Wie Künstliche Intelligenz unsere Vorstellungskraft unterstützt
Generative Design: Innovativ, vernetzt, automatisiert
Aktuell basiert die Planung von Bauwerken meist auf einem zeitaufwändigen manuellen Prozess. Zu Optimierungszwecken können aus Zeit- und Kostengründen nur wenige Varianten untersucht werden. Generative Design entwickelt digitale Werkzeuge für Planer:innen, um die Konstruktion von Bauwerken zu automatisieren. Es handelt sich hierbei um eine softwaregestützte Methode, um in kürzester Zeit eine Vielzahl von Design- oder Konstruktionsvorschlägen auszuarbeiten. Unsere Ingenieur:innen und Architekt:innen definieren zunächst ein Ziel und „füttern“ die Generative Design-Anwendung dann mit unterschiedlichen Daten zu dem geplanten Projekt (bspw. Grundstücksfläche, baugesetzliche Bestimmungen, Konstruktionsart). Mithilfe eines Algorithmus, der Künstliche Intelligenz nutzt, berechnet die Software automatisiert eine Vielzahl von Lösungen – auch bei widersprüchlichen Anforderungen wie Energieeffizienz und Baukosten.
Wie funktioniert also ein generativer Entwurfsprozess? Planungsaufgaben sind immer individuell, aber sie folgen den gleichen Regeln. Gemeinsam mit den Planer:innen des STRABAG-Konzerns setzen wir traditionelle Konstruktionsprozesse durch Programmierung in Software um. Planungsschritte können nun von den Planer:innen automatisch ausgeführt und mit evolutionären Methoden optimiert werden. So können nicht nur ein paar wenige, sondern viele Varianten generiert und optimale Lösungen automatisiert gesucht werden.
Generative Design kommt in verschiedenen Themenbereichen zum Einsatz: z.B. im Tiefbau zur Optimierung von Verbauwänden, im Hochbau zur automatisierten Planung von Standard-Treppenhäusern oder der Erstellung von optimalen Energiekonzepten. Im Grunde kann Generative Design für jede klar beschreibbare Planung angewendet werden. Einige Generative Design-Tools sind bereits fester Bestandteil unserer Planungsprozesse wie beispielsweise Generative Design Energy. Es ermöglicht unseren Planer:innen eine interaktive Auslegung und Bewertung der TGA (Technische Gebäudeausrüstung) in Echtzeit. Sowohl bei Neu- als auch bei Bestandsbauten lassen sich dadurch schnell und einfach Potenziale zur Effizienzsteigerung identifizieren. Andere Generative Design-Tools befinden sich noch in der Entwicklung oder in der Pilotanwendung. Generative Design unterstützt uns bereits jetzt in unserer Arbeit und wird in Zukunft aus dem Projektalltag nicht mehr wegzudenken sein.
Unterschiedliche KI-Softwarelösungen werden etwa im Produktdesign schon länger angewendet, im Bauwesen ist Generative Design dagegen noch jung. Aber wir sehen bereits jetzt, wie sich unsere Planungs- und Konstruktionsprozesse verändern. Wir können dank der Software nahezu unbegrenzt viele Parameter und Optionen durchrechnen lassen. Manuell wäre das gar nicht umsetzbar. Dadurch eröffnen sich neue Möglichkeiten, denn unsere oft vorgefassten Design-Entscheidungen werden infrage gestellt. Selbst kreativste Planer:innen haben ihren Stil über Jahre entwickelt und verwerfen unterbewusst damit viele Alternativen, bevor sie den ersten Strich ziehen. Mit Generative Design drehen wir den Prozess um: wir lassen den Algorithmus unvoreingenommen entscheiden, wie ein optimales Gebäude aussehen kann.
Der Einsatz eines solchen Tools spart nicht nur erheblich Zeit ein. Es bringt unter Umständen auch Lösungen hervor, die im konventionellen Planungsprozess vielleicht nie diskutiert worden wären. Im Fokus unserer Generative Design-Tools steht natürlich auch das Thema Nachhaltigkeit. Neben Parametern wie der Tageslichtqualität und Energieeffizienz lassen sich mit Generative Design eine Vielzahl an Nachhaltigkeitskennzahlen generieren, analysieren und optimieren. So lässt sich zum Beispiel der CO2-Fußabdruck des Gebäudes schon in der frühen Phase kalkulieren und in die Entscheidungsfindung integrieren.
Das Generative Design-Team ist ein Hybrid aus STRABAG Innovation & Digitalisation (SID) und Zentraler Technik (ZT). Die Entwicklung neuer Tools erfolgt durch die SID gemeinsam mit den Architekt:innen und Ingenieur:innen der ZT sowie mit tatkräftiger Unterstützung der operativen Einheiten. Die Anwendung der bestehenden Generative Design-Tools wird durch die Zentrale Technik umgesetzt, die die planungstechnischen Kompetenzen des Konzerns bündelt, sowie durch die operativen Entwicklungspartner.
Was unsere Arbeit so spannend macht, ist die enge und interdisziplinäre Zusammenarbeit mit den verschiedenen Projektbeteiligten mit immer neuen Herausforderungen, die ein Bauprojekt mit sich bringt. In der Beratung unserer Auftraggeber:innen sehen wir eine große Verantwortung für unsere Umwelt und das Bauen von morgen. Nachhaltige Planungsentscheidungen sind komplex und erfordern nicht selten eine Bewertung widersprüchlicher Kriterien.
Die Generative Design-Tools sorgen für eine optimale Ergänzung unseres Planungs- und Beratungsdienstleistungsportfolios. Gerade in den frühen Leistungsphasen steckt ein enormes Potenzial. Mit Generative Design lassen sich hier schnell und zielgerichtet eine Vielzahl an Varianten analysieren und mit wesentlichen Kennzahlen hinterlegen. So können wir unseren Kund:innen bereits zu einem frühen Zeitpunkt sichere und nachhaltige Entscheidungsgrundlagen bieten.
Wir haben uns zum Ziel gesetzt, die stärkste Kraft zu sein, um eine bessere Zukunft zu bauen. Technologien wie Generative Design werden dazu beitragen, dass wir dieses Ziel erreichen. Wenn wir innovative Anwendungen gezielt einsetzen, können wir das Bauen in Zukunft nachhaltiger, sicherer und effizienter machen.