Zur Übersicht Digitalisierung, Prozesse, Innovation

Generative Design: Menschliche Expertise trifft auf künstliche Intelligenz

Abbildung von den Designvarianten die mit generative design entstanden sind

Wie STRABAG mit generativem Design die Gebäudeplanung mit Algorithmen optimiert

STRABAG setzt bei der Transformation der Baubranche auf den Einsatz von Generative Design. Mit Hilfe großer Datenmengen und entsprechender Algorithmen lassen sich nicht nur verschiedene Ableitungen und Prognosen erstellen, sondern konkrete Planungsziele verfolgen. Genau darauf zielt Generative Design ab: Die modellbasierte Entwurfsmethode bietet Gebäudeplaner:innen unzählige Möglichkeiten zur Gestaltung von Bauobjekten. Entfaltet wird dieses Potenzial mit Hilfe menschlicher Expertise und künstlicher Intelligenz.

Mit Generative Design nutzt STRABAG 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, sondern eine Vielzahl. Das spart Zeit und Ressourcen bei der Suche nach der optimalen Konstruktionslösung in der Planung – schnell, automatisiert und datenbasiert.

Generative Design: ein Prinzip in drei Schritten

Generative Design arbeitet mit automatisiert generierten Daten. 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. Das Prinzip von Generative Design lässt sich in drei Schritten erklären:

Grafik zu den drei Schritten von generative Design

Generieren
In kürzester Zeit werden hunderte von Designvorschlägen erzeugt. Es entstehen innovative Ergebnisse, die bei manueller Entwurfsplanung eventuell unentdeckt blieben.

Analysieren
Alle Designvarianten werden vom System auf die Optimierungsziele hin analysiert. Gestalterische Vorgaben inklusive der festgelegten Parameter sowie räumliche Gegebenheiten finden dabei automatisiert Berücksichtigung.

Optimieren
Das Ergebnis sind optimierte Designvorschläge anhand der zuvor definierten Anforderungen und Ziele. Die passendste Variante wird gewählt und bei Bedarf weiter angepasst.

Tools und Funktionen von Generative Design im Überblick

GD ENERGY
Ermittelt Heizlast, Kühllast und Luftmengen – in Echtzeit. Durch hinterlegte Klimadatensätze lassen sich auch der Photovoltaik (PV)-Ertrag ermitteln und die PV-Flächen optimieren.

GD CO2 & COST
Analysiert und optimiert die einzelnen Parameter eines Gebäudes hinsichtlich CO2-Emissionen und Herstellungskosten in der Konstruktion.

GD ARCHITECTURE
Automatische Generierung einer gegenläufigen, zweiteiligen Fertigteiltreppe mit Auflage.

GD EXCAVATION PIT
Optimiert den klassischen Planungsprozess bei der Auslegung von Baugruben.

Generative Design in der Anwendung: Dekarbonisierung von Bestandsgebäuden mit GD ENERGY

Bei dem aktuellen Bauprojekt Z2 am ZÜBLIN-Campus in Stuttgart setzen die Planer:innen der STRABAG bereits auf Generative Design. Denn die geplante Sanierung des Bestandsgebäudes bietet zahlreiche Einsatzmöglichkeiten für die digitalen Werkzeuge: insbesondere für GD ENERGY.

Mit GD ENERGY ist STRABAG bereits in der initialen Planungsphase in der Lage, 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 ebnet STRABAG den Weg zu einem klimaneutralen und zukunftsfähigen Gebäude.

Grafik eines Gebäudes, auf der von GD Energy errechneten Energieträgern abgebildet werden

Das Photovoltaik-Modul in GD ENERGY errechnet direkt mögliche Energieträger.

Ausblick und Next Steps

Aktuell bringt STRABAG bereits vier Werkzeuge von Generative Design zum Einsatz. 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.

Eines der Testprojekte für die Anwendung des GD-Frameworks im Sinne einer vernetzten Planung ist das Innovation Center am ZÜBLIN-Campus in Stuttgart. Von der Entwurfsplanung über die Tragwerkskonzeption bis hin zur Büroraumgestaltung und TGA-Auslegung erfolgt hier alles automatisch und datenbasiert miteinander vernetzt.