Modellbildung und computergestütztes Modellieren in frühen Phasen des architektonischen Entwurfs

Steinmann, Frank

Die Arbeit befaßt sich mit der Konzeption und exemplarischen Realisierung von CAD-Tools zur Unterstützung des konzeptionellen Entwurfs von Gebäuden. Die Spezifik des Bauentwurfs macht eine Analyse des Arbeitsfelds "früher architektonischer Entwurf" aus Sicht der Informationsverarbeitung nichtig. Auf der Grundlage einer Untersuchung des Entwurfsprozesses aus pragmatischer und kognitiver Sicht wird ein generisches Prozeßmodell "Entwurf" abgeleitet und mit Beispielen belegt. Ausgehend von der Auffassung, daß Entwerfen der Prozesse das Vorausdenken von Bauwerken in Modellen ist, wird die "objektorientierte Modellierungstechnologie" einer eingehenden Bewertung unterzogen. Ihre methodische Eignung zur modellhaften Abbildung von Bauwerken wird grundsätzlich nachgewiesen. Mit Blick auf die spezifischen Gegebenheiten der frühen Entwurfsphasen, wie Unschärfe und nicht formalisiert darstellbarer Informationen, werden einige Erweiterungen vorgeschlagen und experimentiert. Ziel der Arbeit ist es, ein multipel und über lange Zeiträume auswertbares Bauwerksmodell zu schaffen, um Planungsprozesse über den gesamten Bauwerkslebenszyklus durchgängig zu unterstützen. Grundlage des Entwerfens mittels der objektorientierten Methodik sind generalisierte Domänenmodelle. Es wird gezeigt, daß für eine Interpretation konkreter Bauwerksmodelle die generalisierten Domänenmodelle entweder zu normieren sind oder aber daß sie explizit verfügbar sein müssen. Die Objektorientierung bietet die Möglichkeit, sowohl konkrete als auch generalisierte Modelle in einem einheitlichen Metamodell zu beschreiben. Durch die explizite Verfügbarkeit der Domänenmodelle wird es weiterhin möglich, daß der Nutzer dieses Modell dynamisch anpaßt, erweitert und sich damit ein "privates" CAD-Tool schaffen kann. Da diese Tools über dynamische Modellwelten arbeiten, wird von einer reduzierten Berechenbarkeit in solchen Modellen ausgegangen. Im Sinne des angestrebten Systemcharakters "Design Repository" rückt die Erfassung, Strukturierung und Bewahrung von Bauwerksmodellen in den Vordergrund. Die diskutierten Ansätze wurden prototypisch in Form der Tools FUNPLAN (funktionaler Entwurf), INFPLAN (Authoring und Retrieval informaler Modellerweiterungen) sowie NETGEN (Generieren von Graphgeometrien aus topologischen Relationen der funktionalen Spezifikationen) realisiert und bewertet. Zur Integration der Komponenten wurde das CAAD-Systemkonzept PREPLAN entwickelt. Die softwaretechnische Basis derartiger Tools bilden dynamische Modellverwaltungssysteme. Diese Systeme müssen neben den Modelldaten (Instanzobjekten) auch die Elemente des Domänenmodells (Klassenobjekte) speichern und bearbeiten können. Solche Basissysteme sollten eine weitgehende Analyse der Taxonomie sowie eine Reklassifikation von Modellinstanzen unterstützen. Mit den Systemen ALOS (AutoLisp- Erweiterung) und FLEXOB (C++ basiertes flexibles Objektsystem) werden zwei realisierte Varianten vorgestellt.

The doctoral thesis deals with the conception for CAD-Tools especially for the early phases of architectural design. Some prototypical implementations make the concept clear. Buildings are a special matter for design activities. That is the reason why an analysis is necessary especially for the early design stages. The objective of that analysis is that CAD-tools for this design stage can be implemented. The topic "design" has two aspects: the design process and the object models. An examination of the design process is the basis for the suggested "generic design Process model". The starting point for the examination is the pragmatic process model on the one hand and the cognitive process model on the other hand. The "generic process model" consists of "atomic design activities" which are illustrated by examples. Starting with the thesis architectural design is a process to plan a building in advance with help of models, the object oriented modelling technology is thoroughly evaluated. The suitability of the method is generally proofed for the representation of buildings by analogical models. Models in early phases of architectural design have some special features like fuzziness, abstraction and unformaliseable information. As regards these special features, some extensions of the modelling method are suggested and experimentally evaluated. The objective of this work is to support planning and management processes during the whole building life cycle. Therefore the models have to be structured in a way that it becomes possible to interpret and evaluate building models during this long period. Generalised domain models are the basis for a design with the help of the object oriented design method. For an interpretation of a model for an existing or virtual building it is necessary either to standardise the domain model or to provide an explicit, accessible domain model. The object oriented paradigm provides the possibility to describe both generalised models (knowledge) and their instanciation (concrete building models). Because of the explicit accessibility of the domain model it is furthermore possible to modify and extend the knowledge base dynamically during runtime. In this way the user is able to create his "private" CAD-tool. Since the intended tools work about dynamic domain models we have to accept a strongly reduced computability in the derived building models. In this sense the tools have the character of a "design repository". The recording, structuring and saving of building models get now into the focus of interest. The discussed theoretical solutions are prototypical implemented by the tool FunPlan (funtional design), InfPlan (authoring and retrieval of informal models extensions) and NetGen (generation of node positions from topological relations at the functional specification). The tools are described and evaluated. The CAAD-system concept PrePlan was developed for the integration of the single tools. A "dynamic model management system" is necessary for the implementation of the described tools as software technical basis. The reason is that model data (instance objects of the real building model) and also elements of the domain model (knowledge in the form of class objects) have to be storable, accessible and changeable. Furthermore this kind of basis software has to support the analysis of the class taxonomy and the reclassification of instance objects. Two different variants are presented for that purpose. One is the Systems ALOS (AutoLisp-extension) and the other is FlexOB (C++ based flexible object management system).

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Steinmann, Frank: Modellbildung und computergestütztes Modellieren in frühen Phasen des architektonischen Entwurfs. 1997.

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