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Verglichen mit anderen Teilabschnitten einzelner Stufen des Chemnitzer Modells war einer der längsten und aufwendigsten der Umbau des Querbahnsteiggebäudes. Zwischen dem Ideenwettbewerb im Jahr 2004 zur Gestaltung der Bahnsteighalle und der baulichen Fertigstellung 2014 liegen ganze zehn Jahre. Der Gewinnerentwurf der Berliner GRÜNTUCH ERNST ARCHITEKTEN sah eine umfassende Transformation mit einer Öffnung der Bahnsteighalle vor, bei der zwar ein Teil des Gebäudes abgerissen werden musste, die Tragstruktur aber weitestgehend beibehalten werden sollte.
Nach dem Freizug des Gebäudes in den Jahren 2009 und 2010 wurde die introvertierte Bahnhofshalle aus den 1970er Jahren bis auf die Tragstruktur zurückgebaut und sämtliche Einbauten aus der Fassade entfernt. Um die gewünschte Offenheit zu realisieren, musste ein neues Tragsystem entwickelt werden, das möglichst ressourcenschonend auf dem Bestand aufbaut. Architektonisches Highlight des Teilabschnittes ist die für einen Großstadtbahnhof einzigartige weiträumige Öffnung der Bahnsteiganlagen, die vom Vorplatz des Bahnhofes den Blick durch die Halle hindurch bis auf das dahinterliegende Gleisvorfeld des Hauptbahnhofes freigibt. Darüber, in sechs Metern Höhe beginnend, wurde entlang der Mauerstraße und Georgstraße eine Gesamtfläche von 3800 Quadratmetern mit einer Membranfassade aus rund 100 mattierten, pneumatischen ETFE-Folienkissen als Hallenabschluss verkleidet. In den Stunden der Abend- und Morgendämmerung leuchten rund 3850 LED-Lampen hinter den Folienkissen und lassen bewegte Muster über die Fassadenwand gleiten. Mit der Fertigstellung des Querbahnsteiggebäudes wurde die Fassade mit dem Thema „Swarm Study“ des in London und Berlin ansässigen Künstlerkollektivs RANDOM INTERNATIONAL bespielt.
Der Umbau des Hauptbahnhofes erhielt in den vergangenen zwei Jahren bereits folgende Preise und Anerkennungen:
