Neben der KI-gestützten Mängel- und Baufortschrittskontrolle oder KI-Bildgeneratoren für die Visualisierung erster Entwurfsideen gibt es inzwischen auch KI-Programme für städtebauliche Studien oder für die Generierung und Optimierung von Baumassen und Grundrissen in der Vorentwurfs- und Entwurfsphase. Auch eine automatisierte BIM-Modellierung und Planerstellung für die Genehmigungsplanung ist möglich. Dieser Beitrag geht speziell auf diese KI-Programme ein, zeigt die Möglichkeiten, aber auch Schwächen, Grenzen und Herausforderungen auf.

Was können KI-Planungswerkzeuge?

KI-Planungswerkzeuge nutzen smarte Algorithmen für eine automatisierte Erstellung von städtebaulichen Bebauungsstudien, von Gebäudegrundrissen oder BIM-Modellen. Die jeweilige Form kann dann direkt optimiert oder bewertet werden – beispielsweise im Hinblick auf bauliche Dichte, Nutzungsqualität, Erschließung, Belichtung oder Wirtschaftlichkeit. Die Algorithmen kombinieren dafür Technologien des generativen Designs, regelbasierter Systeme, der graphbasierten Modellierung sowie Simulationen, um funktionale, regelkonforme und für bestimmte Vorgaben optimierte Entwürfe zu erzeugen.

Generatives Design

Beim generativen Design erzeugt die Software auf Basis definierter Entwurfsziele, Regeln und Randbedingungen eine Vielzahl von Entwurfsvarianten, bewertet und optimiert diese selbstständig.

Graphbasierte Modellierung

Bei der graphbasierten Modellierung werden räumliche Beziehungen, Erschließungen, Zonierungen oder funktionale Anforderungen algorithmisch erfasst und in Form von Graphen dargestellt. Das ist ein Netzwerk aus Knoten (die Räume repräsentieren) und Kanten, die Verbindungen, Beziehungen oder Abhängigkeiten darstellen. Dabei kann beispielsweise vorgegeben werden, welche Minimal- oder Maximalgrößen und welchen Zuschnitt Räume haben sollen, dass Nassräume aus Installationsgründen möglichst nebeneinander oder gegenüber liegen oder Verkehrsflächen möglichst minimiert werden sollen.

Diese und weitere, vom Anwender definierten Regeln werden bei der automatischen Grundrisserstellung berücksichtigt. Die Methode erlaubt eine regelbasierte, dynamische Anpassung von Baukörpern und Grundrissen an Änderungen des Baugrundstücks, der Gebäudegeometrie, Nutzungs- oder Qualitätsanforderungen, quasi in „Echtzeit“.

Simulationen

Simulationen sind in definierten Zeitschritten ausgeführte Berechnungen. Sie werden für rechnergestützte Echtzeit-Analysen und Bewertungen der funktionalen Qualität eines Entwurfs genutzt. Simuliert und optimiert werden beispielsweise der Sonnenlichteinfall, die Verschattung, die Luftzirkulation, Lärm- und Windverhältnisse etc. Für die Wirtschaftlichkeitsbewertung von Grundstücken lässt sich häufig parallel anzeigen, wie viele Wohneinheiten, Nutzflächen, Verkehrsflächen, Arbeitsplätze oder Parkplätze etc. möglich oder notwendig sind. Damit erhalten Planer und Investoren eine verlässliche und schnelle Rückmeldung zu essenziellen Fragestellungen, was Entscheidungsprozesse beschleunigt.

Plausibilitätsprüfung im Hintergrund

Unterstützt die Software eine graphbasierte Modellierung, lassen sich Baumassenverteilungen und Raumbeziehungen definieren und danach Gebäude- oder Grundrisslayouts iterativ optimieren, um sich schrittweise dem gewünschten Ziel zu nähern.

Simulationen ermöglichen eine Feinabstimmung in Bezug auf Belichtung und Verschattung, Lärm und Wind etc. Automatische Fehler-Checks prüfen im Hintergrund auf Vorgaben- und Normkonformität und funktionale Qualität.

Die generierten Varianten können anschließend vom Anwender verglichen, bewertet, individuell angepasst und über Schnittstellen oder direkt im nativen Datenformat in CAD- oder BIM-Programme wie Revit, Rhino, Sketchup, Archicad etc. importiert und dort weiterbearbeitet werden.

Welche KI-Planungstools sollte man kennen?

Aus der inzwischen beachtlichen Vielzahl an KI-Planungswerkzeugen fallen die folgenden Lösungen durch besondere Funktionen oder eine häufige Nennung in einschlägigen Übersichten auf. Die meisten Lösungen sind kostenpflichtig und setzen eine Registrierung voraus. Einige bieten nach einer Anmeldung über ein Google- oder Facebook-Konto auch eine kostenfreie Testmöglichkeit mit limitierten Funktionen (zum Beispiel Ark, Hypar, Skema etc.).

Schwächen und Grenzen von KI-Planungstools

Neben den Vorteilen wie Zeiteinsparung, Variantenvielfalt und Optimierung weisen die KI-Planungstools auch einige Schwächen auf. So erzeugen sie zwar funktionale, den Vorgaben folgende Baukörper- oder Grundrisslayouts. Diese sind aber meist stereotyp und verfügen über eine begrenzte architektonische Qualität, Kreativität und gestalterische Raffinesse.

Wenig Bezug zu deutscher Baugesetzgebung

Bau- und Brandschutzvorschriften oder Vorgaben zur Barrierefreiheit werden nur grob oder überhaupt nicht berücksichtigt und müssen manuell ergänzt werden. Manche KI-generierte Vorschläge sind auch inhaltlich nicht nachvollziehbar und dahinterstehende Prozesse intransparent.

Die meisten KI-Generatoren sind auf den Wohnungsbau oder Bürogebäude sowie auf US-Normen und Richtlinien trainiert und optimiert. Komplexere Gebäudetypen wie öffentliche Gebäude, Gewerbebauten oder das Bauen im Bestand lassen sich nicht oder nur eingeschränkt abbilden.

Fehlende Schnittstellen

Auch die Exportformate, etwa für BIM-Projekte, sind nicht immer vollständig kompatibel mit dem IFC-Standard, sodass ebenfalls eine Nachbearbeitung in den BIM-Autorenprogrammen erforderlich ist. Außerdem fehlt es meist an Kollaborations-Schnittstellen zur TGA-, Tragwerks- oder Brandschutz-Fachplanung, die gerade in frühem Projektstadium wichtig ist.

Vorsicht mit sensiblen Daten

Achten sollte man bei cloudbasierten Programmen auch auf die Lizenzmodelle, Preise, Kündigungsfristen und mögliche Risiken im Umgang mit sensiblen Projektdaten. Als Herausforderung können sich auch ein Umstieg auf andere Systeme, inklusive Projektdatenmitnahme und der Support aufgrund von Sprach- und Zeitunterschieden erweisen.

Chancen von KI-Planungstools

KI-Planungswerkzeuge entwickeln sich rasant und decken inzwischen alle Phasen eines Bauprojekts ab – von der ersten Skizze, über die Konzeption und Vorplanung, die Genehmigungs-, Ausführungs- und Detailplanung, bis zur Kontrolle und Dokumentation der Bauausführung.

Speziell beim automatisierten Entwurf von Baumassen und Grundrissen oder bei der BIM-Modellierung sind die Einsatzpotenziale, trotz einiger Schwächen, vielversprechend und können sogar begeistern, wenn man den herkömmlichen manuellen Aufwand vergleicht.

Welche der oben genannten Lösungen sich in der Praxis als nützlich erweisen und sich in Arbeitsprozesse und die vorhandene Bürosoftware einfügen, muss man individuell herausfinden. In jedem Fall sollte man sich mit den neuen KI-Planungstools beschäftigen, denn sie werden künftig nicht nur CAD oder BIM, sondern auch die Arbeitsweise, mittel- und langfristig vermutlich sogar das Berufsbild von Architekten und Stadtplanern verändern.

Weitere Informationen zu KI in der Architektur finden Sie in unserem Wissenspaket sowie auf unserer Schwerpunktseite.