tim walter

diese anwendung wurde mit den programmiersprachen x3d und java-script geschrieben. dabei werden 3d modelle in echtzeit miteinander verrechnet die mit jedem gängigen browser sowie einem kostenlosen plugin betrachtet werden können. für die darstellung benötigen sie den “bs contact vrml/x3d viewer” der bisher nur für das windows xp betriebsystem zur verfügung steht und unter dem angegebenen link herunter geladen werden kann.

installation:
1. laden sie sich die neueste version des bs contact vrml/x3d viewer herunter.
2. installieren sie die anwendung und folgen sie den bildschirmanweisungen.
3. laden sie dann das archiv adaptation.zip herunter und entpacken sie es.
4. klicken sie auf die datei “adaptation.wrl” um die anwendung zu starten

diese abbildung zeigt ein screenshot der ausgangsform der architektur. diese in x3d programmierte anwendung visualisiert in echtzeit errechnete architekturmodelle und kann über ein plugin im webbrowser betrachtet werden. das grundmodell stellt dabei die unveränderte architekur da die nun aufgrund der von innen und außen einwirkende bedürfnisse ihre form verändern werden kann.

zur veränderung der architektur können nun verschiedene formvorlagen verwendet werden die miteinander gekreuzt einen unterschiedlich starken einfluss auf die endform haben können. in der darüberliegenden abbildung sieht man zum beispiel wie die formvorlage zum schutz gegen umgebunslärm aussieht. durch sie soll die architektur die funktion eines lärmschutz besitzen. hierbei wird natürlich angenommen dass die weiteren in der relevanten bedürfnisse wie die zur licht-, wasser-, wärme und luftversogung, so wie nach platz oder gegen naturkatastrophen keine rolle spielen.

die obere abbildung zeigt nun eine mischform aus den formvorlagen “wind”, “katastrophe”, “akustik” und “wärme” welche durch die anwendung generiert wurde. der prozentuelle einfluss wird dabei durch einen numerischen wert angegeben. einige vorlagen sind dabei noch abhängig von der tageszeit und dem jeweiligen ort an dem sich die architektur befindet.

1. einleitung

die arbeit “adaptation” entstand im 6. fachsemester des studiengangs kommunikationsdesign an der fh|w-s. die leitung des projektes “design and architecture” im hauptstudienfach interaktive medien übernahm dabei prof. erich schöls. das ziel diese projektes was es sich mit den schnittstellen des kommunikationsdesign und der architektur auseinander zu setzen.

dieses projekt war ein gemeinschatsprojekt mit dem fachbereich informatik an der fachhochschule würzburg-schweinfurt sowie der universität in bejing und wurde am frauenhofer institut für visuelle datenverarbeitung zwischenpräsentiert. die anwendung entstand unter der zusammenarbeit von stefan grimm.

nach der auseinandersetzung mit visonären architekten und theorien zu intelligenter architektur habe ich mir gedanken über die berechnung neuer formen gemacht. dabei war mein ansatz dass man architektur mehr als eine reine behausung, sondern vielmehr als einer art spiegel der bedürfnisse unterschiedlicher individuuen betrachten sollte. neue intelligente architektur könnte somit zu einem werkzeug werden dass bedürfnisse durchsetzt und somit zwischen den menschen vermittelt.

in diesem projekt ist somit eine anwendung entstanden die aus einer auswahl fuktionaler bauwerke neue formen in echtzeit errechnet und diese in einem dreidimensionalen raum präsentiert. durch das feine angleichen der untschiedlichen paramter lässt sich somit durch das betrachten unterschiedlicher möglicher formen auch der einfluss aus eine bauform überprüfen.

2. intelligente architektur

2.1. der raum

unter architektur versteht man heutzutage traditionellerweise eine anordnung von soliden körpern im raum, also die gestaltung von statischen unbeweglichen körpern. das heutige architekturverständniss der allgemeinen bevölkerung ist somit von der konstruktiven raumbildung geprägt, die durch massive wände und decken den einfluss der umwelt auf den raum neutralisiert.

energetische gesehen gibt es aber keine trennen zwischen innen und außen. so schreibt reyner banham in seinem buch “the architecture of the well-tempered environment” dass es zwei arten der raumbildung nämlich die konstruktive als die begrenzung durch wände, decken und boden und die energiegestützte also die welche durch die modulation von energiefeldern entstanden ist gibt.

weiterhin besitzt ein raum vier charakteristika: einerseits ist er nicht homogen sondern ein feld unterschiedlicher dichte und intensität, weiterhin ist er kein abgegrenztes isoliertes gebilde sondern teil einer umwelt, darüberhinaus wird ein raum durch die umweltbedingungen und durch seine nutzung verändert, und zuletzt ist ein raum wandelbar da er durch energiefluss gebildet wird.

das denken von innen und außen, leer und voll wird somit abgelöst durch ein denken in intensitäten und dichten. vilém flusser beschreibt die konstruktive raumbildung als ein denken in festen kategorien wohingegen die energiegestützte raumbildung ein denkten in relationen ist.

der raum des intelligenten gebäudes besitzt somit eher den nomadischen charakter der informationsgesellschaft mit globalisierung, mobilität, telematik und vernetzung. ein architekt kann somit heutzutage nicht mehr ausschließlich die traditionellen mittel der darstellung verwenden.

2.2. energiegestützte raumbildung

durch die möglichkeiten der energiegestützten raumbildung reicht es heutzutage nicht mehr aus den festen zustand einer architektur zu entwerfen. vielmehr sollte eine veränderung über zeit, eine art programm oder ein szenario entworfen werden was wiederum die grundlage einer reaktionsfähigen, intelligenten architektur ist.

diese funktion der anpassungsfähigkeit besitzen bisher in der traditionellen architektur einzelne komponenten wie klappläden, markisen, gardinen, paravents, möbel oder schiebetüren. weitere energiegestützte lösungen verwenden ähnliche mittel wie die wärme oder das licht eines kamins. diese raumgrenzen sind aber vage da sie sich in unterschiedlichen durch helligkeit und wärme untergliederte zonen teilen. die unterteilung des raums findet sozusagen durch eine aktiv modulierte umwelt statt die sich wiederum über zeit verändert.

da intelligente gebäude somit auf veränderungen in der umwelt und reaktionen reagieren, stellen sie ein offenes sysstem das auf unterschiedliche einflüsse reagiert und die unterschiedlichen kräfte in ein gleichgewicht bringt. der somit individualisierte steuerbare innenraum ist somit das gegenstück zum lagerfeuer der nomaden.

einer der ersten versuche intelligenten architektur war dabei z.b. das “maison loucher” von le corbusier in dem sich ein wohnraum durch schiebetüren und klapptüren in eine schlafkammer verwandeln konnte. weiterhin entwickelte erich mendelsohn und die gebrüdern luckhardt dynmaische raumkörper die sich den anforderung der bewohner und der jeweiligen jahreszeit.

mit dem einzug der industrialisierung gelang jedoch der einzug von leitungen wie gas, wasser, strom, lüftung und telefon, also der haustechnik in die gebäude die mehr und mehr einen wachsende bedeutung erlangten. das licht verwandelte die räume, wohingegen das telefon sie miteinander verband. mittlerweile sind gebäude an ein globales netzwerk an informations-, energie- und stofftransporte angeschlossen wodurch sie mit vielen weit entfernten orten kurzgeschossen sind. dabei regelt mehr und mehr die telekommunikation das verhältnis zwischen einem gebäude und seiner umwelt. das interface erhält somit eine neue bedeutung als ein- und ausgabegerät. bei intelligenten gebäuden tritt somit neben die hardware, also festen baumaterialien und konstruktionen eine software und dessen intelligente steuerung. dabei stören oftmals materialien wie stahl, glas oder beton.

eine weitere neue art einen raum zu beschreiben zeigte le corbusier auf der weltausstellung in brüssel 1959 mit dem “phillips-pavillion”. dabei erschuff er eine vierdimensionale raum-zeit-architektur die durch methoden aus film, theater und musik räume durch von einer software gesteuerten wandelnde inszenierung erschuf. da es sich aber bei diesen gebäuden um automatisierte verhaltensweisen geht die nicht auf unvorhergesehene verhaltenseweisen reagieren können, kann man nicht von inteligenter architetur sprechen.

2.3. (r)evolutionäre architektur

ein wichtiger einfluss für die entwicklung des eigenen projekts war der erfinder, designer, architekt, mathematiker und philosoph buckminster fuller. seine technischen revolutionen waren denkrevolutionen wie z.b. das dymaxionhaus als resourcenschonende methode die kräfte und synergien nutzt und nicht also einer art privateigentum sondern vielmehr als dienstleistung verstanden werden sollte. buckminster fuller lebte unter anderem nach den beiden grundsätzen: “don’t fight forces use them” und “we are all astronauts”.

das bauen bedeutete somit nicht das errichten eines gebäudes sondern die installation eines wohnbehältnisses. ausgehend von dieser und den vorangegangenen annahmen ist somit eine wichtige kerkaufgabe der architektur die erschaffung von räumen. dies setzt eine abgrenzung zweier welten voraus, nämlich einer inneren und einer äußren. die dadurch entstandenen unabhängigen systeme werden somit primär durch die bedürfnisse des menschen und den vorgängen der natur kontrolliert. so kommt es dass heutige architektur hauptsächlich ihre form und aussehen durch den schutz vor außeneinwirkungen und zur verbesserung der lebensqualität erhalten haben.

somit stellt sich dieses projekt die frage wie architektur beispielsweise aussehen könnte wenn wir die fähigkeit besäßen alle parameter die von innen oder von außen auf die architektur wirken zu berücksichtigen. werden aus den vorlagen neue formen entstehen die womöglich neue lösungswege aufzeigen oder wird die architektur durch ihre form selbst zu kommunikationswerkzeug dass uns über die bedürfnisse unserer umwelt aufklärt?

3. entwicklung

3.1. relevante bedürfnisse an architektur

für die entwicklung der formvorlagen bedarf es einer recherche aller möglichen bedürfnisse an die architektur. definiert man den raum so dass der mensch im mittelpunkt steht erhält man die form einer kugel. diese form stellt somit die ausgangsform der architektur da bei der keine einwirkungen von innen oder außen wirken.

geht man nun davon aus dass in diesem zustand optimal bedingungen herrschen also alle erwartungen an das gebäude erfüllt sind, so führt eine optimierung z.b. des innenraums automatisch zur verschlechterung des außenraums. in der realität bedeutet dies dass jede architektur ein kompromiss zwischen den menschen untereinander ist. also stellt sie immer einer schnittstelle zwischen den menschen und ihren bedürfnissen da.

die anzahl der bedürfnisse an eine architektur hängt stark von der distanz ab. so kann man unter anderem darin unterscheiden wie ein raum von innen oder außen wahrgenommen wird oder wie man auf ihn einwirkt. dabei ist ein relevantes bedürfnisse wie sich ein raum auf die gesundheit der menschen innerhalb und außerhalb auswirkt. also welchen einflus sie auf die stimmung durch licht oder akustik hat, in wie fern sie bestimmte aktivitäten fördert oder die wasser-, luft- und wärmeversorgung gewährleistet. und andererseits in wie fern eine architektur unterkunft und schutz bietet also vor regen, wind, sonne uns womöglichen katastrophen schützt.

3.2. basismodell und funktionale formen

wie bereits erwähnt ist das ausgangsmodell in diesem modell eine kugel die wiederum in der konkreten ausführung aus 4002 knotenpunkten und 4000 flächen besteht. dabei geh ich weiter davon aus dass diese oberflächen nicht zwangsläufig statisch mit auprallender primärenergie umgehen sondern diese durch filter, zellen, schleusen, glas und spiegeln unterschiedlich verwendet werden kann. so könnte z.b. aufprallendes wasser gefilert, durchgelassen oder zur energiegewinnung verwendet werden. licht könnte hingegen abgewiesen, gebrochen oder gespiegelt werden oder ebenso zur energiegewinnung wie wind dienen.

die weitere annahme ist nun dass man sich die knotenpunkte der ausgangsform je nach belieben in alle drei achsen bewegen lassen. dadurch könnte ein großteil architektonischen formen erzeugt werden. für die anwendung müssen dazu möglichst eindeutige funktionale formen verwendet werden deren bauweise ganz klar einen gewissen vorteil zeigt.

die ersten drei formen beziehen sich dabei auf die aktivität also die verwendung des raumes durch den bewohner. so stellt das mögliche modell “bühne” eine raum mit einer erhebung in der mitte dar die ähnlich einer rednerkuppe für den einsatz bei reden, ansprachen pder einem theater sinnvoll sein kann. im gegensatz dazu ist das weitere modell “arena” das genau gegenteil nämlich eine vertiefung wodruch die personen an den seiten des raumes einen besseren überblick haben ähnlich wie bei einem fussballspiel oder einem konzert.

weiterhin kann die architektur unterschiedlich auf auftretende windkraft reagieren. so kann z.b. durch eine segelähnliche form versucht werden dem wind eine möglichst große angriffsflächen zu bieten um die auftretende kraft zu bremsen oder eben zu nutzen. weiterhin kann auch durch eine tropfenförmige architektur der widerstand auf die oberfläche des gebäudes verringert werden.

ebenso kann die architektur auch auftretendes regenwasser für den gebrauch wie auch zur isolierung in einem becken sammeln oder durch ein spitzdach abweisen. oder die architektur verformt sich dahingegen dass sich ansammelnde wärme durch eine möglichst flache architektur am boden gespeichert wird.

um die architektur nach weitere bedürfnissen bezüglich der stimmung des bewohners zu optimieren, kann auch das einfallende licht und die akustik des innenraums reguliert werden. dazu kann die sonne entweder direkt durch eine möglichst große flächen die im lot zur sonne mitwandert ins innere geleitet werden oder durch eine besondere form indirektes licht erzeugt werden.

zu guter letzt kann auch auf die bedürfnisse der umwelt eingegangen werden indem die architektur z.b. als eine art lärmschutz dient oder platz macht für durchqerenden verkehr. in dem fall dass eine umweltkatastrophe sich ankündigt könnte die architektur auch entsprechende visrichtsmaßnahmen ergreifen.

3.3. verwendungsszenarien

bei der berechnung der optimalen form muss darauf geachtet werden dass jede einfließende form je nach bedeutung eine unterschiedliche gewichtung erhält. um in der theorie eine möglichst gerechte entscheidung treffen zu können sollten möglichst viele bedürfnisse die an eine architektur gerichtet sind erfasst werden. dazu wurden in der anwendung einige szenarien entwickelt in denen genau festgelegt wird wie stark der prozentuelle einfluss zu einem zeitpunkt auf die entdültige form ist.

die ersten vorlangen beziehen sich auf die verwendung und simulieren z.b. das verhalten einer architektur wenn der bewohner sich aufgrund seiner arbeit nicht in der architektur befindet. der verwendtet wohnraum der einer halle gleicht hat somit zu den wachen zeiten des benutzers, also zwischen 17 und 22 uhr einen starken einfluss auf die architektur. bei der verwendung als lager hingegen hat die formvorlage einen permanenten einfluss auf die architekur. findet andrerseits z.b. ein fussballspiel oder ein konzert in dem gebäude statt verändert sich die architektur in eine arena ähnliche form wobei diese nur zur aktiven spielzeit einen hohen einfluss hat. hingegen im falle eines symposiums würde sich dann in der mitte der architektur eine bühne bilden.

desweiteren gibts es szenarien die das auftreten von wind und dessen verwendung simulieren. so könnte z.b. ein starker nordwind der am abend auf die architektur trifft unterschiedlich stark genutzt werden. in diesem fall verhält sich das gebäude je nach windrichtung, -stärke und uhrzeit wie ein segel. weiterhin gibts es zwei szenarien in denen versucht wird dem wind möglichst wenig angrffsfläche zu bieten. in ihnen kommt einmal der wind aus südosten und tritt am morgen auf.

weiterhin könnte sich die architektur auch zu einem becken verformen um an z.b. an einem leichten regentag wasser zu sammeln. auch hier bestimmt wieder die stärke der einwirkung den einfluss der form. weitere szenarien beschreiben z.b. einen starken regentag an dem das wasser nicht gesammelt sondern abgewiesen wird.

ebenso kann man den lichteinfall mittels sechs unterschiedlicher voreinstellungen steuern und dessen veränderung auf die architektur beobachten. drei szenarien simulieren dabei den lichteinlass an einem normalen, einem bedeckten und einem teilweise sonningen tag. dabei versucht die architektur der sonne möglichst viel fläche zu bieten und verändert sich somit je nach sonnenstand.

der benötigte platz der architektur richtet sich neben den bedürfnissen im inneren des raums auch an die anforderung außerhalb des raums. so kann man zum beispiel simulieren wie sich die architektur bei berücksichtigung des berufverkehrs, einer sportlichen veranstaltung oder anderen aktivitäten die außerhalb des gebäudes stattfinden verhält. in diesen fällen würde die architektur z.b. versuchen durch einen tunnel unter ihr schutz zu gewährleisten und platz zu schaffen.

weiterhin kann man auch auftretende lärmquellen wie zum beispiel straßenlärm durch berufsverkehr oder einen open-air konzert in der nähe der architektur simulieren. in diesen fällen unternimmt die architektur den versuch zu den entsprechenden zeiten einer art lärmschutz zu bilden.

zu guter letzt kann man noch in den letzten wichtigen szenarien das verhalten der architektur zur jeweiligen jahreszeit simulieren. diese nehmen dabei hautpsächlich einen einfluss auf die höhe der architektur.

3.4. programmierung und funktionsweise

die anwendung adaptation wurde mit der programiersprache x3d, welche ähnlich aufgebaut ist wie vrml und html, zur darstellung dreidimensionaler inhalte im internet geschrieben. dabei wurden die einzelnen formvorlagen mit 3d studio max gefertigt und dann mittels javascript miteinander verrechnet.

in der anwendug kann man zunächst die indivduellen modelle und dessen prozentueller anteil auf das endmodell, also die priorität gegenüber anderen modellen die man miteinander verrechnen will, einstellen. neben der individuellen eingabe kann man auch vorgeferige profile verwenden die bereits bestimmte szenarien beinhalten.

bei der berechnung der endmodelle werden jeweils die koordianten aller modelle adiert und durch die anzahl der modelle geteilt um somit den mittelwert zu berrechnen. die bedienung der anwendung erfolgt dabei hautpsächlich über die maus.

über die tastatur hingegen kann man die sicht auf das modell verändern. beim anklicken der architektur kann man darüber hinaus dieses drehen und von allen seiten betrachten. über die anzeige in der linken oberen ecken kann man durch die pfeiltasten die jeweils betroffene uhrzeit und den ort einstellen.

die einzelnen formvorlagen die in die berechnung miteingeschlossen werden sollen kann man durch anklicken des titels aktivieren oder deaktivieren.

durch das anklicken der form im menü selbst kann man diese wechseln. der balken neben jeder form im menü zeigt dabei jeweils den prozentuellen anteil in der endform an. über die pfeiltasten an den balken kann man diesen wert verändern.

möchte man an stelle der individuellen einstellung lieber profile verwenden kann man diese durch den pfeil am unteren rand der anwendung verändern. wenn man mit der maus über das jeweilige profil geht kann man nährer informationen über dieses profil

4. schlussbewertung

nach ausgiebiger verwendung der anwendung mus man feststellen dass besonders bei der verwendung krasser formen eindrucksvoll die veränderung der architektur zu sehen ist. obwohl teilweise dir formen auf den ersten blick rätselhaft aussehen lassen sie sich dennoch über den jeweiligen kontext erklären und geben inspiration.

obwohl es sich hier ganz eindeutig um ein utopistisches szenario handelt kann man sagen dass die idee eines evaluierenden hauses das auf seinen umwelt reagiert durchaus potential hat.

5. quellen und inspirationen

reyner banham:
“architecture of the well-tempered environment”
isbn: 0226036987

buckminster fuller:
“your private sky”
isbn: 3907044886

cedric price:
www.designmuseum.org/design/index.php?id=92

richard rodgers:
www.richardrogers.co.uk/

buckminster fuller:
www.bfi.org/introduction_to_bmf.htm

“die architektur intelligenter gebäude”
www.oswalt.de/de/text/txt/intelligebau.html

archigram
www.archigram.net/index.html

renzio piano:
www.rpbw.com/

thom mayne & michael rotondi:
www.morphosis.net/morph.html

norman foster:
www.fosterandpartners.com/internetsite/flash.html

daniel libeskind:
www.daniel-libeskind.com/projects/index.html

peter eisenmann:
www.eisenmanarchitects.com/