Flexible Housing Tool Nick Förster Lehrstuhl für Architekturinformatik Fakultät für Architektur Technische Universität München
Flexible Housing Tool Lehrstuhl für Architekturinformatik Prof. Dr.-Ing. Frank Petzold Performance Based Design Nils Seifert, Gerhard Schubert Nick 03641240Förster
Inhaltsverzeichnis RechercheKonzeptEinleitung und Quantifizierung ImpressumAusblickUmsetzung 2 4 6 10 17 19
Einleitung
Für den Erfolg eines Wohnungsbauentwurfs, ist die präzise Einhaltung des Wohnungsschlüssels und eine optimale Anzahl an Wohneinheiten sehr relevant. Allerdings ist ein hohes Maß an Erfahrung notwendig, um dies mit einem interessanten und konsequenten Entwurf in Einklang zu bringen. Der klassische Entwurfsprozess beginnt im Großen mit einer grundsätzlichen Volumensetzung. Erst sehr viel später - ungefähr im 1:200 - wird klar, ob die Volumen für die Wohnungsverteilung optimal sind. Zu diesem Zeitpunkt ist es meist aber zu spät/ zu aufwändig noch grundlegende Veränderungen im Entwurf vorzunehmen.
Darum wollte ich ein Tool entwickeln, welches ermöglicht, verschiedene Volumensetzungen nach städtebaulichen Kennziffern und der Eignung für einen Wohnungsschlüssel zu bewerten. Zudem soll das Tool den Schritt von einer groben Volumenskizze zum konkreten Entwurf unterstützen.
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Vor allem der Schritt von einer Volumenstudie zu den konkreten Wohnungsgrundrissen erscheint ist sehr zeitaufwändig und schwer kalkulierbar.
Die Mitarbeit an mehreren WohnungsbauWettbewerben führte zu der ersten Idee für das „Flexible Housing Tool“. Um erahnen zu können, ob eine städtebauliche Setzung die richtige Größe und Proportion für eine bestimmte Wohnungskonfiguration hat, ist entweder viel Erfahrung oder Zeit notwendig.
Das Wohnungsbautool soll in diesen frühen Entwurfsstadien bereits die Performanz verschiedener städtebaulicher Varianten in Bezug auf die Wohnungsvorgaben und städtebauliche Kennziffern anzeigen. So erhält man überdies auch die Möglichkeit, ambitioniertere Entwurfsideen auf ihre Umsetzbarkeit zu überprüfen - statt sich stets für die vermutlich umsetzbare Option zu entscheiden. Es wird klar, wie viel Freiheit eine bestimmte Option lässt. Neben städtebaulichen Daten zeigt das Programm bereits eine erste Grundrissskizze. Wenn die Entwerfenden sich, nach der Erwägung verschiedener Massenstudien, für eine fundierte Option entscheiden, können sie bereits die Achsen der Wohnungen, der Erschließung und der Außenwände als Grundlage für einen Entwurf nutzen.
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4 XXAusschreibungstext:%4-Zimmerà80 qm XX % 3-Zimmer à 65 qm etc.StellplatzschlüsselGeschosszahl etc.GFZWohnungsgrößenWohnungsschlüsselERGEBNIS:/GRZKontrollkurvenGrundstück WOHNUNGSBAUTOOL +WohnungsschlüsselTypologieGebäudeparameter Grundriss-SchemataVolumetrische Skizze Informations - Output
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Anhand dieser Informationen passt der Nutzer die Eingaben an - verändert die Geometrie, Geschossigkeit, Orientierung etc. . Das Programm begleitet den Entwurfsprozess live mit berechneten Daten und geometrischen Informationen.
Der Nutzer gibt grundlegende Parameter in das Programm ein: den Wohnungsschlüssel, die Geschossigkeit, etc. (Siehe Umsetzung). Zudem wird eine Typologie gewählt und für jedes Gebäude eine Grundlinie gezeichnet. Zuletzt benötigt der Algorithmus für die Berechnungen das Grundstückspolygon.
Aus diesen Eingaben errechnet das Programm zunächst einen Informations-Output (siehe Umsetzung), der die aktuelle Geometrie städtebaulich bewertet (Dichte, Wohnfläche, GFZ, etc.). Darüber hinaus zeigt der Algorithmus auf, wie gut der gewünschte Wohungsschlüssel in die angegebene Geometrie passt, sowie wie viele Wohnungen von welchem Typ erzeugt wurden. Das Programm konstruiert hieraus ein Grundrissschema als Grundlage für die nächsten Entwurfsschritte .
Konzept
Bei einer Ost-West-Orientierung können auf beiden Seiten gut belichtete Räume angeordnet werden, sowie ein unbelichteter Kern in der Mitte. Es ergeben sich für eine Ost-West-Orientierung deutlich höhere Tiefen von 9-20 Zudemm.beeinträchtigt die lichte Höhe der Geschosse die Belinchtungssituation. Hiervon ist demnach auch die mögliche Gebäuetiefe abhängig. Um die verfügbare Wohnfläche in einem Gebäudevolumen zu ermitteln, müssen neben den Erschließungsflächen auch konstruktive Elemente und Installationen von der Grundfläche abgezogen Auchwerden.wenn
dieser Wert je nach Grundrissstruktur und Konstruktion variiert, ergab die Auswertung von verschiedenen Beispielgrundrissen einen Anteil von etwa 7 % für Konstruktion und Installation. Es traten keine extremen Schwankungen auf. Also wird für die Grundfläche der Faktor 0.93 genutzt.
Recherche6 und Quantifizierung
Zuletzt hat die Wahl der Typologie eine große Auswirkung auf den Entwurf, die mögliche Gebäudegeometrie, die Erschließung und die einzelnen ExemplarischWohnungen.wurdeneine Laubengangtypologie und eine 2-Spännertypolgie analysiert und umgesetzt.
Für die Umsetzung des Algorithmus stellte sich mir zunächst die Frage, nach welchen Regeln sich die Konstruktion eines Gebäudeumrisses quantifizieren
Fürließe.die
Berechnung der Gebäudetiefe ist zunächst die Belichtung relevant. Hierfür ist die Orientierung des Baukörpers entscheidend. Wie das Diagramm rechts zeigt, erlaubt eine Nord-Süd-Orientierung belichtete Wohnräume im Süden und schlecht belichtete Räume (Erschließung/Sanitär) im Norden. Es ergeben sich sinnvolle Gebäudetiefen von etwa 6-11 Metern.
7 Tiefe nach Typologie Quelle: Raumpilot Grundlagen
Typologien8
Beispielgrundriss Laubengang: Peter Zumthor, Cadonaustraße Quelle: Raumpilot Wohnen Ausrichtung Nord-Süd. Der Laubengang befindet sich auf der schlechter belichteten Nordseite. Der Grundriss hat eine relativ geringe Tiefe. Dies liegt zum einen an der (einseitigen) Nord-Süd-Orientierung. Zum anderen ist die, dem Laubengang zugewandte, Seite der Apartments von diesem verschattet. Andererseits kann eine Laubengangerschließung ökonomisch sinnvoll sein. Es ergibt sich zudem potentiell ein interessanter Erschließungs- und Gemeinschaftsbereich.
9 Beispielgrundriss 2-Spänner: Egon Eiermann , Bartningallee, Berlin Quelle: Raumpilot Ost-West-Ausrichtung.WohnenDie Apartments sind beidseitig orientiert. Das Treppenhaus liegt unbelichtet in der Mitte des Gebäudes. Die Funktionsbereiche (Erschließung, Sanitär, dienende Räume) sind mittig positioniert. So können auf beiden Seiten Wohnräume angeordnet werden, was auch eine hohe Gebäudetiefe erlaubt.
Umsetzung10 XXAusschreibungstext:%4-Zimmerà80 qm XX % 3-Zimmer à 65 qm etc.StellplatzschlüsselGeschosszahl Input Geometrie -Grundstück-Kontrollkurven Berechnung Ideale Tiefe und Umriss nach BerechnungRaumhöheTypologie,Orientierung, Liste Wohnungender mit Faktor Wandflächen/Schächtefür Sortierung Spänner Berechnung Fitting In Berechnung KennzahlenStädtebauliche Input Parameter - Typologie - Geschosse - grundlegende Gebäudetiefe - Wohnungsgrößen - Wohnungschlüssel - Stellplatzschlüssel - Grünflächen pro Wohnung - Erschließung (Maße) + * - /
Zeichnung Grundrisse Visualisierung 3D Output Information - tatsächliche Wohnungsgrößen - tatsächliche Wohnungsverteilung - Grundstücksgröße - Grundfläche - Geschossfläche - Wohnfläche - GRZ - GFZ - Anzahl Stellplätze - Stellplatzfläche - Grünfläche - Spielfläche Aus dem geometrischen Input berechnet der Algorithmus zunächst die ideale Tiefe jedes Gebäudesegments (unter Berücksichtigung von Orientierung, Typologie, Geschosshöhe) und ein Gebäudeperimeter. Gleichzeitig erstellt der Algorithmus Apartmentobjekte, solange, bis die Fläche des Gebäudes gefüllt ist. Dabei fügt es jeweils die Wohnungsgröße hinzu, die nach dem Wohnungsschlüssel zu wenig vorhanden ist. Diese Apartments werden in Spännergruppen mit Erschließungsflächen zusammengefasst. In einem nächsten Schritt setzt das Programm die errechnete Wohnungsliste in den Gebäudeumriss ein.
11 etc.GFZWohnungsgrößenWohnungsschlüsselERGEBNIS:/GRZ
Zeichnung Grundrisse Visualisierung 3D Output Information - tatsächliche Wohnungsgrößen - tatsächliche Wohnungsverteilung - Grundstücksgröße - Grundfläche - Geschossfläche - Wohnfläche - GRZ - GFZ - Anzahl Stellplätze - Stellplatzfläche - Grünfläche - Spielfläche etc.GFZWohnungsgrößenWohnungsschlüsselERGEBNIS:/GRZ
Es skaliert die Spänner auf die exakte Gebäudefläche und unterteilt den Gebäudeumriss graphisch zunächst in Erschließungseinheiten, dann in Wohnungen und DieseTreppenhäuser.Informationen werden Als 2D-Zeichnung angezeigt. Darauf generiert das Programm aus dem Umriss und den Gebäudeparametern 3D-Modell mit EinGeschossen.Daten-Output teilt dem Nutzer mit, wie exakt der Wohnungsschlüssel bezüglich der Apartmentgröße, -anzahl und -verteilung erreicht wurde. Außerdem errechnet das Programm aus den Inputparametern und der Input-Geometrie verschiedene städtebauliche Kennziffern, wie Dichte, Wohnfläche, Grundstücksgröße und so weiter.
Eine1 Laubengangtypologie mit 3 Liniensegmenten. Die Tiefe variiert je nach der Orientierung der Segmente.
Das2 Gebäude wird verlängert. Der Algorithmus vermehrt die Anzahl der Apartments so, dass der Wohnungsschlüssel erfüllt wird.
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Um die Bedienung des Programms zu erklären wird die Anwendung in Schritten vorgeführt.
Der Benutzer bedient ein Dialogfeld, durch das er die Geschosszahl, den Wohnungsschlüssel etc. eingibt. Die Geometrieeingabe erfolgt über eine Kontroll-Polylinie. Aus dieser konstruiert das Plug-In den Gebäudeumriss. Transformationen können sowohl durch die Drehung, Skalierung und Verschiebung der Polylinie, als auch deren einzelner Kontrollpunkte erfolgen.
Bei3 einer Drehung des Gebäudes wird die Tiefe nach der jeweiligen Orientierung des Segments angepasst. Zudem wird der Laubengang stets in den Norden gelegt. Preview
Die7 Häufigkeit des kleineren Apartmenttyps wird im Verhältnis zu dem des Größeren erhöht. Wieder steigt insgesamt die Anzahl der Appartments
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Die4 Typologie wird zu einem 2-Spänner geändert. Die Gebäudetiefe, die Anzahl der Wohnungen und deren Geometrie wird angepasst. Die5 Geschosshöhe wird verringert. Durch die daraus resultierende schlechtere Belichtung sinkt die Tiefe und dadurch die verfügbare Wohnfläche. Die Zahl der Apartments sinkt. Die6 Größe des ersten Apartmenttyps wird verringert. Das ergibt insgesamt mehr Apartments.
Dialog: Gebäudegeometrie
Um die Grundrissvorschläge noch produktiver zu machen, wäre es wichtig dem Nutzer eine einfache Möglichkeit zu geben, die Wohnungen neu anzuordnen - wie ein „Drag and Drop“-Interface. Zudem würden weitere Typologien, wie Punkthäuser oder Maisonetten dem Entwerfer mehr Spielraum geben um Ideen in dem Programm zu testen.
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Ausblick Perspektivisch wäre es wichtig die Gebäude weiter zu flexibilisieren, um das eher abstrakte Programm tatsächlich zur Schwelle zum Grundrissentwurf zu machen.
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19 Impressum Nick M.A.03641240FörsterArchitecture, 1. Semester 0176nickfoerster@tum.de52240902
