Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
Der optimierte Entwurf und seine Berechnung : Strategien zur computergestützten Entwurfsoptimierung von Gebäuden im Rahmen der ganzheitlichen Architekturgenerierung am Beispiel von Einfamilienhäusern
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.
Der optimierte Entwurf und seine Berechnung : Strategien zur computergestützten Entwurfsoptimierung von Gebäuden im Rahmen der ganzheitlichen Architekturgenerierung am Beispiel von Einfamilienhäusern
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.
Der optimierte Entwurf und seine Berechnung : Strategien zur computergestützten Entwurfsoptimierung von Gebäuden im Rahmen der ganzheitlichen Architekturgenerierung am Beispiel von Einfamilienhäusern
The optimised architectural design and its computation : strategies for the computer-based optimization of architectural design within the holistic architectural generation using the example of the single-family house
Lehmkühler, Uwe (Autor:in) / Universität Stuttgart (Gastgebende Institution)
2009
Sonstige
Elektronische Ressource
Deutsch
DDC:
720
Ansatz zur ganzheitlichen Entwurfsoptimierung am Beispiel von Bürogeschossbauten
UB Braunschweig | 2000
|Ansatz zur ganzheitlichen Entwurfsoptimierung am Beispiel von Bürogeschossbauten
TIBKAT | 2000
|Ansatz zur ganzheitlichen Entwurfsoptimierung am Beispiel von Bürogeschossbauten
UB Braunschweig | 2000
|Ansatz zur ganzheitlichen Entwurfsoptimierung am Beispiel von Bürogeschossbauten
UB Braunschweig | 2000
|Energietechnische Entwurfsoptimierung im Stahlhochbau
TIBKAT | 1980
|