01 Fakultät Architektur und Stadtplanung
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Item Open Access Der optimierte Entwurf und seine Berechnung : Strategien zur computergestützten Entwurfsoptimierung von Gebäuden im Rahmen der ganzheitlichen Architekturgenerierung am Beispiel von Einfamilienhäusern(2009) Lehmkühler, Uwe; Lederer, Arno (Prof.)Der Architekt als Baukünstler steht in seinem Schaffen stets im Spannungsfeld zwischen künstlerischem Anspruch und ökonomischen Zwängen. Durch gesetzliche Vorgaben und ein standardisiertes Vorgehen hat der Architekt wenig Spielraum zur übermäßigen zeitlichen Ausdehnung der Entwurfsphase. Dies hat vor allem im Einfamilienhausbau dazu geführt, dass hier anonyme oder Fertighausarchitektur marktdominierend ist, was unter anderem auf die mangelnde Entlohnung des Planungsaufwandes bei solch einer kleinen Aufgabe zurückzuführen ist. Um diesen Mangel beheben zu helfen, wird hier das Konzept der ganzheitlichen Architekturgenerierung vorgeschlagen. Dieses soll helfen, den zeitlichen und damit wirtschaftlichen Planungsaufwand eines Architekten drastisch zu verringern und so Zeit für seine baukünstlerische Verantwortung freizumachen. Die ganzheitliche Architekturgenerierung entwirft hierzu ein automatisiertes Vorgehen, das es ermöglicht, gute computergestützte Architektur zu entwerfen. Das Konzept der Ganzheitlichkeit ist dabei unter anderem als Synthese vieler bestehender Ansätze der Architekturgenerierung oder anderer computergestützter Optimierungsansätze zu sehen. Es sieht vor, zumindest theoretisch, alle Einflüsse auf einen architektonischen Entwurf zu berücksichtigen und parallel zu verarbeiten. Es wird der Anspruch formuliert, weitere oder neue Faktoren einfach integrieren zu können. Hierzu wird zunächst gezeigt, dass es sich beim Problem der Erstellung eines architektonischen Entwurfes um ein NP-vollständiges Problem der Mehrkriterienoptimierung handelt und somit nicht in polynomieller Zeit vollständig gelöst werden kann. Es existieren aber Wege, ein solches Problem in überschaubarer Zeit ausreichend gut zu lösen. So ist auch der hier formulierte Anspruch an ein automatisiert entstehendes optimiertes Gebäude zu sehen, wobei die Optimierung als solche als mathematische Funktion zu sehen ist, die durch die Formulierung von Optimierungszielen entsteht. Es wird gezeigt, dass das hier formulierte System zur Architekturgenerierung über Züge eines komplexen Systems im Sinne der Systemtheorie verfügt, so dass prinzipiell auch mit emergentem Verhalten gerechnet werden kann. Gleichzeitig wird festgestellt, dass eine vom Computer generierte Architektur die subjektiven Entscheidungen des Softwareentwerfers reflektieren. Eine Optimierung findet immer nur auf Ziele statt, die vom Entwerfer der Software formuliert wurden. Es findet somit ein Übergang vom subjektiven Gebäudeentwerfer zum subjektiven Softwareentwerfer statt. Es handelt sich also in diesem Sinne nicht um einen global gesehen optimalen, sondern vielmehr um einen auf zahlreiche Faktoren optimierten Entwurf. Es werden nötige Randbedingungen und Parameter festgelegt und es wird gezeigt, dass diese mathematisch quantifizierbar sind, was für eine rechnergestützte Verarbeitung unabdingbar ist. Des Weiteren wird ein Softwaremodell charakterisiert, das geeignet ist, die nötigen Parameter und Variablen eines architektonischen Entwurfs wiederzugeben. Zur eigentlichen Optimierung des Entwurfes wird ein modifizierter evolutionärer Algorithmus verwendet. Hierzu muss zunächst eine „Population“ von Entwürfen geschaffen oder initialisiert werden, die im Allgemeinen möglichst heterogen sein sollte. Im Verlaufe des Algorithmus werden diese Entwürfe immer wieder einer Bewertung unterworfen, um ihre Fitness bezogen auf das Optimierungsziel zu bewerten. Hierauf werden einzelne Entwürfe zur Rekombination ihrer „Gene“ beziehungsweise Variablen selektiert. Mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit werden diese dann auch einer Mutation unterworfen. Mit einer erneuten Selektion der wieder in die Population einzufügenden Entwürfe beginnt der Kreislauf von Neuem. Der Algorithmus wird fortgesetzt, bis ein Abbruchkriterium, in der Regel eine bestimmte Qualität eines Entwurfes, erreicht wird. Des Weiteren wird ein System zur optimierten Initialisierung mithilfe eines gerichteten Graphen entwickelt und es wird gezeigt, dass im Mittel der Gewichtung von einzelnen Entwurfsfaktoren oder -parametern ein mächtiges Instrument zur Steuerung des Algorithmus liegt. Es wird auch kurz zusammengefasst, in welcher Form eine Ausgabe der Ergebnisse erfolgen kann. Schließlich wird ein Weg aufgezeigt, die Ergebnisse des Algorithmus zu bewerten und diese Bewertung als Faktoren einer erneuten Optimierung zu verwenden. Die Ergebnisse zeigen, dass der hier formulierte Ansatz es zulässt, einen bezogen auf die berücksichtigten Parameter sehr guten Entwurf zu liefern. Die prinzipielle Durchführbarkeit des Ansatzes wird gezeigt und lässt sich auch in Bezug auf die Forderung nach zeitlicher Optimierung des Planungsprozesses aufrecht erhalten. Je nach Komplexität des Entwurfes kann mithilfe der ganzheitlichen Architekturgenerierung schon innerhalb weniger Stunden ein vollständiger, durchgearbeiteter, dreidimensional verfügbarer Entwurf entstehen, was die Zeitplanung des Architekten radikal ändern kann.Item Open Access Günter Behnisch - die Entwicklung des architektonischen Werkes : Gebäude, Gedanken und Interpretationen(2005) Spieker, Elisabeth; Szyszkowitz-Kowalski, Karla (Prof.)Die Entstehung des architektonischen Werkes von Günter Behnisch zeigt eine starke Bindung an die zeitgeschichtlichen Ereignisse, die auch die lebensgeschichtlichen Erfahrungen und die regionalen Bedingungen seines Wirkungsfeldes in Stuttgart einschließen. Die Arbeit zeigt Einflüsse auf, die Auswirkungen auf dessen Verlauf hatten. Damit werden umfassend im Zeitraum von 1952-1992 die vielfältigen Dimensionen von Werk und Gedanken betrachtet. Der Anhang enthält ein annähernd vollständiges Werkverzeichnis mit den wichtigsten beteiligten Mitarbeitern und Partnern sowie eine umfangreiche Bibliografie. Im Anschluss an die zunächst verinnerlichten Prinzipien der Werk- und Materialgerechtigkeit der Stuttgarter Schule forcierte Günter Behnisch erfolgreich die zeitabhängigen Tendenzen des produktionsgerechten Bauens mit industriell hergestellten Bauteilen. Auch der zweite Wendepunkt in der Entwicklung seines Werkes war eng verbunden mit den zeitgeschichtlichen Ereignissen: Die neue Ebene wurde bestimmt durch Inhalte, die auf eine Humanisierung des technischen und wirtschaftlichen Fortschritts ausgerichtet waren. Für das sich nun herausbildende Grundmotiv seiner Arbeit- die Wiederannäherung oder Versöhnung von Natur, Mensch und Technik - wurden auch Impulse durch akademische Aufgaben und theoretische Schriften wirksam: Erst nach der "Fertigstellung" der Bauten wurde das Entstandene in literarischen und philosophischen Gedankengängen reflektiert, nicht nur zur Bestätigung des in einem "Schöpfungsprozess" erreichten Zustandes, sondern gleichzeitig als neue Anregung für das Zukünftige. Diese Vorgehensweise wurde zum Bestandteil des prozesshaften Bauens, dessen Formfindung aus dem pragmatischen Umgang mit den situativen Aspekten entstand, und nicht begründet wurde in einer vorausgehenden Theorie. Nicht nur jedes Gebäude für sich, sondern das Werk in seiner Gesamtheit entwickelte sich aus dem prozesshaft unvollendeten Denken. Daraus wuchs nicht ein festes Theoriegebäude, sondern ein eigenes, undeterminiertes Gedankengefüge, das Behnisch eine emotional und intellektuell ausgeglichene Weltsicht ermöglichte. Behnischs Konstruktionsidee und die Differenzierung auf verschiedenen Ebenen stellen eine eigene Sprache der Vermittlung zwischen Technik und Mensch dar. Beide zeigen die Einstellung zum Materiellen und kennzeichnen die Haltung dem Menschen gegenüber: Konstruktionen und Material sind nach verschiedenen Aspekten differenziert und quantitativ minimiert, die Auswahl sozial, ästhetisch und ökologisch begründet. Diese konsequent weiterverfolgte Differenzierung führt bis zur Auflösung von zusammenhängenden Strukturen und zur Abstraktion der technischen Einzelelemente von ihrer eigentlichen Funktion. Gleichzeitig zeigt sich eine Tendenz zu einfacheren konstruktiven Primärsystemen, die mit davon gelösten, differenzierten Formen und Ereignissen überlagert sind. Diese Entwicklungslinie verdeutlicht weitere Möglichkeiten des Umgangs mit architektonischem Raum: Mit Licht und Bewegung wird eine dynamische Raumvorstellung umgesetzt, welche die Zeitkomponente in die Raumerfahrung einbezieht - mit der Tendenz, Bestandteile der Architektur zu entmaterialisieren. Die entstehende Transparenz ist die Voraussetzung für den räumlichen Zusammenhang mit der Landschaft. Sie ist in diesem Sinne Bestandteil der Raumerfahrung und Ausdruck der Idealvorstellung einer Verbindung mit der Natur. Darüber hinaus will Behnisch nicht nur bestehende Realitäten widerspiegeln, sondern auch Vorstellungen von einer wünschenswerten Zukunft einfließen lassen. Sie sollen den Benutzer sinnlich und geistig anregen und ihm somit den Blick in eine neue, optimistische Gegenwelt eröffnen. Auf der Suche nach einer neuen, diesem Anspruch gerecht werdenden Form wird der Vorgang des Bauens als ein offener, quasi unendlicher Prozess betrachtet. Auf diesem Lösungsweg werden die situativen Aspekte der speziellen Aufgabe als Anlässe für die Gestaltfindung aufgenommen. Bedeutungen und Inhalte werden nicht freigestellt, sondern bewusst neu besetzt, betrachtet aus einer positiv und hoffnungsvoll besetzten Weltsicht, die Bezüge herstellt und ebenso aber Widersprüche, Konflikte und Mehrdeutigkeit einschließt. Behnisch erreicht durch seine besondere Vorgehensweise eine sehr weit gehende Freiheit für die formale Gestaltung der Bauten und für die Aufnahme neuer Inhalte. Die Poesie seiner Architektur begründet sich aus der Bereitschaft, das technische Werk zu öffnen für Dinge, die nicht Bestandteil der erfahrbaren Wirklichkeit sind, sondern die dem Menschen eine neue, hoffnungsvolle Vorstellung von einer möglichen Weise des Lebens vermitteln. Damit überwindet Behnisch die Abgeschlossenheit einheitlicher, geometrischer Ordnungsvorstellungen und schafft erweiterbare „Lebens“-Räume, die seine Idee vom Bauen als eine Frage nach dem Menschen ausweist, die sich auch im Wandel der Zeit als nachhaltig und tragfähig erweisen kann.