KI in der Architektur: Die Art, wie Städte gebaut werden, neu denken

Wahrzeichen und historische Gebäude wie der Eiffelturm in Paris und das Pentagon in den Vereinigten Staaten gäbe es ohne die Architektur und die herausragenden Architektinnen und Architekten dahinter nicht. Die weltweite Architekturbranche schafft nicht nur wichtige Infrastruktur, sondern ist auch ein wesentlicher Teil der Wirtschaft. Bis 2035 soll ihr Marktvolumen rund 622 Milliarden US-Dollar erreichen.

Architektinnen und Architekten arbeiten ständig daran, Herausforderungen wie die Reduzierung von Abfall und CO₂-Fußabdrücken sowie die Planung effizienter Entwürfe zu bewältigen. Werkzeuge der künstlichen Intelligenz (KI) können bei vielen dieser Herausforderungen in der Architektur helfen. KI unterstützt die Entwurfsoptimierung und Strukturanalyse und kann das Projektmanagement und die Visualisierung verbessern. In diesem Artikel zeigen wir, wie KI in der Architektur eingesetzt werden kann.

Wie wird KI in der Architektur eingesetzt?#

KI in der Architektur macht Entwürfe intelligenter, steigert die Energieeffizienz und hilft dabei, umweltfreundlichere Gebäude zu schaffen. Diese Fortschritte kommen bereits in realen Projekten zum Einsatz.

Abfall vermeiden und CO₂-Fußabdruck verringern#

2018 fielen bei Bau- und Abbrucharbeiten in den Vereinigten Staaten 600 Millionen Tonnen Bauschutt an. Eine der häufigsten Herausforderungen in der Architektur besteht darin, Bauabfälle und CO₂-Emissionen zu reduzieren. KI kann entscheidend dazu beitragen, diese Herausforderung zu bewältigen, indem sie fortschrittliche Algorithmen und Datenanalysen nutzt, um jede Phase des Bauprozesses zu optimieren.

KI-Techniken wie maschinelles Lernen können beispielsweise umfangreiche Datensätze zur Materialleistung, zur Logistik der Lieferkette und zu Umweltauswirkungen analysieren, um die nachhaltigsten Materialien und Bauweisen zu empfehlen. Modelle für maschinelles Lernen können anhand von Entwurfsentscheidungen mögliche Abfälle vorhersagen und Architektinnen und Architekten so ermöglichen, frühzeitig Anpassungen vorzunehmen und Abfall zu minimieren.

Generative KI kann noch einen Schritt weitergehen und automatisch verschiedene Entwurfsoptionen mit Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit erstellen. Anhand von Parametern wie Materialeffizienz, struktureller Stabilität und Energieverbrauch lässt sich mit generativer KI eine Vielzahl von Entwürfen erstellen, die sowohl ökologische als auch ästhetische Ziele erfüllen. Architektinnen und Architekten können anschließend den Entwurf auswählen, der Kreativität und Nachhaltigkeit am besten verbindet. Spacemaker ist ein Beispiel für ein Werkzeug, das generative KI nutzt, damit Architektinnen, Architekten und Stadtplanende schnell verschiedene Entwurfsoptionen erstellen und testen können.

Abb. 1 Ein Beispiel für einen mit Spacemaker erstellten nachhaltigen Entwurf.

Computer Vision in Building Information Modeling (BIM) integrieren#

Forschende untersuchen, wie Computer Vision mit Building Information Modeling zusammenarbeiten kann, um Architekturprojekte präziser und effizienter zu gestalten. BIM ist ein digitales Modell, das die physischen und funktionalen Eigenschaften eines Gebäudes darstellt. Es ermöglicht Architekten, Ingenieuren und Bauunternehmen, gemeinsam einen detaillierten Plan zu erstellen, und dient als zentrale Informationsquelle, die alles von der Gebäudestruktur bis hin zu den technischen Anlagen umfasst.

Abb. 2 Architekten besprechen Building Information Modeling.

Wird Computer Vision in BIM integriert, erfassen Kameras und Sensoren detaillierte Bilder und 3D-Scans von Baustellen. Diese Aufnahmen werden anschließend in Echtzeit mit dem BIM-Modell verglichen, um Abweichungen zwischen dem geplanten Entwurf und dem tatsächlichen Bau zu erkennen, etwa falsch ausgerichtete Wände oder falsch platzierte Bauteile. Erkenntnisse aus dieser Analyse können schnelle Korrekturen ermöglichen und dazu beitragen, das Projekt im Zeitplan zu halten.

Früher wurden solche Probleme bei manuellen Inspektionen entdeckt, die langsam und fehleranfällig waren. Mit Computer Vision können Architekten und Projektmanager sofort benachrichtigt werden, wenn etwas nicht mit dem BIM-Modell übereinstimmt. Kleine Probleme lassen sich beheben, bevor sie größer und kostspieliger werden. Die Kombination von Computer Vision und BIM erleichtert außerdem die Zusammenarbeit aller Beteiligten. Werden Probleme im BIM-Modell markiert, können Architekten, Ingenieure, Bauunternehmen und Kunden sie schnell prüfen und Lösungen finden.

Besondere KI-Anwendungen in der Architektur#

KI eröffnet der Architektur auch einige besondere Anwendungsmöglichkeiten. Hier sind einige davon:

• Energieeffizienz: KI kann den Energieverbrauch von Gebäuden analysieren und dabei helfen, Entwürfe zu optimieren, um den Verbrauch zu senken und die Nachhaltigkeit zu verbessern. Indem KI energieeffiziente Materialien und Änderungen am Entwurf empfiehlt, trägt sie dazu bei, umweltfreundlichere und langfristig kostengünstigere Gebäude zu schaffen.
• Einhaltung von Sicherheitsvorschriften: Automatisierte Systeme können Entwürfe anhand von Bauvorschriften und Sicherheitsbestimmungen prüfen und so die Einhaltung der Vorgaben ohne manuelle Überprüfung sicherstellen. Das spart nicht nur Zeit, sondern senkt auch die Fehlerwahrscheinlichkeit und stellt sicher, dass Gebäude alle erforderlichen Sicherheitsstandards erfüllen.
• Umnutzung bestehender Gebäude: KI kann Architekten dabei helfen, bestehende Gebäude umzunutzen, indem sie deren strukturelle Integrität analysiert und Änderungen für neue Anforderungen vorschlägt. So können alte Bauwerke in moderne, funktionale Räume verwandelt werden, während ihr historischer oder kultureller Wert erhalten bleibt.

Moderne Architekturprojekte, die mithilfe von KI entworfen wurden#

Auch wenn KI-gestützte Architekturprojekte nach Zukunftsmusik klingen mögen, sind KI-entworfene Projekte bereits in Arbeit oder sogar schon abgeschlossen. Sehen wir uns einige bemerkenswerte Projekte an.

Das Heydar-Aliyev-Zentrum#

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

Abb. 3. Das Heydar-Aliyev-Zentrum.

Daiwa House Industry aus Japan#

Die dicht besiedelten Städte Japans haben eine Nachfrage nach innovativen und platzsparenden Wohnentwürfen geschaffen. Generatives Design auf KI-Basis entwickelt sich für Unternehmen wie Daiwa House Industry zu einem wichtigen Werkzeug, um diesem Bedarf gerecht zu werden. Durch die Festlegung bestimmter Entwurfsparameter kann generatives Design schnell verschiedene Hausgrundrisse erstellen, die jeweils für kleine Stadtgrundstücke optimiert sind. Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden, die langsam und weniger anpassungsfähig sein können, ist generatives Design schneller und flexibler. Generative KI verändert die Art und Weise, wie Häuser in Japans dicht besiedelten Gebieten entworfen und gebaut werden.

Abb. 4. Ein städtischer Wohnentwurf von Daiwa House Industry (Quelle: autodesk.com).

Das Büro von Autodesk in Toronto#

Das Büro von Autodesk in Toronto ist ein gutes Beispiel dafür, wie KI für innovative Architekturentwürfe eingesetzt werden kann. Mit dem hauseigenen Werkzeug für generatives Design, Project Discover, konnte das Unternehmen Tausende von Bürogrundrissen erstellen, die auf den Vorlieben der eigenen Mitarbeitenden basierten. Durch die Verbindung menschlicher Ideen mit KI entwarf Autodesk einen Arbeitsbereich, der besser auf die Arbeitsweise der Teams abgestimmt war.

Abb. 5. Das Technologiezentrum von Autodesk in Toronto.

Die innovativen Ladengestaltungen von Stamhuis#

Stamhuis, ein niederländisches Unternehmen, das auf den Bau und die Renovierung von Einzelhandelsgeschäften spezialisiert ist, nutzt generatives Design, um den Entwurfsprozess zu beschleunigen und zu verbessern. Früher dauerte es mehrere Stunden, einen Grundriss für ein Einzelhandelsgeschäft zu entwerfen. Mit generativen KI-Werkzeugen lassen sich heute in nur 15 Minuten 40 optimierte Entwurfsoptionen erstellen. Gleichzeitig können sich die Entwerfenden dadurch auf wichtigere Aufgaben konzentrieren, etwa den Aufbau von Kundenbeziehungen und die Bauplanung.

Abb. 6: Ein mit KI erstellter Geschäftsraumentwurf von Stamhuis (Quelle: autodesk.com)

Wird KI Architekten ersetzen?#

KI-Innovationen in der Architektur sollen Architekten unterstützen, nicht ersetzen. KI bietet der Architektur zwar viele Vorteile, doch menschliche Kreativität und Urteilsfähigkeit bleiben unverzichtbar. Durch die Verbindung menschlicher Kreativität mit den Fähigkeiten der KI zur Datenanalyse und Automatisierung können Architekten bessere Gebäude entwerfen. Studien zufolge steigt die Produktivität dank KI um 30 %. KI kann die meisten lästigen Aufgaben übernehmen, sodass sich Architekten auf die spannenden und strategischen Aspekte ihrer Arbeit konzentrieren können.

Herausforderungen beim Einsatz von KI in der Architektur#

Da KI-Werkzeuge in der Architektur immer beliebter werden, müssen Architektinnen und Architekten ihre Fähigkeiten erweitern und lernen, wie diese KI-Innovationen funktionieren. Wer versteht, wie KI und Daten funktionieren, kann KI-Werkzeuge erfolgreich einsetzen. Das ist eine große Herausforderung, denn vielen Architektinnen und Architekten fehlt die nötige Ausbildung. Umfragen zufolge haben 60 % keine formale KI-Ausbildung. Diese Lücke zu schließen, ist entscheidend, damit Architektinnen und Architekten wettbewerbsfähig bleiben und innovative, moderne Entwürfe schaffen können.

Abb. 7. Statistiken zur KI-Schulung von Architekten.

Eine weitere Herausforderung sind die höheren Kosten, die mit der Einführung von KI verbunden sind, darunter Ausgaben für Software, Hardware und Schulungen. Für kleinere Architekturbüros mit begrenztem Budget können diese anfänglichen Investitionen schwer zu stemmen sein. Hinzu kommen laufende Wartungs- und Aktualisierungskosten, die die finanzielle Belastung erhöhen. Für eine erfolgreiche Integration von KI müssen Büros diese Kosten sorgfältig steuern. Mit guter Planung können sie sicherstellen, dass der Nutzen von KI die anfänglichen Ausgaben rechtfertigt.

Mit KI und Architektur eine bessere Zukunft gestalten#

KI ist ein leistungsstarkes Werkzeug für Architektinnen und Architekten. Sie kann Informationen in Echtzeit bereitstellen, damit Projekte termingerecht und innerhalb des Budgets umgesetzt werden. Außerdem kann sie zeitaufwendige Aufgaben wie Entwurfszeichnungen, statische Prüfungen und Kostenschätzungen übernehmen, sodass mehr Zeit für kreative Ideen bleibt. Architektinnen und Architekten, die KI nutzen und ihre vielfältigen Funktionen und Werkzeuge erkunden, können der Entwicklung voraus sein und die Zukunft der Architektur mitgestalten.

Möchtest du mehr erfahren? Besuche unser GitHub-Repository, um unsere Beiträge zur KI kennenzulernen. Erfahre, wie wir KI in Branchen wie der Fertigung und dem Gesundheitswesen einsetzen.