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Promotionsvorhaben, M.Sc. Alec Singh                             

                                                                                    

CAAC – Computer-Aided Architectural Construction

Kombinierte Simulation architektonischer und konstruktiver Systeme mittels numerischer Näherungsverfahren im Voxel-Raum

 

[1] Theoretische Methode

 

In einer Simulationsumgebung soll - unter Anwendung geläufiger numerischer Rechenverfahren - die im architektonischen Entwurfsprozess relevanten (bau-)physikalischen Grundlagen erfasst und in einen gemeinsamen Kontext gesetzt werden. Das Hauptaugenmerk liegt dabei in der Schaffung eines dynamischen, parallelisierten Modells. Dieses Modell soll auf seine Eignung hin für architektonische Systeme mit bekannten Gesetzmäßigkeiten überprüft und abgeglichen werden.

 

Das Potenzial liegt in der Beschleunigung und Verfeinerung des architektonischen Entwurfsprozesses in der computergestützten Arbeitsweise. Gebäude müssen im virtuellen Raum anders beschrieben werden als auf dem Zeichenbrett. Ein vielversprechender Ansatz ist die Unterteilung des dreidimensionalen Raums in ein Raumgitter mit Datenpunkten, sogenannte Voxel. Diese Voxel stellen kleinste Domänen bereits erwähnter (bau-)physikalischer Prozesse dar und bilden die Basis der zu entwickelnden Algorithmen. Das Verfahren besticht durch seine Einfachheit und ist in der Genauigkeit seines Ergebnisses lediglich von den zur Verfügung stehenden Kapazitäten abhängig. Eine ähnliche Vorgehensweise wird in der Meteorologie zur Wettervorhersage angewendet (Elementarzelle).

 

Klassische Programme in Statik und Bauphysik nutzen die weit verbreitete FEM-Methode (Finite Elemente Methode) zur Berechnung. Im Gegensatz dazu verfolgt der dynamische Ansatz das Ziel, von einer isolierten, geometrischen Betrachtungsweise Abstand zu nehmen und die verschiedenen Aspekte eines Gebäudes im vernetzten Zusammenhang zu sehen. Im Ergebnis bedeutet dies eine sukzessive Lösungsstrategie, die Zwischenschritte und Entwicklungen sichtbar macht. Bisherige CAD-Systeme nutzen Grafikelemente (z.B. Linien, Polygone) oder Bauteile für die Darstellungen. Dies bedeutet für entwerfende Architekten eine Abstraktion ihres Entwurfes. An diese Stelle soll ein integratives Datenmodell treten, das alle Ebenen, wie statische Lastfälle, Materialverhalten (Knicken, Brechen, Durchbiegung) oder aber auch Bauphysik (thermisches Verhalten)  aufnimmt und verknüpft.

 

[2] Ausblick und Anwendung

 

Als Resultat der Untersuchungen soll ein CAAC-Programm für Architekten entstehen. Dies bedeutet eine logische Weiterentwicklung der digitalen Werkzeugpalette von Architekten, die verschiedensten Aspekte eines Gebäudeentwurfs zu koordinieren. Eine Entlastung vom ständigen, manuellen Abgleich aller Bereiche untereinander soll damit erreicht werden. Als Ausblick kann eine veränderte Arbeitsweise stehen, im Gegensatz zu bisherigen CAD-Systemen, die eine starke Fokussierung auf die Arbeit mit Bauteilen legen. Das Entwerfen von Räumen, die Einbindung von Mensch und Kontext, sowie eine nachhaltige Optimierung der Nutzung und des Ressourceneinsatzes werden erleichtert. Nachträgliche Untersuchungen von Bestandsgebäuden können stattfinden und potenzielle Verbesserungen vorgeschlagen werden.

 

zuletzt bearbeitet am: 08.10.2020