Passenger railway stations serve as an interface between public railway services and other public or private transport systems. Their main tasks are to enable • Travelers to reach their scheduled train on time, safely and unstressed and • Trains to safely pick up travelers from cities and communities and bring them to their destination. They are highly dynamic and heterogeneous systems which are significantly impacted by changing weather and traffic conditions. Railway stations are part of complex travel chains composed of both public and individual transportation. These chains compete with individual motorized traffic, which requires no change of means of transportation from door to door and thus respective building infrastructure. For competitive reasons it is eminent to keep a certain comfort level in the stations, preferably comparable to the level provided in vehicles. In order to ensure thermal comfort in certain circumstances energy input is required. The optimization of energy efficiency is the minimization of energy consumption while at the same time ensuring a certain level of comfort and also functionality. The arrangement and separation of building areas under consideration of energy consumption, comfort and functionality might lead to contradictory objectives: permeability for people vs. permeability for thermal energy, air and light. Optimal solutions require both a stable balance and the possibility for dynamic regulation. In the course of the thesis the following four key aspects are being analyzed and solutions proposed: 1. What are the relevant parameters for optimization of energy efficiency, comfort and full functionality of a public railway station? 2. To what extent are quantitative and numeric methods applicable to support the optimization of stations in terms of energy efficiency and comfort? 3. What are general conclusions to be drawn from this exemplary analysis? 4. How can the results be used in practice and what would be worthwhile topics for further or additional research? Traditional purely qualitative analytical tools were found insufficient for a depletive analysis of complex railway station systems. There is no one model which is capable of numerically optimizing all relevant parameters in parallel. Hence five different numerical and quantitative methods, two of them newly invented, are applied in this thesis to model and simulate stations in variable ways. The quantitative analysis shows that stations should be regarded, planned and operated as dynamic architecture instead of static buildings. The findings of this thesis enable the essential capability of anticipating future situations in order to be in position to act beforehand.

Las estaciones de tren son intersecciones entre el tráfico ferroviario y otros medios de transporte, tanto públicos como privados. Sus principales tareas son: • Brindar a los pasajeros un ambiente en el que puedan llegar puntuales y seguros a sus trenes • Ofrecer una infraestructura a los trenes para que puedan dar entrada y salida a los pasajeros. Son sistemas altamente dinámicos, bajo la influencia de condiciones variantes tanto de tráfico como climáticas y en su mayoría muy heterogéneas. Las estaciones de tren forman parte de cadenas de movilidad, componiéndose del uso de transportes colectivos y privados. Estas cadenas hacen la competencia al tráfico individual motorizado, el cual no requiere cambio de vehículo de transporte y por eso no necesita infraestructura para el transbordo. Ya que el confort juega un papel importante en la decisión en favor de una opción de cadena de movilidad alternativa, las estaciones tendrían que ofrecer un nivel de comodidad competitivo y comparable al nivel dentro de los trenes. En ciertas situaciones, el suministro del confort térmico requiere del consumo de energía. La optimización eficaz de energía significa la minimización del consumo de energía mientras se asegura un nivel de confort y funcionalidad adecuado. El orden de colocación y la separación de zonas de un edificio bajo los criterios de bajo consumo de energía, adecuado confort y eficiente funcionalidad puede llegar a destinos contrarios: La permeabilidad de las personas contra la permeabilidad del calor, aire y luz. Las soluciones óptimas requieren un equilibrio estable igual que la posibilidad del control dinámico. A lo largo de la tesis, se analizan y contestan las siguientes cuatro preguntas centrales: 1. ¿Cuáles son las cantidades relevantes para el uso eficaz de energía, confort y funcionalidad? 2. ¿Es posible optimizarlas con ayuda de métodos cuantitativos y numéricos? 3. ¿Cuáles son las proposiciones generalizadas resultado de los análisis empleados? 4. ¿Cómo se tendrían que aplicar los conocimientos de manera práctica y para ampliar los modelos desarrollados en la tesis? Las herramientas analíticas tradicionales y cualitativas no son suficientes para la investigación del sistema dinámico „estación de trenes“. Sin embargo, no existe el modelo, que pueda optimizar todos los parámetros relevantes a la vez. Por eso hay cinco herramientas numéricas y cuantitativas que se aplican y desarrollan en este trabajo, cada una de ellas modelando y simulando ciertos aspectos parciales del sistema. Los análisis cuantitativos muestran que las estaciones de tren no funcionan como edificios estáticos, sino que hay que verlas, planearlas y accionarlas como arquitecturas dinámicas. Por eso es necesario, y con las herramientas mostradas es posible, pronosticar condiciones futuras a corto plazo y reaccionar antes de que se realicen.

Les gares sont les points d´échange entre les réseaux ferroviaires et d´autres moyens de transport privés ou publics et ont les fonctions principales suivantes: • offrir la possibilité aux passagers d´accéder à leur train d´une manière ponctuelle, sans stress et en toute sécurité • créer et maintenir pour les trains l’infrastructure nécessaire et optimale dans laquelle les passagers arrivent ou partent. Les gares sont dans leur multitude des systèmes très hétérogènes et hautement dynamiques qui sont soumis à des changements brusques de mouvements à l’intérieur ainsi qu’à des conditions météorologiques variables à l’extérieur. Ce sont de fait des maillons intégrés à la chaine complexe des transports privés et publics en concurrence directe avec le transport en véhicule individuel, lequel ne nécessite aucune infrastructure pour changements ou correspondances. Comme le confort est un critère décisif dans le choix du mode de transport, les gares se doivent d’offrir un niveau de bien-être thermique similaire à celui des trains et comparable aux conditions du transport individuel, ce qui dans de nombreux cas un investissement énergétique significatif. L´optimisation du rendement énergétique - signifiant la minimisation de la consommation d´énergie tout en assurant un niveau de fonctionnalité et de confort approprié - devient alors primordiale. La définition et l’agencement des différentes zones de la gare peuvent - en matière de consommation d´énergie, de confort et de fonctionnalité - viser parfois des buts contradictoires: permettre le mouvement fluide des voyageurs peut par exemple s’opposer à l’optimisation énergétiques des flux des températures, d´air et de lumière. Les solutions optimales doivent assurer un équilibre durable entre les éléments essentiels tout en permettant une régulation dynamique. Le document présent analyse et traite les quatre questions clé concernant les gares: 1. Quelles données doivent être prises en compte dans l´analyse du rendement énergétique et de la fonctionnalité de la gare? 2. Quelles données peut-on optimiser en utilisant des outils quantitatifs et numériques? 3. Quelles sont les thèses qui résultent d´analyses des cas concernant le rendement énergétique? 4. Comment faut-il appliquer ces résultats afin de développer des modèles? Les outils d´analyse traditionnels, c´est à dire purement qualitatifs, ne suffisent pas pour l´analyse du système dynamique qu’est la gare. Il n´existe pas non plus un seul modèle proposant une optimisation chiffrée de tous les paramètres. C´est pourquoi ce document présente, et en partie développe cinq procédés numériques et quantitatifs, qui modélisent et simulent un aspect des gares. Les analyses quantitatives montrent que les gares ne doivent pas être considérées comme des bâtiments statiques, mais doivent être pensées, conçues et gérées comme une structure architecturale dynamique. Ainsi est-il nécessaire et - avec les outils décris ci-dessus - devenu possible de pronostiquer à court terme les changements futurs afin d´agir avant qu´ils ne se réalisent.