KI in der Architektur: Wie Städte gebaut werden, wird neu definiert

Abirami Vina

4 Minuten lesen

19. August 2024

Erfahren Sie, wie KI in der Architektur das Design, die Effizienz und die Nachhaltigkeit verbessert. Wir besprechen auch, wie KI den Arbeitsalltag eines Architekten verändert.

Wahrzeichen und historische Gebäude wie der Eiffelturm in Paris und das Pentagon in den Vereinigten Staaten würden ohne die Architektur und die brillanten Architekten, die dahinter stehen, nicht existieren. Der globale Markt für Architekturdienstleistungen trägt nicht nur zu einer sinnvollen Infrastruktur in unserer Welt bei, sondern ist auch ein wesentlicher Bestandteil der Wirtschaft und wird bis 2032 rund 550 Millionen Dollar erreichen. 

Architekten arbeiten ständig an der Bewältigung von Herausforderungen wie der Reduzierung von Abfällen, der Verringerung des CO2-Fußabdrucks und der Planung effizienter Designs. Werkzeuge der künstlichen Intelligenz (KI) können dabei helfen, viele dieser Herausforderungen in der Architektur zu lösen. KI kann bei der Entwurfsoptimierung und Strukturanalyse helfen und das Projektmanagement und die Visualisierung verbessern. In diesem Artikel erfahren wir, wie KI in der Architektur eingesetzt werden kann.

Wie wird KI in der Architektur eingesetzt?

KI in der Architektur verändert das Spiel, indem sie das Design intelligenter macht, die Energieeffizienz steigert und dabei hilft, umweltfreundlichere Gebäude zu schaffen. Es ist erstaunlich, wie diese Fortschritte in realen Projekten zum Einsatz kommen. Tauchen wir ein und sehen wir uns an, wie das alles passiert.

Abfallvermeidung und Verringerung des CO2-Fußabdrucks

Im Jahr 2018 fielen bei Bau- und Abbrucharbeiten in den Vereinigten Staaten 600 Millionen Tonnen Bauschutt an. Eines der wichtigsten Themen im Bereich der Architektur ist die Reduzierung von Bauabfällen und Kohlenstoffemissionen. KI kann bei der Bewältigung dieser Herausforderung helfen, indem fortschrittliche Algorithmen und Datenanalysen zur Optimierung jeder Phase des Bauprozesses eingesetzt werden.

So können KI-Techniken wie maschinelles Lernen große Datensätze zu Materialleistung, Lieferkettenlogistik und Umweltauswirkungen analysieren, um die nachhaltigsten Materialien und Bauverfahren zu empfehlen. Modelle des maschinellen Lernens können potenzielle Abfälle aufgrund von Designentscheidungen vorhersagen und ermöglichen es Architekten, frühzeitig Anpassungen vorzunehmen, um Abfälle zu minimieren. 

Die generative KI kann noch einen Schritt weiter gehen, indem sie automatisch mehrere Designoptionen erstellt, die auf Nachhaltigkeit ausgerichtet sind. Durch die Festlegung von Parametern wie Materialeffizienz, strukturelle Integrität und Energieverbrauch kann generative KI verwendet werden, um eine Vielzahl von Entwürfen zu generieren, die die Umweltziele erfüllen und dennoch gut aussehen. Die Architekten können dann den Entwurf auswählen, der Kreativität und Nachhaltigkeit am besten miteinander verbindet. Spacemaker ist ein Beispiel für ein Tool, das generative KI einsetzt, um Architekten und Stadtplaner bei der schnellen Erstellung und Prüfung verschiedener Designoptionen zu unterstützen.

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Abbildung 1. Ein Beispiel für einen nachhaltigen Entwurf, der mit Spacemaker erstellt wurde.

Integration von Computer Vision und Building Information Modeling (BIM)

Forscher untersuchen, wie Computer Vision mit Building Information Modeling zusammenarbeiten kann, um Architekturprojekte genauer und effizienter zu gestalten. BIM ist ein digitales Modell, das die physischen und funktionalen Merkmale eines Gebäudes darstellt. Es ermöglicht Architekten, Ingenieuren und Bauunternehmern, gemeinsam an einem detaillierten Plan zu arbeiten, und dient als zentrale Ressource, die alles von der Gebäudestruktur bis zu den Systemen umfasst.

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Abb. 2. Architekten in einer Diskussion über Building Information Modeling.

Wenn BIM durch Computer Vision ergänzt wird, erfassen Kameras und Sensoren detaillierte Bilder und 3D-Scans von Baustellen. Diese Bilder werden dann in Echtzeit mit dem BIM-Modell verglichen, um etwaige Unterschiede zwischen dem geplanten Entwurf und der tatsächlichen Konstruktion zu erkennen, z. B. falsch ausgerichtete Wände oder falsch platzierte Strukturen. Die Erkenntnisse aus dieser Analyse können bei schnellen Korrekturen helfen und das Projekt auf Kurs halten.

In der Vergangenheit war man bei der Suche nach diesen Problemen auf manuelle Inspektionen angewiesen, die langsam und fehleranfällig waren. Mit Computer Vision können Architekten und Projektmanager sofort eine Warnung erhalten, wenn etwas nicht mit dem BIM-Modell übereinstimmt. So können kleine Probleme gestoppt werden, bevor sie größer und teurer werden. Durch die Kombination von Computer Vision und BIM wird auch die Zusammenarbeit aller Beteiligten erleichtert. Wenn Probleme im BIM-Modell markiert werden, können Architekten, Ingenieure, Bauunternehmer und Kunden sie schnell überprüfen und Lösungen finden. 

Einzigartige AI-Anwendungen in der Architektur

Die KI bietet auch im Bereich der Architektur einige einzigartige Anwendungen. Werfen wir einen kurzen Blick auf ein paar von ihnen:

  • Energieeffizienz: KI kann analysieren, wie Energie in Gebäuden verbraucht wird, und bei der Optimierung von Entwürfen helfen, um den Verbrauch zu senken und die Nachhaltigkeit zu verbessern. Indem sie energieeffiziente Materialien und Designänderungen empfiehlt, trägt KI dazu bei, Gebäude zu schaffen, die langfristig umweltfreundlicher und kostengünstiger sind.
  • Einhaltung von Sicherheitsvorschriften: Automatisierte Systeme können Entwürfe anhand von Bauvorschriften und Sicherheitsregeln überprüfen und so die Einhaltung der Vorschriften sicherstellen, ohne dass manuelle Überprüfungen erforderlich sind. Das spart nicht nur Zeit, sondern verringert auch die Wahrscheinlichkeit von Fehlern und stellt sicher, dass die Gebäude alle erforderlichen Sicherheitsstandards erfüllen.
  • Anpassungsfähige Wiederverwendung: KI kann Architekten bei der Umnutzung bestehender Gebäude helfen, indem sie deren strukturelle Integrität analysiert und Änderungen vorschlägt, um neue Anforderungen zu erfüllen. AI ermöglicht es, alte Strukturen in moderne, funktionale Räume umzuwandeln und dabei ihren historischen oder kulturellen Wert zu erhalten.

Moderne Architekturprojekte, die mit KI entworfen wurden

Auch wenn es den Anschein hat, dass KI-gestützte Architekturprojekte noch Zukunftsmusik sind, so ist es doch so, dass KI-gestützte Projekte bereits im Gange und sogar schon abgeschlossen sind. Werfen wir einen Blick auf einige dieser bahnbrechenden Projekte.

Das Heydar-Aliyev-Zentrum

Das Heydar Aliyev Center in Baku, Aserbaidschan, wurde von Zaha Hadid entworfen und 2012 fertiggestellt. Es zeigt, wie generatives Design und KI-Tools die Architektur verändern. Die glatte, geschwungene Form des Gebäudes unterscheidet sich von den traditionellen geraden Linien. Der Entwurf spiegelt den modernen und zukunftsorientierten Geist Aserbaidschans wider. Frühe generative Design-Tools von Autodesk und Rhino spielten eine Schlüsselrolle bei der Erstellung dieser komplexen Architektur.

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Abb. 3. Das Heydar-Aliyev-Zentrum.

Japans Hausindustrie Daiwa

Japans überfüllte Städte haben eine Nachfrage nach innovativen und platzsparenden Hausdesigns geschaffen. Das generative Design, das auf KI basiert, wird für Unternehmen wie Daiwa House Industry zu einem wichtigen Instrument, um diesem Bedarf gerecht zu werden. Durch die Festlegung spezifischer Designparameter kann generatives Design schnell eine Vielzahl von Hausplänen erstellen, die jeweils für kleine städtische Räume optimiert sind. Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden, die langsam und weniger anpassungsfähig sein können, ist generatives Design schneller und flexibler. Die generative KI definiert die Art und Weise, wie Häuser in den dicht besiedelten Gebieten Japans entworfen und gebaut werden, neu.

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Abb. 4. Ein städtisches Wohnprojekt von Daiwa House Industry.

Autodesks Büro in Toronto

Das Büro von Autodesk in Toronto ist ein gutes Beispiel dafür, wie KI für innovative architektonische Entwürfe genutzt werden kann. Mit seinem eigenen generativen Design-Tool, Project Discover, konnte das Unternehmen unzählige Büro-Layout-Optionen auf der Grundlage der Vorlieben der eigenen Mitarbeiter erstellen. Durch die Kombination menschlicher Ideen mit KI war Autodesk in der Lage, einen perfekten Arbeitsbereich ohne die üblichen Designfehler zu entwerfen. 

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Abbildung 5. Das Technologiezentrum von Autodesk in Toronto.

Stamhuis' innovative Ladengestaltung 

Stamhuis, ein niederländisches Unternehmen, das auf den Bau und die Renovierung von Einzelhandelsgeschäften spezialisiert ist, hat sich für generatives Design entschieden, um seinen Entwurfsprozess zu beschleunigen und zu verbessern. In der Vergangenheit benötigte das Unternehmen mehrere Stunden, um ein Ladenlayout zu entwerfen. Mit generativen KI-Tools sind sie nun in der Lage, in nur 15 Minuten 40 optimierte Designoptionen zu erstellen. Gleichzeitig können sich die Designer auf wichtigere Aufgaben konzentrieren, wie den Aufbau von Kundenbeziehungen und die Bauplanung.

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Abb. 6. Ein mit KI erstellter Stamhuis-Ladenentwurf.

Wird KI Architekten ersetzen?

KI-Innovationen in der Architektur sollen Architekten unterstützen, nicht ersetzen. KI bringt zwar viele Vorteile für die Architektur mit sich, aber die menschliche Kreativität und das Urteilsvermögen sind nach wie vor unverzichtbar. Durch die Kombination von menschlicher Kreativität mit den Datenanalyse- und Automatisierungsfähigkeiten der KI können Architekten bessere Gebäudeentwürfe erstellen. Studien zeigen, dass die Produktivität dank der KI um 30 % steigt. Die meisten lästigen Aufgaben können von der KI übernommen werden, und die Architekten können sich auf die spannenden und strategischen Teile ihrer Arbeit konzentrieren. 

Herausforderungen im Zusammenhang mit KI in der Architektur

Eine Folge der zunehmenden Beliebtheit von KI-Tools in der Architektur ist, dass Architekten sich weiterbilden und lernen müssen, wie diese KI-Innovationen funktionieren. Wenn sie verstehen, wie KI und Daten funktionieren, können sie die KI-Tools erfolgreich einsetzen. Leider ist dies eine große Herausforderung, da viele Architekten nicht über die notwendige Ausbildung verfügen. Erhebungen zufolge haben 60 % der Architekten keine formale KI-Ausbildung. Die Überbrückung dieser Lücke ist der Schlüssel für Architekten, um wettbewerbsfähig zu bleiben und innovative, moderne Entwürfe zu erstellen. 

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Abbildung 7. Statistik über KI-Training für Architekten.

Eine weitere Herausforderung sind die höheren Kosten, die mit der Implementierung von KI einhergehen, einschließlich der Ausgaben für Software, Hardware und Schulungen. Diese Anfangsinvestitionen können für kleinere Architekturbüros mit begrenzten Budgets schwierig sein. Hinzu kommen die laufenden Kosten für Wartung und Upgrades, die die finanzielle Belastung noch erhöhen. Um KI erfolgreich zu integrieren, müssen die Unternehmen diese Kosten sorgfältig verwalten. Mit einer guten Planung können Unternehmen sicherstellen, dass die Vorteile von KI die anfänglichen Ausgaben wert sind.

Mit KI und Architektur eine bessere Zukunft gestalten

KI ist ein leistungsstarkes Werkzeug für Architekten. Sie kann Echtzeitinformationen bereitstellen, um Projekte fristgerecht und innerhalb des Budgets zu verwalten. Außerdem kann sie zeitaufwändige Aufgaben wie Konstruktionszeichnungen, statische Prüfungen und Kostenvoranschläge übernehmen, sodass sich Architekten auf kreative Ideen konzentrieren können. Architekten, die KI nutzen und ihre zahlreichen Funktionen und Werkzeuge erforschen, können der Zeit voraus sein und den Weg in die Zukunft der Architektur weisen.

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