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Der vorliegende Text beschreibt ein computerbasiertes Verfahren zur Lösung von Layout-problemen in Architektur und Städtebau, welches mit möglichst wenig Problemwissen auskommt und schnell brauchbare Ergebnisse liefert, die durch schrittweises Hinzufügen von Problemwissen interaktiv weiter ausgearbeitet werden können. Für das generative Verfahren wurde eine Evolutions-Strategie verwendet, die mit Mechanismen zur Kollisionserkennung und virtuellen Federn zu einem hybriden Algorithmus kombiniert wurde. Dieser dient erstens der Lösung des Problems der Dichten Packung von Rechtecken sowie zweitens der Herstellung bestimmter topologischer Beziehungen zwischen diesen Rechtecken. Die Bearbeitung beider Probleme wird durch schrittweise Erweiterung grundlegender Verfahren untersucht, wobei die einzelnen Schritte anhand von Performancetests miteinander verglichen werden. Am Ende wird ein iterativer Algorithmus vorgestellt, der einerseits optimale Lösungen garantiert und andererseits diese Lösungen in einer für eine akzeptable Nutzerinteraktion ausreichenden Geschwindigkeit generiert.
Entwerfen Versionieren: Probleme und Lösungsansätze für die Organisation verteilter Entwurfsprozesse
(2011)
Entwerfen ist ein komplexer Vorgang. Soll dieser Vorgang nicht allein, sondern räumlich verteilt mit mehreren Beteiligten gemeinsam stattfinden, so sind digitale Werkzeuge zur Unterstützung dieses Prozesses unumgänglich. Die Verwendung von Werkzeugen für Ent-wurfsprozesse bedeutet jedoch immer auch eine Manipulation des zu unterstützenden Prozesses selbst. Im Falle von Werkzeugen zur Unterstützung der Kollaboration mehrerer Beteiligter stellen die implementierten Koordinationsmechanismen solche prozessbeeinflussenden Faktoren dar. Damit diese Mechanismen, entsprechend der Charakteristika kreativer Prozesse, so flexibel wie möglich gestaltet werden können, liegt die Anforderung auf technischer Ebene darin, ein geeignetes Konzept für eine nachvollziehbare Speicherung (Versionierung) der stattfindenden Entwurfshandlungen zu schaffen. Der vorliegende Artikel beschäftigt sich mit dem Thema der Entwurfsversionierung in computergestützten kollaborativen Arbeitsumgebungen. Vor dem Hintergrund, dass die Versionierung den kreativen Entwurfsprozess möglichst wenig manipulieren soll, werden technische sowie konzeptionelle Probleme der diskutiert und Lösungsansätze für diese vorgestellt.
Nähert man sich der Frage nach den Zusammenhängen zwischen Strukturalismus und generativen algorithmischen Planungsmethoden, so ist zunächst zu klären, was man unter Strukturalismus in der Architektur versteht. Allerdings gibt es letztlich keinen verbindlichen terminologischen Rahmen, innerhalb dessen sich eine solche Klärung vollziehen könnte. Strukturalismus in der Architektur wird oftmals auf ein formales Phänomen und damit auf eine Stilfrage reduziert. Der vorliegende Text will sich nicht mit Stilen und Phänomenen strukturalistischer Architektur auseinandersetzen, sondern konzentriert sich auf die Betrachtung strukturalistischer Entwurfsmethoden und stellt Bezüge her zu algorithmischen Verfahren, wobei das Zusammenspiel zwischen regelgeleitetem und intuitivem Vorgehen beim Entwerfen herausgearbeitet wird.
This work is based on the concept that the structure of a city can be defined by six basic urban patterns. To enable more complex urban planning as a long-term objective I have developed a simulation method for generating these basic patterns and for combining them to form various structures. The generative process starts with the two-dimensional organisation of streets followed by the parceling of the remaining areas. An agent-based diffusion-contact model is the basis of these first two steps. Then, with the help of cellular automata, the sites for building on are defined and a three-dimensional building structure is derived. I illustrate the proposed method by showing how it can be applied to generate possible structures for an urban area in the city of Munich.
Im vorliegenden Beitrag wird ein Framework für ein verteiltes dynamisches Produktmodell (FREAC) vorgestellt, welches der experimentellen Softwareentwicklung dient. Bei der Entwicklung von FREAC wurde versucht, folgende Eigenschaften umzusetzen, die bei herkömmlichen Systemen weitgehend fehlen: Erstens eine hohe Flexibilität, also eine möglichst hohe Anpassbarkeit für unterschiedliche Fachdisziplinen; Zweitens die Möglichkeit, verschiedene Tools nahtlos miteinander zu verknüpfen; Drittens die verteilte Modellbearbeitung in Echtzeit; Viertens das Abspeichern des gesamten Modell-Bearbeitungsprozesses; Fünftens eine dynamische Erweiterbarkeit sowohl für Softwareentwickler, als auch für die Nutzer der Tools. Die Bezeichnung FREAC umfasst sowohl das Framework zur Entwicklung und Pflege eines Produktmodells (FREAC-Development) als auch die entwickelten Tools selbst (FREAC-Tools).
The motivation to deal with the topic simulation of the settlement development in a city in the past 120 years has been to acquire general methods for the analysis and simulation of settlement development processes on the one hand and to verify these methods on the example of the real development of the city of Vienna on the other hand. We follow the assumption that the underlying processes of the urban development can be reduced to various pronounced but always the same hidden driving forces. The objective is to validate the simulation model by the real settlement development and to provide a solid base for the simulation of possible development scenarios of the city of Vienna. The basis for the validation are digital cellular processed and statistical analysed data of the development of the technical infrastructure, the public transportation systems and the population density in Vienna between 1888 and 2001. The simulation method is based on the technique of Cellular Automata (CA) that permits the simulation of the interaction between a potential field and the development of individual areas. This modelling technique is well known as “reaction diffusion” or “dialectic breakdown”. The CA serves as representation of the examined space and divides this space into individual cells. Each of these cells can save certain information (population density, infrastructure facility, development quality) and exchange them locally with the neighbouring cells. The used model parameters permit the simulation of different spread patterns und spread speeds of a settlement structure. From the results methodological, structural, spatial and temporal regularities of urban development processes are derived.
Die im vorliegenden Buch dokumentierten Untersuchungen befassen sich mit der Entwicklung von Methoden zur algorithmischen Lösung von Layoutaufgaben im architektonischen Kontext. Layout bezeichnet hier die gestalterisch und funktional sinnvolle Anordnung räumlicher Elemente, z.B. von Parzellen, Gebäuden, Räumen auf bestimmten Maßstabsebenen. Die vorliegenden Untersuchungen sind im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Forschungsprojekts entstanden.
Der vorliegende Beitrag ist in zwei thematische Teilebereiche gegliedert. Der erste Teil beschäftigt sich mit der Analyse von Graphen, insbesondere von Graphen, die Straßennetzwerke repräsentieren. Hierzu werden Methoden aus der Graphentheorie angewendet und Kenngrößen aus der Space Syntax Methode ausgewertet. Ein Framework, welches basierend auf der Graphentheorie in Architektur und Stadtplanung Einzug gehalten hat, ist die Space Syntax Methode. Sie umfasst die Ableitung unterschiedlicher Kenngrößen eines Graphen bzw. Netzwerkes, wodurch eine Analyse für architektonische und stadtplanerische Zwecke ermöglicht wird.
Der zweite Teil dieses Berichts beschäftigt sich mit der Generierung von Graphen, insbe-sondere der von Straßennetzwerkgraphen. Die generativen Methoden basieren zum Teil auf den gewonnenen Erkenntnissen der Analyse von Straßennetzwerken. Es werden unterschiedliche Ansätze untersucht, um verschiedene Parameterwerte zur Generierung von Straßengraphen festzulegen. Als Ergebnis der Arbeiten ist ein Softwaretool entstanden, welches es erlaubt, auf Grundlage einer Voronoi-Tesselierung realistische Straßennetzwerkgraphen zu erzeugen.
Das vorliegende Arbeitspapier beschäftigt sich mit der Thematik der Nutzerinteraktion bei computerbasierten generativen Systemen. Zunächst wird erläutert, warum es notwendig ist, den Nutzer eines solchen Systems in den Generierungsprozess zu involvieren. Darauf aufbauend werden Anforderungen an ein interaktives generatives System formuliert. Anhand eines Systems zur Generierung von Layouts werden Methoden diskutiert, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Es wird gezeigt, dass sich insbesondere evolutionäre Algorithmen für ein interaktives entwurfsunterstützendes System eignen. Es wird kurz beschrieben, wie sich Layoutprobleme durch eine evolutionäre Strategie lösen lassen. Abschließend werden Fragen bezüglich der grafischen Darstellung von Layoutlösungen und der Interaktion mit dem Dargestellten diskutiert.