Health and Place: an analysis of the built - ETH E

DISS. ETH No. 22014
Health and Place:
an analysis of the built environment’s impact on
walking behavior and health
A thesis submitted to attain the degree of
DOCTOR OF SCIENCES of ETH ZÜRICH
(Dr. sc. ETH Zurich)
presented by
Gideon Daniel Philipp Alfred Aschwanden
MSc ETH in Architecture, ETH Zürich
born on 11.04.1981
citizen of
Sisikon, URI
to be evaluated by
Prof. Dr. Gerhard Schmitt, examiner
Prof. Dr. Kay W. Axhausen, examiner
2014
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Abstract
Urban planning aims to enhance the lives of people by organizing and shaping the built
environment to address contemporary issues such as pedestrian flow and inhabitant health.
Several examples of such planning exist: the reorganization of Rome under Sixtus V, which
aimed to reduce the congestion of pilgrims visiting the individual churches, or the changes to
Paris under Haussmann, which attempted to improve the flow of sewerage and water in
order to reduce the spread of cholera. Since then, health-related problems have shifted
away from directly observable communicable diseases to non-communicable diseases. This
shift demands new methods able to detect the impact of different urban patterns on the
health of the people.
With the improvement in computational power, simulations are powerful enough to simulate
pedestrian flow in an urban setting. This method, developed in the field of computer vision
and artificial intelligence, is often used in the entertainment industry. This thesis extends the
potential of pedestrian simulations to evaluate the health risks and benefits of different urban
patterns for pedestrians. In order to provide comprehensive evaluation, individual health
hazards are identified. For example, exposure to air pollution is measured, as it is expected
to generate the highest number of premature deaths in the coming decades.
An alternative method to evaluate the impact of the built environment on peoples’ health is
statistical. Due to an increase in urban data, more associations can be detected. One of the
presented cases in this thesis demonstrates the association between different urban
patterns and ground level aerosol exposure. To shift from ambient exposure to ground level
exposure measurement campaigns were conducted, combined with a large number of urban
data dimensions and algorithms applied to estimate the concentration and the associated
health risk for pedestrians.
On a larger scale, the health impact of the built environment on the population of Switzerland
was evaluated with a particular emphasis on walkability and different causes of mortality.
This was possible through collaboration with the Swiss National Cohort, which is a
longitudinal cohort generated through connected Swiss censuses and registers of death.
This cohort showed an association between the integration into the street layout of the
residential place of people and the prevalence of death caused by cardio vascular diseases.
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Zusammenfassung
Städtebau hat das Ziel durch die Gestaltung und Organisation der gebauten Umgebung die
gegenwärtigen räumlichen Probleme der Gesellschaft zu lösen. Gesundheit und
Fussgängerströme existieren als Problemfelder seit beginn der Disziplin. Zu den
prominenten Beispielen, in denen sich Städtebauer dieser Themen angenommen haben,
gehört die Neugestaltung des Strassenraumes in Rom unter der Leitung von Sixtus V, der
die Pilgerströme zwischen den Kirchen effizienter gestalten wollte oder die neuen Avenues in
Paris, die Haussmann anlegen lies, auch um die Wasser und Abwasserströme hygienischer
zu gestalten und um den Cholera Epidemien entgegen zu wirken. Seither haben sich die
Probleme
verschoben,
von
Infektionskrankheiten
zu
nicht
übertragbaren
Zivilisationskrankheiten. Diese Veränderungen erfordern neue Methoden, um den Einfluss
des Städtebaus auf die Gesundheit herauszufinden.
Dank der Steigerung der Rechenkapazität von Computer sind wir nun in der Lage,
Fussgängerströme mit Agenten zu Simulieren. Diese Technik wurde im Feld der Informatik
und Künstlichen Intelligenz erfunden und wird unter anderem auch in der
Unterhaltungsindustrie verwendet. Die vorliegende Arbeit erweitert diese Methode zum
Evaluieren von städtischen Strukturen und deren Einfluss auf die Gesundheit der Menschen
und Fussgänger. Einflussfaktoren wie Luftverschmutzung und Feinstaub werden einzeln
angegangen, da sie das in den kommenden Jahren zum grössten Risikofaktor für frühzeitige
Todesfälle avancieren werden.
Eine alternative Methode, den Einfluss der städtischen Form auf die Gesundheit zu finden,
bietet die Statistik. Die steigende Menge an Datensätze über die Stadt erlaubt es,
Verbindungen zwischen der Gesundheit und der städtischen Form zu finden. Ein Kapitel
beschäftigt sich mit dem Zusammenhang zwischen urbaner Form und Funktion und der
Konzentration von Feinstaub und anderen Aerosolen denen Fussgänger ausgesetzt sind. Um
von der Umgebungskonzentration, die normalerweise Publiziert wird aber wenig mit
Exposition der Fussgänger zu tun hat, zur Konzentration auf Fussgänger-Niveau zu kommen,
mussten eigene Messungen mit einer grossen Menge von Datensätzen verknüpft werden.
Dies erlaubte eine Verbindung zwischen der Städtischen Struktur und der
Luftverschmutzung herzustellen, die ein Gesundheitsrisiko darstellt.
Auf einem gösserem Massstab wurde der Zusammenhang zwischen der städtischen Form
und unterschiedlichen Todesursachen in der Schweiz untersucht mit einem Augenmerk wie
Fussgänger freundlich der Wohnort ist. Dabei wurde die SNC (Swiss National Cohort)
benutzt, die verschiedene Bevölkerungszählungen und Sterberegister verbindet. Dank dieser
longitudinalen Kohorte konnte gezeigt werden, dass es weniger Todesfälle durch
Herzkreislaufkrankheiten gibt an Wohnorten die für Fussgänger gut erschlossen sind.
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Zämmefassig (Baseldytsch)
S Baue vo Stedt het zem Zyyl, dur d Gstaltig und d Organisazioon vo dr bauten Umgääbig
die gäägewäärtige Brobleem vo dr Gsellschaft z lööse. Syt em Aafang vo dr Disziplyyn sy d
Brobleemfälder Gsundhait und Fuessgängerströöm bestandteil drvo. Ze de brominäntischde
Byspil, wo sich d Stadtbauer dääne Brobleem aagnoo hänn, ghööre d Nöigstaltig vom
Stroosseruum in Rom unter Laitig vom Pabschd Sixtus V., wo d Pilger-strööm zwüsche de
Kiirchen effiziänter het welle gstalte, ooder die nöien Avenues, wo dr Haussmann het
aaleege looo zem d Wasser- und d Abwasserströöm hygienischer z gstalte mit m Ziil de
Choleraepidemyye entgääge z wiirgge. Sythäär hänn sich d Brobleem verschoobe, vo
Infegg-zioonsgranggete zu nit überdraagbaare Zivilisazioonsgranggete. Die Verän-derige
verlange nöji Methoode, zum dr Yyfluss vom Stadtbau uf d Gsund-hait uusefinde.
Dangg de hööchere Rächnerkapazitääte vo de Computer simmer jetz in dr Laag,
Fuessgängerströöm mit Agänte z simuliere. Die Tächnig isch im Fäld vo dr Infoormaatig und
Künstligen Intelligänz erfunde woorde sin und unter anderem in dr Unterhaltigsinduschdryy
verwändet wärde.
Die voorliigend Aarbed erwyteret die Methoode zem Evaluiere vo stedtische Struggtuure und
em Yyfluss, wo die uf d Gsundhait vo Menschen und speziell Fuessgänger hänn.
Yyflussfaggtoore wie Luftverschmutzig und Fyynstaub wäärdä ainzeln aagange, well si in de
näggschde Joor zem grööschde Risikoofaggtoor vo friezytige Doodesfäll wäärde.
En alternatyyvi Methoode bietet d Statischtig. Die aastyygend Mängi vo Daatesetz über d
Stadt erlaubt, Verbindige zwüsche Gsundhait und stedtischer Foorm z finde.
Ai Kapitel bifasst sich mit em Zämmehang zwüschen uurbaner Foorm und Funggzioon und
dr Konzentrazioon vo Fyynstaub und anderen Aerosool, wo d Fuessgänger drmit usgsetzt
sinn. Zum vo dr Umgääbigskonzentrazioon, wo noormaalerwyys bubliziert wiird, aaber
weenig mit dr Exposizioon vo de
Fuessgänger z due het, zer Konzentrazioon uf em Nyywoo vo de Fuess-gänger z koo, hänn
aigeni Mässige mit groosse Mängi Daatesetz über d Stedt miesse vergnüpft wäärde. Daas
erlaubt e Verbindig zfinde zwüsche d stedtischer Struggtuur und Luftverschmutzig, won e
Gsundhaitrisikoo isch.
Uf eme gröössere Maassstaab isch dr Zämmehang vo stedtische Foorm und unterschiidlige
Doodesuursache in dr Schwyz untersuecht woorde, mit emen Augemeergg uf d
Fuessgängerfründligkait vom Woonoort. Dooderzue isch d SNC (Swiss National Cohort)
gnutzt woorde, wo die verschiidene Bivölggerigszäälige und Stäärberegischder verbindet.
Dangg dääre longitudinaale Kohoorte het könne zaigt wäärde, ass s weniger Doodesfäll dur
Häärzgraislaufgranggete an Woonoort git, wo für Fuess-gänger tecchnisch guet erschlosse
sinn.
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