Modelle in der Raumplanung II Klaus Spiekermann Michael Wegener 14 Integrierte Modelle der räumlichen Stadtentwicklung 21. Juli 2009 Lehrveranstaltung "Modelle in der Raumplanung" Sommer 2009 m w e l U t Netze Wege Einwohner Betriebe Flächen Wohnungen Güterverkehr Beschäftigte 2 Integrierte Modelle der räumlichen Stadtentwicklung 3 Definition Integrierte Modelle der räumlichen Stadtentwicklung sind mathematische Modelle, in denen die Wirkungszusam- menhänge zwischen den städtischen Funktionen - Einwohner - Arbeitsplätze - Wohngebäude - Gewerbegebäude - Flächennutzung - Verkehr - Umwelt im Zeitablauf abgebildet werden, um die Auswirkungen von Planungsmaßnahmen in den Bereichen Flächennutzung, Verkehr und Umwelt im voraus abzuschätzen. 4 m w e l U t System Stadt Netze Wege Einwohner Betriebe Flächen Wohnungen Sehr schnell Schnell Langsam Sehr langsam Sehr langsam Güterverkehr Beschäftigte Geschwindigkeit 5 Mathematische Modelle sind die einzige Möglichkeit, - Vorhersagen für noch unbekannte Situationen zu machen, - die Auswirkungen eines einzelnen Einflussfaktors abzuschätzen, während alle anderen Einflussfaktoren gleich gehalten werden. Es gibt heute in der Welt eine größere Zahl integrierter Modelle der Stadt- und Verkehrsentwicklung. Sie unterscheiden sich in Bezug auf Integration, Struktur, Theorie, Dynamik, Modelltechnik, GIS-Integration und Anwendbarkeit. 6 CAL SAL TOP IRP MEP Integrierte Stadtentwicklungsmodelle 1980 OSA LIL HUD POL BOY ITL KIM Flächennutzung Flächennutzung und Verkehr 6 Integrierte Stadtentwicklungsmodelle heute 7 RUR CUF ILU IMR TRE KIM MUS POL TRA ITL URB TLU MET DEL MEP ILM PEC MAR STA TXL IRP Flächennutzung Flächennutzung und Verkehr PUM 8 Integrierte Stadtentwicklungsmodelle heute CUFM MARS STASA DELTA MEPLAN TLUMIP ILUMASS METROSIM TRANUS ILUTE MUSSA TIGRIS XL IMREL PECAS TRESIS IRPUD POLIS URBANSIM IITLUP PUMA Kim RURBAN RUR CUF DEL IRP ILM IMR ILU TRE KIM MET MEP STA PEC POL TLU TRA ITL URB MAR TXL PUM MUS Flächennutzung Flächennutzung und Verkehr
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Modelle in derRaumplanung II
Klaus SpiekermannMichael Wegener
14Integrierte Modelleder räumlichenStadtentwicklung21. Juli 2009
Lehrveranstaltung "Modelle in der Raumplanung" Sommer 2009
Integrierte Modelle der räumlichen Stadtentwicklung sindmathematische Modelle, in denen die Wirkungszusam-menhänge zwischen den städtischen Funktionen- Einwohner- Arbeitsplätze- Wohngebäude- Gewerbegebäude- Flächennutzung- Verkehr- Umweltim Zeitablauf abgebildet werden, um die Auswirkungen vonPlanungsmaßnahmen in den Bereichen Flächennutzung,Verkehr und Umwelt im voraus abzuschätzen.
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m w e lU t
System Stadt
Netze
Wege
Einwohner
Betriebe
Flächen
Wohnungen
Sehr schnell
Schnell
Langsam
Sehr langsam
Sehr langsam
Güterverkehr
Beschäftigte
Geschwindigkeit
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Mathematische Modelle sind die einzige Möglichkeit,
- Vorhersagen für noch unbekannte Situationen zumachen,
- die Auswirkungen eines einzelnen Einflussfaktorsabzuschätzen, während alle anderen Einflussfaktorengleich gehalten werden.
Es gibt heute in der Welt eine größere Zahl integrierterModelle der Stadt- und Verkehrsentwicklung.
Sie unterscheiden sich in Bezug auf Integration, Struktur,Theorie, Dynamik, Modelltechnik, GIS-Integration undAnwendbarkeit.
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CAL
SAL
TOP
IRP
MEP
Integrierte Stadtentwicklungsmodelle 1980
OSA
LILHUD
POL
BOYITLKIM
Flächennutzung Flächennutzungund Verkehr6
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Integrierte Stadtentwicklungsmodelle heute
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RURCUF
ILU
IMR
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URB
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MET
DEL MEP
ILMPEC
MARSTA
TXL IRP
Flächennutzung Flächennutzungund Verkehr
PUM
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Integrierte Stadtentwicklungsmodelle heute
CUFM MARS STASA
DELTA MEPLAN TLUMIP
ILUMASS METROSIM TRANUS
ILUTE MUSSA TIGRIS XL
IMREL PECAS TRESIS
IRPUD POLIS URBANSIM
IITLUP PUMA
Kim RURBANRUR
CUF
DEL
IRP
ILM
IMR
ILU
TRE
KIM
MET
MEP
STA
PEC
POL
TLU
TRA
ITL
URB
MAR
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PUM
MUS
Flächennutzung Flächennutzungund Verkehr
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Modellbeispiel 1:MEPLAN
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MEPLAN (Echenique u.a., 1990)
Das Modell MEPLAN ist seit den sechziger Jahren an derUniversität Cambridge entwickelt worden.Das Modell beruht auf einer Erweiterung des Prinzips dermultiregionalen Input-Output-Analyse (vgl. 4. Vorlesungim Wintersemester) durch Einführung der privaten Haus-halte als Wirtschaftssektoren.Hierdurch wird es möglich, die Standorte von Wohnungenund Arbeitsplätzen und die Verkehrsbeziehungen zwischenihnen als Gleichgewicht auf regionalen Immobilien- undVerkehrsmärkten zu simulieren.MEPLAN ist für Europa, einzelne Länder und Regionen undzahlreiche Stadtregionen in Europa angewendet worden.
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MEPLAN (Echenique u.a., 1990)
Erweiterte Input-Output-Tabelle einer RegionInputs
Outputs
Sektor1
Sektorj
SektorJ
Haus-halte
ExporteStaat
End-nach-frage
Gesamt-output
Sektor 1
Sektor j
Sektor J
Haus-halte
ImporteStaatGesamt-input
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MEPLAN (Echenique u.a., 1990)
VerkehrFlächennutzung
UnternehmenHaushalte
Verkehrsströme
GewerbegebäudeWohnungen
Verkehrsnetze
Erreichbarkeit
Verkehrs-nachfrage
Preise Wege ZeitKosten
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MEPLAN (Echenique u.a., 1990)Cambridge Futures"How will Cambridgedevelop over the next50 years?"A computer model wasused to simulate theeffects of seven differentplanning scenarios.
The impacts of each ofthese scenarios wereevaluated in terms ofeconomic efficiency,social equity andenvironmental quality.
Quelle: http://www.cambridgefutures.org/ 14
Modellbeispiel 2:UrbanSim
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UrbanSim (Waddell, 2008)
Das Modell UrbanSim wurde in den 1990er Jahren an derUniversity of Washington in Seattle entwickelt.Hauptziel des Modells ist es, die durch die amerikanischeUmweltschutzgesetze geforderte Koordination zwischenFlächennutzungs-, Verkehrs- und Umweltplanung zuermöglichen.UrbanSim ist in zahlreichen nordamerikanischen Städtenund inzwischen auch in mehrere europäischen Städten(Amsterdam, Brüssel, Lyon, Paris, Rom, Turin, Zürich) an-gewendet worden.UrbanSim ist als Open Source Software im Internet verfüg-bar (http://www.urbansim.org).
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UrbanSim (Waddell, 2008)
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UrbanSim (Waddell, 2008)
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UrbanSim (Waddell, 2008)
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UrbanSim (Waddell, 2008)
Grundstücke als Raumeinheiten
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UrbanSim (Waddell, 2008)
Greenbelt-Szenario
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Modellbeispiel 3:IRPUD-Modell
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IRPUD-Modell
Das IRPUD-Modell wurde am Institut für Raumplanung derUniversität Dortmund (IRPUD) entwickelt.Das IRPUD-Modell prognostiziert die Wechselwirkungenzwischen Flächennutzung und Verkehr wie- intraregionale Standortentscheidungen von Unterneh-
men, Wohnungsbauinvestoren und Haushalten,- die resultierenden Wanderungen und Verkehrsströme,- die Entwicklung der Bautätigkeit und Flächennutzung,- die Wirkung von Planungsmaßnahmen in den Bereichen
Bauleitplanung, Arbeitsplätze, Wohnen und Verkehr.Das IRPUD-Modell ist bisher nur für die Stadtregion Dort-mund im östlichen Ruhrgebiet angewendet worden
Nachhaltige Entwicklung besteht aus drei Elementen:- ökologische Nachhaltigkeit- soziale Nachhaltigkeit- ökonomische Nachhaltigkeit
ÖkologischeNachhaltigkeit
ÖkonomischeNachhaltigkeit
SozialeNachhaltigkeit
NachhaltigeEntwicklung
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PROPOLIS: Ökologische Indikatoren
Globaler Klima- Treibhausgasemissionen durch VerkehrwandelLuftverschmutzung Säurehaltige Gasemissionen durch Verkehr
VOC-Emissionen durch Verkehr
Ressourcen- Verbrauch von Mineralölproduktenverbrauch Freiraumverbrauch
Neubaubedarf
Umweltqualität Fragmentierung des FreiraumsQualität des Freiraums
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PROPOLIS: Soziale Indikatoren
Gesundheit Staubbelastung durch Verkehr am WohnortBelastung durch NO2 am WohnortBelästigung durch VerkehrslärmTote durch VerkehrsunfälleVerletzte durch Verkehrsunfälle
Gerechtigkeit Verteilungsgerechtigkeit der monetären NutzenVerteilungsgerechtigkeit StaubbelastungVerteilungsgerechtigkeit Belastung durch NO2Verteilungsgerechtigkeit der LärmbelastungSoziale räumliche Segregation
Gelegenheiten Wohnungsqualität und -ausstattungVitalität des StadtzentrumsVitalität des UmlandsProduktivität der Landwirtschaft
Erreichbarkeit Gesamtzeitaufwand für VerkehrQualität des öffentlichen PersonennahverkehrsErreichbarkeit der InnenstadtErreichbarkeit der DienstleistungenErreichbarkeit des Freiraums 32
PROPOLIS: Ökonomische Indikatoren
Monetärer Gesamt- Verkehrsinvestitionennutzen des Verkehrs Monetärer Nutzen der Verkehrsteilnehmer
Monetärer Nutzen der VerkehrsunternehmenMonetärer Nutzen der GebietskörperschaftenExterne Kosten der VerkehrsunfälleExterne Kosten der LuftverschmutzungExterne Kosten der TreibhausgasemissionenExterne Kosten des Verkehrslärms
Das ILUMASS-Modell wurde in dem deutschen ProjektILUMASS (Integrated Land-Use Modelling and TransportSystems Simulation) entwickelt.Das ILUMASS-Modell verknüpfte ein mikroskopischesdynamisches Verkehrsflussmodell mit einem mikrosko-pischen Flächennutzungsmodell und einem Modell derkleinräumigen Umweltauswirkungen.Für die Erprobung der Flächennutzungsteilmodelle desILUMASS-Modells wurden die Verkehrs- und Umweltaus-wirkungsmodelle des ILUMASS-Modells durch einfachereTeilmodelle des IRPUD-Modells ersetzt. Das Ergebnis istdas Kleine ILUMASS-Modell.
Mikrosimulationsmodelle verbessern Simulationsmodelleder räumlichen Stadtentwicklung:- Individuelle Lebensstile können dargestellt werden, d.h.
einzelne Haushalte und Personen modelliert werden.- Umweltauswirkungen and ihre Rückwirkungen auf das
Verhalten können mit der erforderlichen räumlichen Auf-lösung dargestellt werden.
- Bevölkerung und Wirtschaft können in Form ihrer Ent-scheidungseinheiten Haushalte und Betriebe modelliertwerden.
- Mikrostandorte mit ihren kleinräumigen Eigenschaftenkönnen dargestellt werden.
PR
OP
OLI
S&
ILU
MA
SS
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Aber ...
Bis heute gibt es kein einsatzfähiges Mikrosimulations-modell der städtischen Siedlungs-, Verkehrs- und Umwelt-entwicklung.Es gibt noch zahlreiche ungelöste Probleme bezüglich derSchnittstellen zwischen den Teilmodellen.Die Rückkopplung zwischen Siedlungsentwicklung undUmweltqualität ist noch nicht realisiert.Schwerwiegende Probleme der Eichung, Stabilität undVermeidung stochastischer Fluktuationen sind ungelöst.Die Rechenzeiten der Mikrosimulationsmodelle sind nochviel zu lang.
Con
clus
ions
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Grenzen der Mikrosimulation
Es gibt Grenzen für die Erhöhung der sachlichen, räumli-chen und zeitlichen Auflösung von Modellen menschlichenVerhaltens:- Es gibt theoretische Grenzen, wenn die Zahl der simu-
lierten Prozesse zu klein ist für verlässliche Ergebnisse.- Es gibt empirische Grenzen, wenn der Mehraufwand für
die Beschaffung der Mikrodaten ihren Nutzen übersteigt.- Es gibt praktische Grenzen, wenn die Rechenzeit des
Modells die Dauer der modellierten Prozesse übersteigt.- Es gibt ethische Grenzen für die Sammlung von Daten
über private Leben für Forschungszwecke.
Con
clus
ions
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Schlusswort
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Modelle in der Raumplanung
Raumplanung ist die demokratische Gestaltung der zu-künftigen Nutzung des Raumes durch die menschlicheGesellschaft.Modelle in der Raumplanung erfüllen dabei eine wichtigeAufgabe.Mathematische Modelle sind die einzige Möglichkeit, Vor-hersagen für noch unbekannte Situationen zu machen unddie wahrscheinlichen Auswirkungen planerischer Maß-nahmen auf das Standortwahlverhalten von Unternehmenund Haushalten sowie auf Mobilität und Umwelt im vorausabzuschätzen.
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Modelle in der Raumplanung
Angesichts der epochalen neuen Herausforderungen wieGlobalisierung, Klimawandel, Energiewende, Bevölke-rungsrückgang und der absehbaren endgültigen Grenzendes Wachstums der reichsten Länder der Welt werdenLangfristprognosen immer wichtiger.
Modelle der langfristigen Entwicklung von Siedlungsstruk-turen, Mobilität und Umwelt sollten daher einen angemes-senen Platz in Forschung und Lehre in der Raumplanungeinnehmen.
