ARCH+ 191/192

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Erschienen in ARCH+ 191/192,
Seite(n) 17

ARCH+ 191/192

Entwerfen ist mehr als Geometrie

Von Böhm, Florian

Ein Ausblick in die Zukunft des digitalen Gestaltens

ARCH+ 189 erinnert noch einmal daran, dass die Pattern Language eine wichtige Entwurfsgrundlage ist. Es wird die auf den ersten Blick paradoxe Situation erkennbar, dass ein hochgradig formaler Entwurfsansatz, der zu seiner Entstehungszeit nur geringen Einfluss auf die Entwurfspraxis hatte, die methodische Grundlage für die universelle Produzierbarkeit beliebiger Geometrien darstellt. Dieses Paradoxon klärt sich jedoch auf, wenn man bedenkt, dass die dort beschriebenen Entwurfsverfahren streng genommen nur eine sehr beschränkte Verkörperung des Entwurfsgedankens darstellen, welche allerdings die serielle bzw. maschinelle Produktion von fast beliebig geformten (Gebäude-)Artefakten aus vorgegebenen Regelsätzen begünstigt.

Die Zukunft kann jedoch nicht darin bestehen, dass die Architekten zu Programmierern ihrer Entwürfe werden. In diesem Falle wäre der Computer nicht mehr dienendes Werkzeug, sondern dominantes Element des Entwurfs. Die Gefahr besteht dabei insbesondere darin, dass die Kreativität und damit die Konfiguration des Entwurfs sich auf die bereits programmierten bzw. programmierbaren Geometrien beschränkt und damit in neuer, parametrischer Form die gleiche beklagenswerte Monotonie entsteht, aus der die Entwerfer durch die Anwendung neuer Geometrien ausbrechen wollten.

Die Architektur besteht aber aus mehr als nur Geometrie. Geometrie liefert eigentlich nur diejenigen dreidimensionalen Koordinaten, die letztlich den computergesteuerten Produktionsmaschinen übergeben werden, welche die Bauteile fertigen. Die weiteren Dimensionen des architektonischen Entwurfs, die seine eigentliche Qualität ausmachen, wie die der Nutzungsflexibilität, der Energie- und Umweltqualität oder gar des Wohlbefindens der zukünftigen Nutzer haben nur zu einem geringen Anteil geometrischen Charakter. Die heute auf dem Markt erhältlichen Entwurfswerkzeuge und -programme unterstützen diese weiteren Dimensionen jedoch nur rudimentär.

Den Stand der heutigen Bausoftware bildet das digitale Gebäudemodell (englisch Building Information Model oder kurz BIM), das aus Sicht seiner Programmierer alle wichtigen Informationen über das Gebäude enthalten soll. Es ist die Grundlage für die Ableitung der Dateien für die Gebäudeproduktion. Weniger flexibel als der Ansatz eines einheitlichen Gebäudemodells sind die in den Programmen zur Verfügung stehenden Werkzeuge, die zwar klassische Architekturelemente wie Wände, Stützen, Türen, etc. und deren Zusammenhänge erkennen, beim Entwerfen mit beispielsweise mehrfach gekrümmten Wänden oder Decken allerdings schnell an ihre Grenzen stoßen.

Dies ist umso bedauerlicher, als gerade der Computer über das Potential verfügt, geometrische und nichtgeometrische Informationen simultan zu verarbeiten und zu vernetzen. Zudem kann der Rechner auch nicht sichtbare Größen wie Luftströmungen oder Wärmeflüsse simulieren und visualisieren. Nicht zuletzt zeigen Modellierungswerkzeuge, die häufig aus dem Bereich der Film- und Computerspielindustrie kommen, dass eine Interaktion mit dem Computer beim Entwerfen ähnlich intuitiv sein kann wie das Arbeiten mit Knetmasse oder Pappmodellen. Eigentlich sollte der Computer der ideale Partner des Architekten sein.

Um die Möglichkeiten zukünftiger architektonischer Entwurfssysteme zu definieren, ist es lehrreich, die Entwicklung in anderen Branchen wie im Maschinenbau oder der Luftfahrttechnik zu studieren, wo Systeme eingesetzt werden, die die Elemente und Eigenschaften der zu entwerfenden Objekte in ihrem Datenmodell kennen.

In der Luft- und Raumfahrttechnik beschäftigt man sich seit Jahrzehnten mit der Anwendung von Systemen der künstlichen Intelligenz und des wissensbasierten Entwurfs (Knowledge Based Engineering). Der heutige Stand ist, dass Routinearbeiten wie die Konstruktion von Varianten bekannter Systeme wie z. B. eines Flugzeugfahrwerks sehr gut durch den Computer übernommen werden können. Hierfür muss das zu entwerfende System mit seinen Komponenten und deren Zusammenwirken komplett durch Regeln beschrieben sein.

Dieser Ansatz lässt sich auch auf den Entwurf von Gebäuden übertragen, deren Funktionen und Elemente sich durch Regeln eindeutig beschreiben lassen. Ein Beispiel ist der Bau von Flughäfen, deren Eigenschaften durch Normen der Internationalen Zivilluftfahrtorganisation ICAO oder des internationalen Verbandes der Fluggesellschaften IATA bis ins Detail geregelt sind. Auf Grundlage dieser Regeln kann der Rechner unter Berücksichtigung der lokalen Anforderungen des spezifischen Flughafens Entwurfsalternativen erzeugen. Auch für andere Entwurfsaufgaben existieren spezifische regelbasierte Entwurfsprogramme, die insbesondere in der Fertighausindustrie oder von Wohnungsbauunternehmen verwendet werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass regelbasierte Entwurfsverfahren wie die Pattern Language sich hervorragend zur Variation von Typenentwürfen eignen. Die regelbasierten Verfahren sind jedoch bislang kaum in der Lage, neuartige oder unkonventionelle Entwürfe zu befördern.

Ein Ansatz der aktuellen Forschung geht daher in die Richtung, Entwurfslösungen – ohne Programmierung seitens der Entwerfer – auf graphischem Wege zu entwickeln. Voraussetzung hierfür ist die generische Typisierung von Systemelementen und Lösungsansätzen. Dabei geht es darum, den Gesamtraum der möglichen Entwürfe zu identifizieren und in ein für den Rechner verständliches formales Modell umzusetzen, wobei die Interaktionen zwischen den Elementen und die Berücksichtigung sowohl von geometrischen als auch nicht-geometrischen Daten eine besondere Rolle spielen.

Beispielsweise sehen Forschungen des Fachgebietes „Design of Aircraft and Rotorcraft“ von Michel van Tooren an der TU Delft vor, dass dem Flugzeugentwerfer in einer grafischen Umgebung auf dem Rechner die grundlegendsten Elemente eines Flugzeugs, sogenannte High-Level Primitives (HLP), wie Auftrieb erzeugende Flächen, Volumen zur Nutzlastunterbringung oder Triebwerkselemente zur Verfügung gestellt werden. Der Entwerfende passt diese Elemente an seine konkreten Bedingungen an und baut damit seine Entwurfsidee am Rechner zusammen. Der Rechner nutzt diesen Entwurf, um im Multi-Model Generator (MMG) daraus im Hintergrund automatisch ein Datenmodell zu erzeugen. Dieses Datenmodell kann dann für die unterschiedlichsten Simulations- und Optimierungsverfahren verwendet werden.

Um diese Ansätze für die Architektur nutzen zu können, sind Entwurfssysteme erforderlich, mit denen eine allgemeine Beschreibung der Gebäudeelemente und der Zusammenhänge zwischen ihnen stattfinden kann. Es ist also eine neue generische Typologie der Architektur erforderlich, mit der beliebige Elemente eines Gebäudes so allgemein und generell wie nur denkbar beschrieben werden können. Die bisherigen Typologien haben sich – wie oben gezeigt – zumeist als zu speziell und damit in der Praxis als wenig nutzbar erwiesen. Die Fundierung einer generischen Typologie stellt eine zentrale Aufgabe für die Theorie des digitalen Entwerfens dar. Diese muss dabei mehr als nur geometrische Bezüge beinhalten.

Die Zukunft liegt in Programmen, als Dialogpartner des Entwerfers agieren. Denn die Fähigkeiten des Menschen und des Computers sind komplementär.Während der Mensch kreative Entwurfsideen entwickelt, unterstützt ihn der Rechner durch die Fähigkeit zur Analyse, Visualisierung und Variantenbildung. Nur so kann der Computer zu einem wirklichen Imagination Amplifier werden, einem System, das die Fantasie des Nutzers unterstützt und erweitert.

(1) Siehe: Schut E.J., M.J.L. van Tooren, „Engineering Primitives to Reuse Design Process Knowledge“, 49th AIAA/ASME/ ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, 4th AIAA Multidisciplinary Design Optimization Specialist Conference, AIAA2008-1804, Schaumburg, IL, USA, 2008

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