Empirischer Verdichtungsansatz für die Siedlungsentwicklung (EVA)

Christine

Prof. Christine Seidler – Institute for Construction in Alpine
Leere Ortskerne, fortschreitende Zersiedelung, Gemeinden in Finanznot, zunehmender Verlust von Baukultur und Identität – ein überhitzter Baumarkt, überhitzte Städte, Mobilitätsengpässe, eine Schweiz die ihr Gesicht verliert. Angesichts dieser komplexen und vielfältigen Herausforderungen In Raumentwicklung, stellt sich die Frage, können wir dem Entgegensteuern und wo liegen Defizite in Raumplanung, Siedlungsentwicklung und Städtebau. Und was hat das mit KI zu tun?

Die im Rahmen eines Forschungsprojektes entwickelte Methode EVA soll hier nicht nur Antworten liefern, sondern hat unter anderem den Anspruch nicht nur eine grosse Forschungslücke zu schliessen sondern Defizite und Potentiale der aktuellen Raumplanung und Siedlungsentwicklung aufzuzeigen und mit neuen Ansätzen einen Paradigmenwechsel in der Planungskultur anzustossen.

Zur Veranschaulichung der Methode, nachfolgend einen Einblick in das kürzlich abgeschlossene Forschungsprojekt EVA. Im Zentrum stand die Fragestellung, wie für die Koordination Siedlungsentwicklung und Verkehr herkömmliche Planungsinstrumente mittels digitaler Transformation in Raumplanung.

INTRODUCTION

Das prognostizierte Bevölkerungswachstum in der Schweiz konzentriert sich, mit der Prämisse der Innenentwicklung und der Reurbanisierung, vorwiegend in Siedlungs- und Entwicklungsgebieten der Schweizer Metropolitan -und Agglomerationsräumen. Das Raumplanungsgesetz schreibt einen haushälterischen Umgang mit Boden vor [1] was eine Koordination von Siedlung und Verkehr und eine gesamtheitliche Entwicklungsstrategie für alle Verkehrsträger bedingt. Diese Ausgangslage wirkt sich auf Regional- und Arealplanungen aus. Vermehrt verlangen Gemeinden bei Siedlungsentwicklungen Mobilitätkonzepte oder arbeiten im Rahmen von Entwicklungskonzepten Push / Pull Strategien aus. Häufig besteht die Forderung, dass der entstehende Mehrverkehr durch eine Verbesserung des ÖV-Angebots und der Infrastruktur des Fuss- und Veloverkehrs aufgefangen werden muss. Für diese Abstimmungen stehen zurzeit keine dynamischen Modelle zur Verfügung. Verkehrsplanende bauen ihre Prognosemodelle auf kantonalen, statischen Gesamtverkehrsmodellen auf, Raumplanende agieren auf diesen Grundlagen. Diese sind jedoch für übergeordnete Strassen und ÖV-Linien konzipiert und für kleinräumige Anwendungen nicht aussagekräftig. Hinzu kommt, dass Simulationen von Strategien der Verlagerung auf den Umweltverbund mit dem Ziel der CO2 Reduktion [2]  auf Erfahrungswerten von Experten basieren und schwer zu kommunizieren sind. Für die Planung und Argumentation während dem Prozess einer Siedlungsentwicklung sind Modelle, die die Wechselwirkungen von Siedlung und Verkehr aufzeigen dringend gefragt.

Ziel und Wirkung

Ziel des Forschungsprojektes ist ein dynamisches Tool das mittels machine learning algorithms (MLA’s) ortsspezifische, allgemein gültige (generische) und multivariate Parameter verknüpft und Wirkungszusammenhänge von Siedlungsentwicklung- und Mobilitätsmanagement Massnahmen aufzeigen. Dies generiert eine effiziente Grundlage und Argumentation zur Güterabwägung und somit eine Arbeits- und Entscheidungshilfe für alle Stakeholder.

INNOVATION TOOL EVA

Mit EVA werden ortsspezifische, multivariante Analysemethoden in einer Tiefe erfasst, die analoge Planungsmethoden nicht leisten können. Gegenüber bisherigen Methoden, die den Umfang und Tiefe der Analyse jeweils zugunsten der Verständlichkeit und Lesbarkeit zu reduzieren versuchen, werden die verfügbaren Parameter in das Tool aufgenommen und die Komplexität dadurch erhöht. Basis für das Tool bildet das kybernetische Einfluss- und Vernetzungsmodell von Vester [3]. Die heute zweidimensionale Darstellungen von komplexen Wechselwirkungen wird in ein digitales dreidimensionales Modell überführt. Gemeinsames Ziel dabei ist in jedem Projekt der Wirtschaftspartner die Fragestellung, welche Einflüsse verändert werden müssen, um ein bestimmtes Ergebnis zu erreichen. Diese Erkenntnis ist in einem Prozessmodell wichtig. Dadurch können die Rollen der Kriterien evaluiert und analysiert sowie der Einflussbereich respektive die Eingriffsmöglichkeit auf ein bestimmtes Kriterium im Prozess abgeschätzt werden. Entsprechend können die im jeweiligen Projekt des Wirtschaftspartners relevanten Kriterien in das Prozessmodell eingebunden werden. Die in den der Anwendung des Tools gewonnenen Erkenntnisse zu Wechselwirkungen werden addiert und verarbeiten die mehrdimensionalen Daten zu vorhandenen Clustern und Mustern. Im Rahmen des Innosuisseprojektes EVA wurden herkömmliche Modellmethoden der Siedlungsentwicklung und Verkehrsplanung kombiniert und mit räumlichen 3D Modellen als Bezugseinheiten dargestellt. Die Methode EVA profitiert laufend von einer Anreicherung mit neuen Themen und wird mit zunehmender Komplexität entsprechend immer präziser und erlaubt immer vielfältigere räumliche Modelle. Dadurch entsteht ein modulares Instrument mit zunehmend grösserem Potential, für immer komplexere Fragestellungen weit über das eigentliche Forschungsprojekt hinaus. Je komplexer dieses Aufzeigen von Wirkungszusammenhängen ist um so differenzierter werden die daraus resultierenden Entscheidungsgrundlagen um den optimalen Einsatz an Ressourcen und Prozessmethoden in ganz unterschiedlichen orts- und fachspezifischen Fragestellungen, anlog Headline, der Siedlungsentwicklung und Raumplanung zu lenken.

Produkt

Produkt ist ein einfach zu handhabendes Instrument, welches die Komplexität des räumlichen Kontextes sowie die Mobilitätsfaktoren erfasst und einen Beitrag zur Umsetzung einer nachhaltigen Raum- respektive Stadt- und Verkehrsplanung in Bezug qualitativer Faktoren leistet. Die Daten, die Wirkungszusammenhänge und die Erfahrungswerte werden integriert und zu verständlichen, lesbaren und interpretierbaren Entscheidungsgrundlagen aufbereitet und dargestellt. Damit kann eine Siedlungsentwicklung im Kontext der Mobilitätsanforderungen optimal gesteuert werden.

Handlungsfelder

Handlungsfelder zur Abstimmung von Siedlung und Verkehr bilden die Grundlage für die Siedlungsentwicklung und Verkehrsplanung. Sie bilden in politischen – strategischen Leitbildern Verhandlungsgegenstand oder Teile von Entwicklungskonzepten. Anhand ihrer werden zukünftige baulich-planerischen Überlegungen formuliert.

Denn die Abstimmung Siedlung und Verkehr beinhaltet weit mehr als die Handlungsfelder Bevölkerungswachstum und Steuerung der Mobilität. Jedes der acht Handlungsfelder kann für sich benannt werden, setzt sich aber aus unterschiedlichen Kriterien zusammen, die sich aus mehreren Handlungsansätzen konstituieren.

Die Handlungsfelder stehen direkt oder indirekt in gegenseitiger Wechselwirkung. Die Handlungsfelder sind nicht starre Regeln, sondern Prinzipien denen eine Wertehaltung zu Grunde liegt. Die Wertehaltung wird evidenzbasiert aus den neuesten Erkenntnissen von empirischen Studien, Erfahrungswerten und Nachhaltigkeitskriterien und Zielen abgeleitet.

Handlungsansätze

Die im Rahmen von EVA entwickelte Zusammenstellung konkreter Handlungsansätze beschreiben die Kriterien für das Simulationsmodell der Wirkungszusammenhänge. Die Zusammenstellung der Handlungsansätze ergibt sich aus 1. den relevanten Ansätzen die von der Wirtschaftspartnerin in ihrer täglichen Arbeit verwendet wird und 2. aus den zur Verfügung stehenden Daten.

Ein Handlungsansatz kann mehreren Handlungsfeldern zugehören. Die 40 Handlungsansätze beziehen sich auf Siedlungsstrukturen, Verkehrserschliessung und die drei Säulen der Nachhaltigkeit (ökonomische, ökologische und soziale Nachhaltigkeit).

 

Die in EVA implementierten Handlungsansätze werden wie zuvor beschrieben in acht Handlungsfeldern zusammengefasst. Für die Abstimmung von Siedlung und Verkehr wurden 40 Handlungsansätze ermittelt und definiert. Diese sind wiederum in die thematischen Bereiche Siedlung, Verkehr, Prozesse und die ökonomische, ökologische und soziale Nach­haltigkeit einzuordnen. Die Handlungsansätze werden in einem Handout zu zur Anwendung seitens Wirtschaftspartner steckbriefartig dargestellt. Die Beschreibungen machen auch Aussagen über die Datenquellen und weitere Aspekte für die Modellierung von EVA.

Systematische Beschreibung

Jeder Handlungsansatz wird dabei nach folgender Systematik erläutert:

Titel: Thema des Handlungsansatzes und Identifikationsummer.

Hintergrund: Im Abschnitt Hintergrund wird der jeweilige Handlungsansatz mit Grundsätzen, Zielen und Vorgehensweisen erläutert.

Einheit: Die Einheit dient zur späteren Quantifizierung des Handlungsansatzes.

Aggregation: Die Daten werden in verschiedenen Betrachtungseinheiten aggregiert damit diese verglichen werden können. Die Masseinheit der Hektare (ha) dient dem Verständnis grösserer Zusammenhänge. Die Einheit Are (a) ist je nach Datengrundlage schwierig abzubilden doch in kleineren Betrachtungen essentiell

Datenquelle Hektare: Gibt die verfügbaren Datensätze und Quellen an.

Datenquelle Are: Gibt die verfügbaren Datensätze und Quellen an.

Direkter Einfluss auf Handlungsfeld und Gewichtung:

Ein Handlungsansatz hat einen direkten Einfluss auf ein Handlungsfeld, wenn dieses daraus konstituiert wird. Die Gewichtung ist vorerst intuitiv und durch Expertenwissen erfolgt. Die Gewichtung beeinflusst das Einflussgrössenmodell stark und muss in weiteren Schritten austariert werden.

  1. Indexierung: Wo möglich wird versucht den Handlungsansatz zu indexieren, D.h. zu quantifizieren. Bei den Handlungsansätze der Nachhaltigkeit ist dies meist nicht möglich, hier wird eine positive oder negative Veränderung aufgezeigt.
Qualitatives neues Planungsinstrument mittels neuer Methode

Abstimmung von Siedlung und Verkehr läuft auf das Treffen von Entscheidungen über die Programmierung eines Siedlungsgebiets oder Areals sowie auf die Abschätzung der dadurch bewirkten Konsequenzen hinaus. Der Wirtschaftspartner und seine Kunden haben zumeist in komplexen und unübersichtlichen Situationen nachvollziehbare Entscheidungen zu treffen, deren Konsequenzen zumeist nur abschätzbar sind. EVA dient letztlich der Ableitung von konkreten Gestaltungsansätzen mit Massnahmenplänen, die bis zu einer auf Plandaten basierenden Budgetierung konkretisiert werden können. EVA schafft also die Möglichkeit, die bisher nicht reglementierten und austarierten Planungsinstrumente der Siedlungs- und Verkehrsplanung als Tool zu ergänzen oder ggf. zu ersetzen. Das Tool ist eine Methode zur Definition des bestmöglichen moderierten Wegs in nicht linearen Prozessen. EVA konkretisiert die unterschiedlichen Fragestellungen und Bedürfnisse der Anwender. Als Konsequenz können z.B. Entwicklungsstrategien oder Wettbewerbsprogramme bei Siedlungsentwicklungen, Stadtentwicklungs- oder Mobilitätskonzepten präziser, entsprechend künftiger Nachfrage, ausformuliert und gesteuert werden.

Datenverarbeitung für Siedlungsentwicklung und Mobilitätsplanung

In beschriebenen Projekt lag der Fokus auf der Verarbeitung von grossen bis sehr grossen Datenmengen für die Anwendbarkeit in der Siedlungsentwicklung und Mobilitätsplanung. Zur Betrachtung von reziproken Parametern und deren Zusammenhänge fehlen Methoden, der notwendige Präzisionsgrad sowie Schnittstellen zwischen GIS referenzierten Statistiken, 3D-Gebäudedaten und Daten zur Verkehrsentwicklung/-prognosen. Insbesondere muss, um potenzielle Strategien automatisch abzuschätzen, der vorhandenen Kontext in einem hohen Detailierungsgrad abgebildet werden. Teile dieser Informationen können aus bestehenden Daten (z.B. OSM, Mietpreise, usw.) entnommen, für andere müssen im Rahmen des Projektes neue Erfassungsprozesse aufgebaut werden. Durch die Integration diverser Daten in einem Datenmodell, deren Wechselwirkungen und durch die Verknüpfung mit einem parametrischen Raummodell, wird die Grundlage zur Ableitung von Strategien geschaffen.

State of the Art und Anwendung neuer Techniken

Heutige Entscheidungsgrundlagen und die entsprechenden Werkzeuge für Strategien (Siedlungsentwicklung und Mobilität) basieren auf statistischen Hochrechnungen, händischen Erhebungen oder Marktanalysen und werden zu Beginn des Entscheidungsprozesses als alleinstehende Kriterien betrachtet. Erst in einem weiteren Projektstadium entsteht (meist mittels entwerferischen/analytischen Leistungen durch beratende oder planende Fachpersonen) eine konsolidierte Potentialanalyse, die als strategische Auslegeordnung dienen kann. Diesem Stand entsprechen die heutigen Beratungsleistungen in den Geschäftsfeldern von Planungsbüros. Die Qualität der Beratung ist abhängig von den Erfahrungen und Kompetenzen der Beratenden, die aufgrund der Interdisziplinarität oft über das Kerngeschäft hinausgehen.

Dieser Methode gegenüber steht der Ansatz der ganzheitlichen Betrachtung der Potenziale. Die beabsichtigte Weiterentwicklung der Technologie automatisierter Prozesse ermöglicht es, die Entscheidungsgrundlagen von Strategien und Konzepten breit abzustützen und in effizienter Art abzurufen.

Umsetzung Digatler Transformation mit gesellschaftlichem Mehrwert

Konnektivität ist einer der wirkungsmächtigsten Megatrend unserer Zeit. Dazu gehört der Aspekt der Digitalisierung respektive der Digitalen Transformation. Digitalisierung, Konnektivität (Vernetzung und Organisationsprinzip) sind für die meisten Herausforderungen in der Raumentwicklung relevante Megatrends – entweder, weil sie die Herausforderung selbst schaffen oder aber zur Lösung einer Herausforderung beitragen. Konnektivität beschreibt das Prinzip der Vernetzung, dominiert den gesellschaftlichen Wandel und eröffnet ein neues Kapitel in der Evolution der Gesellschaft. Ziel dieses Projektes im Sinne der digitalen Transformation),  ist  ein «digitalisiertes» Cockpit zur Abstimmung von Siedlungsentwicklung und Mobilität. Dieses Cockpit ist ein zu handhabendes Instrument welches die Komplexität des räumlichen Kontextes sowie die Mobilitätsfaktoren erfasst und einen Beitrag zur Umsetzung einer nachhaltigen Raum- respektive Regionalplanung in Bezug qualitativer Faktoren leistet. Dieses Cockpit baut sich auf der digitalen Transformation und der Konnektivität auf. Die Koordination von Siedlung und Verkehr erfordert ein Zusammenspiel baulicher, ökonomischer, funktionaler, politischer und sozialräumlicher Komponenten [5]. Zusätzlich spielen die qualitativen Ebenen wie Wahrnehmung und Bedürfnisse der Bevölkerung und Beschäftigten eine wichtige Rolle, welche mittels Erfahrungen vor Ort abgefragt werden [6]. Mithilfe der Digitalisierung lassen sich diese Komponenten vereinfacht in Verbindung setzen. Die Konnektivität erlaubt komplexe Zusammenhänge neu aufzuzeigen und zu analysieren. Die Konnektivität beschreibt die Offenheit und Anschlussfähigkeit von Systemen [7].

Das Cockpit liefert entsprechend ein Instrument, das zeitnah und dynamisch regulierend auf teilweise problematische Entwicklungen einwirken kann. Dieses digitale Tool bietet ganzheitliche Lösungen mit integralen Ansätzen in der Siedlungs- und Mobilitätsentwicklung unter der Einbindung von adäquaten, partizipativen und kooperativen Prozessen an. Somit werden quantitative wie qualitative Fragestellungen mit in die Mobilitätsentwicklung eingebunden. Dies erlaubt es den Praxispartner eine Analyse der IST Situation zu erstellen und Massnahmen für die SOLL Situation zu überprüfen.  Für diesen Schritt wird die Datenvisualisierung eingebunden. Das Resultat ist eine Kartographierung von Wirkungszusammenhängen, welche die Komplexität trotz vieler Faktoren lesbar und handhabbar einbezieht [8] [9]. Somit sollen die Mobilitätssysteme in Verbindung mit anderen Wirkungsmassnahmen auf einer Karte dargestellt werden. Dies erlaubt es die IST und die SOLL Situatio1n mit den jeweiligen Wirkungen aufzuzeigen. Ein solches Tool fehlt bisher in der Koordination von Siedlung und Mobilität ist nun mit EVA im Aufbau.

Fazit und Ausblick

Ein von einer Annahme geprägter Zielkonflikt ist, dass die Erreichung von Klimazielen einhergeht mit vermeintlichen persönlichen Einschränkungen der eigenen Mobilität oder einem Verzicht auf diese. Diese Haltung beeinflusst wiederum politische Entscheidungen und befördert mitunter den Zielkonflikt zwischen Siedlungsentwicklung (= steigende Mobilität bei wachsender Personendichte) vs. der Reduzierung der mobilitätsbezogenen Emissionen.

Um Reduktionswirkungen der Klimaeinträge nachhaltig zu erreichen, Mobilitätsbedarf und Strategien optimal zu koordinieren, können exemplarisch auf Basis der Methode von EVA weiterführende Forschungsfragen adaptierbares Planungsinstrument entwickelt werden.

Die Konsequenzen der Disparitäten in der Mobilitätsentwicklung beinhalten nicht nur die Lösungen quantitativer Fragestellungen, sondern insbesondere auch die qualitativer. Der Konzeptansatz des Forschungsprojektes vereint die datenbasierte Darstellung der Wirkungszusammenhänge zur dynamischen Abstimmung und Steuerung der Vereinbarkeit von Siedlungsentwicklung und Mobilität. Dabei sind regionale wie lokale Mobilitätsströme, Lebensstile, Megatrends und auch die Frage nach Lebensqualität aus unterschiedlichen Perspektiven zentrale Kriterien, die in ein digitales kybernetisches Modell einfliessen und als Basis für Entscheidungen dienen. Anderseits soll die Weiterentwicklung, für die Schweiz neuartiger partizipativer Planungsformate (bspw. Smart Mobility Lab)  iterativ mit dem digitalen Planungstool zu einer analog/digital ausgerüsteten «Werkzeugkiste» als breit anwendbares Planungsinstrument formiert werden [10]. Entsprechend wurde die Methode zum Patent angemeldet und wird nun anhand komplexerer und weiterführenden Fragestellungen zu Raumplanung und Siedlungsentwicklung und beispielsweise Einfluss von Klimawandel, vertieft, verfeinert und weiterentwickelt

Dem Projekt liegt die Idee zu Grunde, «unterstützende Formen oder Instrumente zur Darstellung von «Siedlungs-, Regionalentwicklung und Mobilität» aus unterschiedlichen Perspektiven und Fragestellungen zu entwickeln, die sich an einem integrierten Planungsverständnis und an Steuerungselementen der «New Public Governance» orientieren [10].  Neben der Fachbereichs- und Departements-übergreifenden Abstimmung von Planungsthemen und der Berücksichtigung unterschiedlicher Steuerungsebenen ist hier insbesondere der Einbezug der betroffenen Bevölkerung und weiterer involvierter Akteure in die Planung angesprochen.


Prof. Christine Seidler
Institute for Construction in Alpine Regions (IBAR)
University of Applied Sciences of the Grisons, Chur, Switzerland
 

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