Integrierte Multiobjektive Optimierung : Ein Workflow-Ansatz zur Bewältigung komplexer Probleme in der Stadtplanung am Beispiel des Masterplans Nordbahnhof Freie Mitte

Abstract

In der heutigen komplexen Welt sehen sich Architekten und Planer oft mit zahlreichen Problemen konfrontiert, wobei die Toleranz gegenüber möglichen Fehlern in der Planung entscheidend ist. In dieser Arbeit wird ein alternativer Ansatz für den Entwurf und die Entwicklung von städtebaulichen Masterplänen vorgestellt, bei dem parametrische Modellierung und die Verwendung von Werkzeugen zur Mehrzieloptimierung wie Octopus für Grasshopper zum Einsatz kommen. Durch die Kombination von parametrischer Modellierung und Entwurf mit der Fähigkeit zur multikriteriellen Optimierung durch Werkzeuge wie Octopus können mehrere grundlegende Entwurfsparameter gleichzeitig berücksichtigt werden, was einen Ansatz zur Lösung aktueller städtischer Herausforderungen darstellt.Der aktuelle IPCC-Bericht unterstreicht die Dringlichkeit von Planungen zur Eindämmung der Auswirkungen des vom Menschen verursachten Klimawandels. Um die globale Erwärmung auf 1,5°C zu begrenzen, sind drastische Reduktionen der globalen Treibhausgasemissionen um 45% bis 2030 bzw. 100% bis 2050 erforderlich. Städte wie Wien bekommen die Folgen des Klimawandels bereits zu spüren, und Studien deuten darauf hin, dass das Klima in Wien bis 2050 ähnlich wie in Skopje sein könnte. Der Klimawandel hat erhebliche Auswirkungen auf die Gesundheit, das Wohlbefinden der Bevölkerung und das Stadtleben.Design Thinking hat sich als wirksame Methode zur Bewältigung komplexer Probleme erwiesen, da es sich auf lösungsorientierte Ideen konzentriert und sowohl die Problemparameter als auch potenzielle Lösungen einbezieht. Dieser Ansatz kann dazu beitragen, die Herausforderungen des Klimawandels zu bewältigen, indem kreative und ganzheitliche Lösungsstrategien gefördert werden.Auch die Architektur ist mit komplexen Aufgaben konfrontiert, die sich von den Aufgaben des Ingenieurwesens unterscheiden, da sie oft analysiert und in kleinere Teile zerlegt werden. Daher ist für den architektonischen Entwurf ein flexibler und interaktiver Ansatz erforderlich, bei dem der Architekt die Kontrolle behält und die endgültigen Entscheidungen trifft.Diese Arbeit befasst sich mit dem Problem der multifaktoriellen Probleme bei architektonischen Entwürfen unter Verwendung der Mehrzieloptimierung. Die Arbeit verwendet Rhinoceros und verschiedene Plugins, darunter Octopus, ein Plugin für Rhino mit integriertem Grasshopper. Die Entscheidung für Rhino/Grasshopper basiert auf der intuitiven parametrischen Entwurfsoberfläche und der großen Variabilität von Open-Source 3D-Plugins.Am Beispiel eines bestehenden Masterplans am ehemaligen Wiener Nordbahnhof "Freie Mitte" wird der Masterplan beschrieben und bewertet, wobei der Masterplan als Referenz für den Prozess dient und bestimmte Rahmenbedingungen für die Optimierung definiert. Schlüsselindikatoren wie Grünfläche, Landnutzungsgradient, Kosten, UHI-Effekt und Windgeschwindigkeit werden für die Optimierung verwendet. Die ausgewählten Indikatoren werden nach ihrer Relevanz für eine nachhaltige Stadtplanung und der Zeit bis zur Analyse geordnet.Die vorgeschlagene Lösung wird in Form einer Volumenstudie vorgestellt, die auf der Grundlage der ausgewählten Indikatoren und der entsprechenden Geometrien erstellt wurde. Obwohl sie nicht perfekt ist, zeigt sie das Potenzial der parametrischen Oberfläche von Grasshopper in Kombination mit dem effizienten Optimierungsalgorithmus und seiner hervorragenden Integration in Octopus für einen Workflow für komplexe Aufgaben in der zukünftigen Stadtplanung.Übersetzt mit DeepL.com (kostenlose Version)

In today's complex world, architects and planners often face numerous problems, but tolerance for possible errors in planning is crucial. This work presents an alternative approach to designing and developing urban planning masterplans using parametrischem modeling and the use of multiobjective optimization tools like Octopus for Grasshopper. By combining parametrischem modeling and entwurf with the ability to multiobjective optimization through tools like Octopus, multiple fundamental design parameters can be addressed simultaneously, providing an approach for solving current urban challenges.The current IPCC report highlights the urgency of planning to reduce the effects of human-made climate change. To limit global warming to 1.5°C, drastic reductions in global greenhouse gas emissions are required by 45% bis 2030 or 100% bis 2050. Cities like Vienna are already experiencing the consequences of climate change, and studies suggest that the climate in Wien bis 2050 could be similar to Skopje. Climate change has significant impacts on health, population well-being, and city life.Design thinking has been shown as an effective method for addressing complex problems, focusing on solution-oriented ideas and incorporating both problem parameters and potential solutions. This approach can help address the challenges of climate change by promoting creative and holistic solution strategies.Architecture also faces complex tasks, which differ from engineering tasks, as they are often analyzed and divided into smaller parts. Therefore, for architectural design, a flexible and interactive approach is necessary, where architects retain control and make final decisions.This work addresses the problem of multifactorial problems in architectural designs using multiobjective optimization. The work uses Rhinoceros and various plugins, including Octopus, a plugin for Rhino integrated Grasshopper. The decision for Rhino/Grasshopper is based on its intuitive parametristic design interface and the large variability of Open-Source 3D plugins.An example of an existing Masterplan at the former Wiener Nordbahnhof "Freie Mitte" is described and evaluated, with the Masterplan serving as a reference for the process and defining certain frameworks for optimization. Key indicators such as green area, land use gradient, cost, UHI effect, and wind speed are used for optimization. The chosen indicators are ranked based on their relevance for sustainable city planning and the time to analysis.The proposed solution is presented as a volumen study, created based on the chosen indicators and the corresponding geometries. Although not perfect, it shows the potential of the parametristic surface of Grasshopper in combination with the efficient optimization algorithm and its excellent integration in Octopus for a workflow for complex tasks in future urban planning.