grösste Hebel für die Umweltbilanz eines Neubaus.

Um den neu entwickelten Stahl-Holz-Hybrid auf seine Tauglichkeit zu prüfen, wurde ein 1:1-Statik-Mockup gebaut. Es hat sich bestätigt, dass die Kombination aus hohen, sichtbaren Stahlträgern und Massivholzdeckenelementen in Kombination mit Stützen aus Stabbuche die Anforderungen erfüllt. Dies unter anderem durch das nachträgliche, nur lineare Umgiessen der Querrippen aus Stahl mit Kammerbeton, der die Steifigkeit erhöht und den Brandschutz gewährleistet. Zur Reduktion von CO2 werden Stahlträger und Kammerbeton nur dort verwendet, wo der Holzbau die Anforderungen des Gebäudes nicht erfüllen kann.

Die Holzelemente prägen zusammen mit den grünlichen Stahlträgern die Materialstimmung der Innenräume und machen die konsequent umgesetzte Bauteiltrennung zum Gestaltungsmerkmal. Die Filigranität des Stahlbaus lässt die flächenmässig stark optimierten Laborflächen leicht und offen wirken, sichtbare Holzstützen und -decken zusammen mit ökologischen Kautschuk- und Linoleumböden wärmen die Arbeits- und Behandlungsräume.

In den Untergeschossen werden neben den Decken nur Stützen und statisch notwendige Wände betoniert, alle weiteren Wände sind aus Kalksandstein gemauert mit dem Ziel, so wenig Beton wie möglich zu verbauen und gleichzeitig eine grösstmögliche Flexibilität zu gewährleisten.

Um das Aushub- und auch Abbruchmaterial auf das Minimum zu reduzieren, werden die erdberührten Wände des Vorgängerbaus als Hangsicherung und verlorene Schalung für die neuen Wände weiterverwendet. Die Untergeschosse des Neubaus nutzen die bereits bestehende Aushubfigur wieder vollständig aus und schreiben ihre komplexen Nutzungen über drei Etagen in die vorgefundene Hangform ein.

Das Gebäude trägt seinen Nachhaltigkeitsanspruch mit filigranen Photovoltaikvordächern auch nach aussen. Sie treten mit Salvisbergs typischen ausladend-dünnen Gesimsen in Verbindung und betonen ebenso wie der historische Nachbar die Horizontale. Sie spenden Schatten, lassen die grossen Verglasungen tektonisch in den Hintergrund rücken und geben dem grossen Gebäude zusammen mit den feinen Holzstützen ein Relief menschlichen Massstabs. In Anlehnung an die Formsprache der Poliklinik unterbrechen an drei Fassaden polygonale Treppentürme die Länge der Fassaden, führen direkt in den Park und stellen das Gebäude in Proportion zum Quartier. Zur Steinwiesstrasse zeigt der Neubau mit einem aus- und somit einladenden Vordach seine Hauptadresse.

Im Inneren wurde der Flächenverbrauch mehrfach hinterfragt und deutlich reduziert. Insbesondere das Verhältnis von Nutz- zu Verkehrsfläche in den kleinteiligen Klinik- und Laborbereichen ist maximal ausgereizt. Grösse und Ausstattung der Behandlungszimmer wurden standardisiert und mit einem Buchungssystem kombiniert, das eine hohe Raumauslastung gewährleistet. Das Gebäude gleicht einer Maschine – umso grössere Bedeutung kommt dem bepflanzten Atrium zu, für Luftigkeit und Licht, als Kollaborations- und Regenerationsraum. Hier zirkulieren die Menschen über die beiden skulpturalen Wendeltreppen, hier trinken sie gemeinsam Kaffee oder kommen zu Teamanlässen zusammen.

Die gesamte Wärme- und Kälteenergie der Gebäude wird von erneuerbaren Energiequellen erzeugt. Das Erdreich wird für die Vortemperierung der Aussenluft genutzt. Im Winter heizen die Wärmepumpen in Kombination mit Erdsonden die Gebäude, während sie im Sommer die Abwärme aus der notwendigen Kälteproduktion in das Erdsondenfeld einspeichern und es so wieder regenerieren.

Alle gebäudetechnischen Leitungen werden im Sinn einer konsequenten Systemtrennung und Nutzungsflexibilität sichtbar geführt, nutzen den Raum zwischen den Stahlträgern und lassen sich einfach und direkt an der Massivholzdecke montieren.

Trotz des enorm hohen Energieverbrauchs der Labore und Kliniken wird durch die maximale Ausnutzung der Gebäudehülle als Photovoltaikanlage über ein Drittel des jährlichen Strombedarfs des Gesamtprojekts abgedeckt. Der jährlich produzierte Solarstrom von 490’000 kWh entspricht einem Bedarf von rund 110 Vier-Personen-Haushalten.

Das Regenwasser wird in einem unterirdischen Tank gesammelt und für die Atrium- und Umgebungsbewässerung genutzt.

Das ganze Gebäude folgt den Prinzipien der Kreislaufwirtschaft, funktionstüchtige Bauteile aus dem Rückbau werden über Bauteilbörsen angeboten, neue Bauteile im Sinn einer zukünftigen Bauteilrückführung möglichst einfach gefügt.

Das Projekt setzt neue Massstäbe im nachhaltigen Laborbau und beweist, dass anspruchsvolle Aufgaben keine Ausrede bieten, von ökologisch innovativen Bauweisen abzusehen.

The University of Zurich (UZH), University Hospital Zurich (USZ), and Zurich Children’s Hospital (Kispi) are planning a multi-phase reorganisation to further develop the Zurich city centre university district. After the opening of the new Children’s Hospital, its current site will be made available to the UZH Faculty of Medicine for a joint new building of the Centre for Dental Medicine (ZZM) and the Comprehensive Cancer Centre Zurich (C3Z).

The most important buildings of the historic ensemble from the 1930s – the Polyclinic, the Observation Ward, and the Infectious Diseases Building – will be preserved. Together with the new building, they will continue to frame the spacious central park, thanks to precise urban planning and an extremely compact building volume.

The new building is groundbreaking in terms of sustainable laboratory construction. The hybrid wood-steel floor slab system saves 45% CO₂ (a total of 1,100 tons) compared to a concrete alternative. The photovoltaic façade generates over a third of the annual energy requirement despite the very high electricity consumption associated with the building’s use. Energy consumption is minimised by a climate-buffer atrium.

Polyclinic

The listed Polyclinic by Otto Rudolf Salvisberg (built between 1936–1939), an outstanding monument of the Modernist architecture, will be integrated into the new use of the site. Its front facade marks the main entrance, an will be retained as such in the new concept.
For its future use as the ZZM administration building, minor interior adjustments, an underground connection to the new building, and energy efficiency improvements are planned. The Polyclinic will be carefully restored in close collaboration with the Cantonal Monument Preservation Authority, and anything that has been altered or removed over the years, in a way that has distorted its character, will be repaired or reinstated.

New Building

The lower three floors of the ZZM building will provide dental training and conduct research, with associated clinics, whilst the C3Z on top two floors are dedicated to cancer research. The green atrium, together with the entrance hall, forms the atmospheric centrepiece of the building and brings together the different needs of students, researchers, lecturers, and patients in one space: the ground floor features the waiting area for the clinics and a public café-bar; the upper walkways extend into kitchenettes, study nooks, and break areas. Despite clear functional allocations, opportunities for informal exchange arise, thus fostering interdisciplinary collaboration.

The new building is modelled on nearby university buildings and gives the tried-and-tested typology a contemporary energy-efficient touch: its compact form and covered atrium act as a climate-buffer, while photovoltaic brise-soleils on the façades significantly reduce summer heat gain in line with a low-tech approach.

Beyond reducing energy and resource consumption, Boltshauser Architekten’s design is pioneering sustainable laboratory construction:

The electron microscopes required, for which vibration-free conditions are essential, are usually placed either on ground-contact floor slabs or heavily reinforced concrete floors (for this building grid, it would have resulted in 48 cm-thick floor slabs). For the ZZM/C3Z, however, an entirely new hybrid structural system of steel and timber with minimal concrete was developed to meet the extremely high vibration requirements. This allows for the laboratories to become attractive workplaces with daylight, as well as reducing CO₂ emissions by 45% (approx. 1,100 tons) compared to a conventional reinforced concrete structure.

The fact that all floors are suitable for highly sensitive research equipment and the resulting flexibility in laboratory layout, significantly increases the likelihood of long-term use of the building – an essential factor for sustainability with regards to new builds. To test the feasibility of the new steel-timber hybrid system, a full-scale structural mock-up was built. It confirmed that the combination of tall, exposed steel beams, solid timber floor elements, and laminated beech columns meets requirements—enhanced by partially encasing steel cross-ribs with concrete for stiffness and fire protection. To reduce CO2 emissions, steel beams and concrete are only used where timber construction cannot meet the requirements of the building.

Timber elements, together with green steel beams, define the interior’s material character, with the consistent component separation becoming a design feature. The fine steel structure makes the optimised laboratory spaces appear light and open, while wooden columns and ceilings, along with ecological rubber and linoleum flooring, create warmth in the work and treatment rooms.

On the underground floors, only the necessary columns and load-bearing walls are made of concrete; all other walls are built with calcium-silicate bricks to minimise the use of use while maximising flexibility. To reduce excavation and demolition waste, the retaining walls of the previous building are reused as slope stabilisation and as a lost formwork. The basement floors of the new building make full use of the existing excavation footprint and integrate their complex uses across the three floors into the existing slope of the building site.

The exterior of the building communicates its sustainability concept through the use of delicate, projecting photovoltaic canopies. These connect with Salvisberg’s typical thin protruding cornices and, like the historic neighbour, emphasise horizontal lines. The photovoltaic elements provide shade, allow the large, glazed windows to recede tectonically into the background and, together with the slender wooden columns, give the large building a sense of the human scale. In keeping with the design language of the existing polyclinic buildings, polygonal stair towers on three of the façades break up the length of the structure, connect users directly to the park, and set the building in relation to the neighbourhood. On Steinwiesstrasse, an expansive and inviting canopy signals the main entrance to the building.

Internally, space utilisation was repeatedly scrutinised and reduced. Particularly in the compact clinic and lab areas, the ratio of functional space to circulation space was maximised. Treatment rooms have been standardised in size and equipment and paired with a booking system to ensure high room occupancy. The building functions like a machine—making the planted atrium even more important as a space of light, air, collaboration, and recovery. Here, people move via the sculptural spiral staircases, drink coffee together, or gather for team events.

The heating and cooling energy is generated from renewable sources. Geothermal energy is used to pre-heat outdoor air. In winter, heat pumps combined with geothermal probes heat the building, while in summer, excess heat from cooling systems is stored in the ground to regenerate the probes.

All technical installations are visible to ensure system separation and flexibility. The services are installed in the space between the steel beams and directly mounted onto the solid timber ceilings. Despite the high energy demand of labs and clinics, more than one-third of the project’s annual electricity needs are met by the photovoltaic panels. The annual solar output of 490,000 kWh corresponds to the consumption of about 110 four-person households.

Rainwater is collected in an underground tank and used for irrigating the atrium and surroundings.
The entire building follows circular economy principles: functional components from demolition are made available via component exchange platforms, and new components are designed for future disassembly and reuse.

This ZZM building sets new standards in sustainable laboratory construction and demonstrates that challenging projects are no excuse for avoiding ecologically innovative building systems.

Projektleitung Project Lead
Pascal Zwyssig

Mitarbeit Wettbewerb Competition team 
Roger Boltshauser, Sibel Besir, Louise Grosjean, Mark Inderbizin, Vanja Jovancic, Francesca Leibowitz, Urs Lohfink, Georg Weilenmann

Mitarbeit Ausführung Execution team 
Noémie Allenbach, Armin Baumann, Seraina Bernegger, Franka Bienstein, Lara Biesser, Nathalie Clausen, Luca Discacciati, Nicolas Dorn, Juan-Pablo Fernández, Uma Fernández, Anna Sophie Ganser, Julien Genoud, Ryan Hatton, Fabian Huber, Judith Hümer, Tristan Kemmsies, Johann Kremer, Leonard Leisering, Stefan Lier, Emma Lindén, Jorge Lopez, Marta Majer, Theresa Oberleitner, Maria Pancewicz, Francesco Pizzillo, Max Prellwitz, Charlotte Schwartz, Fabian Schwindling, Yunting Shen, Beat Steuri, Hideaki Takenaga, Georg Weilemann, Pascal Zwyssig