Bahnhof Hamburg- Altona

Natürliches Vorbild: Schwarmintelligenz

Präsentation

Der Bahnhof ist der Knotenpunkt vieler fließenden Flüßen. Deshalb entsteht das Problem die Entscheidungen zu treffen, wie läuft die Zirkulation innerhalb und außerhalb des Gebäudes . Dafür gibt es ein natürliches Vorbild: die Schwarminteligenz. Sie ist das kollektive Verhalten von dezentralen, selbstorganisierten natürlichen oder künstlichen Systemen. Das Konzept wird in der Arbeit an künstlicher Intelligenz angewendet. Der Ausdruck wurde 1989 von Gerardo Beni und Jing Wang im Zusammenhang mit zellularen Robotersystemen eingeführt(**). Die Agenten folgen sehr einfachen Regeln, und obwohl es keine zentrale Kontrollstruktur gibt, die vorschreibt, wie sich einzelne Agenten lokal und bis zu einem gewissen Grad zufällig verhalten sollen, führen Interaktionen zwischen solchen Agenten zur Entstehung eines „intelligenten“ globalen Verhaltens, das dem Individuum unbekannt ist Agenten. Beispiele für Schwarmintelligenz in natürlichen Systemen sind Ameisenkolonien, Vogelschwarm, Falkenjagd, Tierhaltung, Bakterienwachstum, Fischschwarmbildung und mikrobielle Intelligenz.

Modelle des Schwarmverhaltens
Boids (Reynolds 1987)
Boids ist ein künstliches Lebensprogramm, das entwickelt wurde von Craig Reynolds im Jahr 1986, der das Flockverhalten von Vögeln simuliert. Sein Aufsatz zu diesem Thema wurde 1987 im Rahmen der Konferenz ACM SIGGRAPH veröffentlicht(*). Der Name „boid“ entspricht einer Kurzfassung von „bird-oid object“, die sich auf ein vogelähnliches Objekt bezieht.

Wie bei den meisten künstlichen Lebenssimulationen ist Boids ein Beispiel für emergentes Verhalten. Das heißt, die Komplexität von Boids ergibt sich aus der Interaktion einzelner Agenten (in diesem Fall der Boids), die sich an einen Satz einfacher Regeln halten. In der einfachsten Boids-Welt gelten folgende Regeln:

Trennung: Lenken, um zu vermeiden, dass sich lokale Herdenmitglieder überfüllen
Ausrichtung: Lenken in Richtung der durchschnittlichen Richtung lokaler Herdenmitglieder
Zusammenhalt: Lenken, um sich in Richtung der durchschnittlichen Position (Massenmittelpunkt) zu bewegen von lokalen Herdenkameraden.

Ameisen-basiertes Routing
Der Ameisenalgorithmus ist die Analogie zur Futtersucher realer Ameisen bezieht. Das Prinzip ist, dass die Spuren, die eine Aktion in der Umwelt hinterlässt, stimulieren die Ausführung einer nächsten Aktion durch denselben oder einen anderen Agenten. In der Folge wählen die nachkommenden Ameisen bevorzugt diesen Weg: Sie scheinen entlang einer Straße zu laufen, eine Ameisenstraße ist dadurch entstanden*.
Selbstorganisation
Selbstorganisation ist ein Prozess, bei dem sich aus den lokalen Wechselwirkungen zwischen kleineren Bestandteilen eines anfangs ungeordneten Systems eine Form der Gesamtordnung oder -koordination ergibt. Der Prozess der Selbstorganisation kann spontan sein und wird nicht unbedingt von einem Hilfsmittel außerhalb des Systems gesteuert.
Das ursprüngliche Prinzip der Selbstorganisation wurde 1947 vom Kybernetiker William Ross Ashby formuliert. Es besagt, dass sich jedes deterministische dynamische System automatisch zu einem Gleichgewichtszustand entwickelt, der als Attraktor in einem Becken der umgebenden Zustände beschrieben werden kann.

Kräfte
Eine Kraft ist ein Druck oder ein Zug auf ein Objekt, der sich aus der Interaktion des Objekts mit einem anderen Objekt ergibt. Immer wenn zwischen zwei Objekten eine Wechselwirkung besteht, wird auf jedes der Objekte eine Kraft ausgeübt. Wenn die Interaktion aufhört, erfahren die beiden Objekte die Kraft nicht mehr. Kräfte existieren nur aufgrund einer Interaktion.

Wandern
Wandern ist eine zufällige Bewegenweise, was langfristige Anweisung hat: Die Lenkrichtung an einem Rahmen hängt mit der Lenkrichtung am nächsten Rahmen zusammen. Der Agent sagt seinen zukünftigen Standort als festen Abstand voraus, zeichnet einen Kreis mit Radius an diesem Standort und wählt einen zufälligen Punkt entlang des Kreisumfangs aus. Dieser zufällige Punkt bewegt sich in jedem Animationsrahmen zufällig um den Kreis.

In diesem Projekt wird zwecks der Zirkulation-Simulation ein Multi-Verhaltenssysteme verwendet, indem die Plugins Culebra und Boid Library für Grasshopper aktiv genutzt werden, Agentenverhalten zu erzeugen und darzustellen.

Die Zentralaufgabe des digitalen Modell ist mit Hilfe der Multiagentensystemen die architektonischen Faktoren zu simulieren, intergieren, vereinigen, interagieren lassen, einen interaktiv architektonischen Komplex zu erzeugen. Die Flüsse handeln sich um städtische, menschliche Bewegungen. Kräfte handeln sich um interne und externe kontextuelle Zuordnungen. Der Interaktionsprozess zwischen Flüsse und Kräfte wird ins Gebäude gespiegelt. Das Ergebnis wird eine Architektur, die von unsichtbaren Einflüssen geprägt ist. Das Wunschergebnis ist ein angenehmer, offener und transparenter Verkehrsknotenpunkt, der sowohl für die Fahrgäste als auch für die Altonaer zu einem Treffpunkt geworden ist.

Städtebauliches Konzept

Die neue verkehrliche Zentralität rund um den Bahnhof muss zur Entwicklung neuer, verdichteter Baugebiete genutzt werden.
Das Quartier am Fernbahnhof wird durch die sehr gute verkehrliche Anbindung sowohl am S- als auch am Fernbahnhof zu einem urbanen wirtschaftlichen Treffpunkt werden. Um diese Lagegunst auszunutzen, sollte auf der süd-östlichen und nördlichen Seite des neuen Bahnhofs der Bau von neuen Bürohäusern ermöglicht werden. Im Mittelpunkt sind 2 Bürohochhäuser, die direkt mit dem Bahnhof verbunden werden, die auch eine von Wettbewerbsaufgaben.

Entwurf

Die gute Erreichbarkeit des neuen Bahnhofs mit allen Verkehrsträgern muss gesichert sein. Dabei ist sowohl die Anbindung an die Region als auch die Verknüpfung mit den umliegenden Quartieren zu berücksichtigen:
– Südlich gibt es gute Anbindung an das übergeordnete Straßennetz: direkt zur B4, B431 und Straßenbahn A7. Hier wird es vorschlagt, die Bahnhofvorplatz anzuordnen. In diesem Bereich soll auch eine anforderungsgerechte Verknüpfung mit dem ÖPNV gewährleistet sein. Zudem sollte am neuen Fernbahnhof ein Busbahnhof eingerichtet werden.
– Nördlich in der Richtung Industriegebiet und östlich an der Waidmannstraße wo neue Bürogebäude entstehen sollen zwei vorgeschlagene Bürohochhäuser im Mittelpunkt befindlich sein. Eine direkte Anbindung zum Bahnhof Gründach ist auch vorgeschlagen.
– Westlich werden Fahrgäste nicht durch einen Tunnel und von DB vorgeschlagenes kleines Empfangsgebäude erreichen, sondern unmittelbar zu den Gleisen.
– Neben den Verknüpfungen mit den westlich, nördlich und südlich angrenzenden Quartieren muss auch eine komfortable Anbindung für Fußgänger und Radfahrer in Richtung des Quartiers Mitte Altona gewährleistet sein. Das ganze Gebäude soll daher als eine Brücke funktionieren, die eine Verbindung zwischen Grün-, Sport- und neue Parkfläche gestaltet.