Künstliche Intelligenz im Bauingenieurwesen: 6 Anwendungsbeispiele, alle Vorteile und neue Herausforderungen für die Zukunft

Die künstliche Intelligenz (KI) im Bauwesen trägt dazu bei, die Effizienz von Bauprojekten zu verbessern. Entdecken Sie einige Anwendungsfälle und alle Vorteile, die es für die Bauindustrie bietet

Künstliche Intelligenz gehört zu den technologischen Innovationen, welche die digitale Transformation der Baubranche vorantreiben. Aber wie funktioniert diese Technologie und warum ist sie für das Bauingenieurwesen so wichtig? Was sind die häufigsten Anwendungen in unserer Branche? Welche Vorteile bieten die Techniken der künstlichen Intelligenz, im Vergleich zu herkömmlichen Entwurfs- und Konstruktionsmethoden?

In diesem Artikel werden wir uns mit dem Potenzial der KI im Bauingenieurwesen befassen, und neue Techniken erkunden, die von Planern und Bauunternehmern eingesetzt werden, um zuverlässigere, kostengünstigere und effizientere Bauprojekte zu realisieren.

Der Ausgangspunkt um das Potenzial der künstlichen Intelligenz in der Bauplanung voll auszuschöpfen, sind BIM-Modelle: dazu empfehlen wir Ihnen sofort, eine 3D/BIM-Software für die Gebäudeplanung herunterzuladen. Mit dieser Art von Softwares können Sie die von Ihnen entworfenen Gebäude problemlos modellieren und eine zuverlässige Informationsbasis schaffen, die Sie für die verschiedenen Anwendungen im Bereich der künstlichen Intelligenz nutzen können und die wir in diesem Artikel vertiefen werden.

Was ist KI im Bauingenieurwesen?

Die Anwendung der künstlichen Intelligenz im Bauingenieurwesen bezieht sich auf den Einsatz von Computersystemen, die darauf abzielen, Planungs- und Bauprozesse von Bauwerken zu vereinfachen und zu automatisieren.

Die künstliche Intelligenz wird bereits mit großem Erfolg in vielen Bereichen eingesetzt: von der Fertigungsindustrie bis zur medizinischen Diagnostik, den E-Commerce bis zu Videospielen usw. Mehr denn je können wir die Entwicklung des Einsatzes intelligenter Systeme, auch im Bereich des Bauingenieurwesens wahrnehmen.

Dank dieser Systeme, in der Lage aus Fehlern zu lernen und ähnliche Aufgaben wie die des Menschen auszuführen, können viele Probleme im Zusammenhang mit dem Bau von Gebäuden und Infrastrukturen gelöst werden.

Künstliche Intelligenz im Bauingenieurwesen

Welche Techniken der künstlichen Intelligenz werden im Bauingenieurwesen eingesetzt

Im Gegensatz zu normalen Softwares haben Maschinen mit künstlicher Intelligenz die Fähigkeit:

• die Welt um sie herum wahrzunehmen und nützliche Daten und Informationen zu sammeln;
• die wahrgenommene Realität zu verstehen und die gesammelten Informationen logisch zu verknüpfen;
• selbstständig Vorgänge (computergestützt oder mechanisch) durchzuführen und ohne jeglichen menschlichen Befehl zu handeln;
• basierend auf dem Ergebnis Ihrer Handlungen zu lernen und ständig sich aus Ihren Fehlern zu verbessern.

Die Fähigkeit zum maschinellen Lernen ist eines der grundlegenden Merkmale intelligenter Systeme, die im Bauingenieurwesen eingesetzt werden. Diese Fähigkeit kann durch folgende Techniken entwickelt werden:

• Evolutionäre Berechnung: ist eine Lerntechnik, die auf Konzepten der Evolutionsbiologie (d.h. Darwinismus) beruht. Diese Technik wird auf Computersystemen eingesetzt, um komplexe Probleme zu lösen, die durch zu viele Variablen gekennzeichnet sind, um mit herkömmlichen Algorithmen behandelt zu werden. Evolutionäre Berechnungen sind im Bauingenieurwesen weit verbreitet, um Optimierungsprobleme zu lösen und die Erstellung von Projekten zu automatisieren.
• Künstliche neuronale Netze: Dies sind mathematische Modelle, die aus künstlichen Neuronen bestehen und das Verhalten des menschlichen Gehirns widerspiegeln. Neuronale Netze ermöglichen es Computerprogrammen, Muster zu erkennen und gemeinsame Probleme zu lösen. In der Technik werden sie eingesetzt, um Entscheidungsprozesse zu verbessern, Prognosen zu erstellen, Datenanalysen durchzuführen, Strukturen zu überwachen, die Bewegung von Robotern zu steuern usw.
• Fuzzy-Systeme: Der Begriff „Fuzzy“ bedeutet „Unscharf“ und bezieht sich auf die Fähigkeit dieser Systeme, mit ungenauen oder vagen Eingaben umzugehen und dabei eine Denkweise zu verwenden, die der des Menschen ähnelt (welche nicht immer eine strenge und klar definierte Logik anwendet). Fuzzylogik hilft Computersystemen im Bauingenieurwesen mit ungenauen Inputs und Outputs umzugehen, und ermöglicht, Bauzeiten, Kosten und Risiken zu modellieren. Fuzzy-Systeme werden auch zur Qualitätsbewertung von Infrastrukturprojekten eingesetzt.
• Expertensysteme: es handelt sich um Computerprogramm, das Menschen bei der Lösung komplexerer Probleme wie ein Experte unterstützen kann, indem es Handlungsempfehlungen aus einer Wissensbasis ableitet. Expertensysteme werden hauptsächlich im Bauingenieurwesen und in der Geotechnik eingesetzt, um den Energieverbrauch von Gebäuden zu analysieren oder geologische Untersuchungen durchzuführen.

KI im Bauingenieurwesen: 6 Anwendungsbeispiele

Künstliche Intelligenz kann die Entwicklung des AEC-Sektors (Architecture, Engineering & Construction) erheblich beeinflussen. Seine Anwendungen im Bereich des Bauingenieurwesens sind vielfältig. Hier die 6 wichtigsten:

1. Intelligente Planung. Die Realisierung eines Bauwerks (wie z. B. einer Brücke, eines Gebäudes, einer Straße oder einer Eisenbahn) erfordert eine sorgfältige Vorplanung. Mit Hilfe von Werkzeugen und Softwares, welche die künstliche Intelligenz unterstützen, können Planer automatisch Daten extrahieren und analysieren, die für die Konstruktion benötigt werden (z. B. Materialeigenschaften, Energiedaten, Umweltmerkmale usw.). Künstliche Intelligenz kann auch zur Stärkung von Prozessen eingesetzt werden, die auf der BIM-Methodik (Building Information Modeling) basieren. Die Integration von BIM und KI ermöglicht es, mit Hilfe spezieller BIM-Authoring- und BIM-Tools-Softwares, digitale Modelle zu erstellen, die alle notwendigen Informationen enthalten, um Projektanalysen durchzuführen, automatisch Zeichnungen und Berichte zu erstellen, Arbeiten zu planen, das Verhalten von Strukturen zu simulieren usw. In der Entwurfsphase können intelligente Algorithmen auch dazu verwendet werden, verschiedene Entwurfsalternativen zu analysieren (durch die so genannte „Generative Gestaltung„), ressourceneffiziente Lösungen zu bewerten und Ausführungspläne mit geringem Risiko zu erstellen. Eine weitere Anwendung ist die Simulation von Projekten in Virtual Reality und Augmented Reality. Diese Simulationen dienen dazu, dem Kunden ein vollständiges und realistisches Bild des Endprodukts zu vermitteln und Vorschläge für mögliche Verbesserungen zu sammeln.
2. Zeit- und Kostenanalyse. Algorithmen des maschinellen Lernens vermitteln den Bauingenieuren ein klares Bild von den Kostenschätzungen und ermöglichen es ihnen, auf der Grundlage der Ergebnisse früherer Projekte und durch die Untersuchung künftiger Prognosen genauere Budgets zu erstellen. Neben der Prognose einer möglichen Kostenüberschreitung ermöglicht die künstliche Intelligenz auch die Planung des Zeitplans für die Realisierung des Projekts unter Berücksichtigung der möglichen Risiken.
3. Verwaltung des Bauprozesses. Während der Bauphase können auf künstlicher Intelligenz basierende und mit Kameras ausgestattete Roboter eingesetzt werden, welche sich autonom über die Baustelle bewegen können, um 3D-Bilder aufzunehmen. Mit Hilfe neuronaler Netze können diese Bilder mit Daten und Informationen aus dem BIM-Modell verglichen werden, um den Baufortschritt zu verfolgen. Intelligente Bauroboter hingegen, ermöglichen die Ausführung einer Vielzahl von Aufgaben im Zusammenhang mit der Baustelle (wie z. B. Fundamentfläche abstecken, Fundamentgrube ausheben, das Errichten von Mauerwerk, die Konstruktion komplexer Elemente usw.). Richtig eingesetzt, können diese Maschinen die Projektkosten senken, die Effizienz steigern, die Sicherheit erhöhen und es den Arbeitern ermöglichen, sich auf weniger repetitive und anstrengende Aufgaben zu konzentrieren. Zu den innovativsten Technologien, die in der Bauphase eingesetzt werden, gehört auch der 3D-Druck auf Basis künstlicher Intelligenz. Diese Technologie ermöglicht es, einen großen Teil des Bauprozesses zu automatisieren, da diese erlaubt, Bauelemente und große 3D-Objekte mit hoher Geschwindigkeit und großer Präzision zu „drucken“.
   

   Intelligente Roboter führen Schweißarbeiten durch

4. Identifizierung und Minderung von Risiken. KI kann Bauingenieuren dabei helfen, potenzielle Gefahren im Bauprozess zu erkennen und sinnvolle Maßnahmen zur Risikokontrolle umzusetzen. Mit künstlicher Intelligenz ausgestattete Kameras und Netzwerke können alle Bereiche der Baustelle ständig überwachen und ermöglichen es den Fachleuten, die Nutzung der Geräte zu beurteilen, den Fortschritt zu überwachen und alle Aktivitäten in Echtzeit zu analysieren.
5. Identifizierung und Minderung von Risiken. KI kann Bauingenieuren dabei helfen, potenzielle Gefahren im Bauprozess zu erkennen und sinnvolle Maßnahmen zur Risikokontrolle umzusetzen. Mit künstlicher Intelligenz ausgestattete Kameras und Netzwerke können alle Bereiche der Baustelle ständig überwachen und ermöglichen es den Fachleuten, die Nutzung der Geräte zu beurteilen, den Fortschritt zu überwachen und alle Aktivitäten in Echtzeit zu analysieren.
6. Bauwerksüberwachung: Intelligente Systeme können zur Überwachung des Gesundheitszustands von Objekten und großen Infrastrukturprojekten (wie Brücken, Pipelines, Dämme usw.) verwendet werden. Durch die Installation intelligenter Sensoren ist es möglich, periodische Messungen zu erfassen und kontinuierliche Überwachungsstrategien umzusetzen, die es ermöglichen, die Anfälligkeit von Strukturen zu bewerten und ein hohes Maß an Sicherheit und Effizienz im Laufe der Zeit aufrechtzuerhalten.

Selbstverständlich kann für jeden dieser Anwendungsfälle, das Potenzial der künstlichen Intelligenz nicht ausgeschöpft werden, wenn eine Reihe zuverlässiger Informationen über das Bauprojekt fehlen. Diese Informationen können nur durch den Einsatz der BIM-Methode abgerufen werden.

Wenn auch Sie, ein BIM-Modell erstellen möchten, können Sie sofort mit einer professionellen 3D/BIM-Gebäudeplanungssoftware beginnen, um in kürzester Zeit, hervorragende Ergebnisse in der BIM-Planung zu erzielen.

Alle Vorteile der künstlichen Intelligenz im Bauingenieurwesen

Die KI erweist sich als nützlicher Verbündeter für alle, die sich mit der Planung, dem Bau und der Verwaltung von Bauwerken befassen. Zu den wichtigsten Vorteilen, die intelligente Systeme der Baubranche bieten, gehören zum Beispiel:

• Bessere Projektplanung: Auf künstlicher Intelligenz basierende Technologien ermöglichen die Ermittlung der optimalen Entwurfslösung, wodurch Redundanzen verringert und die Gesamtqualität des Endergebnisses verbessert werden;
• Bauzeiten- und Kostenkontrolle: Da Tools mit künstlicher Intelligenz jedes Risiko oder unvorhergesehene Ereignisse leicht vorhersehen können, ermöglichen diese, geeignete Maßnahmen zu ergreifen, um sicherzustellen, dass die Bauzeiten und Kosten eingehalten werden;
• Verringerung von Arbeitsunfällen: Die Baustelle kann dank künstlicher Intelligenz zu einem sichereren Ort werden. Die gefährlichsten Arbeiten können von Robotern ausgeführt werden, die so programmiert sind, dass sie aus den Interaktionen mit der Umgebung lernen;
• Höhere Effizienz und Produktivität: Roboter und selbstfahrende Arbeitsmaschinen können sich wiederholende Aufgaben (wie z. B. Schweißen, Mauern, Betongießen) effizient, schnell und ohne Unterbrechung ausführen.
• Vereinfachung des Vermessungsprozesses: Mit Hilfe von Drohnen können intelligente Technologien genutzt werden, um Geländevermessungen durchzuführen und Luftaufnahmen von der Baustelle zu machen, die für ein effizienteres Projektmanagement und die Verfolgung des Baufortschritts notwendig sind;
• Verbessertes Wartungsmanagement: Die Integration intelligenter Systeme und IoT-Technologien, sorgt für ein optimiertes Management von Wartungsprozessen und trägt dazu bei, den Lebenszyklus von Gebäuden und Infrastrukturen zu verlängern.

Die Zukunft der künstlichen Intelligenz im Bauingenieurwesen

Die künstliche Intelligenz kann als treibende Kraft für den zukünftigen digitalen Wandel des Bauwesens angesehen werden. Die ermutigenden Ergebnisse der aktuellen Anwendungen von KI im Bauingenieurwesen ebnen den Weg für noch breitere Einsatzszenarien.

Selbstverständlich bestehen noch zahlreiche Herausforderungen, die für einen breiteren Einsatz von künstlicher Intelligenz im Bauwesen zu bewältigen sind. Darunter die recht hohen Implementierungskosten und die Herstellung von Systemen, die nur in dem Bereich handeln und lernen können, für den sie entwickelt wurden. Die KI hat jedoch bereits nachgewiesen, das Potenzial zu haben, um die Baubranche zum Besseren zu verändern, und es besteht kein Zweifel daran, dass sie schon bald auf breiter Front zum Einsatz kommen wird.

Revolutionieren auch Sie Ihre Planungsweise, und verlassen Sie sich auf eine optimale BIM-Software.