Künstliche Intelligenz im Bauwesen

Beispiele für den Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) im Bauwesen werden in der gesamten Baubranche, von der Planung bis zur Ausführung, immer häufiger.
Baufachleute setzen auf KI, um die Effizienz und Genauigkeit von Projekten zu verbessern, die Nutzung und den Standort von Geräten zu verfolgen und eine lange Liste anderer KI-gesteuerter Anwendungen zu nutzen.

Research and Markets berichtet, dass die Bautätigkeit jährlich mehr als 10 Billionen Dollar erwirtschaftet, eine Zahl, die bis 2023 voraussichtlich um 4,2 % wachsen wird.

KI trägt zum Wachstum der Branche bei. In dem Artikel „Artificial Intelligence: The Next Frontier of Construction Technology“ (Künstliche Intelligenz: Die nächste Grenze der Bautechnologie) bezeichnet McKinsey & Company die künstliche Intelligenz als eine entscheidende Komponente moderner Ansätze für Design und Konstruktion.

Das Unternehmen berichtet, dass Technologien der künstlichen Intelligenz diesen Branchen helfen, einige ihrer größten Herausforderungen zu bewältigen, darunter Kosten- und Terminüberschreitungen sowie Sicherheitsfragen.
KI kommt im Bauwesen während des gesamten Projektlebenszyklus zum Einsatz, einschließlich Bau und Planung, Ausschreibung, Finanzierung, Transportmanagement sowie Betrieb und Anlagenmanagement.

Im Folgenden sehen wir uns einige der Möglichkeiten an, wie KI im Bauwesen eingesetzt werden kann.

5 Beispiele für KI im Bauwesen

Die generative Technik (generatives Design) verbessert die Art und Weise, wie Teams 3D-Modelle erstellen.


In den letzten Jahren hat sich die Gebäudedatenmodellierung (Building Information Modeling, BIM) zu einer neuen (und verbesserten) Methode zur Erstellung von 3D-Modellen entwickelt, auf die sich Baufachleute bei der genauen Planung, Konstruktion und Renovierung verlassen.

Heute erweitern die Programmierer von BIM-Plattformen die Möglichkeiten von BIM mit intelligenten Funktionen, die durch künstliche Intelligenz gesteuert werden.
BIM verwendet verschiedene Arten von Werkzeugen und Technologien, darunter maschinelles Lernen (ML), um Teams dabei zu helfen, ein häufiges und kostspieliges Problem zu vermeiden: doppelte Arbeit.

Zu oft verschwenden Untergruppen, die an gemeinsamen Projekten arbeiten, Zeit mit der Erstellung von Modellen, die bereits von anderen Untergruppen erstellt wurden.
Mit BIM bringen die Nutzer den Maschinen bei, Algorithmen zu verwenden, um Projekte mit vielen Variationen zu erstellen.

Durch die Erstellung von Modellen lernt die KI bei jeder Iteration, bis sie das perfekte Modell gefunden hat. Die Einführung von BIM ist im Kommen.

Eine aktuelle Studie von Dodge Data und Autodesk, Accelerating Digital Transformation with BIM SmartMarket Report“, kommt zu dem Schluss, dass BIM das Herzstück eines Trends zur verstärkten Digitalisierung im Bausektor ist.

Die Studie ergab, dass fast die Hälfte (47 %) der BIM-Anwender im Bauwesen mit hoher Intensität“ kurz davor steht, ihre allgemeinen Ziele für die digitale Transformation zu erreichen.

KI kann Bauleitern helfen, den Fortschritt auf der Baustelle zu verfolgen.

Unternehmen wie Droxel nutzen Lösungen der künstlichen Intelligenz, die den Fortschritt von Bauprojekten verfolgen und Qualitäts- und Fortschrittsmessungen in Echtzeit liefern.

Droxel entwickelt Roboter, die mit Kameras ausgestattet sind und sich autonom auf einer Baustelle bewegen können, um dreidimensionale „Punktwolken“ zu erfassen. Im Wesentlichen, so das Unternehmen, erstellen KI-gesteuerte Roboter digitale Abbilder von Baustellen.

Sobald ein vollständiges digitales Modell erstellt wurde, verwendet Doxel ein neuronales Netzwerk, um die Projektdaten zu verarbeiten und sie mit den Informationen aus BIM und der Stückliste abzugleichen. Die erstellten Informationen sind nützlich für Projektmanager, insbesondere für diejenigen, die große Projekte mit Tausenden von beweglichen Teilen verfolgen müssen.

Zu diesen Ideen gehören:

  • Finanzielle Informationen, wie z. B. die Höhe der Schulden oder Anzeichen von Zahlungsunfähigkeit des Haushalts.
  • Wie nah die Projekte am Zeitplan sind
  • Frühzeitiges Erkennen von Qualitätsfehlern, wenn sie noch behoben und gemildert werden können.

Das Internet der Dinge ermöglicht ein zuverlässiges Flottenmanagement.

Das Internet der Dinge (IoT) verändert die Art und Weise, wie Bauunternehmen ihre Maschinen- und Fahrzeugflotten verwalten. Zu den IoT-Lösungen gehören Standortbestimmung, präventive Wartungsfunktionen, Kraftstoff- und Batterieverbrauch und vieles mehr, die auf künstlicher Intelligenz basierende Telemetrie nutzen.

IoT-Geräte und -Tags liefern wichtige Informationen aus dem Feld.

Sie können an den Geräten und im Inneren von Transportkisten, Sattelaufliegern, Werkzeugen und so ziemlich allem anderen, was die Bautrupps im Auge behalten müssen, angebracht werden. Es ist von unschätzbarem Wert, vorhersagen zu können, wann ein Gerät ausfallen wird, und damit Zeit und Geld in der Bauindustrie zu sparen.

KI schafft einen sichereren Arbeitsplatz.

Nach Angaben der OSHA ist die Wahrscheinlichkeit, dass Bauarbeiter bei der Arbeit sterben, fünfmal höher als bei anderen Arbeitnehmern. Zu diesen Unfällen gehören Stürze, Zusammenstöße mit Gegenständen, Stromschläge und Unfälle, bei denen Arbeitnehmer zwischen mehreren Gegenständen auf einer Baustelle, einschließlich Geräten, eingeklemmt, gepackt, zerquetscht oder gequetscht werden.

Plattformen wie Newmetrix verbessern die Sicherheitsbedingungen am Arbeitsplatz durch maschinelles Lernen, mit dem Risiken erkannt werden können, bevor es zu Zwischenfällen kommt, oder mit dem Einrichtungen analysiert werden können, nachdem es zu Zwischenfällen gekommen ist.

Die Software kann Quellen wie Fotos und Videos überwachen und dann prädiktive Analysen anwenden, um potenzielle Probleme zu erkennen, so dass Baustellenleiter diese sofort beheben können.

Die Benutzer können mit einem zentralen Dashboard interagieren, um Berichte zu erstellen, die Projekte nach potenziellen Sicherheitsrisiken einstufen, z. B. unsichere Gerüste, stehendes Wasser und Arbeiter, die keine persönliche Schutzausrüstung wie Handschuhe, Schutzbrillen und Helme tragen.

AI verringert den Arbeitskräftemangel im Baugewerbe.

Im Jahr 2017 berichtete McKinsey and Company, dass Bauunternehmen ihre Produktivität mit KI-gestützten Analysen um 50 Prozent steigern könnten.

Das ist eine gute Nachricht für Bauunternehmen, die nicht genügend Mitarbeiter finden, um ihre Aufträge auszuführen, und diese Unternehmen sind eher die Regel als die Ausnahme.

Es ist nicht nur schwierig, Arbeitskräfte zu finden – CNN berichtet, dass in der Branche mehr als eine Million Arbeitskräfte in den USA fehlen -, es ist auch schwierig, Arbeitskräfte zu halten. Nach Angaben des Bureau of Labor Statistics beträgt die durchschnittliche monatliche Fluktuation im Baugewerbe mehr als 5 %, verglichen mit weniger als 4 % in allen anderen Branchen.

Durch künstliche Intelligenz unterstützte Roboter wie der Find a Dog von Boston Dynamics ermöglichen es Projektmanagern, in Echtzeit die Bedingungen für mehrere Aufträge zu ermitteln und zu entscheiden, ob die Arbeiter zu anderen Teilen des Projekts oder zu neuen Standorten für das gesamte Projekt versetzt werden sollen.

Die Roboterhunde überwachen die Einrichtungen während und nach der Arbeitszeit, um Schwachstellen zu erkennen.

Digitale Zwillinge

Digitale Zwillinge nehmen allmählich ihren Platz in der Bauindustrie ein. Ein digitaler Zwilling ist ein virtuelles Modell eines Gebäudes, das Informationen von Sensoren, Drohnen und anderen drahtlosen Technologien sammelt. „Der Doppelgänger lernt ständig und bezieht Informationen aus verschiedenen Quellen, darunter fortschrittliche Analysen, Algorithmen für maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz. Dies bietet äußerst nützliche Einblicke in die Leistung, Funktion und Rentabilität eines Gebäudes, unabhängig davon, ob es bereits gebaut wurde oder noch im Bau ist. Künftig werden grafische BIM-Modelle Informationen für Gebäudeinstandhaltungssysteme liefern. Zu diesen Informationen gehören z. B. Energieverbrauchsdaten, Wartungsanfragen und Ergebnisse der vorbeugenden Wartung. Vielleicht werden BIM-Modelle in Zukunft stadtweit mit Instandhaltungssystemen verknüpft und nicht nur auf Gebäudeebene.

Künstliche Intelligenz bei der Planung von Gebäuden und Strukturen

Während der Planung und Konstruktion eines Gebäudes sammelt das BIM-Modell eine große Menge an Informationen. Die Interpretation und Untersuchung von Daten aus BIM-Modellen und früheren Projekten hilft, Fehler in der Zukunft zu vermeiden und Planungs- und Bauprozesse zu verbessern. Für den Menschen ist es jedoch unmöglich, solch große Mengen an Informationen zu verarbeiten. Der neue Trend zur Nutzung von BIM in Verbindung mit der Technologie der künstlichen Intelligenz ermöglicht es, alle Informationen zu nutzen, die Datenverarbeitung zu beschleunigen und die Effizienz des Bauprozesses erheblich zu steigern. Mithilfe künstlicher Intelligenz kann BIM-Software aus Daten lernen und Muster erkennen. Sie kann dann selbst entscheiden, wie sie die Bauprozesse automatisieren und verbessern will.

Digitale Modelle als Rechtsdokument

BIM-Modelle könnten bald den gleichen offiziellen Status haben wie PDFs in der 2D-Dokumentation. Die Anerkennung und Standardisierung von BIM-Modellen als rechtsverbindliche Baudokumente (ähnlich der Rolle, die Papierzeichnungen in der Vergangenheit spielten) wird BIM einer breiten Anwendung bei Bauprojekten näher bringen.

Einfacher Zugang zu BIM-Modellen in der Cloud

Die Nutzung von Cloud-Diensten erleichtert die Arbeit mit Bauprojekten. Anstelle von Situationen, in denen sich alle Projektbeteiligten einmal pro Woche aktualisierte Modelle schicken und jemand feststellt, dass die Wand, an der er gearbeitet hat, verschoben wurde, kann das gesamte Team in Echtzeit mit demselben Modell arbeiten. Jeder hat Zugang zu den neuesten Informationen und kann sicher sein, dass sie auf dem neuesten Stand sind, und die Arbeit wird schneller erledigt.

Roboter auf Baustellen.

In naher Zukunft wird es immer häufiger vorkommen, dass Roboter auf Baustellen BIM-Modelle verwenden, um Bauarbeiten vor Ort durchzuführen. Derzeit wird nur ein kleiner Teil aller Industrieroboter im Bausektor eingesetzt, die meisten davon in der Vorfertigung. Mehrere Unternehmen entwickeln jedoch derzeit mobile Roboter für die Bauindustrie.

3D-Druck für den Bau von Gebäuden

Überall auf der Welt versuchen Menschen, Gebäude mit 3D-Druckern zu bauen. Mit dieser Technologie konnten Forscher in Kalifornien ein Haus in nur 24 Stunden drucken und bauen. In China konnten die Experimentatoren sogar noch weiter gehen: Mit einem 3D-Drucker wurden in einer Fabrik an einem Tag bis zu zehn Häuser hergestellt. Für den Bau wurde recyceltes Baumaterial und Zement verwendet. Ähnliche Tests werden auch in Europa durchgeführt. Zu den Vorteilen des 3D-Drucks gehören die Verringerung des Abfalls und die verstärkte Wiederverwendung und Wiederverwertung von Materialien. Die Technologie bietet auch eine größere Freiheit für architektonische Lösungen, da 3D-Drucker gekrümmte Formen verarbeiten können, die von Hand schwieriger zu fertigen sind.

Vorgefertigte Konstruktion

Dank der Fortschritte im Bereich BIM gewinnt die Fertigteil- und Modulbauweise wieder an Popularität. Die Möglichkeit, Bauteile genau und detailliert zu entwerfen, bedeutet, dass eine zunehmende Anzahl von Bauteilen außerhalb der Baustelle hergestellt werden kann. Der Einsatz von modularen und vorgefertigten Strukturen kann die Dauer von Bauprojekten verkürzen und die Effizienz steigern, da vorgefertigte Komponenten unter optimalen Fabrikbedingungen hergestellt werden können und die Bauunternehmen nicht mit Einschränkungen wie schlechtem Wetter oder kurzen Tageslichtstunden zu kämpfen haben.

Grünes Bauen

Ein eindeutiger Trend ist die Entwicklung hin zu energieeffizienten, grünen Gebäuden. Am 1. Januar 2021 wird eine neue, strengere EU-Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden in Kraft treten. Alle Gebäude, die nach diesem Datum gebaut werden, müssen hohe Energieeffizienzstandards erfüllen. Es gibt eine Reihe von Öko-Zertifizierungssystemen für Immobilien, die verschiedene Methoden anwenden, wie LEED, BREEAM und GreenBuilding, und der Übergang zur digitalen Technologie macht grünes Bauen einfacher. Umweltleistungswerkzeuge können Lebenszyklusanalysen von Gebäuden durchführen und die Umweltauswirkungen verschiedener Gebäude berechnen. Sie können auch dazu beitragen, die Emissionen durch die Wahl anderer Materialien oder Produktionsmethoden zu verringern.

Virtuelle, erweiterte und gemischte Realität

Der Einsatz von virtueller Realität (VR) wird bei Bauprojekten immer häufiger eingesetzt. So ist es jetzt beispielsweise möglich, einen virtuellen Rundgang um ein zukünftiges Gebäude zu machen und zu sehen, wie es nach seiner Fertigstellung aussehen wird. Virtuelle Realität hilft, das Projekt besser zu verstehen und allen Beteiligten zu präsentieren: Bauherren, Investoren und sogar den zukünftigen Bewohnern. Diese Technologie wird aktiv weiterentwickelt, und die Funktionen werden sogar auf Mobiltelefonen verfügbar sein. Anstatt eine sperrige VR-Brille aufzusetzen, genügt es, sich mit einem Telefon zu bewaffnen. Unter Augmented Reality (AR) versteht man die Überlagerung von digitalen Informationen mit realen Objekten. Die Möglichkeiten für den Einsatz von Augmented Reality im Bauwesen sind vielfältig. Diese Technologie kann zur Demonstration der Installation neuer Systeme in bestehenden Gebäuden verwendet werden. Sie können zum Beispiel zeigen, wie ein Rohr durch ein Dach oder eine Wand führt. Mixed Reality (MR) ist eine Kombination aus virtueller und erweiterter Realität. Das bedeutet, dass das betreffende virtuelle Objekt so nahtlos in die reale Welt integriert ist, dass es wie ein Hologramm ein Teil von ihr zu sein scheint. Mit dieser Technologie kann ein Bauherr auf eine Baustelle gehen, eine Brille aufsetzen und sein noch zu errichtendes Gebäude im Maßstab 1:1 sehen. Es kann manipuliert oder vergrößert werden. Sie können das Haus auch von innen besichtigen, bevor es überhaupt gebaut ist. Sie können Ansichten aus verschiedenen Fenstern betrachten, prüfen, wie sich das Verschieben einer Wand auf das Raumgefühl auswirkt, oder sich den Querschnitt einer Wand ansehen. Diese Technik wird auch für künftige Installationsarbeiten von Bedeutung sein.

Der intelligente Assistent für Bauarbeiter

Künstliche Intelligenz setzt sich in der Baubranche gerade erst durch. Laut JeffLarrick, Leiter von BIM 360 bei Autodesk, nutzen viele Unternehmen jedoch bereits mobile Geräte und Cloud-basierte Kollaborationstechnologien, um den Bauprozess zu koordinieren. Technologien der künstlichen Intelligenz können Bilder erkennen und auf der Grundlage der Analyse der von Drohnen oder Kameras gesammelten Daten auf Orte oder Aktivitäten hinweisen, die nicht den geltenden Sicherheitsvorschriften entsprechen. Darüber hinaus wird KI zur Bewertung von Projektrisiken und zur Erstellung von Prognosemodellen auf der Grundlage zuvor gesammelter Daten eingesetzt, die anzeigen, welche Prozesse besondere Aufmerksamkeit erfordern.

Eine Form der künstlichen Intelligenz ist das generative Design, eine Technologie, bei der künstliche Intelligenz eingesetzt wird, um verschiedene Produkte automatisch zu entwerfen, herzustellen und ihre Eigenschaften zu optimieren. Heute ist sie vor allem in der Industrie gefragt. Autodesk hat jedoch schon lange erklärt, dass die Technologie auch im Bauwesen eingesetzt werden kann. Autodesk hat schon lange erklärt, dass die Technologie in der Bauindustrie eingesetzt werden kann. Auf der Grundlage vorgegebener Parameter und Einschränkungen fand und testete die generative Design-Software in nur wenigen Tagen 10.000 verschiedene Bürolayouts.

So berechnete das Programm für generatives Design die optimale Raumaufteilung mit der Lage des Arbeitsplatzes jedes Mitarbeiters, der Besprechungsräume und anderer Gemeinschaftsbereiche, wobei alle möglichen Faktoren berücksichtigt wurden – von der Menge des Tageslichts in den verschiedenen Teilen des Büros und der Aussicht aus dem Fenster bis hin zu visuellen Reizen (Anzahl der anderen Personen in Sichtweite des Arbeitsplatzes), dem Geräuschpegel und den Präferenzen für die Interaktion zwischen den Abteilungen (Abteilungen, die häufig miteinander interagieren, können nahe beieinander liegen, wobei alle anderen Faktoren berücksichtigt werden).

Große Baudaten

Autodesk sagt auch, dass Datenerfassungs-, Kontroll- und Analysesysteme – Sensoren und Drohnen – eine wichtige Rolle bei der Nutzung von BIM während der Bauphase spielen. Sensoren können den technischen Zustand einer Anlage in Echtzeit überwachen und so die Sicherheit erhöhen. Im Jahr 2007 stürzte zum Beispiel die St. Anthony-Brücke in Minnesota ein. An ihrer Stelle wurde eine neue, intelligente Brücke gebaut. Die Brücke ist mit über 350 Sensoren ausgestattet, die den Grad der Korrosion, der Belastung, der Vibration und der Vereisung messen (die Brücke verfügt über spezielle Sprinkleranlagen mit Frostschutzmittel, die sich automatisch einschalten, wenn es zu einer Vereisung kommt). Der Beton dieser Brücke ist photokatalytisch – im Sonnenlicht wandelt er schädliche Verunreinigungen in nützliche Stoffe um.

Drohnen wiederum können sich erheblich auf die Wirtschaftlichkeit und die Qualität der Bauarbeiten auswirken, da sie es ermöglichen, Fehler, Unstimmigkeiten und Verzögerungen frühzeitig zu überwachen und zu korrigieren. So wurden beispielsweise Drohnen bei einem Projekt zur Modernisierung des ältesten und größten Staudamms Norwegens eingesetzt. Das an dem Projekt beteiligte Unternehmen setzte BIM zunächst in der Entwurfsphase und dann in der Bauphase ein. Anhand der Daten der Drohnen konnte sie alte Strukturen mit neuen abgleichen, das gebaute Objekt mit dem Modell vergleichen und den Fortschritt des Projekts überwachen.

CAD der Zukunft

Autodesk-Experten sagen, dass CAD in Zukunft ein vollwertiger Partner für die am Bauprozess Beteiligten während des gesamten Lebenszyklus des Projekts sein wird. Laut Callan Carpenter, Vizepräsident von Autodesk, wird das Designsystem der Zukunft über künstliche Intelligenz und Sprachsteuerung verfügen. Er demonstrierte diese Fähigkeiten am Beispiel eines Bauprojekts. Nach dem Befehl lud das System den Gebäudeentwurf herunter und ging in den Raumplanungsmodus über. Nach Erhalt der grundlegenden Parameter und der Analyse der Kundenpräferenzen für diese Parameter wurden 10.000 Designoptionen generiert. Anschließend wählte sie 10 Optionen aus, die den grundlegenden Kriterien des Projekts am besten entsprachen. Für die letzte Option erstellte das System ein 3D-Modell und 2D-Zeichnungen, die dem Kunden und den Auftragnehmern zur Verfügung gestellt wurden.

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