Künstliche Intelligenz in der Architektur: 10 Anwendungsfälle und Spitzentechnologien

15. August 2023

Home
Künstliche Intelligenz
KI in der Architektur

Leiter des KI/ML-Kompetenzzentrums

Künstliche Intelligenz in der Architektur ermöglicht es Ingenieuren und Architekten, Strukturen effizienter zu entwerfen, zu planen und zu bauen. Mit dieser Technologie können Architekten ihre Entwürfe im Hinblick auf Nachhaltigkeit und Kosteneffizienz optimieren und noch nie dagewesene Designlösungen entwickeln.

KI ermöglicht ihnen ein Brainstorming und die Konzeptualisierung ihrer Ideen. Darüber hinaus ermöglicht KI den Architekten, Muster zu erkennen, die zu effizienten und umweltfreundlichen Designentscheidungen führen können. Unser Team von erfahrenen KI-Experten kann Ihnen helfen, das Beste aus der KI herauszuholen und Ihre architektonischen Arbeitsabläufe auf die nächste Stufe zu bringen.

Die Rolle der KI in der Architektur

Die Vereinten Nationen sagen voraus, dass die Weltbevölkerung bis zum Jahr 2100 11,2 Milliarden Menschen erreichen wird, was unweigerlich zu einem Bedarf an mehr Häusern und öffentlichen Räumen sowie einer effizienteren städtischen Infrastruktur führen wird. Dieser Trend, der mit einer raschen weltweiten Urbanisierung einhergeht, zwingt Architekten, Stadtplaner und Ingenieure dazu, Lösungen zu entwickeln, die diesem exponentiellen Bevölkerungswachstum Rechnung tragen. Daher gewinnt die KI im Bereich der architektonischen Planung und Konstruktion zunehmend an Bedeutung:

KI auf dem globalen Baumarkt CAGR von 2022 bis 2030

Geprüfte Marktforschung

der Bauunternehmen beabsichtigen, im Jahr 2022 KI einzusetzen

Peak's Decision Intelligence Reifegrad-Index

potenzielle Einsparungen bei den Gesamtbaukosten durch fortschrittliche Analytik

Deloitte

10 Anwendungsfälle für künstliche Intelligenz in der Architektur

Künstliche Intelligenz in der Architektur hat verschiedene Anwendungsmöglichkeiten, von der Entwicklung innovativer Smart-City-Konzepte bis hin zu Visualisierungen für die Innenarchitektur. Lassen Sie uns erkunden, wie Architekten KI-Systeme zu ihrem Vorteil nutzen können.

Straffung der Planung im Frühstadium

Grundrisse sind integrale Dokumente, mit denen Architekten den Grundriss eines Gebäudes erstellen. Mithilfe von generativen adversen Netzwerken (GANs) können Architekten Grundrisse auf der Grundlage von Gebäudeabmessungen und Umgebungsbedingungen generieren und so den Bedarf an manuellen Entwürfen minimieren. Darüber hinaus können sich Modelle des maschinellen Lernens im Laufe der Zeit an die Gewohnheiten und Methoden eines Architekten anpassen und so die Arbeitsabläufe weiter verbessern.

Verbesserung der Architekturabbildung

Durch die Ergänzung einer beliebigen Kamera mit Computer Vision können Architekten Grundrisse und CAD-Modelle automatisch generieren, indem sie Bilder von bestehenden Räumen aufnehmen. Diese Technologie wird derzeit für den Einsatz in der architektonischen Kartierung getestet, so dass Architekten ein bestehendes Gebäude besser verstehen können, bevor sie mit Bau- oder Renovierungsarbeiten beginnen. Durch den Einsatz von KI-Algorithmen zu diesem Zweck können Architekten den Zeit- und Kostenaufwand für die Kartierung eines neuen Raums drastisch reduzieren.

Optimierung des Skizzierens

KI-Designlösungen können eine wichtige Rolle bei der Skizzierung und Ideenfindung spielen, indem sie Designern helfen, ihre Kreativität zu erweitern und in kürzerer Zeit mehr realisierbare Ideen zu entwickeln. Derzeit ist es selbst für professionelle Architekten nicht ungewöhnlich, auf öffentlich verfügbare KI-Tools wie MidJourney zurückzugreifen, um die Skizzierung und Konzepterstellung zu beschleunigen. KI kann schnell mehrere Optionen entwerfen, aber die Architekten müssen die beste auswählen und ihr manuell den letzten Schliff geben. KI kann zwar nicht die endgültige Lösung erstellen, bietet aber viele Varianten, die in den ersten Entwurfsphasen Zeit sparen. Dennoch ist menschliches Eingreifen erforderlich.

Vereinfachung der Einhaltung von Vorschriften

Es kann mühsam und zeitaufwändig sein, einen Entwurf in mehreren Runden auf seine Konformität hin zu überprüfen. KI kann diesen Prozess beschleunigen, indem sie Bauvorschriften und Entwürfe automatisch auf ihre Konformität hin analysiert und potenzielle Probleme erkennt, bevor der Entwurf den Weg zum Kunden findet. Mit der Automatisierung der Konformitätsprüfung können Architekturbüros Zeit und Ressourcen sparen, Konformitätsrisiken reduzieren, die Benutzerfreundlichkeit verbessern und das Vertrauen in ihre Entwürfe stärken.

Verbesserung der Stadtplanung

Stadtplanung ist hochkomplex und erfordert die Berücksichtigung zahlreicher Faktoren, wie Bevölkerungsdichte, Verkehrsdichte, öffentliche Verkehrsmittel, Grünflächen usw. Mit Hilfe von KI können Architekten 3D-Modelle erstellen, um zu simulieren, wie eine zukünftige städtische Umgebung unter realen Bedingungen aussehen und funktionieren wird. Solche Simulationen ermöglichen es den Planern, die Entscheidungsfindung zu optimieren und potenzielle Probleme vorherzusehen, bevor sie entstehen.

Optimierung des Energiemanagements von Gebäuden

Mithilfe von maschinellem Lernen lässt sich der Energieverbrauch in Gebäuden optimieren. KI-basierte Lösungen können Ineffizienzen erkennen und optimale Einstellungen für Klima-, Lüftungs-, Heizungs- und Beleuchtungssysteme vorschlagen, um sicherzustellen, dass ein Gebäude seine beste Leistung erbringt. Darüber hinaus ermöglichen KI-Tools wie LadyBug die Bewertung der thermischen Effizienz des Architekturprojekts vor dem Bau.

Verbesserung der Sicherheit im Bauwesen

Die Sicherheit im Baugewerbe ist ein wichtiges Thema in der Branche, und ihre Bedeutung nimmt aufgrund der zunehmenden Komplexität neuer Projekte weiter zu. Durch den Einsatz von Computer-Vision-fähigen Kameras auf der Baustelle ist es möglich, Sicherheitsverstöße, z. B. die unmittelbare Nähe von Mitarbeitern zu schweren Maschinen, in Echtzeit zu erkennen und die Projektverantwortlichen sofort zu alarmieren. Indem KI-Modelle mit BIM-Daten gefüttert werden, können Sicherheitsbeauftragte im Bauwesen Bereiche erkennen, die am ehesten zu Unfällen führen, und die Bewegungen auf der Baustelle so planen, dass sie vermieden werden.

Ermöglichung einer parametrischen Architektur

KI-gestütztes parametrisches Design hat sich als innovativer Ansatz zur Erstellung komplexer, auf bestimmte Ziele zugeschnittener Gebäudeentwürfe erwiesen. Auf der Grundlage verschiedener Parameter, darunter Baumaterialien und räumliche Beschränkungen, können KI-Modelle einen Entwurf durch Programmierung der geometrischen Regeln kodieren. Mit parametrischem Design können Architekten sicherstellen, dass jeder Entwurf bestimmte Kriterien erfüllt.

Automatisierung der Dokumentation

Architekturprojekte erfordern in der Regel eine Menge Papierkram, darunter Verträge, Genehmigungen und andere Dokumente. KI-basierte Lösungen können diesen Prozess automatisieren, indem sie relevante Informationen aus Bauplänen extrahieren und die für ein Projekt erforderliche Dokumentation automatisch erstellen. Auf diese Weise können Architekten die Genauigkeit der Dokumente sicherstellen und gleichzeitig Zeit für manuelle Aufgaben sparen.

Aufdeckung von Sicherheitsgefahren

KI- und maschinelles-lernen-Modelle können nicht nur einen Teil des Projekts erstellen, sondern auch als zusätzliches Validierungssystem fungieren und Schwachstellen in Konstruktionsplänen aufdecken, z. B. Schwachstellen in einem Bauwerk aufgrund von mangelhaften Materialien oder Bautechniken. Indem KI-Modelle bestehende Entwürfe und Strukturen bewerten, können Architekten außerdem Risikobereiche identifizieren, bevor die Bauarbeiten beginnen.

Sind Sie bereit, die Möglichkeiten der KI für Ihr nächstes Architekturprojekt zu nutzen?

Kontakt

Beispiele für KI-Lösungen für die Architektur

Autodesk Spacemaker

Autodesk Spacemaker ist eine umfassende, KI-basierte Software, die Architekten bei der Rationalisierung der frühen Planungsphase und der Erstellung von Standortvorschlägen unterstützt. Durch die Kombination von Daten aus Bauvorschriften, Klimabedingungen, Sonneneinstrahlung und mehr mit einem Algorithmus für maschinelles Lernen kann Spacemaker in wenigen Minuten mehrere Entwurfsoptionen für Architekten erstellen. Auf diese Weise können Architekten schnell die praktikabelste Option auf der Grundlage ihrer Präferenzen ermitteln und anpassen. Indem die Modelle mit Standortdaten gefüttert werden, kann Spacemaker auch Probleme im Zusammenhang mit den Umweltauswirkungen eines Projekts lösen, automatisch die Bruttogeschossfläche berechnen, den Lärm- und Sonnenstand sofort bewerten und die Einhaltung von Vorschriften sicherstellen.

Delve und Quintaint

Delve, eine von Sidewalk Labs und DeepMind entwickelte Plattform für maschinelles Lernen, soll helfen, die Planung und den Bau von Gebäuden zu verbessern. Delve wurde auf der Google Cloud Platform entwickelt und nutzt KI, um städtebauliche Entwürfe auf der Grundlage von Budget, Standortbeschränkungen, Gebäudehöhen, Tageslicht und vielen anderen Parametern zu erstellen. Quintain, einer der größten Immobilienentwickler im Vereinigten Königreich, nutzte Delve beispielsweise, um die Dichte des Projekts zu erhöhen und die Rendite eines großen Mischnutzungsprojekts in Wembley Park, London, zu steigern. Delve war in der Lage, die ursprünglichen Entwürfe von Quintain in jeder Hinsicht zu übertreffen, vor allem aufgrund unorthodoxer architektonischer Entscheidungen. So konnte das zugrunde liegende Modell des maschinellen Lernens beispielsweise durch die Erhöhung der Gebäudehöhe an bestimmten Stellen den Zugang zu Tageslicht in bestimmten Teilen des Geländes verbessern. Gleichzeitig trugen die ungewöhnlich geformten Innenhofblöcke dazu bei, die angestrebte Lebensqualität zu erreichen.

Datenquelle: sidewalklabs.com - Optimierung des Flächenertrags bei gleichzeitiger Berücksichtigung der Lebensqualität im Wembley Park

Arup Neuron

Arup Neuron ist eine intelligente Gebäude-App, die KI, IoT, BIM und 5G kombiniert, um Gebäude und Städte nachhaltiger zu machen. Neuron sammelt Echtzeitdaten von IoT-Sensoren, die an strategischen Stellen in Gebäuden installiert sind, und verarbeitet diese Daten mit Hilfe von KI. Die Neuron Energy App analysiert Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungsdaten, um Immobilienverwaltern dabei zu helfen, den Energieverbrauch im Voraus genau vorherzusagen, Kosten zu senken und negative Umweltauswirkungen zu verringern. One Taikoo Place ist eines der ersten KI-fähigen Gebäude in Hongkong. Mit Hilfe der Neuron-App konnte der Projektentwickler Swire Properties den Energieverbrauch um 15 % senken.

Bildtitel: Die historische Datenanalyse von Arup Neuron
Datenquelle: arup.com - Arup Neuron

DALL-E2

DALL-E 2 ist ein von OpenAI (ChatGPT-Entwickler) entwickeltes Programm für künstliche Intelligenz, das Bilder aus Textbeschreibungen erzeugt. Das Programm verwendet einen Deep-Learning-Algorithmus, um die Bedeutung hinter dem Text zu verstehen und erzeugt dann ein Bild auf der Grundlage dieses Verständnisses. Obwohl DALL-E 2 ursprünglich als Kunstprojekt entwickelt wurde, hat es das Potenzial, ein leistungsstarkes Werkzeug für Architekten zu werden. Mit DALL-E 2 können Architekten schnell und einfach visuelle Darstellungen ihrer Designkonzepte erstellen und diese mit ihren Kunden teilen.

Midjourney

Midjourney ist eines der gängigsten Werkzeuge zur Erstellung von Entwürfen. Midjourney wird sowohl von Architektur-Enthusiasten als auch von Fachleuten bewundert und ist in der Lage, qualitativ hochwertige Renderings aus einfachen Textvorgaben zu erzeugen. Besonders wichtig ist, dass Midjourney es dem Benutzer ermöglicht, frühere Ergebnisse zu regenerieren und zu wiederholen, um so maßgeschneiderte Konzepte zu erstellen. Ähnlich wie ChatGPT das Schreiben rationalisieren kann, sind sowohl DALL-E 2 als auch Midjourney eine großartige Möglichkeit für professionelle Architekten, ihren Designprozess zu beschleunigen und wertvolle Zeit zu Beginn eines Projekts zu sparen. Da diese Text-zu-Bild-KI-Generatoren Konzepte in wenigen Minuten erstellen können, können Architekten bei der Ideenfindung etwas mutiger sein.

Microsoft und Daniel McDuff

Die Architektin Jenny Sabin hat auf dem Microsoft-Campus in Redmond, Washington, eine groß angelegte, KI-gesteuerte Installation geschaffen. Die Skulptur besteht aus 895 3D-gedruckten Knoten, die mit Glasfaserstäben und photolumineszierendem Garn zu Sechsecken zusammengefügt sind. Die Installation, die nach der englischen Mathematikerin Ada Lovelace Ada genannt wurde, ist ein Beispiel für "eingebettete Intelligenz". Überall im Gebäude installierte Kameras und Mikrofone sammeln Daten über Gesichtsausdrücke und Stimmlagen und übersetzen sie in die abstrakte Sprache von Formen, Licht und Farben. Daniel McDuff leitete das Projektteam, das die KI-Plattform entwickelte, die Daten verarbeitete und einen wechselnden Farbverlauf für Ada erzeugte. McDuff ist überzeugt, dass seine Technologie zur Erfassung von Emotionen Lösungen für das gesundheitswesen oder die Pflege bieten könnte, auch wenn sie als "dystopisch" bezeichnet wurde. Wichtig ist, dass die Mitarbeiter von Microsoft der Verarbeitung ihrer persönlichen Daten widersprechen können.

Bildtitel: KI-Installation auf dem Microsoft-Campus
Datenquelle: archpaper.com - Die Installation von Jenny Sabin für Microsoft reagiert auf die Emotionen der Bewohner

Aufstrebende Technologien in der Architektur zur Ergänzung der KI

BIM

Building Information Modeling (BIM) ist eine fortschrittliche Form der 3D-Modellierung, die eine digitale Darstellung der physischen und funktionalen Merkmale von Gebäuden erstellt. BIM ermöglicht es Architekten, sich wiederholende Aufgaben zu automatisieren und ihren gesamten Entwurfsprozess von der Konzeption bis zum Bau in einer integrierten Plattform zu verwalten, so dass sie schneller und effizienter bessere Entscheidungen treffen können.

3D-Druck

3D-Druck bietet Architekten die einfachste Möglichkeit, Prototypen zu erstellen und die Machbarkeit von Entwurfskonzepten zu bewerten. Dies beschleunigt die Arbeitsabläufe erheblich und ermöglicht die Erkennung potenzieller Probleme, die sonst bis zur Bauphase verborgen bleiben würden.

AR

Augmented Reality ist eine Technologie, bei der digitale Informationen und 3D-Grafiken über physische Objekte gelegt werden. Architekturbüros können AR nutzen, um Kunden bei der Entscheidungsfindung zu helfen, indem sie ihnen genau zeigen, wie das Gebäude aussehen wird, bevor der Bau beginnt.

VR

Virtuelle Realität kann dazu beitragen, die Kunden von Architekten und andere Beteiligte noch stärker in den Entwurfsprozess einzubeziehen. Mit einem VR-Headset können sie den Raum im Detail erkunden und sehen, wie verschiedene Materialien aussehen, bevor eine physische Konstruktion stattgefunden hat.

IoT

IoT ist ein Netzwerk von mit dem Internet verbundenen Geräten, die miteinander kommunizieren können. IoT-Technologie wird in der Architektur eingesetzt, um intelligente Gebäude zu ermöglichen, die eine bessere Kontrolle über den Energieverbrauch und die Systemleistung erlauben. Das IoT kann auch die vorausschauende Wartung von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HVAC) ermöglichen.

KI vs. Architekten: Wird KI menschliche Fachleute ersetzen?

Die Integration von KI wird in naher Zukunft erhebliche Auswirkungen auf Architektur- und Designprofis haben. Trotz einer potenziellen Störung kann KI die menschliche Kreativität und Problemlösungskompetenz nicht vollständig ersetzen, zumindest nicht im Moment. KI wird am besten im Tandem mit menschlichen Architekten eingesetzt, da sie deren Fähigkeiten erweitern und dabei helfen kann, schneller bessere Entscheidungen zu treffen, indem sie Daten berücksichtigt, die für Menschen zu komplex oder zu zeitaufwändig sind, um sie allein zu analysieren. KI kann zwar das scheinbare Endprodukt erzeugen, doch fehlt ihr das Verständnis für die realen Zwänge und nichtlinearen kreativen Prozesse, die diese Berufe ausmachen. Anstatt diesen unvermeidlichen Wandel zu fürchten, müssen Fachleute ihre vorhandenen Fähigkeiten anpassen, um sie in die KI zu integrieren und letztlich den Weg für eine neue Ära der Innovation und Kreativität in der Architekturgestaltung zu ebnen.

Herausforderungen bei der Implementierung von KI in der Architektur und mögliche Lösungen

Herausforderung

Beispiel

Mögliche Lösung

Schwarzer Kasten

Bei der Blackbox-KI ist nicht ersichtlich, wie ein Algorithmus zu seinen Ergebnissen kommt. Dies kann zu unbeabsichtigten Folgen führen, da Algorithmen zur Optimierung auf der Grundlage von Trainingsdaten statt der gewünschten Ergebnisse neigen und Ergebnisse ohne erklärbare Logik produzieren können.

Bei vielen Anwendungen von KI in der Architektur handelt es sich im Wesentlichen um einen zweistufigen Prozess, bei dem relevante Daten in ein KI-Modell eingespeist werden und am Ende des Prozesses fertige Entwürfe vorliegen. Bei einem solchen Ansatz kann ein Architekt nicht entschlüsseln, was genau das zugrunde liegende Modell tut.

Zunächst sollten Sie die richtigen Metriken zur Bewertung des Ergebnisses auswählen, was es Ihnen immer noch nicht ermöglichen wird, die KI in den White-Box-Bereich zu verschieben. Allerdings erhalten Sie dadurch ein besseres Verständnis dafür, wie das System auf Änderungen reagiert, und erhalten Hinweise zur Verbesserung des Systems. Es ist auch wichtig, die Pipeline in definitive Schritte zu unterteilen, damit der Benutzer eingreifen kann und eine bessere Kontrolle über das Endergebnis hat.

Architektur ist risikoscheu

Die Architekturbranche ist zwar offen für Innovationen, doch bestimmte KI-Anwendungen können für ein durchschnittliches Architekturbüro zu riskant sein. Die Fähigkeit der KI, unkonventionelle Baumethoden vorzuschlagen oder nicht katalogisierte Materialien zu verwenden, kann für Architekturbüros erhebliche rechtliche und geschäftliche Risiken mit sich bringen.

In den meisten Fällen überlassen Architekten den Bau von Grundstrukturen wie Stützmauern den Bauunternehmern. Wenn die KI ein noch nie dagewesenes Verfahren zur Rückhaltung des Bodens entwickelt, sollten die Architekten den Auftragnehmern eine ausführliche Dokumentation über die Methoden und Materialien zur Umsetzung des Verfahrens vorlegen. Dies bürdet den Architekten automatisch ein erhebliches rechtliches Risiko auf, das die meisten Unternehmen verständlicherweise in den allermeisten Fällen vermeiden würden.

KI-basierte Systeme können nicht zur Entscheidungsfindung eingesetzt werden. Beim derzeitigen Stand der Technik sollten die meisten KI-gestützten Systeme als Assistenten oder als Optimierungswerkzeug für bestimmte Vorgänge eingesetzt werden. Daher muss der Mensch in dieser Branche die endgültige Entscheidung treffen.

Building a better future with AI in architecture

Mit KI in der Architektur eine bessere Zukunft gestalten

KI stellt für Architekten eine große Chance dar, ihre Arbeitsabläufe zu revolutionieren, fundiertere Entscheidungen zu treffen und innovative Lösungen zu entwickeln. Obwohl KI ein unschätzbares Werkzeug für die Architekturbranche werden kann, muss sie mit Vorsicht genossen werden. Architekten sollten sich mit der Technologie vertraut machen und sich gleichzeitig ihrer potenziellen Fallstricke bewusst sein. Mit nachhaltiger Ausbildung und Praxis kann die Architekturgemeinschaft die KI nutzen, um bessere zukünftige Häuser und Städte zu bauen, in denen wir leben. Sind Sie bereit, den nächsten Schritt zu tun? Nutzen Sie das Potenzial von KI in der Architektur, indem Sie mit den KI-gesteuerten Tools und Dienstleistungen von Itransition beginnen. Unser erfahrenes Team von Ingenieuren und Datenwissenschaftlern hilft Ihnen, Ihre Bedürfnisse zu ermitteln und maßgeschneiderte Lösungen zu entwickeln.

Nutzen Sie KI schon heute, um der Zeit voraus zu sein

Kontakt aufnehmen

FAQ

Wie wird KI in der Architektur eingesetzt?

KI wird in der Architektur eingesetzt, um Designern zu helfen, effizientere, innovativere und kreativere Lösungen zu entwickeln. KI kann für die Erstellung virtueller 3D-Renderings und Modelle, die Optimierung des Materialeinsatzes, die Suche nach neuen Designtrends und -mustern, die Automatisierung zeitaufwändiger Berechnungen wie Beleuchtungssimulationen oder Energieverbrauchsschätzungen und die Analyse großer Datenmengen eingesetzt werden, um neue Erkenntnisse zu gewinnen.

Kann KI Architekten ersetzen?

Nein, KI kann Architekten nicht vollständig ersetzen. KI kann zwar dazu beitragen, bestimmte Aspekte des Entwurfsprozesses zu rationalisieren und zu automatisieren, aber ein menschlicher Architekt wird immer noch benötigt, um die Ergebnisse zu interpretieren, Entscheidungen über das weitere Vorgehen bei einem Projekt zu treffen und den Auftrag letztendlich abzuschließen.

Was ist generatives Design für Architektur?

Ein Beispiel für KI in der Architektur ist das generative Design, bei dem Algorithmen eingesetzt werden, um auf der Grundlage von Eingabeparametern eine Reihe optimierter Lösungen zu generieren. Diese Art der KI kann für alles verwendet werden, von der Erstellung effizienter struktureller Entwürfe bis hin zur Entwicklung ganzer Stadtlandschaften.