Endbericht zum REFINA-Forschungsvorhaben. "Flächeninformationssysteme auf Basis virtueller 3D-Stadtmodelle"

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1 Endbericht zum REFINA-Forschungsvorhaben "Flächeninformationssysteme auf Basis virtueller 3D-Stadtmodelle"

2 Impressum Prof. Dr. Jürgen Döllner Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik Fachgebiet Computergrafische Systeme Prof.-Dr.-Helmert-Str Potsdam Prof. Dr. Birgit Kleinschmit Technische Universität Berlin Fachgebiet Geoinformationsverarbeitung in der Landschafts- und Umweltplanung Straße des 17. Juni Berlin 2

3 Inhaltsverzeichnis I. KURZDARSTELLUNG DES VORHABENS REFINA3D Aufgabenstellung Voraussetzungen Planung und Ablauf des Vorhabens Wissenschaftlicher und technischer Stand Zusammenarbeit mit anderen Stellen II. EINGEHENDE DARSTELLUNG DES VORHABENS REFINA3D Verwendung der Zuwendung und erzielte Ergebnisse AP-1: Analyse und Design von Anforderungen und Leistungsmerkmalen AP-2: Aufbereitung von Datengrundlagen der 3D-Stadtmodelle AP-3: Präsentation und Vorhaltung der Projektszenarien AP-4: Entwicklung von flächenbezogenen 3D-Visualisierungstechniken AP-5: Entwicklung von flächenbezogenen Analysewerkzeugen AP-6: Entwicklung von flächenbezogenen Stadtmodellerweiterungen AP-7: Entwicklung von flächenbezogenen (Planungs-)werkzeugen AP-8: Projektbezogene Herstellung von Kommunikationsmedien AP-9: Projektmanagement Wichtigste Positionen des zahlenmäßigen Nachweises Notwendigkeit und Angemessenheit der geleisteten Arbeit Voraussichtlicher Nutzen, insbesondere Verwertbarkeit Bekannt gewordener Fortschritt auf dem Gebiet des Vorhabens Veröffentlichungen der Ergebnisse Quellen Literatur Verwendete Software III. ANHANG Anhang I - Liste der beteiligten Akteure und Gesprächspartner Anhang II - Dokumentation von Einsatzszenarien und Präsentationen

4 Anhang II.1 - Dokumentation von Einsatzszenarien, Arbeitstreffen und Präsentationen in Potsdam Anhang II.2 - Dokumentation von Einsatzszenarien, Arbeitstreffen und Präsentationen in Berlin Anhang III - Untersuchung der Darstellung der Bebaubarkeit

5 Abbildungsverzeichnis ABBILDUNG 1: LUFTBILDKARTE DES PROJEKTGEBIETES IN POTSDAM ABBILDUNG 2: 3D-STADTMODELLAUSSCHNITT FÜR DEN BERLINER PROTOTYPEN OHNE GEBÄUDETEXTUREN ABBILDUNG 3: FEHLERHAFTE MODELLIERUNG AUF GRUND UNGEEIGNETER ODER VERALTETER INFORMATIONEN. LINKE ABBILDUNG: ZU HOHE GEBÄUDE DURCH ÜBERTRAGUNG DER VEGETATIONSHÖHE AUF DEN GEBÄUDEGRUNDRISS. RECHTE SEITE: FEHLENDER GEBÄUDEBLOCK AUF GRUND FEHLENDER ALK-DATEN ABBILDUNG 4: BASISSTADTMODELL POTSDAM MIT RASTERBASIERTEM GELÄNDEMODELL UND LUFTBILDTEXTUR ABBILDUNG 5: BASISSTADTMODELL POTSDAM MIT VEKTORBASIERTEM OBERFLÄCHENMODELL UND TYPISCHEN TEXTUREN ABBILDUNG 6: INTEGRATION VON 3D-PFLANZENMODELLEN ABBILDUNG 7: EINBINDUNG DES BAUANTRAGS ZUR WOHNBEBAUUNG AN DER BABELSBERGER STRAßE ABBILDUNG 8: BPLAN SAN 10 ALS GELÄNDETEXTUR ABBILDUNG 9: LAGEPLAN ZUM STRUKTURKONZEPT SPEICHERSTADT 2008 UND ILLUSTRATION DURCH HERRN SATTLER VOM ARCHITEKTURBÜRO HILMER UND SATTLER & ALBRECHT MBH ABBILDUNG 10: WORKFLOW DER ERSTEN INTEGRATIONSMETHODE ABBILDUNG 11: WORKFLOW DER ZWEITEN INTEGRATIONSMETHODE ABBILDUNG 12: WORKFLOW ZUR ERZEUGUNG EINER CITYGML-BASIERTEN PLANREPRÄSENTATION ABBILDUNG 13: CITYGML-BASIERTE DARSTELLUNG DES STRUKTURKONZEPTES SPEICHERSTADT ABBILDUNG 14: INTEGRATION VON UMWELTFACHDATEN IN RASTER UND VEKTORFORMATEN ALS GEOTEXTUR UND IN KOMBINATION MIT SYMBOLEN ABBILDUNG 15: BUSLINIEN UND HALTESTELLEN ALS INDIKATOR DER VERKEHRSERSCHLIEßUNG ABBILDUNG 16: GUI DES KONVERTIERUNGSTOOLS MIT IMPORTDIALOG ZUR DEFINITION DER QUELLDATEN ABBILDUNG 17: MAPPINGFUNKTIONALITÄTEN ZUR DEFINITION DER KLASSEN ABBILDUNG 18: MAPPING DER KLASSENSPEZIFISCHEN ATTRIBUTE ABBILDUNG 19: CITYGML-BASIERTE PLANDARSTELLUNG DES STRUKTURKONZEPTES SPEICHERSTADT IN LANDXPLORER STUDIO ABBILDUNG 20: DARSTELLUNG DES BPLANES 37B DURCH INTEGRATION DES LAGEPLANES ALS GELÄNDETEXTUR UND 3D-BAUFLÄCHEN ABBILDUNG 21: DARSTELLUNG DES STRUKTURKONZEPTES RAW DURCH FARBCODIERTE 3D-BAUFELDER UND LAGEPLAN ABBILDUNG 22: DARSTELLUNG DES STRUKTURKONZEPTES SPEICHERSTADT DURCH FARBKODIERTE 3D-BAUFELDER UND LAGEPLAN.. 66 ABBILDUNG 23: GESAMTÜBERSICHT PROJEKTGEBIET MIT INTEGRIERTEN UMWELTDATEN ALS VEKTORLAYER ABBILDUNG 24: PLANGEBIET SPEICHERSTADT MIT BESTANDSBEBAUUNG IM 3D-STADTMODELL ABBILDUNG 25: STRUKTURKONZEPT 2007 (FARBKODIERTE 3D-BAUFELDDARSTELLUNG) ABBILDUNG 26: STRUKTURKONZEPT 2008 (FARBIGE, INTERAKTIV MANIPULIERBARE BLOCKMODELLE) ABBILDUNG 27: VISUAL DATA MINING AUF DER BASIS VON ATTRIBUTEN, HIER: EINFÄRBUNG NACH DER BRUTTOGESCHOßFLÄCHE IN DREI KLASSEN ABBILDUNG 28: DARSTELLUNG DES BEBAUUNGSKONZEPTES VOM KAISER FRIEDRICH-WILHELM-BLICK AUS ABBILDUNG 29: AKTUELLES BILD DES KAISER-FRIEDRICH-WILHELM BLICKES ABBILDUNG 30: DARSTELLUNG DES BEBAUUNGSKONZEPTES VON DER LANGEN BRÜCKE AUS ABBILDUNG 31: DARSTELLUNG DES BEBAUUNGSKONZEPTES VOM WASSER AUS ABBILDUNG 32: SYSTEMKONFIGURATION ZUM BAUAUSSCHUSSTERMIN ABBILDUNG 33: KAISER-FRIEDRICH-WILHELM BLICK MIT ZUSÄTZLICHEM BOOTSANLEGER UND SEGELBOOTEN ABBILDUNG 34: 3D-BAUFELDER ALS EINFARBIGE BLÖCKE MIT HINTERLEGTER PLANZEICHNUNG ABBILDUNG 35: FARBKODIERTE 3D-BAUFELDER MIT HINTERLEGTER PLANZEICHNUNG ABBILDUNG 36: TRANSPARENTE 3D-BAUFELDER MIT DARSTELLUNG DER BAULINIEN (ROT) UND BAUGRENZEN (BLAU) UND PLANZEICHNUNG ALS "DACHTEXTUR" ABBILDUNG 37: TRANSPARENTE 3D-BAUFELDER MIT DETAILANSICHT EINES BAUFELDES MIT VORGEGEBENER MINOK UND MAXOK 83 ABBILDUNG 38: INTEGRATION VON BAUANTRAGSGEOMETRIEN UND VISUELLER ABGLEICH DER EINHALTUNG DER BAULINIEN UND BAUGRENZEN ABBILDUNG 39: 3D-DARSTELLUNG DES BPLANS 37B IN GOOGLE EARTH

6 Tabellenverzeichnis TABELLE 1: AUSGEWÄHLTE INFORMATIONSTECHNISCHE VORAUSSETZUNGEN TABELLE 2: INSTALLIERTE, BZW. VERFÜGBARE GEOBASISDATEN IN POTSDAM TABELLE 3: INSTALLIERTE GEOFACHDATEN IN POTSDAM TABELLE 4: ERFASSTE UND BEARBEITETE PLANDOKUMENTE IN POTSDAM TABELLE 5: INSTALLIERTE GEOBASISDATEN DES BERLINER 3D-STADTMODELLS TABELLE 6: ÜBERSICHT AUSGEWÄHLTER GEOFACHDATEN DER BERLINER VERWALTUNG TABELLE 7: ÜBERSICHT DER IDENTIFIZIERTEN FACHFUNKTIONEN GEORDNET NACH VIER HAUPTKATEGORIEN TABELLE 8: ÜBERSICHT DER BEAUFTRAGTEN STADTMODELLBASISDATEN FÜR POTSDAM TABELLE 9: BEAUFTRAGTE 3D-KOMPONENTEN BERLIN TABELLE 10: ÜBERSICHT DER INSTALLIERTEN RASTER- UND VEKTORDATENGRUNDLAGEN FÜR PROJEKTE C TABELLE 11: ÜBERSICHT DER INSTALLIERTEN 3D-STADTMODELLKOMPONENTEN FÜR DIE PROJEKTE A-C TABELLE 12: ÜBERSICHT DER INSTALLIERTEN 3D-STADTMODELLKOMPONENTEN, RASTER- UND VEKTORDATENGRUNDLAGEN FÜR DAS PROJEKT F TABELLE 13: ÜBERSICHT DER INSTALLIERTEN RASTER- UND VEKTORGRUNDLAGEN FÜR DAS PROJEKT E TABELLE 14: ÜBERSICHT DER ARBEITSTREFFEN IN POTSDAM TABELLE 15: ÜBERSICHT DER ARBEITSTREFFEN UND GESPRÄCHE IN BERLIN TABELLE 16: PROJEKTPRÄSENTATIONEN IM RAHMEN VON KONFERENZEN, REFINA-VERANSTALTUNGEN UND WEITEREN VERANSTALTUNGEN TABELLE 17: METAINFORMATIONEN ZU BAUANTRÄGEN TABELLE 18: BAUWERKSBEZOGENE ATTRIBUTE ZUM BAUANTRAG TABELLE 19: PLANBEZEICHUNG UND VERFAHENSMERKMALE TABELLE 20: ERFASSTE ATTRIBUTE DER BAUFLEDER ZUM BPLAN 37B IN POTSDAM TABELLE 21: BESCHREIBUNG DER DEFINIERTEN ATTRIBUTE ZUR KONVERTIERUNG DER FLÄCHEN NACH CITYGML

7 Abkürzungsverzeichnis 3ds BIM BPlan CAD CityGML DGM DOM DXF GDI GIS HPI INSPIRE KML LOD OGC PDF RAW STGK s.u. TIF Dateiformat zum Austausch von 3D-Modellen Building Information Model Bebauungsplan Computer Aided Design City Geography Markup Language Digitales Geländemodell Digitales Oberflächenmodell Drawing exchange Format Geodateninfrastruktur Geografische Informationssysteme Hasso-Plattner-Institut Potsdam Infrastructure for Spatial Information in the European Community Keyhole Markup Language Level of Detail Open Geospatial Consortium Portable Document Format Reichsbahnausbesserungswerk Stadtgrundkarte Siehe unten Tagged Image Format u. a. m. und andere mehr UVPG vgl. WPVS XPlanGML Gesetz über die Umweltverträglichkeitsprüfung Vergleiche Web Perspective View Service XPlan Geography Markup Language 7

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9 I. Kurzdarstellung des Vorhabens REFINA3D 1 Aufgabenstellung Gegenstand des Vorhabens Flächeninformationssysteme auf Basis virtueller 3D-Stadtmodelle (Akronym: REFINA3D, Förderkennzeichen: A PT-J) war die Entwicklung von prototypischen Informations- und Kommunikationssystemen zur Unterstützung des Flächenmanagements auf der Grundlage virtueller 3D-Stadtmodelle. Die Grundhypothese des Vorhabens ist, dass virtuelle 3D- Stadtmodelle eine innovative Ausgangsbasis zur Entwicklung von neuartigen Informations- und Kommunikationssystemen bilden, mit denen komplexe, verteilte, heterogene, raumbezogene und für das nachhaltige Flächenmanagement relevante Informationen in ihrem räumlichen Kontext sichtbar und interaktiv über eine virtuelle Umgebung zugänglich gemacht werden können. Virtuelle 3D-Stadtmodelle, als technischer Ausgangspunkt des Forschungsvorhabens, sind digitale Repräsentationen der geometrischen und visuellen Charakteristiken realer Städte, die in Echtzeit visualisiert und interaktiv exploriert werden können. Grundlage für die zunehmende Erstellung virtueller 3D-Stadtmodelle in der Wirtschaft und in den Kommunen sind Fortschritte in der digitalen Datenerfassung und Datenprozessierung, die die automatisierte und somit kosteneffiziente Erstellung von 3D-Geodatenprodukten wie 3D-Gebäudemodelle, digitale Geländemodelle (DGM) und digitale Oberflächenmodelle (DOM) aus Fernerkundungsdaten ermöglichen. Leistungsfähige, speicheroptimierte 3D-Geovisualisierungssysteme in Kombination mit den gestiegenen Rechenkapazitäten moderner Computerhardware im Allgemeinen und der Grafikhardware im Besonderen eröffnen zugleich die Möglichkeit, diese 3D-Geodaten zu dreidimensionalen Raummodellen zusammenzuführen, in Echtzeit zu visualisieren und interaktiv zu explorieren. Produkte dieser Prozesskette sind digitale Abbilder realer Städte (3D-Stadtmodelle) oder Landschaften (3D-Landschaftsmodelle), die in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten, wie etwa der Funknetzplanung, 3D-Routingsystemen, 3D-Atlanten, 3D-Stadtinformationssystemen und in den raumplanenden Disziplinen eingesetzt werden können. Eine wesentliche Beobachtung aus den letzten Jahren ist, dass zunehmend in größeren Städten in Deutschland, aber auch weltweit, virtuelle 3D-Stadtmodelle im Auftrag von Kommunen erstellt wurden, oder ihre Erstellung für die nahe Zukunft geplant ist. Mit dieser kommunalen 3D-Geodatenbasis steht für viele Städte potentiell ein innovatives Medium zur Verfügung, mit dem raumbezogene Informationen in einer dem menschlichen visuellen System vertrauten dreidimensionalen Abbildung des Raumes eingebettet werden können. Ziel des Vorhabens REFINA3D war es anhand konkreter Anforderungen aus der kommunalen Praxis beispielgebende 3D-Flächeninformationssysteme auf der Basis von 3D- Stadtmodellen zu entwickeln. Ein wesentliches Merkmal der virtuellen Raummodelle (3D-Stadtmodelle und 3D- Landschaftsmodelle) ist die Möglichkeit der interaktiven Exploration, wodurch Flächennutzungen realer Räume virtuell erkundet werden können. Durch Integration von geplanten Vorhaben und Flächennutzungskonzepten entsteht die Möglichkeit geplante Änderungen der Bebauung und Flächennutzung virtuell zu erkunden bevor eine Umsetzung in der Praxis erfolgt. Damit können um Planungen erweiterte 3D-Raummodelle genutzt werden um frühzeitig die Öffentlichkeit zu informieren, Planungsalternativ virtuell miteinander zu vergleichen und Entscheidungsprozesse zu unterstützen. Diese Nutzungsform virtueller 3D-Stadtmodelle zur Unterstützung von Planungs- und Entscheidungsprozessen ist bereits seit den frühen 90er Jahren Gegenstand der Forschung und in 9

10 einer Reihe von Forschungsvorhaben wiederholt untersucht und dokumentiert (Bishop and Lange 2005; Counsell, Smith et al. 2006; Salter, Campbell et al. 2009) worden. Hauptthemenkomplexe dieser Untersuchungen waren die Entwicklung von Methoden zur Modellierung und Visualisierung von geodatenbasierten, interaktiven 3D-Umgebungen, die Entwicklung von Methoden zum Einsatz von interaktiven 3D-Raummodellen in Planungsprozessen, die Evaluierung der Akzeptanz in unterschiedlichen Akteursgruppen und die Evaluierung des benötigten bzw. ausreichenden Detailgrades zur Vermittlung spezifischer Raum-, Flächen- und Planungsinformationen (Lange 2001; Appleton and Lovett 2003). Diese vorangegangenen Arbeiten stellen die grundsätzlich Eignung von digitalen 3D-Raummodellen zur Kommunikation von Rauminformationen (Sidiropoulos and Vasilakos 2006; Schroth 2009) fest und dokumentieren die zunehmende Verfügbarkeit von Methoden zur 3D- Modellierung von Städten und Landschaften (Coors and Zipf 2005; Oosterom, Zlatanova et al. 2007). Untersuchungen, die kontinuierliche Prozesse des Flächenmanagements, wie zum Beispiel Planungsprozesse für eine innerstädtische Industriebrachen, von der frühen Masterplanung bis zum Bauantrag begleiten und die Anforderungen sowohl hinsichtlich der geometrischen, visuellen und semantischen Darstellung auf den unterschiedlichen Planungsebenen, der erforderlichen Funktionalitäten, wie auch hinsichtlich der erforderlichen kommunalen Geschäftsprozesse, die für einen kontinuierlichen, alltäglichen Einsatz nötig sind, analysieren, existieren dagegen nur in Ansätzen. Mit der zunehmenden Verfügbarkeit und Nutzung von 3D-Stadtmodellen in den Kommunen besteht aber ein zunehmender Bedarf Systemkonzepte und digitale Geschäftsprozesse zu definieren, die eine kontinuierliche Nutzung, Fortführung (Datenpflege und Aktualisierung) und Erweiterung der erstellten 3D-Stadtmodelle ermöglichen. Ein wichtiges Teilziel von REFINA3D war deshalb die systematische Untersuchung der Anforderungen an die Nutzung von 3D-Stadtmodellen in konkreten Fragen des Flächenmanagements (siehe Kapitel II.1.1, II.1.6 und II.1.7). Virtuelle 3D-Stadtmodelle eröffnen zugleich neue Möglichkeiten zur Raumanalyse und Simulation, die Aufgaben des Flächenmanagements unterstützen können. Ein Beispiel ist die Berechnung großflächiger 3D-Lärmausbreitungssimulationen als Grundlage zur Erfüllung der Aufgaben nach EU- Umgebungslärmrichtline (European Council 2002). Als sich dreidimensional von der Lärmquelle ausbreitendes Phänomen ist die Verlärmung unserer Umwelt nicht flächendeckend messbar und zur Erfüllung der Anforderungen der Richtlinie müssen Lärmkarten durch Simulation erzeugt werden. Dazu sind unter anderem auch dreidimensionale Gebäudedaten nötig, so die Anforderungen der EU- Umgebungslärmrichtlinie, die sich mittlerweile als ein zentralen Treiber für die Erstellung von 3D- Stadtmodellen in den Kommunen erwiesen haben. So wurde beispielsweise in Nordrhein-Westfalen ein flächendeckender 3D-Gebäudebestand aufgebaut und als Grundlage für die Berechnung von Lärmkarten verwendet (Czerwinski, Kolbe et al. 2006; Czerwinski, Gröger et al. 2007). Weitere Beispiele für 3D-Analysen auf der Basis von 3D-Stadtmodellen aus Forschung und Praxis umfassen Hochwassersimulationen (Schulte 2009), Potentialanalysen für Solarenergiegewinnung (Ludwig, Klärle et al. 2008) oder Verschattungs- oder Sichtbarkeitsanalysen (Danahy 2001). Mit dem noch jungen internationalen Geodatenstandard CityGML (Open Geospatial Consortium 2008) zur Modellierung von 3D-Stadtmodellen, der auch dem bereits genannten Beispiel der Lärmkartenerstelllung in NRW zugrunde liegt, können neben den visuellen und geometrischen Eigenschaften auch semantische und topologische Informationen zu den Geoobjekten gespeichert werden, wodurch die Möglichkeiten der Raumanalyse um zusätzliche Dimensionen erweitert werden. In der Theorie sind damit komplexe räumlich-semantische Abfragen denkbar, wie 10

11 beispielsweise die Berechnung des sichtbaren Grünanteils oder Himmelanteils beim Blick aus einem definierten Fenster oder der schnellste Weg zum nächstgelegenen Ausgang eines Gebäudes. Diese theoretischen Potentiale räumlich-semantischer Abfragen werden bisher in Hinblick auf die Ermittlung von qualitativen und quantitativen Standorteigenschaften im Sinne des Flächenmanagements kaum untersucht. Ein weiteres wichtiges Teilziel von REFINA3D war deshalb die Entwicklung von prototypischen 3D-Analysefunktionen, die auf geometrischen und/oder semantischen Eigenschaften der Geoobjekte basieren (siehe Kapitel II.1.5). Die auf einer Ontologie basierende Semantik von CityGML eröffnet weiterhin die Möglichkeit, detaillierte Sachinformationen zu Stadtmodellobjekten zu speichern und daraus Berichte zu den Stadtmodellobjekten zu generieren. So wäre es grundsätzlich möglich, die Flächennutzung eines Bauvorhabens semantisch so zu modellieren, dass sich wichtige Flächenindikatoren, wie etwa die Bebauungsdichte, der Versiegelungsgrad oder der Grünflächenanteil, automatisiert berechnen lassen. Bisher existierten in der Forschung keine Beispiele, die die Flächennutzung einer Stadt oder eines Planes explizit in CityGML modellieren, um daraus Planungsparameter und Flächenindikatoren für die raumplanenden Disziplinen abzuleiten, weil keine Softwarewerkzeuge zur Verfügung stehen, die zugleich die 3D-Modellierung und die semantische Modellierung für CityGML-Daten unterstützen. Ein weiteres Teilziel von REFINA3D war deshalb die Entwicklung von Methoden zur Transformation von Planinhalten in eine CityGML-basierte 3D-Repräsentationen, ihre Integration in ein bestehendes 3D-Stadtmodell und die Erstellung von beispielgebenden Berichten zur geplanten Flächennutzung, wie beispielsweise dem Grad der Bebauung oder den Anteil an Verkehrsflächen. Dazu wurden Stadtmodellerweiterungen und unterstützende Werkzeuge entwickelt (siehe Kapitel II.1.6 und II.1.7). Zusammenfassend wird vor dem Hintergrund des Standes der Wissenschaft und der zunehmenden Verfügbarkeit kommunaler 3D-Stadtmodelle ein sehr großes Potential für den unterstützenden Einsatz von 3D-Stadtmodellen in unterschiedlichen Aufgabenbereichen des Flächenmanagements gesehen, die von der Visualisierung von Vorhaben, über die Bereitstellung von Informationsmedien und 3D-Daten bis hin zu komplexen 3D-Raumanalysen und Flächennutzungsberichten reichen. Zur Untersuchung der Potentiale wurde in Kooperation der wissenschaftlichen mit den kommunalen Partnern und lokalen Akteuren ein praxisorientiertes Vorgehen gewählt. 2 Voraussetzungen Die inhaltlich-thematischen Voraussetzungen des Vorhabens sind durch die Zielstellung des REFINA Forschungsschwerpunktes des Bundesministeriums für Bildung und Forschung definiert. Das Ziel des Förderschwerpunktes REFINA ist der effiziente Umgang mit Boden durch ein Nachhaltiges Flächenmanagement mit der langfristigen Vision einer Flächenkreislaufwirtschaft durch Flächenrecycling (Deutsches Institut für Urbanistik 2006; Deutsches Institut für Urbanistik 2007). Diese Vision wurde in der Nachhaltigkeitsstrategie der Bundesregierung über den Indikator der Flächenneuinanspruchnahme konkretisiert und prominent als so genanntes 30 Hektar Ziel festgesetzt. Damit wird eine Reduzierung der Flächenneuinanspruchnahme von derzeit über 100 Hektar pro Tag auf 30 Hektar pro Tag im Jahr 2020 angestrebt (Die Bundesregierung 2002). Im Fortschrittsbericht zur nationalen Nachhaltigkeitsstrategie (Die Bundesregierung 2008) konnte noch kein signifikanter Trend der Reduzierung der Flächenneuinanspruchnahme festgestellt werden, so dass die Zielerfüllung bis heute ungewiss bleibt. 11

12 Zur Steuerung der Flächeninanspruchnahme und -nutzung steht in Deutschland grundsätzlich ein hierarchisch abgestuftes Planungssystem zur Verfügung, das vertikal in unterschiedliche Planungsebenen und horizontal in unterschiedliche Fachplanungen differenziert werden kann. Dabei obliegt es den oberen Planungsbehörden auf Bundes- und Landesebene grobe Leitlinien der Entwicklung zu definieren, während im Rahmen der kommunalen Planungshoheit auf der lokalen Ebene konkrete flächenscharfe Entscheidungen getroffen werden. Trotzdem ist im REFINA- Schwerpunkt nicht von nachhaltiger Raumplanung oder Flächennutzungsplanung die Rede, sondern von einem nachhaltigen Flächenmanagement. Hierin drückt sich die Erkenntnis aus, dass ein System von isolierten, vertikal differenzierten und horizontal hierarchisch gestaffelten Fachplanungen nicht mehr den Anforderungen einer zunehmend geforderten ganzheitlichen und systemischen Betrachtung der Flächennutzung genügt. Der verwendete Begriff Flächenmanagement geht also über die Raumplanung hinaus und umfasst vielmehr alle Prozesse und Akteure, die die Inanspruchnahme und Nutzung von Flächen steuern und beeinflussen. Er schließt damit die gesetzlich geregelten formellen Instrumente der Raumordnung ein, beinhaltet aber ebenso informelle Planungsinstrumente, Flächenaktivierungsstrategien, Nutzungsmanagement, Zwischennutzungskonzepte, Vermarktungsstrategien oder auch die Information und Aufklärung der Flächennutzer und Entscheidungsträger sowie Wechselwirkungen zwischen diesen Instrumenten und Konzepten. Zugleich erfährt der Begriff über die Spezifizierung des Nachhaltigkeitsanspruchs eine Erweiterung. Nachhaltiges Flächenmanagement soll die sozialen, ökologischen und wirtschaftlichen Bedürfnisse der Gesellschaft gleichermaßen berücksichtigen und in Entscheidungsprozesse einbinden. Damit verfolgt der Forschungsschwerpunkt sehr weit gefasste Ziele, die sowohl die hinreichende Beachtung und Integration der einzelnen Fachplanungen, die bessere Einbindung und Verständigung zwischen den Fachdisziplinen, die Nutzung neuer Instrumente sowie die Kooperation und Abstimmung zwischen Privatwirtschaft, Bürgern und Verwaltung anstrebt. Zur Erreichung dieser Ziele und um die Verständigung zwischen den Akteuren des Flächenmanagements, die sehr unterschiedliche Interessen verfolgen, über heterogene Kenntnisse und Kompetenzen verfügen und sehr unterschiedliche Informationen in Prozesse des Flächenmanagements einbringen, zu verbessern, werden innovative Kommunikations- und Informationsstrategien benötigt. Gemäß der Grundhypothese des Vorhabens, dass virtuelle 3D- Stadtmodelle eine innovative Ausgangsbasis zur Integration heterogener Informationen des Flächenmanagements sind und dass die Darstellung im virtuellen Raum ein intuitives Erkennen von Zusammenhängen und Konflikten fördern kann, verfolgte das Vorhaben primär das Ziel innovative Kommunikationsstrategien und Informationssysteme zu entwickeln und in der Praxis zu evaluieren. Die informationstechnischen Voraussetzungen haben sich in der Zeit seit Einreichung der Forschungsskizze 2006 bis zum Projektabschluss im Juni 2009 stark verändert. Vorhabensbezogen sind speziell Verbesserungen der Methoden und Techniken zur Prozessierung und Verwaltung von 3D-Stadtmodellen hervorzuheben. Waren 3D-Stadtmodelle von den 90er Jahren bis etwa 2005 meist experimenteller und rein computergraphischer Natur, sind inzwischen viele Städte in Deutschland und auch international als digitale Modelle auf der Basis von Fernerkundungs- und Geoinformationstechnologien erfasst. Ausgewählte Indikatoren dieser Entwicklung sind in der Tabelle 1 aufgeführt. Die knappe Zusammenstellung macht deutlich, dass sich wesentliche Grundvoraussetzungen aus informationstechnischer Sicht, insbesondere mit Bezug zur 3D- Datenerfassung, -prozessierung und -verwaltung, positiv entwickelt haben. Um heute 3D-Geodaten 12

13 zu verarbeiten, können Anwender auf eine Reihe von Systemlösungen, Programmen, und Methoden zugreifen, ohne dass sie über Programmierkenntnisse verfügen müssen. Damit erschließen sich 3D- Stadtmodelle zunehmend für breitere Anwenderschichten. Tabelle 1: Ausgewählte informationstechnische Voraussetzungen Indikator Stand vor 2006 Stand 2009 Standards für 3D-Stadtmodelle / 3D-Geodaten Nein CityGML / KML 3D-Geodatenbanken Entwicklung Verfügbar Automatisierte 3D-Objektextraktion aus Digitalen Prototypen, Entwicklung Kommerzielle Anbieter Luftbildern und LiDAR-Daten Internetbasierte 3D-Viewer und Virtuelle Globen Beginnende Verbreitung Weit verbreitet Software zur 3D-Geodatenverarbeitung Programmbibliotheken Software mit User Interface Aus praktischer Sicht zeichnet sich der Umgang mit Rauminformationen, seien es Plandokumente, Geoinformationen, Karten oder 3D-Modelle häufig immer noch durch fehlende digitale Arbeitsabläufe, Medienbrüche, sehr heterogene Systemlandschaften in Verwaltung, Wirtschaft und der Öffentlichkeit sowie sehr heterogene Nutzeransprüche aus. Dies führt regelmäßig zu Informationsverlusten und Inkompatibilitäten beim Austausch von Informationen, zur Verwendung von ungeeigneten Datenformaten oder widersprüchlichen Datenversionen, zu unklaren, bzw. ungeregelten Nutzungsrechten und anderen Problemen mehr. Aufgabe der wissenschaftlichen Partner wird es sein als Katalysator zu wirken, um möglichst viele Informationsquellen für die zu entwickelnden prototypischen Flächeninformationssysteme zu erschließen und eine kontinuierliche Aktualisierung und Fortführung der Datenbasis zu gewährleisten, damit eine systematische Erfassung der Anforderungen und Methoden zur regelmäßigen Nutzung von 3D-Flächeninformationssystemen erfolgen kann. In der wirtschaftlichen Betrachtung ist in den letzten Jahren eine zunehmende Etablierung von Märkten für die Prozessierung von 3D-Geodaten, der Erstellung von 3D-Stadtmodellen sowie ihrer Nutzung zu beobachten. Als Folge dieser Entwicklung sind die Kosten für die Ersterfassung von 3D- Stadtmodellen kontinuierlich gesunken und interessierte Kommunen können zwischen mehreren qualifizierten Anbietern auswählen. Darüber hinaus werden 3D-Stadtmodelle neuerdings verstärkt von Anbietern von Navigationssystemen eingesetzt und die beiden großen amerikanischen Suchmaschinenbetreiber und Kartendienstanbieter Google und Microsoft stellen auf Basis ihrer Kartenanwendungen Google Earth und Virtual Earth (bzw. Bing Maps) zunehmend detaillierte 3D- Stadtmodelle bereit. 3D-Stadtmodelle sind damit inzwischen zu einem wertvollen Wirtschaftsgut geworden. 3 Planung und Ablauf des Vorhabens Das Vorhaben wurde inhaltlich-technisch plangemäß durchgeführt; alle inhaltlich-technischen Arbeitsziele konnten umgesetzt werden; darüber hinaus wurden alle wesentlichen Ergebnisse auf nationalen und internationalen Konferenzen publiziert. Das Vorhaben wurde in Kooperation der wissenschaftlichen Partner mit der Landeshauptstadt Potsdam, der Senatsverwaltung für Wirtschaft, Technologie und Frauen Berlin, der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung Berlin und der Berlin Partner GmbH sowie mit der 3D Geo GmbH anhand von beispielgebenden Projekten durchgeführt. Dabei wurden in den beiden Kommunen unterschiedliche 13

14 Schwerpunkte bearbeitet. Schwerpunkt der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in Potsdam waren die kontinuierliche, exemplarische Integration von Umweltfachdaten und Plänen in virtuelle 3D- Stadtmodelle und die Evaluierung und Fortentwicklung von Integrationsmethoden und Darstellungskonzepten in konkreten Fragen des Flächenmanagements. Dazu wurden zunächst in gemeinsamen Projekttreffen potentielle Anwendungen und Projektgebiete identifiziert, die anschließend über die Projektlaufzeit begleitet wurden. Auf Grund des starken Planungsbezuges wurden die Arbeiten am Potsdamer Modell federführend durch die TU Berlin bearbeitet. In Berlin dagegen lag der Schwerpunkt der durchgeführten Arbeiten auf technischen Fragen der Datenhaltung und Präsentation und auf dem Einsatz des Berliner 3D-Stadtmodells in der Wirtschaftsförderung und Investorenberatung. Insbesondere wurden Techniken und Methoden zur Bereitstellung des Modells als Portrayal Service und für die Visualisierung nahezu unbegrenzt großer Texturdatenmengen für das gesamtstädtische Stadtmodell Berlins entwickelt. Diese Arbeiten wurden federführend durch das HPI und die 3D Geo GmbH bearbeitet. Eine intensivere Zusammenarbeit in Fragen der Stadtplanung, von Partizipationsverfahren oder zur Flächenreaktivierung konnte trotz eigentlich guter Ausgangsbedingungen in Berlin nicht erreicht werden, weil kein federführender Ansprechpartner in der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung für das Projekt gewonnen werden konnte. Neben den beiden Themenschwerpunkten wurden an Berliner und Potsdamer Beispielen grundlegende Forschungsarbeiten zur bildbasierten Analyse von Stadtmodellen durchgeführt, die als Konzept des Semantischen Radars in II beschrieben werden. 4 Wissenschaftlicher und technischer Stand Das Vorhaben knüpft insbesondere an Vorarbeiten der Partner im Bereich der Geoinformationssysteme, 3D-Geodatenmodellierung und 3D-Geovisualisierung an. Als zugrunde liegende Entwicklungsplattform dient das Geovisualisierungssystem LandXplorer (Döllner, Baumann et al. 2003) mit dem 3D-Geovektordaten (z.b. Gebäudemodelle), 3D-Modelle (z.b. 3D- Pflanzenmodelle oder Straßenmöbel), 2.5D-Rasterdaten (digitale Geländemodelle), 2D- Georasterdaten (Luftbilder, und Karten) sowie 2D-Geovektordaten (Punkte, Linien und Polygone) zu komplexen 3D-Stadtmodellen (Döllner, Baumann et al. 2006) zusammengestellt werden können. Die LandXplorer Technolgie wurde allen Projektbeteiligten zur Verfügung gestellt und konnte als Plattform für projektspezifische Forschungsfragen frei genutzt werden. Insbesondere war es für das Projekt vorteilhaft, dass während der Durchführungszeit durch das internationale Open Geospatial Consortium (OGC, 2008) die Modellbildung für die Grundlage in Form der virtuellen 3D-Stadtmodelle standardisiert wurde. Durch den Standard CityGML, der in den Projektarbeiten voll umfänglich eingearbeitet wurde, ist nunmehr die Übertragbarkeit der Ergebnisse massiv erweitert worden. CityGML basiert auf der Geography Markup Language (GML) und ist damit konform zu Standards und Schnittstellen, die die Grundlage für den Aufbau von Geodateninfrastrukturen bilden. Das HPI war am CityGML Standardisierungsprozess beteiligt und konnte in der OGC Web Service Initiative, Phase 4 (OWS-4) exemplarisch zeigen, wie heterogene Datenquellen (Geodaten, CAD-Daten und Building Information Models) über Netzwerkdienste in 3D- Stadtmodelle integriert werden können (Döllner and Hagedorn 2008). Das Beispiel unterstreicht eindrucksvoll die Potentiale, die sich Instrumente auf Basis virtueller 3D-Stadtmodelle durch die 14

15 Verwendung offener Standards, Schnittstellen und von Netzwerkdiensten zukünftig eröffnen werden. Dem stehen in der Praxis, sowohl in der Verwaltung als auch in der Wirtschaft, sehr heterogene Systemlandschaften, Eigenentwicklungen, Datenmanagementkonzepte, unterschiedliche und inkompatible Formate und sehr unterschiedliche Wissensniveaus, gegenüber (vgl. I.2). Die wissenschaftlichen Partner mussten deshalb zur Erschließung der vorhandenen Daten auf eine Vielzahl von verbreiteten Softwaresystemen und Methoden zurückgreifen. Zu den Softwaresystemen auf die aufgebaut wurde zählen: ArcGIS (ESRI) zur Geodatenverarbeitung, Cinema4D (Maxon) und SketchUp (Google) und das SketchUp Plug-in für ArcGIS zur 3D-Modellierung, FME (Safe Software) zur Datenkonvertierung und Integration, sowie Google Earth und Google Maps als beliebte und verbreitete kostenlose und internetbasierte Geodatenviewer. Zur Erstellung und Bearbeitung von illustrativen Videos wurde Adobe Premiere und zur Bearbeitung von Texturbildern und Fotos Adobe Photoshop verwendet. Eine umfassende Liste der verwendeten Fachliteratur und Informationsdienste ist dem Quellenverzeichnis zu entnehmen. Zu den regelmäßig benutzten Informationsquellen zählen die Internetseite des REFINA-Verbundes ( die Standards und Diskussionspapiere auf den Seiten des OGC ( sowie die Literaturrecherchedienste IEEE (ieeexplore.ieee.org), Springer ( und Science Direct ( 5 Zusammenarbeit mit anderen Stellen Das Vorhaben wurde als Kooperation der wissenschaftlichen Partner, dem Hasso-Plattner-Institut Potsdam und der Technischen Universität Berlin, und der 3D Geo GmbH in Zusammenarbeit mit der Stadt Potsdam, der Senatsverwaltung für Wirtschaft, Technologie und Frauen und der Berlin Partner GmbH durchgeführt. Durch die Begleitung konkreter Planungsvorhaben in Potsdam wurde im Vorhaben mit Architekten, Investoren, Grundeigentümern, Projektentwicklern u.a.m. zusammengearbeitet. Eine ausführliche Übersicht der involvierten Akteure ist dem Anhang I - Liste der beteiligten Akteure und Gesprächspartner zu entnehmen. Das Vorhaben REFINA3D hat sich weiterhin in die REFINA-Arbeitskreise "Boden- und Flächeninformationen" und "Szenarien" eingebracht und an Veranstaltungen im Rahmen des Forschungsprogrammes teilgenommen. 15

16 II. Eingehende Darstellung des Vorhabens REFINA3D 1 Verwendung der Zuwendung und erzielte Ergebnisse Die Darstellung der Verwendung der Zuwendung, des erzielten Ergebnisses und der Gegenüberstellung zur Antragsplanung erfolgt in Anlehnung an den Projektarbeitsplan. 1.1 AP-1: Analyse und Design von Anforderungen und Leistungsmerkmalen Das Arbeitspaket 1 hatte die Identifikation und Konzeption von beispielhaften vorhabensrelevanten Projekten, die an sie geknüpften Anforderungen sowie den Entwurf von Leistungsmerkmalen zum Gegenstand. Dieses Arbeitspaket wurde gemeinsam von TU und HPI in Kooperation mit den kommunalen Praxispartner und privatwirtschaftlichen Akteuren bearbeitet. Ziel des Arbeitspaketes war die Identifikationen von geeigneten Projektszenarien und den an sie gestellten Anforderungen, die Identifikation von vorhandenen Datenquellen, die Identifikation von potentiellen Werkzeugen und Fachfunktionen. Das Arbeitspaket 1 stellt somit wesentliche Grundlagen für die Durchführung des Verbundvorhabens bereit Auswahl von Projektgebieten in Potsdam Als Potsdamer Projektgebiet wurde in einer konstituierenden Projektsitzung mit Vertretern der Stadt Potsdam am ein rund 4 km² großer Untersuchungsraum abgegrenzt (vgl. Abbildung 1), der die historische Stadtmitte bis zum ehemaligen Stadtkanal, dem Alten und dem Neuen Mark, den Potsdamer Hauptbahnhof und den Brauhausberg umfasst. Der Untersuchungsraum ist durch eine sehr heterogene Flächenstruktur geprägt, die historische und denkmalgeschützte Einzelgebäude und Gebäudeensemble, historische Blockrandbebauung, eine Plattenbausiedlung, Neubauten, zwei großflächige Industriebrachen (Speicherstadt und Reichsbahnausbesserungswerk), den Bahnhof, locker bebaute und bewaldete Siedlungsflächen sowie Grünflächen und Gewässer umfasst und aus Sicht der Stadtplanung und -entwicklung sehr viel Entwicklungspotential bietet. Grundlegend für die zukünftige Entwicklung des Gebietes ist der geplante Neubau für den brandenburgischen Landtag auf dem historischen Grundriss des Stadtschlosses und die damit verbundene Neuregelung des Verkehrs über die Havel sowie die Aktivierung der beiden Brachflächen Reichsbahnausbesserungswerk und Speicherstadt. Aufgrund der Sensibilität des Themas Landtagsneubau, die zu kontroversen Diskussionen in der Bürgerschaft geführt hat, wurde auf Wunsch der Stadt davon abgesehen, den Bereich des Landtagsneubaus vertiefend zu betrachten. Als primäres Projektziel wurde deshalb auf einer weiteren Sitzung am vereinbart, den Planungsprozess für die Speicherstadt über die Laufzeit zu begleiten und die aktuellen Planungsstände und nachfolgende Planänderungen sowie weitere planungsrelevante Fachinformationen in ein prototypisches 3D-Flächeninformationssystem von Potsdam zu integrieren, um dieses in Arbeitssitzungen und im Potsdamer Bauausschuss nutzen zu können (Projekt A, s.u.). Im Projektverlauf wurden zudem beschlossen die bisher als analoge Pläne oder PDF-Dokumenten vorliegenden Bebauungspläne hinsichtlich ihrer Abbildbarkeit als 3D-Flächeninformationen zu 16

17 untersuchen. Dies erfolgte am Beispiel des Bebauungsplanes 37B "Babelsberger Straße" (Projekt B, s.u.). Darüber hinaus erfolgte eine sukzessive Integration der Fachplanungen zum ehemaligen "Reichsbahnausbesserungswerkes" und zum Sanierungsgebiet "Potsdams Mitte", die Integration von Bebauungsplänen und Entwürfen und aktuellen Bauanträgen sowie von Umweltfachdaten für das gesamte Modellgebiet. In Kombination mit den Ergebnissen der Projekte A und B wurde so ein Gesamtüberblick über aktuelle Planungen und Veränderungen der Flächennutzung in einem integrierten prototypischen 3D-Stadtplanungs- und Flächeninformationssystem abgebildet (Projekt C, s.u.). Abbildung 1: Luftbildkarte des Projektgebietes in Potsdam Als Geobasisdaten stehen für das Projektgebiet die Automatisierte Liegenschaftskarte (ALK), die digitale Stadtgrundkarte (STGK, Maßstab 1:500), digitale Orthophotos (DOP) aus dem Jahr 2005 mit 25 cm Bodenauflösung, ein DOP10 mit 10 cm Bodenauflösung für ein Teilbereich des Gebietes, sowie der Gebäudelayer des Amtlichen Topographisch-Kartographischen Informationssystems (ATKIS) des Landes Brandenburg zur Verfügung. Bestehende 3D-Geobasisdaten beschränken sich auf das landesweite digitale Geländemodell mit einer Bodenauflösung von 25 Metern (DGM25), dass für die Erstellung eines 3D-Stadtmodells keine verwertbaren Informationen liefert. Tabelle 2 zeigt eine Übersicht der verfügbaren Geobasisdaten. 17

18 Tabelle 2: Installierte, bzw. verfügbare Geobasisdaten in Potsdam Installierte Daten Format Zuständigkeit ALK Shape Fachbereich Kataster und Vermessung, Landeshauptstadt Potsdam STGK DXF/DWG Fachbereich Kataster und Vermessung, Landeshauptstadt Potsdam DOP Raster (TIF) Landesvermessung und Geobasisinformation Brandenburg DOP Raster (TIF) Landesvermessung und Geobasisinformation Brandenburg Gebäudelayer ATKIS Shape Landesvermessung und Geobasisinformation Brandenburg DGM25 ASCII Datei Landesvermessung und Geobasisinformation Brandenburg Als Geofachdaten konnten seitens der Verwaltung ausgewählte Pläne, Schutzgebietsinformationen zu Wasserschutzgebieten und Naturschutzgebieten, das Altlastenkataster, geschützte Biotope und Naturdenkmale, eine Übersicht der rechtsgültigen Bebauungspläne sowie eine Vielzahl weitere Fachdaten digital zur Verfügung gestellt werden. Tabelle 3 enthält eine Übersicht der installierten Geofachdaten. Aufgeführt werden auch die rechtskräftigen Bebauungspläne (BPlan), die zwar eingangs nur als PDF-Dokumente und damit ohne Georeferenzierung vorlagen, aber als Grundlage für die Abbildung der Bebaubarkeit von Flächen im Projekt genutzt wurden. Inzwischen liegen die alle Bebauungspläne georeferenziert im kommunalen GIS vor. Tabelle 3: Installierte Geofachdaten in Potsdam Installierte Daten Format Zuständigkeit Landschaftsschutzgebiete Shape Arbeitsgruppe Unter Naturschutzbehörde FFH Gebiete Shape Arbeitsgruppe Unter Naturschutzbehörde Wasserschutzgebiete Shape Arbeitsgruppe Unter Naturschutzbehörde Geschützte Biotope Shape Arbeitsgruppe Unter Naturschutzbehörde Naturdenkmale Shape Arbeitsgruppe Unter Naturschutzbehörde Altlastenkataster Altablagerung Altlaststandorte Altlastverdächtige Flächen Verdachtsflächen stoffliche schädliche Shape Arbeitsgruppe Bodenschutz, Altlasten, Abfall, Immissionsschutz Bodenveränderungen Messstellen Speicherstadt Shape Arbeitsgruppe Bodenschutz, Altlasten, Abfall, Immissionsschutz Verortung Steganlagen Shape Arbeitsgruppe Unter Naturschutzbehörde Potsdamer Wanderwege Shape Arbeitsgruppe Unter Naturschutzbehörde Baumkataster Exceltabelle Grünflächenamt Grünflächenkataster DWG Grünflächenamt ÖPNV-Liniennetz und Haltestellen Shape Arbeitsgruppe Unter Naturschutzbehörde Entwurfsfassung Landschaftsplan Shape Arbeitsgruppe Unter Naturschutzbehörde Gültiger Flächennutzungsplan Shape Fachbereich Stadtplanung und Bauordnung Entwurfsfassung Shape Fachbereich Stadtplanung und Bauordnung Flächennutzungsplan Gültigkeitsbereiche Shape Fachbereich Stadtplanung und Bauordnung Bebauungspläne BPlan 1 Entwurfsfassung Raster (TIF) Fachbereich Stadtplanung und Bauordnung BPlan 37A Raster (TIF) Fachbereich Stadtplanung und Bauordnung BPlan 37B Raster (TIF) Fachbereich Stadtplanung und Bauordnung BPlan 103 frühzeitige Beteiligung Raster (TIF) Fachbereich Stadtplanung und Bauordnung TÖB BPlan SAN P10 Raster (TIF) Fachbereich Stadtplanung und Bauordnung BPlan SAN P13 Raster (TIF) Fachbereich Stadtplanung und Bauordnung 18

19 Die Bereitstellung von digitalen städtebaulichen Gestaltplänen und Entwürfen, von Bauanträgen und Lageplänen im Projekt war dagegen nicht direkt möglich, weil erstens diese Daten oft nur analog vorliegen und zweitens zunächst eine Zustimmung der Rechteinhaber einzuholen ist. Im Vorhaben übernahm Herrn Wolfram deshalb die Aufgabe für konkrete Planungen den Informationsaustausch zwischen den Rechteinhabern (Architekten, Auftraggebern) und den wissenschaftlichen Partnern zu organisieren. Als Ergebnis konnten im Laufe des Projektes die in Tabelle 4 aufgeführten Pläne in das Potsdamer Projektgebiet integriert werden. In allen Fällen wurde das Ergebnis der Integration von Plänen den ausführenden Architekten und den Projektentwicklern vorgelegt, um erstens sicherzustellen, dass keine falschen Bilder der Entwürfe herausgegeben werden und um zweitens durch die Einbeziehung von Experten eine kontinuierliche Evaluierung der Darstellungsmethoden zu gewährleisten. Tabelle 4: Erfasste und bearbeitete Plandokumente in Potsdam Plan Format Ansprechpartner Gestaltplan Alter Markt Raster, DXF Erik Wolfram, Bereich Stadtentwicklung, Landeshauptstadt Potsdam Masterplan Speicherstadt 2007 PDF Hans Christian Bock, Hilmer & Sattler und Albrecht Gesellschaft von Architekten mbh Masterplan Speicherstadt 2008 PDF, DXF Hans Christian Bock, Hilmer & Sattler und Albrecht Gesellschaft von Architekten mbh Baumassenkonzept zum Mittelteil Speicherstadt 2008 PDF, DXF Hans Christian Bock, Hilmer & Sattler und Albrecht Gesellschaft von Architekten mbh Masterplan Reichsbahnausbesserungswerk 2007 Bauantrag Wohnbebauung Babelsberger Straße Bauantrag Wohnbebauung Reichsbahnausbesserungswerk PDF PDF PDF, DXF Erik Wolfram, Bereich Stadtentwicklung, Landeshauptstadt Potsdam Torsten Labs, LabsundLabs Architekten Ulrich Most, Schneider + Sendelbach Architektengesellschaft mbh Auswahl von Projektgebieten in Berlin In Berlin wurden in Absprache mit der Wirtschaftsförderung die Stadtteile Oberschöneweide und Niederschöneweide als Projektraum (Testgebiete C und D lt. Antrag) festgelegt. Das Nordufer der Spree in Oberschöneweide ist durch eine starke industrielle Nutzung in der Vergangenheit geprägt, die nach der Wiedervereinigung weitgehend eingestellt oder verlagert wurde. In den letzten Jahren ist eine zunehmende Aufwertung und Wiederbelebung des Gebietes durch Ansiedlung der Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW, bis April 2009 Fachhochschule für Technik und Wirtschaft, FHTW) und die Ansiedlung von Unternehmen zu beobachten, dennoch sind noch viele Entwicklungspotentiale vorhanden. Das Gebiet westlich und südlich der Spree, Niederschöneweide, zeichnet sich durch eine heterogene Flächennutzung aus, die Erholungsgebiete, lockere Siedlungsgebiete aber auch Blockrandbebauungen sowie viele alte Industriestandorte umfassen. Nach Süden grenzt Niederschöneweide an Adlershof, das sich durch viele Forschungseinrichtungen und Hightech-Unternehmen auszeichnet und es liegt im äußeren Wirkbereich des geplanten Großflughafens Berlin Brandenburg International. Trotz der Nähe zu Adlershof und dem geplanten Flughafen, entwickelt sich die Flächen(re)aktivierung in Schöneweide eher langsam, weshalb es von Seiten der Wirtschaftsförderung als Projektgebiet priorisiert wurde. 19

20 Für das Projektgebiet konnte auf 3D-Geobasisdaten des amtliche Berliner 3D-Stadtmodells zurückgegriffen werden, das seit 2007 flächendeckend für Berlin vorliegt (siehe Tabelle 5 und Abbildung 2). Als Ziele für das Berliner Projektgebiet wurde eine detaillierte Modellierung ausgewählter Gebäudekomplexe mit besonderem Interesse für die Wirtschaftsförderung festgelegt. Tabelle 5: Installierte Geobasisdaten des Berliner 3D-Stadtmodells Installierte Daten Rasterbasiertes Digitales Geländemodell Flächige LOD2 Gebäudemodelle mit ALK Bezug und Texturen Digitale Ortholuftbilder Zuständigkeit / Ansprechpartner Senatsverwaltung für Wirtschaft, Technologie und Frauen, Hr. Liecke Senatsverwaltung für Wirtschaft, Technologie und Frauen, Hr. Liecke Senatsverwaltung für Wirtschaft, Technologie und Frauen, Hr. Liecke Abbildung 2: 3D-Stadtmodellausschnitt für den Berliner Prototypen ohne Gebäudetexturen Weil eine Kooperation auf Arbeitsebene mit der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung nicht zu Stande kam (vgl. Kap. I.3) konnten in Berlin, trotz des geeigneten Untersuchungsraumes, keine Vereinbarung hinsichtlich der Begleitung von Planungsprozessen oder Flächenmanagementprozessen getroffen werden. Um dennoch eine grundsätzliche Übertragbarkeit der Ergebnisse aus den Potsdamer Projekten testen zu können, erfolgte eine Integration von Fachinformationen aus dem Berliner Umweltatlas und eine Integration der Plandarstellung des Planwerkes Südost, welches die Ziele der Stadtentwicklung unter Beachtung des erwarteten erhöhten Bedarfs an Wohnraum und Gewerbeflächen im Einflussbereich des im Bau befindlichen Flughafenausbaus Berlin-Brandenburg International abbildet. Neben exemplarischen Daten aus der Verwaltung wurden unterschiedliche 20

21 Bewertungskarten aus einem gemeinsamen Projekt 1 der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und der TU Berlin ausgewählt, um diese beispielhaft zu integrieren. Diese Karten basieren auf einer Verschneidung und Aggregation von unterschiedlichen Umweltfachdaten und Flächennutzungskarten und Treffen Aussagen zur Empfindlichkeit, bzw. Bedeutung, von Flächen für die Schutzgüter nach dem Gesetz über die Umweltverträglichkeitsprüfung (Der Bundestag 1990). Eine abschließende Übersicht der verfügbaren Geobasis- und Geofachdaten in Berlin ist aufgrund der kaum überschaubaren Vielfalt an Geodaten an dieser Stelle nicht zielführend. Tabelle 7 listet deshalb nur die exemplarisch integrierten Geofachdaten der Verwaltung und aus dem Projekt SUPPORT auf. Einen Überblick der in Berlin von der Öffentlichkeit einsehbaren Geobasis- und Geofachdaten bietet der FIS-Brocker ( in dem mehr als 180 Datensätze, zumeist einschließlich Metainformationen über Erfassungsmethoden, Karteninhalte, Bearbeiter und Erstelldatum gelistet sind. Tabelle 6: Übersicht ausgewählter Geofachdaten der Berliner Verwaltung Installierte Daten Realnutzung Einwohnerdichte Flächennutzungsplan Grün- und Freiflächenbestand Stadtstruktur Planwerk Südost Bewertung der Bedeutung der Flächen für den Artenschutz Bewertung der Bedeutung der Flächen für das Bioklima Bodenfunktionsbewertung Denkmalschutzobjekte Wegenetz Weinbergspark Baumkataster Weinbergspark Zuständigkeit / Ansprechpartner Umweltatlas Umweltatlas Umweltatlas Umweltatlas Umweltatlas Projekt SUPPORT Projekt SUPPORT Projekt SUPPORT Als ein zweites Projektgebiet wurde in Berlin der Weinbergspark in Berlin Mitte bearbeitet um mit Hilfe eines 3D-Stadtmodells differenzierte Sichtbarkeits- bzw. Einsehbarkeitsanalysen durchzuführen. Dazu wurden das Wegenetz und die Baumstandorte im Park bereitgestellt. Eine detaillierte Beschreibung des entwickelten Verfahrens und der Aufgabenstellung folgen in II Der eigentliche Schwerpunkt der Kooperation mit Berlin lag in der Entwicklung von Algorithmen und Verfahren und deren Implementierung in das LandXplorersystem, die eine Visualisierung und ein Streaming komplexer und massiver Textur- und Geometriedaten erlauben, sowie in der Entwicklung eines Web Perspective View Services (WPVS). Beide Verfahren dienen dazu, die Präsentationsmöglichkeiten eines 3D-Stadtmodells zu erweitern, wobei Streamingverfahren für Echtzeitvisualisierungen benötigt werden, während ein WPVS den Zugang zu komplexen 3D- Stadtmodellen über einen Internetbrowser ermöglicht, ohne dass spezifische Hardwareanforderungen gestellt werden. Damit kann der Zugang zu 3D-Stadtmodellen auch über mobile Geräte, die nur über eingeschränkte Grafikfunktionen und eine langsamere Anbindung an das 1 Projekt SUPPORT: "Strategisches Planungs- und Entscheidungsinstrument: Modellhafte Umsetzung eines multiskaligen und temporalen Brückenkonzepts (Informationssystem) für den Naturschutz in der Stadt Berlin", weitere Informationen unter: 21

22 Internet verfügen, erfolgen. Beide Funktionalitäten sind Grundvoraussetzungen um langfristig eine breite Akzeptanz von 3D-Stadtmodellen als Informations- und Kommunikationsmedien zu erreichen Identifikation von Werkzeugen und Fachfunktionen In den konstituierenden Sitzungen mit Vertretern der Kommunen sowie in den anschließenden Arbeitstreffen mit Verwaltungsmitarbeitern, Architekten und Entwicklungsträgern und weiteren Akteuren (vgl. Anhang I für einen kompletten Überblick) wurden eine Reihe von potentiellen Fachfunktionen identifiziert und diskutiert, sowie Eigenschaften und Inhalte festgelegt, die nach Möglichkeit in die prototypischen Flächeninformationssysteme eingebunden werden sollten. Die benannten Fachfunktionen lassen sich in fünf Hauptkategorien untergliedern: Visuelle Simulationen, Informationsdienste, 3D-Raumanalysen, Monitoring/Reporting und Transaktionsdienste wobei die Grenzen zwischen den benannten Funktionen und Werkzeugen zum Teil fließend sind. Tabelle 7 beinhaltet zunächst eine Übersicht benannter Werkzeuge und Fachfunktionen sowie der wesentlichen daran anknüpfenden Anforderungen. Tabelle 7: Übersicht der identifizierten Fachfunktionen geordnet nach vier Hauptkategorien Kategorie Werkzeug / Fachfunktion Wesentliche Anforderungen Visuelle Simulationen Informationsdienste Darstellung der Bebauung einer Fläche Darstellung der Bebaubarkeit einer Fläche Darstellung von Bebauungskonzepten in unterschiedlichen Detailstufen Realistische Darstellung von Vegetationsbeständen Darstellung fachlicher Karten und Daten in 3D-Stadtmodellen Sichtachsen 3D-Bauflächenkataster Umweltinformationssystem Flächendeckende, katastergenaue Darstellung des Bebauungsbestandes mit Dachstrukturen, Darstellung der Flächennutzung und der Vegetation. Basis Bebauungspläne Rechtlich genormte und verbindliche Plandarstellung soll nach Möglichkeit erhalten bleiben, bzw. nachvollziehbar in eine 3D-Darstellung umgesetzt werden. Abgestufte Darstellungskonzepte für unterschiedliche Planungsstadien, ggf. Abruf von Detailinformationen und Kennzahlen der Bebauung, Bereitstellung von Plänen und 3D-Modellen Realistische Vegetationsdarstellung als Vorraussetzung zur Durchführung von verlässlichen Sichtanalysen Basisanforderung um Fachdaten zu integrieren und sie mit Nutzungen und Nutzungsansprüchen visuelle abzugleichen Hohe Genauigkeit der Höhenmodellierung, Einbeziehung der Vegetation der Baumschicht und Strauchschicht, visuelle Abbildung der Sichtachsen Abruf von freien Bauflächen auf Basis von Bebauungsplänen oder Bauflächenkatastern, Abruf rechtliche verbindlicher Planfestsetzungen Bereitstellung von Geofachdaten der Verwaltung, Abruf von Sachdaten für professionellen Einsatz, Visuelle Darstellungsvarianten Adressbezogene Abfrage, ob ein Dach potentiell für die Solarenergienutzung geeignet ist Potentialflächen für die Solarenergienutzung Gewerbeflächenportal Kopplung von Gewerbeflächendatenbanken mit 3D- Stadtmodellen. Ein Beispiel für eine solche Anwendung ist das Präsentationsmodell im Business Location Center Berlin 22