KI-Planungstools: Was können smarte Gebäude- und Grundrissplaner?

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.

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Wie funktionieren KI-Planungswerkzeuge?

Jede Software hat ein eigenes Funktions- und Bedienkonzept – im Prinzip sind die Abläufe aber ähnlich: Zunächst müssen Anwender die Rahmenbedingungen und Anforderungen wie das Gelände und Baugrundstück, die Nutzungsart, Raumanzahl, Flächenvorgaben, Raumbeziehungen, Belüftung, Belichtung, Erschließung etc. definieren. Die KI erzeugt anschließend, basierend auf den definierten Regeln per generativem Design und einer KI-Optimierung automatisch mehrere Varianten.

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.

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Welche KI-Planungstools sollte man kennen?

Aus der inzwischen beachtlichen Vielzahl an KI-Planungswerkzeugen (siehe auch Infokasten) 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.).

Architechtures

Die webbasierte Entwurfsplattform Architechtures verspricht Architekten, Bauträgern und Projektentwicklern völlig neuartige Entwurfsprozesse für Wohngebäude. Anwender können dabei in frühen Entwurfsphasen in einem iterativen Prozess anhand von Variantenvergleichen zu vorgegebenen Geometrien, Zielen und Entwurfskriterien optimierte Gebäude- und Grundrisslösungen entwickeln. Die Ergebnisse werden in Echtzeit als BIM-Modell angezeigt, das im IFC-, XLSX- und DXF-Format exportiert werden kann. Die monatlichen Kosten liegen bei 41 und 246 Euro für die Pro- und Business-Version.

Ark

Mit der KI-Plattform Ark können Planer Machbarkeitsstudien erstellen und sie auf spezifische Projektanforderungen im Hinblick auf die Raumnutzung, Rentabilität, Energieeffizienz etc. optimieren. Im PDF- und Revit-Format lassen sich die schematischen Entwürfe dann exportieren. Individuelle und komplexe Gebäudetypologien oder -geometrien erfordern allerdings manuelle Anpassungen. Die Grundversion kostet monatlich 180 US-Dollar, die Vollversion 1.800 US-Dollar, eine eingeschränkte Testversion ist kostenlos. (www.arkdesign.ai)

Forma Site Design

Autodesk Forma ermöglicht Stadtplanern und Projektentwicklern KI-gestützte Standortanalysen und Baumassenstudien. Anhand von KI-Echtzeitsimulationen für Wind, Lärm, Tageslicht, Verschattung etc. lassen sich die Baukörper optimieren und auf dem Baugrundstück ausrichten. Die Konzeptstudien können anschließend in Revit weiterbearbeitet werden. Forma Site Design kostet separat monatlich 203 Euro, ist aber auch Teil der Autodesk AEC Collection für monatlich 488 Euro.

Finch

Finch ist ein parametrisches Designwerkzeug für Planungsbüros mit dem Fokus Wohnungsbau und BIM-Integration. Damit können Grundrissvarianten nach Anwendervorgaben automatisiert erstellt und beispielsweise bezüglich der Flächengrößen optimiert werden. Gebäudeentwürfe lassen sich dynamisch und in Echtzeit optimieren. Das Programm ermöglicht auch Analysen von Tageslicht, Flächenverteilung oder CO2-Fußabdruck sowie eine nahtlose Anbindung an Revit und Rhino. Die Kosten liegen bei 49 Euro monatlich für Einzelanwender, für ein 3er-Team bei 1.000 Euro jährlich.

Hypar

Hypar ist eine Web-Plattform für Architekten, BIM-Planer und Projektentwickler, die mithilfe von parametrischem und generativem Design Grundrisslayouts, Raumprogramme und Gebäudekonzepte erstellen möchten. Die Stärke liegt in der API-basierten Anpassbarkeit und Integration in bestehende Programme und Arbeitsabläufe von Revit, Rhino oder Grasshopper. Eine Hürde für Einsteiger ist die komplexe Bedienung. Ein Hypar-Arbeitsplatz kostet 25 US-Dollar pro Monat, für Teams gibt es Staffelpreise.

Maket

Maket generiert individuelle Wohnungsgrundrisse, macht Designvorschläge, beispielsweise zur Raumeinrichtung, die anschließend individuell modifiziert werden können. Das Tool bietet außerdem eine virtuelle Beratung zu Kosten-, Design- und Materialfragen oder Bauvorschriften und soll so die Architekturplanung vereinfachen. Maket kostet in der Basic-Version nichts und in der Pro-Version monatlich 30 US-Dollar. (www.maket.ai)

Skema

Skema ist ein in die BIM-Software Revit integrierbares Online-Designwerkzeug für Gebäude unterschiedlicher Nutzung. Es kann Schemapläne auf der Grundlage von Anwendervorgaben, Nutzungsprofilen oder früherer Entwürfe generieren und daraus automatisiert BIM-Modelle bis zum Detaillierungsgrad LOD 350 erstellen. Aus vorhandenen BIM-Modellen kann Skema semantisch strukturierte, wiederverwendbare Bauteilgruppen extrahieren, die man für neue Entwürfe verwenden kann. Ein Einzelarbeitsplatz kostet 199 US-Dollar, eine 5er-Teamlizenz 750 US-Dollar, eine 30-Tage-Testversion ist kostenfrei.

Spacio AI

Spacio AI ist ein browserbasiertes Entwurfswerkzeug für Planer, das eine intuitive Skizzierung, automatische 3D- und BIM-Modellierung und Echtzeit-Analysen ermöglicht. Das beinhaltet auch eine KI-Optimierung von Volumen, Ausrichtungen, Belichtung, Nutzungsdichte oder Erschließung. Auf realen Geodaten basierende, automatisch generierte Standortmodelle ermöglichen städtebauliche Bewertungen. Die nach Bauteilen und Raumtypen strukturierten BIM-Modelle können im Revit-, Rhino- oder IFC-Format exportiert werden. Die Einzellizenz kostet 25 US-Dollar, eine 5er-Teamlizenz 100 US-Dollar pro Monat.

Swapp

Auf der Grundlage einfacher Raumlayouts können mit Swapp entsprechend den konstruktiven Vorgaben des Anwenders komplette Revit-Modelle inklusive aller Grundriss-, Schnitt- und Detailzeichnungen erstellt werden. Swapp automatisiert die BIM-Modell- oder Bauplanerstellung und richtet sich an größere Planungsunternehmen, die repetitive Projektplanungen rationalisieren wollen. Preise auf Anfrage.

TestFit

TestFit ist ein KI-gestütztes Tool zur Machbarkeitsanalyse und Grundstücksausnutzung für Planer, Projektentwickler und Investoren. Es zeigt an, wie viele Wohneinheiten, Parkplätze oder Fensterflächen möglich oder notwendig sind (inklusive Wirtschaftlichkeitskennzahlen) und bietet eine schnelle Variantenbildung, Echtzeit-Finanzkennzahlen sowie eine Revit-Integration. Die Kosten bewegen sich zwischen monatlich 100 US-Dollar und jährlich 8.000 US-Dollar für verschiedene Versionen.

Urbanistic

Urbanistic ist eine deutsche Web-Plattform für die Planung von 3D-Stadtmodellen, KI-gestützte Analysen und die Kollaboration mit Projektbeteiligten. 3D-Stadtmodelle werden auf der Grundlage amtlicher Geodaten automatisch generiert. 2D-Zeichen- und 3D-Modellierwerkzeuge ermöglichen das Erstellen und Verändern von Baukörpern, Grünflächen und Straßen. KI-gestützte Analysen, Kennzahlen und Schlüsselwerte unterstützen Potenzial- und Risikobewertungen, dynamische Checks prüfen Entwürfe auf Baurechtskonformität. Preise auf Anfrage.

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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.

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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.

Marian Behaneck ist freier Fachjournalist in Jockgrim (Pfalz).

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Mehr Programme und mehr Infos zu KI-Planungstools

Links und Literaturtipps zu KI-Planungstools

• AEC Magazine, Englischsprachige Website mit aktuellen KI-Nachrichten
• Parametric Architecture, Englischsprachige Website speziell zu digitaler Planung
• Design und künstliche Intelligenz, Buch über „theoretische und praktische Grundlagen der Gestaltung mit maschinell lernenden Systemen“
• Design und künstliche Intelligenz, Buch über „theoretische und praktische Grundlagen der Gestaltung mit maschinell lernenden Systemen“
• Künstliche Intelligenz im Architekturbüro: Übersicht KI-Tools, Website „Internet für Architekten“

Weitere KI-Planungstools (Auswahl)

• Archistar
• Digital Blue Foam
• Giraffe
• Morphis
• Propertymax
• Syte