Between Heritage and Technology: The Use of Artificial Intelligence in Climate Modeling to Support the Sustainability of Cultural Tourism at Archaeological Sites

Im Herzen des historischen Kairo, wo die Sonne auf den alten Stein brennt und die Luft vor Hitze flimmert, findet ein stiller Kampf zwischen zwei lebenswichtigen Bedürfnissen statt: der Bewahrung der Vergangenheit und der Begrüßung der Gegenwart. Seit Jahrhunderten stehen die großen Monumente der islamischen Welt als Zeugnisse menschlichen Einfallsreichtums da, entworfen mit dicken Wänden und offenen Innenhöfen, die die Luft natürlich kühlten, lange bevor es Elektrizität gab. Heute jedoch stehen dieselben Stätten vor einer neuen Herausforderung. Da die globalen Temperaturen steigen und mehr Besucher eintreffen, verschiebt sich das empfindliche Gleichgewicht des Innenraumklimas. Zu viel Hitze kann zerbrechliche Artefakte beschädigen und Touristen abschrecken, während die mechanischen Klimaanlagen, die zur Lösung des Problems eingesetzt werden, genau die Geschichte zerstören können, die sie eigentlich schützen sollen. Die Lösung liegt nicht darin, sich zwischen Alt und Neu zu entscheiden, sondern darin, einen Weg zu finden, wie beide zusammenarbeiten können. Dies ist das Feld des Mikroklimamanagements, eines Fachbereichs, der sich dem Verständnis der spezifischen Wetterlagen innerhalb und um Gebäude herum widmet, und hier zeichnet sich ein neues Werkzeug ab: künstliche Intelligenz. Indem man Computern beibliebt, aus dem Verhalten der Vergangenheit zu lernen, entdecken Forscher, wie man historische Orte für moderne Menschen komfortabel machen kann, ohne auch nur einen einzigen Stein zu verändern.

Eine Forscherin unter der Leitung von Huda Al Baz an der Horus University Egypt hat dieses Denken auf eines der bedeutendsten Wahrzeichen Kairos angewandt, den Sultan-Qalawun-Komplex. Dieser im dreizehnten Jahrhundert errichtete, weitläufige Komplex umfasst eine Schule, ein Krankenhaus und ein Mausoleum, die alle um einen wunderschönen offenen Innenhof gruppiert sind. Der Komplex ist ein Meisterwerk der Mamluken-Architektur, aber sein offenes Design, das einst kühle Brisen durchließ, kämpft nun gegen die intensive Sommerhitze und die Menschenmassen von tausenden Besuchern an. Die Forscherin wollte wissen, ob sie moderne Technologie nutzen könnten, um den Komfort dieser Räume zu verbessern, ohne deren historische Integrität zu gefährden. Sie machten sich daran, einen digitalen Zwilling der Stätte zu erstellen, ein präzises dreidimensionales Computermodell, das das reale Verhalten von Wind, Sonne und Hitze nachahmen konnte. Anstatt sich ausschließlich auf traditionelle, langsam laufende Computersimulationen zu verlassen, die Tage zur Ausführung benötigen, führten sie eine Ebene der künstlichen Intelligenz ein, um den Prozess zu beschleunigen und die besten Lösungen schneller zu finden.

Die Forscherin begann mit der Sammlung von Realdaten. Sie platzierten Sensoren im Innenhof der Schule und in den umliegenden Bereichen, um die tatsächlichen Temperatur- und Feuchtigkeitswerte im Tagesverlauf zu messen. Sie analysierten auch die Belegungsmuster und nutzten diese als Variablen, um zu modellieren, wie die menschliche Präsenz die Luft beeinflussen könnte, wobei sie wussten, dass das Besucherverhalten in der vorliegenden Studie nicht direkt gemessen wurde und daher als projiziertes Ergebnis betrachtet wird. Mit diesen Basisdaten im Gepäck bauten sie ein detailliertes digitales Modell des Komplexes auf, das die Form der Wände, die Position der Fenster und die Textur des Steins erfasste. Dann nutzten sie ein spezialisiertes Umweltsimulationsprogramm, um tausende Szenarien durchzuführen und zu testen, wie verschiedene Faktoren wie natürliche Belüftung, die Platzierung von Bäumen und das Hinzufügen von temporativem Schatten die Lufttemperatur beeinflussen würden. Um diese gewaltige Menge an Daten zu bewältigen, trainierten sie Algorithmen des maschinellen Lernens, die als Abkürzung fungieren sollten. Diese Algorithmen lernten die Muster aus den langsamen, detaillierten Simulationen und konnten dann die Ergebnisse neuer Designideen in Sekunden statt in Stunden vorhersagen.

Die Ergebnisse dieses digitalen Experiments waren beeindruckend. Die Forscherin fand heraus, dass sie den thermischen Komfort der Stätte erheblich verbessern konnten, indem sie einfach die Art und Weise anpassten, wie die Luft durch den Raum strömt, und indem sie temporäre, reversible Elemente hinzufügten. Sie entdeckten, dass die strategische Platzierung von temporären Stoffschattierungsstrukturen die harte Mittagssonne daran hindern konnte, auf die Steinböden und -wände zu treffen, während sorgfältig positionierte Vegetation half, die Luft durch Verdunstung zu kühlen. Durch die Optimierung der Art und Weise, wie Fenster und Öffnungen genutzt wurden, um den Wind einzufangen, konnten sie natürliche Brisen erzeugen, die die Hitze von den Besuchern wegtrugen. Die Studie zeigte, dass diese passiven Strategien die Anzahl der Stunden, in denen sich Besucher unangenehm heiß fühlten, um eine beträchtliche Menge reduzieren konnten, wodurch das Umfeld näher an einen neutralen, angenehmen Zustand gebracht wurde. Entscheidend war, dass alle diese Änderungen so konzipiert waren, dass sie temporär und nicht invasiv waren, was bedeutet, dass sie jederzeit entfernt werden konnten, ohne eine Spur am historischen Gefüge des Gebäudes zu hinterlassen.

Einer der bedeutendsten Funde war die Geschwindigkeit und Effizienz der neuen Methode. Durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz zur Steuerung der Simulation konnte die Forscherin die für die Analyse dieser Szenarien benötigte Rechenzeit im Vergleich zu traditionellen Methoden um etwa vierzig Prozent senken. Diese Effizienz ist entscheidend für Denkmalpfleger, die schnelle, fundierte Entscheidungen darüber treffen müssen, wie sie ihre Stätten pflegen. Die Studie bestätigte, dass die Computermodelle hochgradig genau waren und die Realdaten der Sensoren mit einem hohen Maß an Präzision entsprachen. Diese Validierung gab der Forscherin die Gewissheit, dass ihre digitalen Vorhersagen in der physischen Welt Bestand haben würden. Sie fanden heraus, dass der beste Ansatz eine Kombination von Maßnahmen war: die Nutzung der tiefen Schatten der Innenhofmauern, das Hinzufügen von temporärem Schatten dort, wo die Sonne am intensivsten schien, und die Sicherstellung, dass die Luft frei durch die Korridore fließen konnte. Diese Interventionen erforderten weder das Abreißen von Wänden noch die Installation schwerer Maschinen; es waren subtile Anpassungen, die das ursprüngliche Design respektierten und es gleichzeitig für eine wärmere, belebtere Zukunft anpassten.

Die Auswirkungen dieser Arbeit reichen weit über eine einzige Schule in Kairo hinaus. Die Forscherin hat einen digitalen Rahmen entwickelt, der auf andere historische Stätten in heißen, trockenen Klimazonen angewendet werden kann, von den Wüsten des Nahen Ostens bis zu den antiken Städten des Mittelmeerraums. Indem sie nachweist, dass künstliche Intelligenz helfen kann, das Gleichgewicht zwischen den Bedürfnissen der Konservierung und den Anforderungen des Tourismus zu halten, bietet die Studie einen neuen Weg nach vorn für den Schutz unseres gemeinsamen Erbes. Sie legt nahe, dass wir uns nicht zwischen der Bewahrung einer Stätte als eingefrorenes Museum oder ihrer Verwandlung in eine moderne Attraktion entscheiden müssen. Stattdessen können wir mit den richtigen Werkzeugen Umgebungen schaffen, in denen sich Besucher komfortabel genug fühlen, um länger zu bleiben und mehr zu lernen, während die antiken Steine sicher und ungestört bleiben. Der Erfolg des Sultan-Qalawun-Projekts zeigt, dass die Zukunft des Kulturerbe-Managements in dieser stillen Zusammenarbeit zwischen der Weisheit der Vergangenheit und der Intelligenz der Gegenwart liegt, um sicherzustellen, dass diese prächtigen Orte für Generationen bestehen bleiben.