Um Gebäude material- und energieeffizienter zu machen und so einen Beitrag gegen den Klimawandel zu leisten, kommt man an computerbasierten Entwurfsmethoden nicht vorbei. Dabei setzt Jun.-Prof. Thomas Wortmann am Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD) der Universität Stuttgart auf Künstliche Intelligenz (KI) und das maschinelle Lernen. Denn die Architekturinformatik beschäftigt sich heute nicht mehr nur mit der Darstellung von Gebäuden, sondern analysiert und simuliert Gebäude.

„Die Digitalisierung wird die Architektur unaufhaltbar verändern. Um diesen Wandel zu gestalten, müssen Studierende Informatikmethoden beherrschen. Architekten greifen vieles aus der Informatik auf und probieren aus. Ich aber frage, wie und ob diese Methoden wirklich funktionieren. Die Antworten fließen dann zurück in die Informatik, für die unsere Fragestellungen oft zu pragmatisch sind.“
Jun. Prof. Thomas Wortmann, Universität Stuttgart

Möchte man zum Beispiel herausfinden, welche Form ein Hochhaus idealerweise haben muss, um die Windlast zu minimieren, ist wird dazu heute die Numerische Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics, CFD) eingesetzt. Das Problem dieser approximativen Methode: Eine einzige Berechnung kann mehrere Stunden dauern. Gebraucht werden bei Optimierungsaufgaben aber Tausende Simulationen.

„Modellbasierte Algorithmen erlauben es hingegen, sehr viele Hochhaus-Alternativen anzuschauen und die mit der optimalen Windlast auszuwählen.“
Prof. Thomas Wortmann

Hier kommt das Maschinelle Lernen ins Spiel, indem ein neuronales Netzwerk so trainiert wird, dass es die Windlasten verschiedener Bauformen prognostizieren kann. Integriert man ein neuronales Netzwerk in den Algorithmus, wird ein Modell von dem abstrakten Raum geschaffen, in dem eine Lösung gesucht wird.

In der realen Welt des Bauens sind einzelne Erfolgskriterien wie Windlast, Energieeffizienz, Tageslichtqualität oder Materialverbrauch oft interdependent. Wortmanns Forschungsziel sind daher multikriterielle Lösungsräume, in denen mehrere Einzelaspekte gemeinsam simuliert werden.

Künftig plant er, auch Baufertigung und Ausführung stärker in diese Lösungsräume einzubeziehen – in enger Abstimmung mit Prof. Achim Menges und weiteren auf dem Gebiet der robotischen Fabrikation führenden Forschern des ICD. Insofern passt der neue Forschungsbereich perfekt in das Exzellenzcluster Integratives computerbasiertes Planen und Bauen für die Architektur (IntCDC) an der Universität Stuttgart. Schon bei der Planung mitzudenken, was auf der Baustelle passiert, erfordert auch neue Strategien, um den Datenaustausch zwischen Entwurf, Statik, Fertigung und Endmontage auf der Baustelle in den Griff zu bekommen.

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Quelle und weitere Infos: Universität Stuttgart