Innovationsnetzwerk Morgenstadt: City Insights (m:ci)
3D-Modellierung mit Esri CityEngine für nachhaltige und innovative Stadtentwicklung
Projektgebiet Köln-Mülheim Süd - Status Quo
Entwicklung einer 3D-GIS Datenbasis für die Analyse und Visualisierung des Kölner Stadtteils Mülheim im Istzustand, sowie die Simulation von zukünftigen nachhaltigen und innovativen Entwicklungsszenarien für den Stadtteil
„Morgenstadt: City Insights Innovation Network“ (m:ci) ist ein durch die Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. unterstütztes Verbundforschungsprojekt, bestehend aus europäischen sowie weltweit vertretenen Interessengruppen aus dem Bereich urbaner Nachhaltigkeit.
Im Rahmen der Morgenstadt Projektphase II entwickeln die Unternehmen Esri (Environmental Systems Research Institute) und Prof. Schaller UmweltConsult (PSU) unter der Projektleitung der Fraunhofer-Gesellschaft in Kooperation mit der Stadt Köln eine dreidimensionale GIS Datenbasis zur Analyse und Visualisierung von Zukunftsszenarien des Stadtteils Köln-Mülheim Süd.
Hauptziel dieses Vorhabens ist es, GIS Technologien für Smart Cities als Unterstützung für die Implementierung eines ganzheitlichen Ansatzes nachhaltiger urbaner Entwicklung im Stadtteil Mülheim zu testen. Über die Visualisierung des Istzustandes hinaus beabsichtigt das Projekt die Simulation nachhaltiger und innovativer Entwicklungsszenarien für den Stadtteil. Im Ergebnis wird damit der Politik und der Verwaltung ein Instrument an die Hand gegeben, welches eine anschauliche Darstellung von neuen Stadtplanungsprojekten und -szenarien erlaubt sowie eine Internet-basierte Bürgerbeteiligung zulässt.
Auf Basis von der Stadt Köln bereitgestellten Daten (u. a. Grundrisse mit Attributen, Höhenmodelle, Luftbilder, Bebauungspläne und Energieverbrauchsdaten) entstanden, teils in Zusammenarbeit mit Projektpartnern, folgende 3D-GIS Anwendungen:
3D-Modell des Stadtteils Mülheim im Istzustand
Auf Grundlage von in 2D-Gebäudegrundrissen hinterlegten Attributen wie Stockwerksanzahl, Dachform oder Nutzungsart wurden mittels prozeduraler Modellierung unter Verwendung von Esri CityEngine 3D-Gebäude generiert. Diese können nicht nur in CityEngine selbst sondern durch Export auch in anderen Anwendungen benutzt werden.
3D-Modellierung des städtebaulichen Entwurfs, eingebettet in das Modell des Istzustands
Auf Grundlage des städtebaulichen Konzepts und detaillierter architektonischer Studien wurde ein Entwicklungsszenario konstruiert und in das Ist-Modell eingebettet. Von dieser Modellkombination aus Ist- und Planzustand wurden Video-Darstellungen in unterschiedlichen Stilen wie auch interaktive Anwendungen erstellt.
3D-Visualisierung mit fotorealistischen Gebäude- und Baum-Modellen
Stilisierte Darstellung des 3D-Modells in der Übersicht (Planungsszenario)
CityEngine WebViewer mit Slider
Mittels CityEngine ist es möglich, Modellszenarien als „WebScenes“ zu exportieren, welche in jedem modernen Browser interaktiv in 3D betrachtet werden können. Die einzelnen Themen der WebScene sind hierbei frei ein- und ausblendbar, sowie im „Comparison Mode“ des Viewers per Slider miteinander vergleichbar. Die WebScenes können auf der cloudbasierten Esri™ ArcGIS Online® Plattform oder eigenen Servern veröffentlicht werden.
CityEngine WebScene mit Slider - Zukunftsszenario / Status Quo
3D-Rundgang
Mit entsprechender Hardware (Oculus Rift Headset) ist es möglich, das Modell aus der Beobachterperspektive zu erkunden.
Visualisierung mit Oculus-3D
Bürgerbeteiligungs-App
In Zusammenarbeit mit 52°North GmbH wurde eine Applikation zur Beteiligung der Bürger im Rahmen der Bauleitplanung entwickelt. Anstelle der bisher üblichen Praxis, Anregungen und Bedenken auf herkömmlichem Wege nur während der Öffnungszeiten des Rathauses abgeben zu können ist es nun möglich, jederzeit und an jedem Ort online Einsicht in die Planungsunterlagen zu nehmen und dazu in einem Online-Formular Stellung zu nehmen. Zur Veranschaulichung werden Ist- und Planzustand des Stadtmodells in 2D und 3D-Darstellung angeboten.
Nutzer-Oberfläche zur 2D / 3D-Bürgerbeteiligungs-Applikation Bauleitplanung
Simulation von potenziellen Hochwasserereignissen und Analyse davon betroffener Gebiete
Auf Grundlage der von den Stadtentwässerungsbetrieben Köln bereitgestellten 10cm-Überflutungsraster wurde ein 3D-Hochwassermodell erstellt. Mit diesem können auf derselben Datengrundlage die Wasserstände in mehreren Darstellungsmodi angezeigt werden: als einfacher Wasserkörper ohne Interaktion mit Gebäuden, mittels automatischer Fassadeneinfärbung sowie als Säulendarstellung in Dezimeterskalierung.
3D-Hochwassersimulationsdarstellung (Katastrophenszenario Deichversagen)
Hochwasserauswertung
Visualisierung und Analyse von Lärmbelastung an Gebäudefassaden
In Zusammenarbeit mit nSphere AG wurden punktuelle Lärmdaten ausgewertet und als klassifizierte Farbwerte den Fassaden der 3D-Gebäude als Textur und Attributwerte zugewiesen.
3D-Verkehrslärmausbreitungsmodell (Tag- und Nacht-Szenarien)
Vergleichbar mit der Hochwasser-Anwendung wurden auch hier zusätzliche Auswertungsmöglichkeiten entwickelt.
Lärmbetroffenheitsauswertung Tagsituation
Darstellung von 3D-Gebäudeenergieszenarien
Unter Verwendung der von der Stadt Köln bereitgestellten BEST-Daten („Building Energy Specification Table“) wurden Ist-Modelle mit Energieausweis-Funktionalität erweitert. Die Energiedaten werden mittels Skript aus lokalen oder Online-Quellen den einzelnen Gebäuden dynamisch zugewiesen. Um Vergleiche zu ermöglichen, sind mehrere Energie-Szenarien auswählbar.
3D-Gebäudeenergieszenarien
Implementierung der unterirdischen 3D-Ver- und Entsorgungsleitungsinfrastruktur
In Zusammenarbeit mit Obermeyer Planen + Beraten GmbH wurden 3D-CAD-BIM Rohrleitungsdateien mittels Esri Interoperability Extension konvertiert, Sachdaten übernommen und anschließend in das 3D-CityEngine Modell integriert.
3D-Darstellung der geplanten Fernwärmeversorgung für den Stadtteil Köln-Mülheim Süd