Digitalisierung : Bau-KI in Action

Schon bei der Premiere 2022 haben die Veranstalter das Ziel verfolgt, einen guten Überblick über die Möglichkeiten von Digitalisierung und KI entlang der gesamten Prozess- und Wertschöpfungskette eines Bauprojekts aufzuzeigen.
So referierte Marco Bornschlegl, Head of Strabag Innovation & Digitalisation/CISO, über Generative Design und die Möglichkeiten, den Bauablauf zu optimieren. Manuel Eugster, Head of Rhomberg Digital, hatte unter anderem Informationen zum Q-tainer mitgebracht, einem KI-Baukontainer, der als digitales Gehirn für große Baustellen fungiert. In allen drei Punkten hat sich den vergangenen zwölf Monaten einiges getan.

Mit Generative Design nutzt die Strabag (vor wenigen Wochen Gastgeber der zweiten Ausgabe der DataCon.ai) ein Planungsinstrument zur Hebung unterschiedlicher Datenpotenziale, die das Bauen nicht nur innovativer, sondern auch nachhaltiger machen. Gerade in den frühen Planungsphasen eines Bauprojekts ist der Einfluss auf Ressourcen, Qualität, Kosten und Termine am größten. Generative Design bietet anders als bisher üblich nicht nur drei oder vier Designentwürfe eines Bauprojekts, sondern eine Vielzahl. Dazu arbeitet das Programm mit automatisiert generierten Daten, die für die Planung relevant sind: Maße, Kundenwünsche, Materialen etc. In dem rechnergestützten Planungsprozess erzeugen evolutionäre Algorithmen und Optimierungsverfahren in kürzester Zeit eine Vielzahl von Entwurfsalternativen. Diese entstehen durch Kombination von Designvariablen eines parametrischen Modells. Alle Varianten werden auf Optimierungspotenziale hin analysiert, die beste ausgewählt und weiter verfeinert.

Bei einem aktuellen Bauprojekt, dem Z2 am ZÜBLIN-Campus in Stuttgart, setzen die Planer:innen der Strabag bereits auf Generative Design. Die geplante Sanierung des Bestandsgebäudes bietet zahlreiche Einsatzmöglichkeiten für die digitalen Werkzeuge, etwa das Produkt «GD Energy». Die Anwendung ermöglicht es bereits in der initialen Planungsphase, den Bestand parametrisch zu erfassen und energetisch zu bewerten. Auf Basis von Daten aus Google Earth und über Flucht- und Rettungswegpläne ermitteln die Planer:innen im Vorentwurf die Auslegungsparameter wie Luftmengen, Heiz- und Kühllast. Der potenzielle PV-Ertrag am Gebäude lässt sich anhand der hinterlegten geografischen Daten (GIS) generieren und der Primärenergie gemäß des Gebäudeenergiegesetzes gegenüberstellen. Damit wird der Weg zu einem klimaneutralen und zukunftsfähigen Gebäude geebnet.

Momentan werden bereits vier solcher Tools für generative Gestaltung eingesetzt. Im nächsten Schritt geht es darum, diese Tools noch stärker miteinander zu verknüpfen, um den gesamten Planungsprozess interaktiver zu gestalten. Ziel ist es, das Gebäude als gesamtes und über mehrere Planungsdisziplinen hinweg gleichzeitig betrachten zu können.

Das Ergebnis der Planung mit generativem Design ist im Idealfall ein perfekt umsetzbares 3D-Model, in der Regel im IFC-Standard. Hier schließt eine neue Lösung an, die von dem Lean Start-up BII GmbH mit Beteiligung der Rhomberg Gruppe entwickelt wurde: dProB, eine durchdachte Softwarelösung, mit der Bauprozesse intuitiv und interaktiv in einem Gamingumfeld geplant werden können.
Sie hilft, den Bauablauf zu optimieren und wurde in den vergangenen zwölf Monaten sukzessive integriert und verfeinert. Aufsetzend auf der normalen CAD-Planung für die Bauwerke realisiert dProB die Bauablauf- sowie die Bauprozessplanung. Dabei sammelt das Tool alle relevanten Daten und somit das Erfolgsrezept, wie dieses Projekt und damit gleiche Projekte in Zukunft bestmöglich durchgeführt werden können. So lernt die Lösung, (teil-)automatische Bauabläufe vorzuplanen.

Im Einsatz war die Innovation bereits bei einigen Projekten des Bahntechnik-Spezialisten Rhomberg Sersa Rail Group, an dem Rhomberg beteiligt ist. So wurde sie etwa bei Stuttgart 21 genutzt und bei der bahntechnischen Ausrüstung des Koralmtunnel. Im klassischen Immobilienbau testete Rhomberg die Anwendung unter anderem bei der Planung eines Büro-Holzsystembaus. Hier spielte dProB in der Simulation seine Stärke aus, im Programm selbst auch die Umgebung abbilden zu können: LKW-Fahrten sowie die ideale Positionierung von bspw. Baukränen ließen sich so im Vorfeld bereits bestmöglich planen, Emissionen, Stehzeiten und Fehlabläufe auf ein Minimum reduzieren oder sogar eliminieren. Aktuell werden dazu weitere KI-basierte und generelle Algorithmen entwickelt, die die Bauablaufsplanung automatisiert optimieren werden.

Auch den Bau selbst, so wurde in Dornbirn am 6. und 7. Oktober 2022 klar, können digitale Anwendungen und künstliche Intelligenz entscheidend unterstützen. Konkret wurde der Q-tainer vorgestellt, der seitdem intensiv weiter getestet und verbessert wurde. Mittlerweile ist eines dieser mobilen EDGE-Rechenzentren, mit denen Daten- und Videoströme vor Ort schnellstmöglich und ohne hohe Latenzzeiten analysiert und ausgewertet werden können, beim unternehmenseigenen Steinbruch der Rhomberg Gruppe aufgestellt. Ein weiteres unterstützt die Realisierung des «Neuen Werks Cottbus» der Deutschen Bahn, dem modernsten Bahninstandhaltungswerks in Europa. Dort laufen mit dem «digitalen Gehirn für große Baustellen» aktuell hauptsächlich Video-Use-Cases zu Themen wie «Sicherheit», «Security» oder «optimale Ressourcenplanung». So lässt sich mit Hilfe der 5G- und WLAN-Quelle problemlos erfassen, ob sich nach der Arbeitszeit noch Menschen auf der Baustelle befinden, ob alle Arbeitenden zu ihrer eigenen Sicherheit mit Helm und Warnweste ausgestattet sind oder ob Maschinen und Fahrzeuge im Einsatz oder inaktiv sind. Wer solche und andere Daten kontinuierlich erhebt und miteinander verknüpft, der kann Sicherheitslücken schließen, Personenschäden und Ausfälle reduzieren, Ressourcen managen und diese zwischen den verschiedenen Firmen am Bau optimal teilen. Im besten Fall werden teure Maschinen nur einmal vorgehalten und je nach Gebrauch zwischen den beteiligten Firmen abgerechnet, so wie beim Car-Sharing.

Ziel all dieser Bemühungen ist es, den kompletten Bauprozess – vom ersten Planungsschritt bis hin zur Schlüsselübergabe und darüber hinaus – digital und mit Künstlicher Intelligenz zu unterstützen und das gesamte Projekt so ressourcenschonender, wirtschaftlicher, fehlerunabhängiger, kurz: effizienter zu gestalten. Der Weg dorthin ist noch weit, aber die ersten Schritte sind bereits erfolgreich gegangen. Und über die nächsten wird auf der dritten Ausgabe der DataCon im Oktober 2024 berichtet. Dann wieder mit der Rhomberg Gruppe als Hauptveranstalter.