Das IRPUD-Modell: Überblick


Michael Wegener


Überblick
Teilmodell Verkehr
Teilmodell Altern
Teilmodell Öffentliche Maßnahmen
Teilmodell Private Bautätigkeit
Teilmodell Arbeitsmarkt
Teilmodell Wohnungsmarkt


Das IRPUD-Modell ist ein Simulationsmodell intraregionaler Standortwahl- und Mobilitätsentscheidungen in einer Stadtregion (Wegener, 1983; 1985; 1994; 1996). Es erhält seine räumliche Dimension durch die Einteilung der Untersuchungsregion in Zonen, die miteinander durch die wichtigsten Strecken des öffentlichen Personennahverkehrs und des Straßennetzes verbunden sind. Die Verkehrsnetze sind als integriertes, multimodales Netz einschließlich aller zurückliegenden und zukünftigen Netzveränderungen kodiert. Das Modell erhält seine zeitliche Dimension durch die Einteilung der Zeit in Perioden von ein- oder mehrjähriger Dauer.


Modelstruktur

Das Modell prognostiziert für jede Simulationsperiode intraregionale Standortentscheidungen von Unternehmen, Wohnungsbauinvestoren und Haushalten, die aus ihnen resultierenden Wanderungen und Pendlerbewegungen, die Entwicklung der Bautätigkeit und Flächennutzung und die Wirkung öffentlicher Planungseingriffe in den Bereichen Wirtschaftsförderung, Wohnen, Infrastruktur und Verkehr.

Abbildung 1 ist eine schematische Darstellung der wichtigsten im Modell abgebildeten Teilsysteme und Wechselwirkungen zwischen ihnen sowie der wichtigsten sie beeinflussenden Politikinstrumente.


IRPUD-Modell

Abbildung 1. Das IRPUD-Modell


Die vier Quadrate in den Ecken des Diagramms stellen die vier Hautvariablenbereiche des Modells dar: Bevölkerung, Arbeitsplätze und Wohn- und Nichtwohngebäde. Die diesen Variablenbereichen zugeordneten Modellakteure sind Einwohner bzw. Haushalte, Beschäftigte, Wohnungsbauinvestoren und Unternehmen.

Diese Akteure interagieren miteinander auf fünf Teilmärkten der Stadtentwicklung. Die fünf im Modell abgebildeten Märkte und die auf ihnen ablaufenden Marktprozesse sind:

-

der Arbeitsmarkt: Neueinstellungen und Entlassungen,

-

der Markt für Gewerbegebäude: Betriebsneuansiedlungen und -verlagerungen,

-

der Wohnungsmarkt: Zuzüge, Fortzüge, Einzüge und Umzüge, d.h. kleinräumige Wanderungen,

-

der Bau- und Bodenmarkt: Nutzungsänderungen durch Abriß, Umbau oder Neubau,

-

der Verkehrsmarkt: Wege.


Für jeden Teilmarkt zeigt das Diagramm Angebot, Nachfrage und die aus beiden resultierenden Markttransaktionen. Auf den Märkten wird die Auswahl für die Nachfrager durch die Menge und Qualität des Angebots (Arbeitsplätze, Wohnungen, Fläche, Gewerbegebäude) bestimmt. Die Qualität oder Attraktivität eines Gebäudes oder eines Standorts ist allgemein eine Funktion von Ausstattungsmerkmalen, Lage- und Erreichbarkeitsmerkmalen und dem zu zahlenden Preis.

Die größeren Pfeile symbolisieren exogene Vorgaben des Modells: zum einen Prognosen über die Gesamtentwicklung der Region (Beschäftigung, Zu- und Abwanderung) unter dem Einfluß langfristiger ökonomischer und demographischer Entwicklungstrends, zum anderen öffentliche Planungseingriffe innerhalb der Region in den Bereichen Wirtschaftsförderung, Wohnungswesen, Infrastruktur, Flächennutzung und Verkehr.


Teilmodelle

Das IRPUD-Modell hat eine modulare Struktur und besteht aus sechs eng miteinander verknüpften Teilmodellen, die in zyklischer Abfolge auf eine gemeinsame raumzeitliche Datenbasis einwirken.

(1)

Im Teilmodell Verkehr werden Berufs-, Einkaufs-, Dienstleistungs- und Ausbildungswege für vier sozioökonomische Gruppen und drei Verkehrsarten (Fahrrad/Fuß, ÖPNV, PKW) berechnet. Das Modell ermittelt eine Lösung, bei der PKW-Besitz, Wegezahl, Ziel-, Verkehrsmittel- und Routenwahl unter Berücksichtigung von Stauzeiten im Verkehrsnetz im Gleichgewicht sind.  

(2)

Im Teilmodell Altern werden alle Veränderungen der Modellvariablen berechnet, die sich aus biologischen, technischen oder langfristigen sozioökonomischen Trends ergeben (d.h. im Modell nicht als entscheidungsabhängig behandelt werden). Diese Veränderungen werden mit Hilfe von probabilistischen Übergangsmodellen vom Markov-Typ mit dynamischen Übergangswahrscheinlichkeiten simuliert. Es gibt drei derartige Modelle, eins für Arbeitsplätze, eins für Einwohner und eins für Haushalte/Wohnungen.
 

(3)

Im Teilmodell Öffentliche Maßnahmen werden vom Benutzer vorgegebene öffentliche Planungsmaßnahmen aus den Bereichen Wirtschaftsförderung, Wohnungsbau, Gesundheits- und Sozialwesen, Bildung, Erholung und Verkehr ausgeführt.
 

(4)

Im Teilmodell Private Bautätigkeit werden Standortwahlentscheidungen privater Bauinvestoren simuliert, d.h. von Unternehmen, die Gewerbegebäude errichten, oder von Wohnungsbauinvestoren, die Wohnungen oder Häuser abreißen, modernisieren oder zum Verkauf, zur Vermietung oder zur Eigennutzung neu errichten. Das Teilmodell ist somit ein Modell des regionalen Bau- und Bodenmarkts.
 

(5)

Im Teilmodell Arbeitsmarkt wird die intraregionale Arbeitsplatzmobilität in Form von Standortwahlentscheidungen von Arbeitnehmern in der der Region simuliert.
 

(6)

Im Teilmodell Wohnungsmarkt werden intraregionale Wanderungen von Haushalten als Suchprozesse auf dem regionalen Wohnungsmarkt simuliert. Das Wohnungsmarktmodell ist als stochastisches Mikrosimulationsmodell vom Monte-Carlo-Typ ausgebildet. Die Ergebnisse des Wohnungsmarktmodells sind intraregionale Wanderungsströme von Haushalten nach Haushaltstyp zwischen Wohnungen nach Wohnungstyp in den Zonen.


Abbildung 2 veranschaulicht die zyklische Abfolge der sechs Teilmodelle. Das Verkehrsmodell ist ein Gleichgewichtsmodell für einen Zeitpunkt. Alle übrigen Teilmodelle modellieren Veränderungen in einer Zeitperiode. Die Teilmodelle (b) bis (f) werden in jeder Simulationsperiode einmal ausgeführt, während das Verkehrsmodell (a) am Anfang und am Ende jeder Periode ausgeführt wird. Jedes Teilmodell übergibt Informationen sowohl an das nachfolgende Teilmodell in derselben Periode als auch an die nächste eigene Iteration in der folgenden Periode.


Zyklische Abfolge der Teilmodelle


Abbildung 2. Zyklische Abfolge der Teilmodelle



Modelldaten

Die für das IRPUD-Modell benötigten Daten können in vier Gruppen eingeteilt werden: Modelparameter, Regionsdaten, Zonendaten und Netzdaten:

Modellparameter
Modellparameter sind alle Eingabedaten zur Festlegung von Lage und Verlauf der Modellgleichungen. Es gibt sechs Gruppen von Modellparamatern.
- Bevölkerungsparamter
- Haushaltsparameter
- Wohnungsparameter
- Technische Parameter
- Monetäre Parameter
- Präferenzparameter

Regionsdaten
Da das Modell intraregionale Veränderungsprozesse abbildet, benötigt es Informationen über die ökonomische und demographische Entwicklung der Geamtregion:
- Beschäftigung
- Zuwanderung
- Abwanderung

Zonendaten
Die Zonendaten beschreiben die Verteilung von Gebäuden und Aktivitäten in der Stadtregion im Basisjahr der Simulation. Für jede Zone werden die folgenden Daten benötigt:
- Bevölkerung: Nationalität (2), Geschlecht (2), Alter (20)
- Erwerbstätige/Arbeitslose: Nationalität (2), Geschlecht (2), Qualifikation (4)
- Haushalte: Nationalität (2), Alter (3), Einkommen (4), Größe (5)
- Wohnungen: Gebäudetyp (2), Eigentumsform (3), Qualität (4), Größe (5)
- Haushalte/Wohnungen: Haushaltstypen (30), Wohnungstypen (30), Belegung (30x30)
- Beschäftigte/Arbeitsplätze: Branchen (40)
- Öffentliche Einrichtungen: Einrichtungstypen (40)
- Flächennutzung: Flächennutzungsarten (30)
- Mieten/Preise: Wohnungstypen (30), Flächennutzungsarten (10)

Netzdaten
Das Verkehrsnetz der Region wird als einheitliches multimodales Netz des öffentlichen Personennahverkehrs und des Straßenverkehrs streckenweise verschlüsselt. Für jede Strecke werden die folgenden Informationen benötigt:
- Streckentyp
- Anfangsknoten
- Endknoten
- Streckenlänge
- Streckenreisezeit (ÖPNV)
- Basisgeschwindigkeit (Straße)
Für jede Linie des öffentlichen Personennahverkehrs werden die folgenden Informationen benötigt:
- Liste der angefahrenen Knoten
- Zug- oder Wagenfolge in der Spitzenstunde


Planungsmaßnahmen

Das IRPUD-Modell wurde dazu entwickelt, die Auswirkungen von öffentlichen Planungsmaßnahmen aus den Bereichen Wirtschaftsförderung, Wohnungswesen, öffentlichen Einrichtungen und Verkehr vorauszuschätzen.

In allen Fällen ist der erste Simulationslauf die sogenannte Nullvariante. Sie ist definiert als die wahrscheinlichste Entwicklung der Region, die eintreten würde, wenn alle Trends, die im Basisjahr galten, während des gesamten Prognosezeitraums gütig bleiben würden. Die Nullvariante bedeutet nicht, daß überhaupt keine Planungsmaßnahmen durchgeführt werden; vielmehr umfaßt sie alle Maßnahmen, die bereits ausgeführt werden oder bereits beschlossen sind.

Das Model unterscheidet zwei Arten von Planungsmaßnahmen: globale und lokale Planungsmaßnahmen:

Globale Planungsmaßnahmen betreffen die ökonomischen oder institutionellen Rahmenbedingungen der Gesamtregion:

-

globale wirtschaftspolitische Maßnahmen: Veränderungen der Steuergesetze oder Förderbedingungen; Vorausschätzungen von Beschäftigung und Zuwanderung in und Abwanderung aus der Region;

-

globale wohnungspolitische Maßnahmen: Steuergesetze und Förderrichtlinien für den Wohnungsbau oder neue planungsrechtliche Regelungen in den Bereichen Flächennutzung und Bautätigkeit;

-

globale verkehrspolitische Maßnahmen: Steuern oder Subventionen mit Auswirkungen auf Kraftstoffpreise, Parkgebühren oder Tarife im öffentlichen Personennahverkehr; allgemeine Geschwindigkeitsbeschränkungen oder Straßenbenutzungsgebühren.


Lokale Planungsmaßnahmen sind auf einzelne Zonen oder Strecken des Verkehrsnetzes bezogene planungsrechtliche Regelungen oder Investitionsprojekte:

-

lokale Bauleitplanung: Festsetzungen für einzelne Zonen in einem Flächennutzungs- oder Bebauungsplan;

-

lokale wirtschaftliche Maßnahmen: Betriebsansiedlungen, Betriebsverlagerungen oder Betriebsstillegungen in bestimmten Zonen;

-

lokale Wohnungsbaumaßnahmen: Wohnungsbau- oder Stadterneuerungsprojekte in bestimmten Zonen;

-

lokale öffentliche Einrichtungen: Schulen, Krankenhäuser, Freizeiteinrichtungen usw. in bestimmten Zonen

-

lokale Verkehrsmaßnahmen: Neubau, Umbau oder Schließung einzelner Strecken des Straßennetzes, Gechwindigkeitsbeschränkungen auf einzelnen Straßenzügen, Neueinrichtung, Stillegung oder Angebotsveränderungen auf Linien des öffentlichen Personennahverkehrs.



Modellergebnisse

Das IRPUD-Modell erzeugt umfangreiche Ergebnisdateien, aus denen ein breites Spektrum von graphischen und tabellarischen Ergebnisausgaben abgerufen werden kann. Die graphische Ausgabe erfolgt in der Form von Zeitreihendiagrammen und Karten. Zeitreihendiagramme enthalten Kurven, die die Entwicklung einzelner Modellvariablen oder Outputindikatoren im Zeitverlauf darstellen. Zeitreihendiagramme enthalten entweder Zeitreihenkurven für mehrere Zonen oder Teilregionen (Gruppen von Zonen) oder für die Gesamtregion oder für verschiedene Planungsalternativen oder Szenarien (Beispiele hierfür sind die Abbildungen zu Nachhaltige räumliche Stadtstrukturen).

Beispiele für Indikatoren, die vom Benutzer ausgewählt werden können, sind:

Bevölkerung:
- Anteil ausländische Einwohner (%)
- Anteil Einwohner 0-5, 6-14, 15-29,30-59, 60+ Jahre (%)
- Haushalte
Beschäftigte:
- Beschäftigte insgesamt
- Beschäftige nach Wirtschaftssektoren (%)
- Arbeitslosenquote
- Verhältnis Arbeitsplätze/Erwerbstätige
Wohnungen:
- Wohnungen insgesamt
- Anteil Einfamilienhäuser (%)
- Wohnfläche je Einwohner (qm)
- Mittlere Miete je qm (DM)
Verkehr:
- Wege nach Zweck (Beruf, Einkaufen, Dienstleistungen, Ausbildung)
- Wege nach Verkehrsart (Fuß/Fahrrad, ÖPNV, PKW)
- Anteil Wege nach Verkehrsart (%)
- Mittlere Wegelänge (km)
- Mittlere Reisezeit (min)
- Mittlere Fahrtkosten (DM)
- PKW-km je Einwohner je Tag
- CO2-Emissionen PKW je Einwohner je Tag (g)
- CO2-Emissionen des Verkehrs insgesamt je Einwohner je Tag (g)
- Verkehrsausgaben je Haushalt je Monat (DM)
- Ausgaben für den öffentlichen Personennahverkehr je Haushalt je Monat (DM)
- PKW-Besitz je 1,000 Einwohner

Andere Flächennutzungs- oder Verkehrsindikatoren können durch kleine Änderungen der Software erzeugt werden.

Gegenwärtig werden Umweltteilmodelle entwickelt, mit denen kleinräumig differenzierte Indikatoren wie Verkehrslärm- und Luftverschmutzungsimmissionen berechnet werden können.


Literatur

Wegener, M. (1983): Description of the Dortmund Region Model. Arbeitspapier 8. Dortmund: Institut für Raumplanung.

Wegener, M. (1985): The Dortmund housing market model: a Monte Carlo simulation of a regional housing market. In: Stahl, K. (Hg.): Microeconomic Models of Housing Markets. Lecture Notes in Economics and Mathematical Systems 239. Berlin/Heidelberg/New York: Springer Verlag, 144-191.

Wegener, M. (1994): Die Stadt der kurzen Wege - müssen wir unsere Städte umbauen? Arbeitspapier 136. Dortmund: Institut für Raumplanung.

Wegener, M. (1996): Reduction of CO2 emissions of transport by reorganisation of urban activities. In: Hayashi, Y., Roy, J. (eds.): Land Use, Transport and the Environment. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 103-124.


© 1998 Michael Wegener, IRPUD