KI in der Architektur: Die Gestaltung von Städten neu definiert

Wahrzeichen und historische Bauwerke wie der Eiffelturm in Paris und das Pentagon in den Vereinigten Staaten gäbe es ohne die Architektur und die herausragenden Architekten dahinter nicht. Neben der Bereitstellung wichtiger Infrastruktur für unsere Welt ist der globale Markt für Architekturdienstleistungen ein wesentlicher Bestandteil der Wirtschaft und wird bis 2032 voraussichtlich etwa 550 Millionen US-Dollar erreichen.

Architekten arbeiten kontinuierlich daran, Herausforderungen wie die Verringerung von Abfällen, die Reduzierung des CO₂-Fußabdrucks und die Planung effizienter Entwürfe zu bewältigen. Werkzeuge der künstlichen Intelligenz (AI) können dabei helfen, viele dieser Herausforderungen in der Architektur zu lösen. KI kann die Entwurfsoptimierung und Strukturanalyse unterstützen sowie das Projektmanagement und die Visualisierung verbessern. In diesem Artikel erfährst du alles darüber, wie KI in der Architektur eingesetzt werden kann.

Wie wird KI in der Architektur eingesetzt?#

KI in der Architektur verändert die Branche, indem sie Entwürfe intelligenter macht, die Energieeffizienz steigert und die Planung umweltfreundlicher Gebäude unterstützt. Es ist beeindruckend, wie diese Fortschritte in realen Projekten eingesetzt werden. Sehen wir uns an, wie das funktioniert.

Abfälle reduzieren und CO₂-Fußabdrücke verringern#

Im Jahr 2018 verursachten Bau und Abrissarbeiten in den Vereinigten Staaten 600 Millionen Tonnen Bauschutt. Eine der größten Herausforderungen in der Architektur besteht darin, Bauabfälle und CO₂-Emissionen zu reduzieren. KI kann bei der Bewältigung dieser Herausforderung eine wichtige Rolle spielen, indem sie fortschrittliche Algorithmen und Datenanalysen nutzt, um jede Phase des Bauprozesses zu optimieren.

Beispielsweise können KI-Verfahren wie maschinelles Lernen große Datensätze zu Materialeigenschaften, zur Lieferketten-Logistik und zu Umweltauswirkungen analysieren, um die nachhaltigsten Materialien und Bauverfahren zu empfehlen. Modelle des maschinellen Lernens können auf Grundlage von Entwurfsentscheidungen potenzielle Abfälle vorhersagen und Architekten ermöglichen, frühzeitig Anpassungen vorzunehmen, um Abfälle zu minimieren.

Generative KI kann noch einen Schritt weiter gehen, indem sie automatisch mehrere Entwurfsoptionen mit Fokus auf Nachhaltigkeit erstellt. Durch die Festlegung von Parametern wie Materialeffizienz, struktureller Stabilität und Energieverbrauch kann generative KI eine Vielzahl von Entwürfen erzeugen, die Umweltziele erfüllen und gleichzeitig ansprechend aussehen. Architekten können anschließend den Entwurf auswählen, der Kreativität und Nachhaltigkeit am besten verbindet. Spacemaker ist ein Beispiel für ein Werkzeug, das generative KI nutzt, um Architekten und Stadtplanern zu helfen, schnell verschiedene Entwurfsoptionen zu erstellen und zu testen.

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

Integration von Computer Vision in die Gebäudeinformationsmodellierung (BIM)#

Forscher untersuchen, wie Computer Vision mit der Gebäudeinformationsmodellierung zusammenarbeiten kann, um Architekturprojekte präziser und effizienter zu machen. BIM ist ein digitales Modell, das die physischen und funktionalen Merkmale eines Gebäudes darstellt. Es ermöglicht Architekten, Ingenieuren und Auftragnehmern, an einem detaillierten Plan zusammenzuarbeiten, und dient als zentrale Ressource, die alles von der Gebäudestruktur bis zu den technischen Anlagen umfasst.

Abb. 2 Architekten im Gespräch über die Gebäudeinformationsmodellierung.

Wenn Computer Vision zu BIM hinzugefügt wird, erfassen Kameras und Sensoren detaillierte Bilder und 3D-Scans von Baustellen. Diese visuellen Daten werden anschließend in Echtzeit mit dem BIM-Modell verglichen, um Unterschiede zwischen dem geplanten Entwurf und der tatsächlichen Bauausführung zu erkennen, etwa falsch ausgerichtete Wände oder falsch platzierte Bauteile. Die aus dieser Analyse gewonnenen Erkenntnisse können schnelle Korrekturen unterstützen und dafür sorgen, dass das Projekt planmäßig vorankommt.

Früher wurden solche Probleme durch manuelle Inspektionen ermittelt, die langsam und fehleranfällig waren. Mit Computer Vision erhalten Architekten und Projektmanager sofortige Warnungen, wenn etwas nicht mit dem BIM-Modell übereinstimmt. Kleine Probleme können behoben werden, bevor sie größer und kostspieliger werden. Die Kombination von Computer Vision und BIM erleichtert außerdem die Zusammenarbeit aller Beteiligten. Wenn im BIM-Modell Probleme markiert werden, können Architekten, Ingenieure, Auftragnehmer und Kunden sie schnell prüfen und Lösungen finden.

Besondere KI-Anwendungen in der Architektur#

KI eröffnet der Architektur auch einige besondere Anwendungsmöglichkeiten. Sehen wir uns kurz einige davon an:

• Energieeffizienz: KI kann analysieren, wie Energie in Gebäuden genutzt wird, und dabei helfen, Entwürfe zu optimieren, um den Verbrauch zu senken und die Nachhaltigkeit zu verbessern. Durch Empfehlungen für energieeffiziente Materialien und Entwurfsänderungen trägt KI 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 sicherstellen, ohne dass manuelle Überprüfungen erforderlich sind. Das spart nicht nur Zeit, sondern verringert auch die Fehlerwahrscheinlichkeit und stellt sicher, dass Gebäude alle erforderlichen Sicherheitsstandards erfüllen.
• Umnutzung: KI kann Architekten dabei helfen, bestehende Gebäude umzunutzen, indem sie deren strukturelle Stabilität analysiert und Änderungen zur Erfüllung neuer Anforderungen vorschlägt. KI ermöglicht es, alte Bauwerke in moderne, funktionale Räume umzuwandeln und dabei ihren historischen oder kulturellen Wert zu bewahren.

Moderne Architekturprojekte, die mit KI entworfen wurden#

Auch wenn es so wirken mag, als gehörten Architekturprojekte mit KI-Unterstützung noch der Zukunft an, werden KI-entworfene Projekte bereits umgesetzt und sogar fertiggestellt. Sehen wir uns einige dieser wegweisenden 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 Entwerfen und KI-Werkzeuge die Architektur verändern. Die glatte, geschwungene Form des Gebäudes unterscheidet sich von traditionellen geraden Linien. Der Entwurf spiegelt den modernen und zukunftsorientierten Geist Aserbaidschans wider. Frühe Werkzeuge für generatives Entwerfen von Autodesk und Rhino spielten eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung dieser komplexen Architektur.

Abb. 3. Das Heydar-Aliyev-Zentrum.

Japans Daiwa House Industry#

Japans dicht besiedelte Städte haben eine Nachfrage nach innovativen und platzsparenden Wohnentwürfen geschaffen. Generatives Entwerfen auf Basis von KI wird für Unternehmen wie Daiwa House Industry zu einem wichtigen Werkzeug, um diesen Bedarf zu decken. Durch die Festlegung bestimmter Entwurfsparameter kann generatives Entwerfen schnell eine Vielzahl von Wohnungsgrundrissen erstellen, die jeweils für kleine städtische Flächen optimiert sind. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren, die langsam und weniger anpassungsfähig sein können, ist generatives Entwerfen schneller und flexibler. Generative KI verändert die Art und Weise, wie Wohnhäuser in den dicht besiedelten Gebieten Japans entworfen und gebaut werden.

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

Das Büro von Autodesk in Toronto#

Das Büro von Autodesk in Toronto ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie KI für innovative Architekturentwürfe eingesetzt werden kann. Mit ihrem eigenen Werkzeug für generatives Entwerfen, Project Discover, konnte das Unternehmen unzählige Optionen für die Büroaufteilung erstellen, die auf den Wünschen der eigenen Mitarbeiter basierten. Durch die Verbindung menschlicher Ideen mit KI konnte Autodesk einen optimalen Arbeitsplatz entwerfen, ohne die üblichen Entwurfsfehler.

Abb. 5. Das Technologiezentrum von Autodesk in Toronto.

Innovative Ladengestaltungen von Stamhuis#

Stamhuis, ein auf den Bau und die Renovierung von Einzelhandelsgeschäften spezialisiertes Unternehmen aus den Niederlanden, setzt auf generatives Entwerfen, um seinen Entwurfsprozess zu beschleunigen und zu verbessern. Früher benötigte das Unternehmen mehrere Stunden für die Gestaltung eines Einzelhandelsgeschäfts. Heute kann es mit Werkzeugen für generative KI in nur 15 Minuten 40 optimierte Entwurfsoptionen erstellen. Gleichzeitig gewinnen die Designer Zeit, um sich auf wichtigere Aufgaben wie die Pflege von Kundenbeziehungen und die Bauplanung zu konzentrieren.

Abb. 6. Eine mit KI erstellte Ladengestaltung von Stamhuis (Quelle: autodesk.com)

Wird KI Architekten ersetzen?#

KI-Innovationen in der Architektur sollen Architekten unterstützen, nicht ersetzen. Obwohl KI viele Vorteile für die Architektur bietet, ist es wichtig zu beachten, dass menschliche Kreativität und Urteilsvermögen weiterhin unverzichtbar sind. Durch die Verbindung menschlicher Kreativität mit den Fähigkeiten der KI zur Datenanalyse und Automatisierung können Architekten bessere Gebäudeentwürfe erstellen. Studien zeigen dank KI eine Produktivitätssteigerung von 30 %. Die meisten zeitaufwendigen Routineaufgaben kann KI übernehmen, sodass sich Architekten auf die spannenden und strategischen Aspekte ihrer Arbeit konzentrieren können.

Herausforderungen im Zusammenhang mit KI in der Architektur#

Eine Folge der zunehmenden Verbreitung von KI-Werkzeugen in der Architektur ist, dass Architekten ihre Kenntnisse erweitern und lernen müssen, wie diese KI-Innovationen funktionieren. Wenn sie verstehen, wie KI und Daten funktionieren, können sie die KI-Werkzeuge erfolgreich einsetzen. Leider ist dies eine große Herausforderung, da vielen Architekten die notwendige Ausbildung fehlt. Umfragen zufolge verfügen 60 % der Architekten über keine formale KI-Ausbildung. Diese Lücke zu schließen, ist entscheidend, damit Architekten wettbewerbsfähig bleiben und innovative, moderne Entwürfe schaffen können.

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

Eine weitere Herausforderung sind die höheren Kosten, die mit der Einführung von KI verbunden sind, darunter Ausgaben für Software, Hardware und Schulungen. Diese anfänglichen Investitionen können für kleinere Architekturbüros mit begrenzten Budgets schwierig sein. Hinzu kommen laufende Kosten für Wartung und Aktualisierungen, die die finanzielle Belastung erhöhen. Für eine erfolgreiche Integration von KI müssen Büros diese Kosten sorgfältig verwalten. Mit einer guten Planung können sie sicherstellen, dass die Vorteile von KI die anfänglichen Ausgaben rechtfertigen.

Eine bessere Zukunft mit KI und Architektur gestalten#

KI ist ein leistungsfähiges Werkzeug für Architekten. Sie kann Echtzeitinformationen bereitstellen, die dabei helfen, Projekte termingerecht und innerhalb des Budgets zu verwalten. Außerdem kann sie zeitaufwendige Aufgaben wie Entwurfszeichnungen, Strukturprüfungen und Kostenschätzungen übernehmen, sodass sich Architekten auf kreative Ideen konzentrieren können. Architekten, die KI nutzen und ihre zahlreichen Funktionen und Werkzeuge erkunden, können der Entwicklung voraus sein und die Zukunft der Architektur mitgestalten.

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