Künstliche Intelligenz

KI am Bau: Was sie kann, was sie bringt

Vom Schreckensszenario zum Wirtschaftsbooster: Künstliche Intelligenz ist auch in der Baubranche am Vormarsch.

12.05.2021
Künstliche Intelligenz
Sonja Meßner
© Getty Images / metamorworks

Blade Runner, Terminator, Matrix – Hollywood-Blockbuster, die sich mit dem Thema künstliche Intelligenz (KI) befassen, gibt es zuhauf. Meistens haben sie eines gemeinsam – es geht nicht gut für die Menschheit aus. Alexa, Siri, Bilderkennungsprogramme oder andere niederschwellige Tools haben mittlerweile der KI ihren Schrecken genommen, dennoch ist bei der Entwicklung und vor allem den Anwendungsgebieten nach wie vor Umsicht geboten. Deshalb stellte die Europäische Kommission Ende April einen Gesetzesentwurf vor, mit dem sie in Zukunft den Einsatz von KI regulieren will. Anhand von vier Kategorien sollen KI-Anwendungsfälle klassifiziert und das Risiko bewertet werden. Die EU-Kommission hat dabei einen verhältnismäßigen und risikobasierten Ansatz nach einer simplen Logik gewählt: „Je höher das Risiko einer spezifischen Nutzungsart der KI, desto strenger die Regeln.“

Über allzu strenge Regulatoren muss sich die Baubranche wahrscheinlich noch keine Gedanken machen, ist der Einsatz von KI hier längst noch nicht so verbreitet wie in anderen Branchen. Doch auch am Bau findet sich immer mehr Potenzial. Prognosen zufolge soll der Markt für künstliche Intelligenz in der Bauwirtschaft bis 2026 rund 3,7 Milliarden Euro ausmachen. Langsam, aber sicher steigt auch das Interesse heimischer Bauunternehmen am Thema KI. In einer Umfrage der Bauzeitung aus dem vergangenen Herbst zeigten sich über 62 Prozent dem Einsatz von Artificial Intelligence gegenüber aufgeschlossen. Doch was genau versteht man unter KI eigentlich, und wofür könnte man sie nutzen?

Künstliche Intelligenz nur so gut wie ihr Datenmaterial

Ist in der Baubranche von künstlicher Intelligenz die Rede, ist damit meistens maschinelles Lernen gemeint. Bei diesem Teilbereich der KI werden IT-Systeme durch das Erkennen von Mustern in Datenbeständen in die Lage versetzt, eigenständig Lösungen für Probleme zu finden. Um Entscheidungen treffen zu können, muss die KI aber im Vorfeld mit den passenden Daten gefüttert und regelrecht antrainiert werden. Der Faktor Mensch spielt dabei noch immer eine zentrale Rolle, denn konkret bedeutet das, die KI ist nur so gut wie das Datenmaterial, das sie zur Verfügung hat. Doch gerade die Qualität und Durchgängigkeit des Datenmaterials ist in der Baubranche so eine Sache. Dank der fortschreitenden Digitalisierung und des Einsatzes von Building Information Modeling (BIM) werden künftig deutlich mehr und strukturiertere Daten gesammelt, die auch in Zusammenhang mit KI genutzt werden können.

KI: vielfältige Anwendungsbereiche am Bau denkbar

Die Anwendungsgebiete der künstlichen Intelligenz in der Baubranche könnten sich äußerst vielfältig gestalten: Angefangen bei selbstlernenden Baustellen und autonome Baumaschinen über die Berechnung von Ausfallsrisiken in Echtzeit, digitale Baustellenbegehung mit VR-Brillen, Simulationen von Bau- und Sanierungskonzepten, KI-Sensoren zum Erkennen und Aufspüren und Schäden bis hin zu Monitoring und Controlling des Baufortschritts, als Prognosetools für unternehmerische Entscheidungsgrundlage, zur Optimierung des Planungsprozesses und vieles mehr.

Bauzeitungsumfrage: In welchen Bereichen können Sie sich den Einsatz von KI vorstellen?

• Robotik und autonome Maschinensteuerung 52.5% • Übernahme von standardisierten Routinetätigkeiten 52.5% • Dokumentation 50.0% • Vorausschauende Problemerkennung 47.5% • Gefahrenerkennung auf der Baustelle 45.0% • Massenermittlung 37.5% • Generatives Design (Optimierung des Planungsprozesses) 22.5% • Projektmanagement 15.0% • Sonstiges 5.0%

KI-Forschung: TU München gründet eigenes Forschungsinstitut

Die Forschung beschäftigt sich bereits seit längerem mit den Potenzialen von KI im Bauwesen. Neben diversen Einzelprojekten wird auch versucht, das große Ganze im Blick zu behalten. So wurde beispielsweise vom Karlsruher Institut für Technologie bereits vor zwei Jahren das Forschungsprojekt „SDaC – Smart Design and Construction“ initiiert. Ziel des Projektes ist es, eine Plattform sowie konkrete Anwendungen mit Methoden der künstlichen Intelligenz zu entwickeln, die einen Beitrag zur digitalen Transformation der Bauwirtschaft leisten werden.

Ende 2020 wurde an der Technischen Universität München sogar ein eigenes Forschungs- und Lehrinstitut für künstliche Intelligenz im Bauwesen gegründet. Die Nemetschek Innovationsstiftung fördert das Projekt in den kommenden zehn Jahren mit rund 50 Millionen Euro. Das neue „TUM Georg Nemetschek Institute Artificial Intelligence for the Built World“ soll als zentrale Schnittstelle für Forschung, Lehre und Innovation zur Anwendung von KI und maschinellem Lernen in den inhaltlich ineinandergreifenden Sektoren Planen, Bauen und Nutzen, also im gesamten Lebenszyklus von Gebäuden und Infrastrukturbauwerken, fungieren.

Bauindustrie teste erste KI-Anwendungsfälle

Unternehmen der österreichischen Bauindustrie haben das Potenzial von KI ebenfalls bereits erkannt. Die Strabag forscht unter anderem am Einsatz von künstlicher Intelligenz in der Angebotsbearbeitung und -kalkulation, die Porr an der Nutzung von Bildmaterial von Krankameras und auch Hubert Rhomberg stehen dem Einsatz von KI positiv gegenüber. „Die Digitalisierung und KI stellt uns vor große Herausforderungen. Wir müssen lernen, den Einsatz von künstlicher Intelligenz mit dem Know-how der Praktiker zu verbinden und Ineffizienzen zu reduzieren.“ Gemeinsam mit wissenschaftlicher Unterstützung hat Rhomberg gerade ein Start-up gegründet, das Bauablaufssimulationen im Gleisbau entwickeln soll. „Mit einer VR-Brille können wir so die gesamte Baustelle ablaufen lassen. Die erfahrenen Mitarbeiter können ihr Wissen weitergeben, und der Nachwuchs saugt es auf wie ein Schwamm. So ist das sexy“, betont Hubert Rhomberg.

Auf der Suche nach neuen Geschäftsmodellen

Aber auch an den KMUs geht das Thema KI nicht spurlos vorbei. Als Schnittstelle zwischen Forschung und Praxis fungiert der Ecoplus Bau.Energie.Umweltcluster NÖ. Projektmanager Martin Huber betont: „Künstliche Intelligenz ist ein Querschnittsthema, das wir in all unseren Bereichen mitdenken.“ Das Interesse von Baugewerbe, Planern und Auftraggebern sei hoch, die Erwartungshaltung vielleicht aber noch zu hoch, räumt Huber ein. Um konkrete Anwendungsmöglichkeiten für KI in der Bauwirtschaft zu identifizieren und Umsetzungsstrategien zu skizzieren, veranstaltete der Bau.Energie.Umwelt Cluster NÖ gemeinsam mit dem Innovationslabor „Digital findet Stadt“ im März einen Vision-Workshop. Die zentrale Frage lautete: „In welchen Bereichen gibt es große Datenmengen und wofür könnte man sie sinnvoll nutzen?“, berichtet Martin Huber von Ecoplus.“ Als interessante Themengebiete kristallisierten sich im Workshop unter anderem Energiemanagement durch KI, prädiktive Wartung im Bereich HKLS und der Einsatz von KI in der Kreislaufwirtschaft heraus. Ein Problem sei allerdings: „Die eigenen Prozesse mithilfe von KI zu optimieren ist die eine Sache. Neue Geschäftsmodelle daraus zu entwickeln aber eine völlig andere – und hier herrscht bei den meisten noch ein großes Fragezeichen.“

Martin Huber ist Projektmanager beim Ecoplus Bau.Energie.Umweltcluster NÖ

© Ecoplus

Ein Forschungsprojekt, das aus vorangegangenen Ecoplus-Workshops entstanden ist und sich gerade in der Einreichung befindet, ist die „Parameterbasierte intelligente Entwurfsmethodik im Wohnbau“, kurz Piwo genannt. Hierbei soll ein Tool entwickelt werden, das die komplexen Regelsysteme, die für die Bebauung eines Grundstücks gelten, abbilden kann und daraus automatisiert Grundrissentwürfe generiert. Dadurch könnte der Entwurfsplanungsprozess und die Variantenanalyse unterstützt und die Planungsqualität gesteigert werden. Federführend bei diesem Projekt ist das Studio for Information Design (SIDE) gemeinsam mit den Partner AIT und dem IMC FH Krems – der Bau.Energie.Umwelt Cluster NÖ begleitet das Forschungsprojekt inhaltlich.

So interessant KI aktuell auch für die Bauwirtschaft zu sein scheint, KMUs werden hier nicht die Speerspitze sein, die breitflächig in Expertenforschung investieren, ist Martin Huber überzeugt: „Hier sind eher industrielle Unternehmen gefragt.“

Best-Practice: KI-Einsatz im Alltag

Ausnahmen gibt es aber auch hier immer wieder. Einer, der vergleichsweise pragmatisch an das Thema herangegangen ist, ist Martin Hollaus, Geschäftsführer des gleichnamigen Ingenieurstudios. Er hat sich mit seinem Unternehmen auf CAD-Anwendungen spezialisiert. „Ich wollte nicht immer wieder die gleichen Sachen machen und die gleichen Entscheidungen treffen müssen“, erzählt Hollaus. Als Erstes versuchte er sich mit seinem Team an der Zuweisung von Flächenkategorisierungen nach der ÖNorm B 1800. Das Ziel war die automatische Kategorisierung von Raumflächen. Seit 2008 arbeitet Hollaus und sein Team nun auch schon in der Praxis damit. Der Vorteil: Sie ersparen sich dadurch knapp 90 Prozent Arbeitszeit. "Vor allem langweilige Arbeitszeit“, wie Hollaus betont. Auch andere Anwendungsfälle werden bei Hollaus einfach ausprobiert. Aktuell arbeite man gemeinsam mit der Landesregierung Oberösterreich an „FM Together“, einer auf KI basierenden Bestandsdigitalisierung mit BIM-Prozessen. Konkret geht es dabei um die Daten- und Dokumentabgabe während der laufenden Planungs- und Bauphase. „Das klingt vergleichsweise einfach, aber jeder, der sich damit einmal beschäftigt hat, weiß, dass die Realität bislang leider anders aussieht.“ Das Ziel ist eine mit dem Projektstatus korrelierende Gebäudedokumentation, die später auch im Facility-Management genutzt werden kann. Nach mittlerweile zwölf Jahren Erfahrung und Learning by Doing in Sachen KI zieht Hollaus für sich folgende Erkenntnisse: „Die perfekte Anwendung für KI sind Entscheidungen, die immer wieder getroffen werden müssen.“ Allerdings seien die Entscheidungen zum Teil unscharf, Kontrolle und Nacharbeit seien immer notwendig. „Die wichtigste Intelligenz bleibt meiner Meinung die natürliche, die die Eingangsparameter auswählt“, so Hollaus.

Best-Practice: intelligentes Risikomanagementsystem

Um KI breitenwirksam unters Bau-Volk zu bekommen, muss aber noch an der Nutzerfreundlichkeit der Systeme gefeilt werden. Das haben auch Martin Stopfer und Wolf Plettenbacher erkannt. Sie haben sich bei der Entwicklung ihres KI-Tools die einfache Bedienbarkeit auf die Fahnen geschrieben. Die beiden Bau-Profis von Conbrain.Solutions haben ihre langjährige Erfahrung in der Bauprojektabwicklung mit künstlicher Intelligenz gepaart und im vergangenen Jahr ihr Tool Early Bird gelauncht. Dieses Risikomanagementsystem soll helfen, Projektkrisen mithilfe künstlicher Intelligenz bereits bei ihrer Entstehung zu erkennen. Um die KI entsprechend zu trainieren, wurde sie mit unzähligen Daten von abgeschlossenen Bauvorhaben, Fachliteratur und Richtlinien gefüttert. Von den komplexen Algorithmen im Hintergrund bekommt der Anwender nichts mit – ihm werden in einem simplen Dashboard die Problembereiche und kritischen Datensätze angezeigt. In Kürze wolle man ein weiteres Tool namens Smart Moods auf den Markt bringen. Hier soll die KI Emotionen im Schriftverkehr erkennen, wodurch die Zusammenarbeit in Projekten verbessert werden kann.

Dashboard Early Bird von Conbrain.Solutions

© Conbrain Solutions GmbH

Autonome Baumaschinen

Auch auf den Baustellen selbst wird KI langsam, aber sicher zum Thema. In der Baumaschinenbranche ist man hier im Bergbau besonders weit. Hersteller wie Caterpillar oder Volvo bieten im Mining-Bereich kommerziell autonome und semiautonome Betriebssysteme für Muldenkipper und andere Baufahrzeuge an. Im österreichischen Steyrling sind im Kalkwerk der Voestalpine ebenfalls seit kurzem autonome Mudenkipper unterwegs. Ziel des Forschungprojektes ist es, den Pendelverkehr der beiden Muldenkipper auf der Terrasse zu „autonomisieren“, also fahrerlos zu gestalten. Das soll einerseits die Arbeitsbelastung der Menschen durch eintönige Tätigkeiten reduzieren und andererseits die Effizienz der Kalksteingewinnung steigern. 

Anders als in der abgeschlossenen Welt der Steinbrüche und Minen mit ihren über lange Zeit gleichbleibenden Fahrwegen sind autonom fahrende Maschinen unter den Sicherheitsaspekten komplexer Baustellen derzeit noch nicht zu realisieren. „Hier Lösungen zu finden wird genau das Arbeitsgebiet der Bau- und Baumaschinenbranche in naher Zukunft sein“, kommentiert Darius Soßdorf, Geschäftsführer der deutschen Arbeitsgemeinschaft Machines in Construction 4.0 – MiC 4.0. Wie nah die Zukunft ist, könnte sich bereits bei der nächsten Bauma in München zeigen, denn etliche Hersteller befinden sich schon im Prototypstatus.

© Voestalpine

Robotik auf der Baustelle

Arbeitserleichterung für den Mensch sollen auch Robotiklösungen bringen. Im vergangenen Jahr sorgte der Roboterhund Spot von Boston Dynamics bei Bauunternehmen wie Strabag und Rhomberg für Aufsehen, und erst vor kurzem war der animaloide Baustellenroboter auch bei Leyrer + Graf zu Besuch. Dank künstlicher Intelligenz, 360-Grad-Blickfeld, Sensoren und Kollisionsabfrage kann sich der Spot selbstständig über die Baustelle bewegen und für Bestandsaufnahmen, Vermessung oder als Security eingesetzt werden. Aber auch der Einsatz in Gefahrensituation wie bei der Bestandsaufnahme vor und nach Sprengungen ist eine Option.

Der Baubot ist da

Angenommen Sie suchen einen mobilen Roboter für On-site-3D-Drucken, müssen aber feststellen, dass es für Ihren Zweck kein geeignetes Modell gibt: Was würden Sie tun? Vor dieser Frage stand vor vier Jahren das österreichische Start-up Printstones. Ihre Antwort darauf lesen Sie hier.

Intelligente Drohnen

Ebenfalls schon auf oder in diesem Fall eher über den Baustellen im Einsatz sind intelligente Drohnen. Das kalifornische Unternehmen Skycatch arbeitet schon seit mehreren Jahren daran, Drohnen beizubringen, wie Baustellen funktionieren. In Zukunft sollen diese erlernten Fähigkeiten eingesetzt werden, um Baustellen effizienter und produktiver zu machen. Zudem wird die Arbeitssicherheit erhöht: Potenzielle Gefahrenzustände können durch die Bilderkennungssoftware identifiziert werden.

Auch das 2018 von Palfinger, der Angst Group und VCE Vienna Consulting Engineers gegründete Joint Venture Struc-Inspect arbeitet mit Drohnen und KI-gestützter Software. Mithilfe von Drohnenaufnahmen werden von bestehenden Bauwerken digitale Zwillinge angefertigt. Die KI unterstützt bei der Auswertung des gesammelten Bildmaterials und hilft, Muster und somit Schäden zu erkennen.

© Strucinspect

Österreichische KI-Strategie: Förderungen und Netzwerken

Die Bedeutung künstlicher Intelligenz für das Wirtschaftswachstum hat auch die österreichische Bundesregierung erkannt. Bereits 2018 wurde die „Strategie Künstliche Intelligenz“ entworfen, die Umsetzung der KI-Strategie lässt allerdings noch weiter auf sich warten. Positiv jedoch ist, dass die die aws-Förderung zur Entwicklung vertrauenswürdiger KI im April dieses Jahres bereits in die zweite Runde ging. Im Zuge dessen werden Start-ups, KMUs und große Unternehmen bei der Umsetzung eines Projekts mit vertrauenswürdiger KI mit einem Zuschuss unterstützt. Je nach Unternehmensgröße beträgt der Zuschuss 25 bis 80 Prozent der Projektkosten und maximal 200.000 Euro. Wer nicht selbst KI-Systeme entwickeln will, sich aber gern mit KI-Anbieter vernetzen will, sollte sich auf www.awsconnect/KI-Marktplatz umschauen. Hier hat das Austria Wirschaftsservice eine Plattform installiert, auf der man Anbieter*innen von KI-Lösungen sowie Leistungsbeschreibungen und Use-Cases suchen und finden kann.

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