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Parametrisches Design und Algorithmen: Wenn Architektur und Mathematik aufeinandertreffen

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Laut Autodesk ermöglicht parametrisches Design 65 % der Architekt*innen, innovativere Strukturen zu schaffen und gleichzeitig Zeit in der Planungsphase zu sparen. © Vadim Morozov | Unsplash
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Die Architektur hat seit jeher Mathematik genutzt, um Proportionen, Formen und Strukturen zu gestalten. Doch mit dem Aufkommen digitaler Technologien hat sich die Verbindung von Architektur und Mathematik auf eine neue Ebene gehoben: Parametrisches Design. Diese Methode nutzt Algorithmen und computergestützte Modelle, um Formen zu generieren, die nicht nur ästhetisch, sondern auch funktional sind. Dabei werden Parameter – etwa Materialien, Umweltbedingungen oder strukturelle Anforderungen – in Softwaretools eingegeben, die daraus komplexe und oft unerwartete Designs erstellen.

Fun Fact: Laut einer Studie von Autodesk geben 65 % der Architekt*innen an, dass parametrisches Design ihnen ermöglicht, Zeit bei der Planung zu sparen und gleichzeitig innovativere Strukturen zu schaffen.

Grundlagen der Technologie: Algorithmen, Softwaretools und Daten

Parametrisches Design basiert auf einer Kombination aus mathematischen Algorithmen, leistungsfähiger Software und umfassenden Datensätzen.

Algorithmen als treibende Kraft

Ein Algorithmus ist im Kern eine Reihe von Anweisungen, die ein Computer ausführt, um ein Problem zu lösen. Im parametrischen Design werden Algorithmen genutzt, um komplexe Geometrien zu generieren, die manuell kaum zu erreichen wären. Diese Algorithmen berücksichtigen Parameter wie Umweltfaktoren, Materialeigenschaften und Nutzungsanforderungen.

Softwaretools für parametrisches Design

Programme wie Grasshopper, Rhinoceros 3D, Autodesk Revit und Dynamo sind die Hauptwerkzeuge im parametrischen Design. Sie ermöglichen es Architekt*innen und Ingenieur*innen, interaktive und anpassbare Modelle zu erstellen, die in Echtzeit verändert werden können.

Daten und Simulationen

Daten spielen eine zentrale Rolle im parametrischen Design. Informationen zu Windkräften, Sonnenstand, Temperatur oder Materialverhalten können direkt in die Software integriert werden, um Designentscheidungen zu beeinflussen.

Praxisbeispiel: Das Al Bahar Tower in Abu Dhabi verwendet parametrisches Design, um eine Fassade zu schaffen, die sich automatisch an die Sonneneinstrahlung anpasst und so den Energieverbrauch reduziert.

Anwendungsbereiche: Wie parametrisches Design die Architektur prägt

Parametrisches Design hat die Architektur in vielerlei Hinsicht revolutioniert und findet Anwendung in verschiedenen Bereichen.

Gebäudefassaden

Komplexe Fassaden, die sowohl ästhetisch als auch funktional sind, gehören zu den bekanntesten Ergebnissen parametrischen Designs. Dynamische Fassaden können auf Umweltbedingungen reagieren und den Energieverbrauch senken.

Stadtplanung

Parametrisches Design wird genutzt, um städtische Räume effizient zu gestalten. Es hilft, Verkehrsflüsse zu optimieren, öffentliche Plätze zu planen und die Nutzung von Ressourcen zu maximieren.

Nachhaltige Strukturen

Durch die Integration von Umweltparametern ermöglicht das parametrische Design die Planung energieeffizienter und nachhaltiger Gebäude. Zum Beispiel können Solarpanel-Anordnungen so optimiert werden, dass sie maximalen Ertrag liefern.

Innenarchitektur und Möbel

Auch in der Innenarchitektur wird parametrisches Design eingesetzt, um maßgeschneiderte Möbel und Strukturen zu schaffen, die sich perfekt an die Bedürfnisse und Räume anpassen.

Beispiel aus der Praxis: Das Heydar Aliyev Center von Zaha Hadid in Baku ist ein ikonisches Beispiel für parametrisches Design, das fließende Formen und innovative Geometrien kombiniert.

Vorteile des parametrischen Designs

Die Nutzung parametrischer Designmethoden bietet eine Vielzahl von Vorteilen, die sowohl die Ästhetik als auch die Funktionalität von Bauwerken verbessern.

Effizienz und Präzision

Mit parametrischem Design können Architekt*innen schneller arbeiten und präzisere Ergebnisse erzielen. Einmal definierte Parameter können auf verschiedene Szenarien angewendet werden, was die Iteration beschleunigt.

Ästhetik und Innovation

Die Technologie ermöglicht die Schaffung komplexer, organischer Formen, die mit traditionellen Methoden kaum realisierbar wären. Dies führt zu innovativen und beeindruckenden Bauwerken.

Nachhaltigkeit

Durch die Integration von Umwelt- und Materialdaten hilft parametrisches Design, ressourcenschonende und energieeffiziente Gebäude zu entwerfen.

Anpassungsfähigkeit

Parametrische Modelle sind flexibel und können leicht an neue Anforderungen oder Änderungen angepasst werden, ohne von Grund auf neu erstellt zu werden.

Expertenmeinung: Laut dem Architectural Association Design Research Lab ist parametrisches Design die Grundlage für die nächste Generation nachhaltiger Architektur.

Herausforderungen und Grenzen

Trotz seiner Vorteile hat das parametrische Design auch Herausforderungen, die es zu bewältigen gilt.

Technologische Komplexität

Die Beherrschung der Software und Algorithmen erfordert ein hohes Maß an technischem Wissen. Nicht alle Architekturbüros verfügen über die Ressourcen, um diese Technologien zu integrieren.

Kosten

Die Implementierung von parametrischem Design kann teuer sein, insbesondere in der Anfangsphase, wenn neue Software und Schulungen erforderlich sind.

Akzeptanz

Nicht alle Kund*innen oder Bauherr*innen sind von der oft futuristischen Ästhetik parametrischer Designs überzeugt. Es erfordert Überzeugungsarbeit, um die Vorteile zu kommunizieren.

Abhängigkeit von Technologie

Die starke Abhängigkeit von Software und Algorithmen kann zu Problemen führen, wenn technische Fehler auftreten oder Updates die Arbeit behindern.

Beispiel: Beim Bau des Beijing National Stadium (Vogelnest) mussten mehrere Iterationen durchlaufen werden, um die komplexen Strukturen praktisch umsetzbar zu machen.

Algorithmen im parametrischen Design ermöglichen es, komplexe Geometrien zu schaffen, die mit traditionellen Methoden nicht realisierbar wären. © Vadim Morozov | Unsplash
Algorithmen im parametrischen Design ermöglichen es, komplexe Geometrien zu schaffen, die mit traditionellen Methoden nicht realisierbar wären. © Vadim Morozov | Unsplash

Praxisbeispiele: Ikonische Bauwerke durch parametrisches Design

Einige der bekanntesten Gebäude der Welt sind Ergebnisse parametrischen Designs.

Heydar Aliyev Center, Baku

Entworfen von Zaha Hadid, kombiniert dieses Bauwerk fließende Formen mit hochkomplexer Geometrie, die durch parametrisches Design ermöglicht wurde.

Beijing National Stadium (Vogelnest), China

Das für die Olympischen Spiele 2008 gebaute Stadion nutzt parametrisches Design, um die ikonische Struktur zu gestalten, die sowohl ästhetisch als auch funktional ist.

The Shard, London

Das höchste Gebäude Londons wurde unter Berücksichtigung von Wind- und Sonnenlichtdaten parametrisch optimiert, um sowohl Stabilität als auch Energieeffizienz zu gewährleisten.

Zukunftsperspektiven: Integration mit KI, Robotik und generativem Design

Die Zukunft des parametrischen Designs wird durch die Integration neuer Technologien noch spannender.

  1. Künstliche Intelligenz (KI): KI wird Architekt*innen dabei unterstützen, Muster zu erkennen und Designs zu optimieren, die auf menschlicher Intuition basieren.
  2. Generatives Design: Software kann unzählige Designoptionen generieren, die alle auf den festgelegten Parametern basieren, sodass Architekt*innen aus einer Vielzahl von Möglichkeiten wählen können.
  3. Robotik und 3D-Druck: Roboter und 3D-Drucker werden parametrische Designs direkt umsetzen können, was die Kluft zwischen Entwurf und Bau schließt.
  4. Augmented Reality (AR): AR kann genutzt werden, um parametrische Designs in der Planungsphase realitätsnah zu visualisieren und mit Stakeholdern zu teilen.

Zukunftsausblick: In einem Pilotprojekt in Tokio kombinieren Architekten parametrisches Design mit KI, um energieautarke Gebäude zu entwickeln, die sich an wechselnde Umweltbedingungen anpassen können.

Parametrisches Design als Schnittstelle zwischen Kreativität und Technologie

Parametrisches Design ist nicht nur eine Methode, sondern eine Revolution in der Architektur. Es verbindet die Kreativität des Designs mit der Präzision mathematischer Algorithmen und bietet Lösungen für einige der größten Herausforderungen moderner Städte. Trotz der technologischen Komplexität und hohen Kosten zeigt sich, dass parametrisches Design die Grundlage für nachhaltige, innovative und zukunftsfähige Bauwerke legt.

Abschließender Gedanke: Parametrisches Design ist die perfekte Symbiose aus Kunst und Wissenschaft. Es eröffnet Architekt*innen neue Horizonte und zeigt, wie Technologie das kreative Potenzial der Architektur freisetzt.

Weiterlesen: Ein geplantes Hochhausprojekt führt in München zu Konflikten: Eine Initiative um CSU-Politiker Robert Brannekämper sammelt schon seit zwei Jahren Unterschriften, um einen Bürgerentscheid gegen zwei 155 Meter hohe Türme an der Paketposthalle zu erwirken. Doch bisher ist noch kein Durchbruch gelungen.

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Die Mitte von Berlin bleibt grün

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Die Perspektive zeigt die geplanten Stufen am Ufer der Spree.

1. Preis an Büro RMP Lenzen: Stufen am Ufer der Spree mit Blick auf Dom (Visualisierung: RMP Lenzen)

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Es geht um eine prominente Fläche in Berlins historischer Mitte: Eingespannt zwischen dem neuen Humboldt-Forum und dem Fernsehturm bekommen das Rathaus- und Marx-Engels-Forum eine neue Gestaltung. Das Büro RMP Stephan Lenzen hat den Wettbewerb für die grüne Mitte von Berlin gewonnen.

Dort wo die Wurzeln der Stadt Berlin liegen, wird demnächst nicht wieder gebaut. Die Freifläche von Rathaus- und Marx-Engels-Forum bleiben Grün. Allerdings erhält das Areal eine neue Gestaltung, die in einer Freitreppe zur angrenzenden Spree mündet. Die Berliner Senatsverwaltung hat im Frühjahr zu einem Wettbewerb eingeladen. Nach einer ersten Phase durften die Bürger*innen mitreden. Daraufhin entwickelten insgesamt 21 Landschaftsarchitekturbüros ihre Ideen in der zweiten Phase des Wettbewerbs weiter. Die Landschaftsarchitek*innen vom Büro RMP Stephan Lenzen überzeugten schließlich die Jury. Sie schlugen ein zentrales Band vor, das denkmalgeschützte Bereiche des Rathausforums mit dem Marx-Engels-Forum verbindet. Dieses grüne Band endet in einer großen Treppe am Ufer der Spree. Gegenüber, auf der anderen Seite des Wasser, strahlt die Ostfassade des neuen Humboldt-Forums.

 

Viel Geschichte inmitten von Berlin

 

Früher hiess die Freifläche inmitten des alten Berlins „Park an der Spree“. Als eine der zentralsten Grünflächen im Ortsteil Mitte geht sie auf den Zweiten Weltkrieg zurück. Der hatte das dortige Heilig-Geist-Viertel beschädigt, was schließlich die DDR-Führung veranlasst hat, es abzureißen. Seitdem ist die Fläche zwischen Karl-Liebknecht-Straße im Norden, dem Park am Fernsehturm im Osten, der Rathausstraße im Süden und der Spree im Westen unbebaut. Mittendrin stand lange ein Denkmalensemble, das jedoch beim Bau der U-Bahn an den nordwestlichen Rand rücken musste. Bereits seit den 1990er-Jahren wird über die Zukunft des Marx-Engels-Forums diskutiert. Die Ideen waren vielfältig. Sie reichten vom Wiederaufbau des Heilig-Geist-Viertels bis zur Gestaltung eines Parks am Marx-Engels-Forum. Letztere hat sich schließlich durchgesetzt. 

Wettbewerbsaufgabe Marx-Engels-Forum

Die Gestaltung eines Parks auf dem Marx-Engels-Forum galt es nun, im Rahmen des Ideen- und Realisierungswettbewerb zu konkretisieren. Die Teilnehmer*innen waren gefragt, sich mit dem Gründungsort Berlins, mit den im Boden verborgenen historischen Schichten und der Umgebung auseinanderzusetzen. Am Ende der langen Debatte um die Zukunft dieses Ortes entstanden Bürgerleitlinien zur künftigen Entwicklung des Rathaus- und des Marx-Engels-Forums. Darin heißt es, dass ein Freiraum zu entwerfen ist, der den Dimensionen und der Bedeutung des Standortes gerecht wird und die Identität des Ortes stärkt. Darüber hinaus soll er die bewegte Geschichte erlebbar machen und gleichzeitig vielfältige und intensive Nutzungen ermöglichen. 

In der ersten Phase fragte der Wettbewerb zunächst nach einer Vision und einer Idee für das gesamte Marx-Engels-Forum. Erst die Teilnehmer*innen der zweiten Phase mussten ihre Vision herleiten. Darüber hinaus skizzierten sie im Ideenteil des Wettbewerbs einen Zwischenzustand für das Jahr 2030. In einem dritten Realisierungsteil war dann die konkrete Umsetzung für 2024 aufzuzeigen. Diese stufenweise Herangehensweise geht auf die angestrebte, schrittweise Realisierung des Projekts zurück. Die wird einen langen Zeitraum in Anspruch nehmen. Entsprechend müssen die Ideen auf einer klaren Haltung basieren und viel Flexibilität für die prozesshafte Umsetzung bieten. 

 

Marx-Engels-Forum: überzeugender Entwurf von RMP Lenzen

 

Die Landschaftsarchitekt*innen vom Büro RMP Lenzen lieferten die überzeugendste Lösung für die neue Gestaltung von Rathaus- und Marx-Engels-Forum. Sie entwarfen einen Freiraum, der von einer markanten Figur geprägt ist. Er sieht vor, das Rathaus- und das Marx-Engels-Forum von Bebauung freizuhalten. Der grüne Raum verspricht eine hohe Aufenthaltsqualität mit Flächen zum Flanieren, zum Ausruhen, zum Genießen von spektakulären Aussichten auf Dom, Humboldt-Forum und Fernsehturm. RMP Lenzen bestückt den neuen Raum mit viel Grün und mit vielen schattenspendenden Bäumen. Aber auch Wasser gehört dazu, das zur Kühlung beiträgt sowie Versickerungsflächen, die zu einem künftigen Regenwassermanagement passen. Insgesamt sieht der Beitrag zum Wettbewerb Marx-Engels-Forum einen modernen, klimaresilienten Stadtraum vor, der vielfältige Nutzungen ermöglicht. 

Gut Ding braucht Weile

Mit der Idee, zunächst einen Grünraum im Herzen des alten Berlin anzulegen, bleiben Chancen für nächste Generationen erhalten. Für die nahe Gegenwart hat das Preisgericht empfohlen, die mit dem ersten Preis ausgezeichnete Arbeit von RMP Lenzen zu realisieren. Damit geht eine kontroverse Debatte zu Ende. Wohl kaum ein Ort in Berlin hat mehr Planungen und Diskussionen erlebt als das Marx-Engels-Forum. Aber für den Bausenator steht fest, dass die Stadt Berlin richtig gehandelt hat. Sie hat hier nach dem Fall der Mauer keine überstürzte Planung realisiert. Nun kann vor dem Hintergrund aktueller Planungen für den Alexanderplatz und den Molkenmarkt und unter dem Vorzeichen von Klimaanpassung und Mobilitätswende in Ruhe gestaltet werden.

Sie möchten mehr über Projekte der Hauptstadt erfahren? Wir haben die nächsten Planungsschritte auf dem ehemaligen Flughafenareal Berlin Tegel für Sie zusammengefasst.

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Wettbewerbsübersicht Dezember 2018 (2/2)

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Bewegung und Begegnung. © KCAP GmbH mit Ramboll Studio Dreiseitl

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Kulturquartier Lagarde-Campus, Bamberg – 1. Preis hutterreimann Landschaftsarchitektur GmbH, Berlin, mit Sauerzapfe Architekten, Berlin

Interessiert an aktuellen Wettbewerbsergebnissen der Landschaftsarchitektur, aber kaum Zeit sich diese richtig anzuschauen? In der Wettbewerbsübersicht der G+L informiert Heike Vossen über die spannendsten Wettbewerbsergebnisse im Dezember.

Straßenräume in Wiehl – 1. Preis Lex-Kerfers Landschaftsarchitekten, Bockhorn

Die Konversion der Lagarde-Kaserne soll in Bambergs Osten einen lebendigen, nutzungsgemischten Stadtteil schaffen – mit dem „Kulturquartier Lagarde“ als attraktive Quartiersmitte. Zwei Stadtplätze prägen zukünftig die neue Mitte und sollen mit ihrer frühzeitigen Schaffung einen wichtigen Baustein zur Entwicklung des Quartiers bilden. Der Siegerentwurf sieht zwei Baumhaine vor, welche die beiden Plätze verbinden, aber jedem einzelnen einen eigenen Charakter zugestehen. Der Lagarde-Platz südlich der Reithalle gestaltet sich als grüner Quartiersplatz, der stellvertretend für das gesamte Quartier, seine Transformation, sowie die nachhaltige Neuausrichtung steht. Der Platz ist Endpunkt der Grünverbindung Richtung Ostpark und zugleich urbanes Entrée des Quartiers. Als belebter Gegenpol dazu präsentiert sich der Kulturhof zwischen Reit- und Posthalle: Er ist unprätentiös und flexibel bespielbar, so die Jury. Außerdem bildet der Stadtplatz einen wichtigen Ankerpunkt für die Stadtverbindung zur Innenstadt.

Planungsdialog Hafner in Konstanz – 1. Preis KCAP, Zürich, mit Ramboll Studio Dreiseitl, Überlingen

Ein Transitraum wird zum Aufenthaltsraum, so die Entwurfsintention von Lex-Kerfers Landschaftsarchitekten für das Zentrum von Wiehl. Ihr Siegerentwurf überwindet die starke Trennung des zergliederten Stadtraums und definiert Rathaus- und Hem-Platz als zentralen Platz am Kreuzungspunkt der Stadtachsen. Zukünftig prägt Naturstein das Zentrum – Farbnuancen und Materialwechsel berücksichtigen dabei die historische Differenzierung von Fahrbahn, Fußgängerbereich und Platzfläche. Der durchgehende Belag ermöglicht es, die angrenzenden Flächen anzubinden. Zusätzlich integriert eine breite winkelförmige Freitreppe die Kirche in den Stadtraum. Ein neuer Weg zwischen Rathaus und Kirche verbindet barrierefrei zur südlich gelegenen Wiehlaue. Um den Blick in die Flussaue zu ermöglichen, stellt der Entwurf die Wiehlbrücke frei. Zusätzliche Treppen und Bastionen vergrößern die Kontaktzone zum Fluss. Die neuen Stadtbäume bilden mit auffälliger Blüte und Herbstfärbung einen spannenden Kontrast zur Aue. Prägende Möblierungselemente wie die Baumbänke entwickeln die Planer in Anlehnung an regionaltypische Gestaltungselemente und Materialien.

In Konstanz soll mit rund 2800 Wohneinheiten der neue Stadtteil Hafner entstehen. Das Planungsteam aus KCAP und Ramboll Studio Dreiseitl überzeugte die Jury mit einer prägnanten Entwurfsidee, dem sogenannten „Hafner-Ring“. Zusätzlich zur großen grünen Mitte bildet das grüne Infrastrukturband eine freiraum- und städtebaulich relevante Struktur für den Stadtteil mit seinen zukünftig rund 8000 Bewohnern. Das grüne Band zieht sich mit robusten und multifunktional nutzbaren Erholungs- und Erlebnisräumen im Bogen durch das neue Stadtquartier und verbindet es mit dem historischen Kern Wollmatingen. Das Siegerteam sieht für das rund 60 Hektar große Areal keine strikte Trennung zwischen Wohnen und Gewerbe vor. Stattdessen mischen die Planer die Nutzungen. Das Quartier ist weitgehend autofrei konzipiert und stellt die Lebensqualität in den Vordergrund. Die Jury sieht in dem Entwurf das größte Innovationspotential, um den Stadtteil zukunftsfähig zu gestalten, sowie an Veränderungen der nächsten Jahre anzupassen.

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