Die rasche Urbanisierung und Umweltdegradation lenken zunehmend die Aufmerksamkeit auf die Bereitstellung von Ökosystemleistungen, die Pflanzen in Städten erbringen. Zukünftige Urban Green System (UGS) können die Folgen des städtischen Klimawandels abmildern, indem sie die Qualität des Außenlebens verbessern und Gebäude sowie Menschen vor den Auswirkungen extremer Wetterereignisse schützen. Die Gestaltung, Planung und Bewirtschaftung neuartiger UGS kann Strategien und Methoden historischer Landnutzungssysteme übernehmen. Diese Systeme wurden speziell für bestimmte Kontexte entwickelt, mit dem Ziel, klar definierte Funktionen zu erfüllen. Sie basieren auf einer Reihe von Techniken wie Niederwaldwirtschaft, Kopfbaumschnitt, Flechten oder Pfropfen. Das Potenzial dieser Praktiken für die Entwicklung neuartiger UGS wurde bislang nicht systematisch bewertet.

Unser Forschungsziel ist es, die komplexe Dynamik des UGS-Designs und des Managements des Pflanzenwachstums durch eine neuartige Kombination aus leistungsorientiertem Design, 3D-Scanning und Simulation zu bewältigen. Wir entwickeln ein Framework für einen neuartigen Workflow, der generative und analytische rechnergestützte Methoden sowie entsprechende Werkzeuge mit einem geeigneten Entscheidungsunterstützungssystem koppelt. Dieser Workflow leitet sich aus zwei historischen Systemen ab: kopfgeschnittene Baumkronen und geformte Hecken. Historisch basiert die Entstehung und Entwicklung dieser Systeme auf einem regelmäßigen Vergleich zwischen der tatsächlichen Entwicklung und der angestrebten Leistung. Dieses Verfahren integriert Designentscheidungen, physische Pflanzenmanipulationen und Wachstumsprozesse. Entsprechend diesem Ansatz verfolgen wir die folgenden Forschungsziele:

O1. Struktur und Funktion manipulierter Bäume - Dokumentation ausgewählter Manipulationstechniken wie Beschneiden und Biegen von Ästen sowie der daraus resultierenden Veränderungen im Wachstum und in der Mechanik;

O2. Ökosystemleistungen - Entwicklung von Modellen zur Simulation der Bereitstellung von Ökosystemleistungen wie Verschattung oder Kühlung durch Transpiration;

O3. Wachstums-simulation und Analysemethoden - Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Pflanzenmanipulation, Struktur (der gewachsenen Form der Pflanze) und physiologischen Prozessen auf der Ebene von Pflanzenorganen;

O4. Rechnergestütztes Design für Urban Green System - Entwicklung eines Entscheidungsunterstützungssystems, das die Möglichkeit bietet, kurzfristige Reaktionen des Baumwachstums auf Manipulationen im Hinblick auf deren langfristige räumliche und mikroklimatische Auswirkungen zu bewerten;

O5. Validierung - Bewertung des Entscheidungsunterstützungssystems anhand von Designanwendungen und Fallstudien.

Konkret werden wir (a) neue Methoden zur Simulation von Wachstumsreaktionen von Bäumen auf unterschiedliche Manipulationspraktiken sowie zur Modellierung mikroklimatischer Ökosystemleistungen und der strukturellen Leistungsfähigkeit solcher Systeme entwickeln; (b) einen iterativen Entwurfs- und Managementansatz untersuchen, der diese Methoden mit einem Entscheidungsunterstützungssystem integriert; und (c) diese Werkzeuge durch „Reverse Engineering“ historischer Beispiele validieren.

Forschungsfonds

Dieses Projekt wird durch die DFG – Einzelvorhaben DACH unter der Nr. DFG-GZ: LU2505/2-1 AOBJ:683826 gefördert.

Projektdauer

06/2022 – 06/2025

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Ferdinand Ludwig

ferdinand.ludwig@tum.de

Qiguan Shu M.A.

qiguan.shu@tum.de

TUM Partners

Prof. Dr. Thomas Rötzer & Prof. Dr. Hans Pretzsch, Chair of Forest Growth and Yield Science, TUM

Die 3D-Scans werden freundlicherweise unterstützt von Bruns Pflanzen.

Für weitere Informationen und Updates auf ResearchGate.