„Je mehr digital geplant wird, desto besser“: Künstliche Intelligenz in der Baubranche
Werden in Zukunft smarte Roboter unsere Gebäude errichten? Künstliche Intelligenz (KI) ist auf dem Vormarsch und mittlerweile auch im Bauwesen angekommen. Wir sprechen mit dem KI-Experten Benedikt Faltin über den Stand der Technik und die Potenziale von KI in der Baubranche.
Künstliche Intelligenz gilt als Schlüsseltechnologie der Zukunft. Bereits heute kommt sie in vielen Bereichen zum Einsatz: Selbstfahrende Autos, Sprachassistenten und personalisierte Werbung sind nur einige Beispiele. KI-Anwendungen sollen menschenähnliche, intelligente Leistungen erbringen, denn mit der Technologie des maschinellen Lernens kann ein Computer aus Daten und Erfahrungen lernen. Hierfür werden Algorithmen darauf trainiert, in Datensätzen Muster zu erkennen und auf deren Grundlage selbständig Entscheidungen zu treffen. Je mehr Daten zur Verfügung stehen, desto besser kann ein KI-System trainiert werden. KI ist daher vor allem für die Bereiche interessant, in denen es große Datenmengen gibt.
Künstliche Intelligenz im Bauwesen ist keine Zukunftsmusik mehr
Inzwischen kommt die Technologie auch in der Baubranche zum Einsatz. Was sie dort leisten kann und wie die Baubranche davon profitiert, erklärt uns der KI-Experte Benedikt Faltin. Er ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Informatik im Bauwesen an der Ruhr-Universität Bochum. Dort beschäftigt er sich mit der digitalen Transformation der Bauindustrie und forscht zum Einsatz von KI-basierter visueller Bildverarbeitung. Wir sprechen mit ihm über die Potenziale von KI im Bauwesen, erfahren, in welchen Bereichen die Technologie bereits eingesetzt wird und werfen einen Blick in die Zukunft.
Herr Faltin, was sind die Vorteile des digitalen Bauens?
Die Grundlage für das digitale Bauen ist die Methode Building Information Modeling (BIM). Mit BIM kann ein digitales Modell eines Bauwerks erstellt werden. Ein großer Vorteil ist hierbei, dass alle Informationen zu einem Bauwerk an einem zentralen Punkt angesammelt sind. Wir planen nicht mehr konventionell an 2D-Plänen, sondern digital an einem 3D-Modell. Dort haben alle Projektbeteiligten Zugriff auf das Bauteil an sich, also auf die Geometrie, und auf die mit dem Bauteil verknüpften Informationen wie beispielsweise Material, physikalische Eigenschaften oder Baukosten. Auch der Austausch verläuft komplett digitalisiert, wodurch es zwischen den einzelnen Fachplanern nicht mehr zum Wissensverlust kommt. BIM kann die Planung, Ausführung und den Betrieb effizienter gestalten und trägt dazu bei, dass Planungsfehler frühzeitig erkannt werden können.
Trotz der Vorteile schreitet die Digitalisierung in der Baubranche nur langsam voran. Woran liegt das?
Ich glaube, pauschal ist das gar nicht zu beantworten. Gründe, die oft aufgeführt werden, sind die Zersplitterung der Baubranche in kleine und mittelständische Unternehmen sowie die Tatsache, dass der Einsatz von BIM nicht vereinheitlicht ist. Das liegt auch daran, dass der Investitionsaufwand für kleinere Unternehmen viel höher ist. Darüber hinaus herrscht in Bezug auf Standards, Richtlinien und Normen nach wie vor Verunsicherung. Zudem fehlt es flächendeckend noch an Know-how. Als Universität haben wir BIM bereits seit langem auf dem Lehrplan, aber an vielen anderen Bildungseinrichtungen stellt BIM, wenn überhaupt, nur eine optionale Komponente dar.
In welchen Bereichen im Bauwesen wird bereits Künstliche Intelligenz eingesetzt?
Theoretisch kann KI schon im kompletten Lebenszyklus eines Bauwerks eingesetzt werden. In der Planungsphase kann eine Software für generatives Design zahlreiche Varianten für einen Bauentwurf ermitteln und Anforderungen von Nutzern miteinbeziehen. Am Ende bleiben schließlich nur noch eine Handvoll Varianten, über deren Realisierung dann Planende und Bauherren entscheiden können. Auch bei der Ausführung des Baus wird KI eingesetzt, beispielsweise um Gefahrenpotentiale auf Baustellen zu erkennen. Konkret kann das so aussehen, dass eine Kamera den Aktionsradius von Baumaschinen überwacht. Bauarbeiter werden identifiziert, wenn sie diesen Bereich betreten. Stehen sie dann unter einer schwebenden Last eines Krans, können sie rechtzeitig gewarnt werden. Eine KI kann auch Schäden an Gebäuden erkennen und interpretieren sowie den Baufortschritt messen und optimieren.
Sie sind an dem Forschungsprojekt BIMKIT beteiligt. Was kann man sich darunter vorstellen?
Heutzutage wird selten auf der grünen Wiese gebaut. Meist gibt es schon ein Gebäude, das ersetzt oder ertüchtigt werden soll. Um den Ersatzneubau oder die Ertüchtigungsmaßnamen effektiv mit BIM planen zu können, muss der Bestand digital erfasst sein. Die Hürde besteht hier aber darin, dass es kaum digitale 3D-Bestandsmodelle gibt, mit denen wir arbeiten können. Es müssen also analoge Bestandsunterlagen digitalisiert werden, was sehr zeitaufwändig und kostspielig ist. BIMKIT soll Abhilfe schaffen, indem es Informationen aus Bestandsunterlagen mithilfe von KI-Verfahren auswertet und in ein BIM-Bestandsmodell überführt.
»Theoretisch kann KI schon im kompletten Lebenszyklus eines Bauwerks eingesetzt werden.«
Sie haben zusammen mit dem BIMKIT-Team eine Roboterhündin für die digitale Bestandsaufnahme verwendet. Was kann sie, was andere nicht können?
Unsere Roboterhündin, wir haben sie RUBy getauft, kann bislang eine vorgegebene Route ablaufen und Aufnahmen von Bauwerken machen. Anschließend verarbeitet eine KI die Aufnahmen und soll diese zukünftig auch interpretieren können. Aktuell führen wir Tests mit ihr durch. Wir verwenden die Roboterhündin, um Brandschutzanlagen zu erkennen. Bei den Studierenden und Studieninteressierten, denen wir von Anfang an die Vision eines digitalen Bauwesens mit auf den Weg geben wollen, ist sie sehr beliebt.
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Roboterhündin RUBy kann eigenständig Brandschutzanlagen erkennen und dokumentieren. Foto: Ruhr-Universität Bochum/Lehrstuhl für Informatik im Bauwesen
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Foto: Ruhr-Universität Bochum/Lehrstuhl für Informatik im Bauwesen
Welche anderen KI-Projekte gibt es derzeit im Bauwesen?
Unter anderem haben wir ein Projekt namens Bridge Inspect, bei dem es um den Einsatz von Künstlicher Intelligenz zur Schadenserkennung und Schadensanalyse im Bereich des Brückenbaus geht. Mithilfe von KI und Augmented Reality (AR) können Bauwerksprüfer Schäden am Bauwerk erkennen. Das kann man sich so vorstellen, dass die KI über die AR-Brille des Bauwerksprüfers läuft und Schäden erkennt und anzeigt.
Wie wird Künstliche Intelligenz das Bauwesen in Zukunft beeinflussen?
Der Einsatz von KI wird auf jeden Fall weiter ausgebaut. Wir merken, dass viele unsere Partner im Projekt BIMKIT bereits den Einsatz von KI bei sich im Unternehmen proben. Je mehr digital geplant wird, desto besser wird die Datenlage und desto mehr Einsatzmöglichkeiten ergeben sich für KI. Die digitale Transformation des Bauwesens kann dadurch sehr stark beschleunigt werden. Auf der anderen Seite sind aber noch viele Herausforderungen zu stemmen. Neben den zu kleinen Datenmengen gibt es ethische Fragen, die noch nicht gelöst sind: Wer ist verantwortlich für eine Entscheidung, die eine KI getroffen hat? Was passiert, wenn eine KI eine Entscheidung treffen muss, die die Verletzung eines Menschen nach sich zieht? Hier müssen gesetzliche Rahmenbedingungen geschaffen werden.
