Während des Entwerfens sollen in Echtzeit sehr viel mehr Informationen verfüg-und visualisierbar sein, Bild: © ETH Zürich

Wenn Architekten und Ingenieure Bauwerke planen und technisch entwickeln, vergeht zwischen dem ersten Entwurf und dem Baubeginn oft viel Zeit. Verschiedene Entwürfe werden in diversen Runden Schritt für Schritt hinsichtlich Kosten, Statik, verwendetem Material, Ausstattung und Terminplanung erörtert, Vor- und Nachteile gegeneinander abgewogen. Hier sollen digitale Entwurfsmethoden – insbesondere die Verwendung von künstlicher Intelligenz (KI) und erweiterter Realität (XR) – den Prozess von Grund auf verändern. Entwurf und Berechnungen, die Arbeit von Architekt/innen und Ingenieur/innen, sollen enger zusammenrücken. Da diese Art des Entwerfens eine stärkere interdisziplinäre Zusammenarbeit notwendig macht, lanciert die ETH Zürich ein neues Zentrum für computergestütztes Entwerfen in Architektur und Bauingenieurwesen auf, in dem die Arbeit von Architekt/innen und Ingenieur/innen, enger interdisziplinär zusammenrücken soll. Unter dem Namen Design++ arbeiten 22 Professuren aus den Departementen Architektur, Bau, Umwelt und Geomatik, Informatik, Materialwissenschaften, Maschinenbau und Verfahrenstechnik und dem Nationalen Forschungsschwerpunkt Digitale Fabrikation (NCCR DFAB) zusammen. Dazu kommt eine neue Professur für Computational Augmented Design, die in Kürze ausgeschrieben wird.

Ein Beispiel, wie solche Methoden das gewohnte Schema verändern können, ist der Brückenbau. Brücken sind hochkomplexe Bauwerke. Realistische Strukturanalysen (das rechnerische Modellieren aller relevanten Kräfte unter verschiedenen Einwirkungen) sind in frühen Phasen des Entwurfs aber oft zu aufwendig. Brückenbauer/innen entwerfen deshalb Tragwerkskonzepte, ohne sie zum Beispiel hinsichtlich Materialverbrauch oder der Ökologie zu optimieren. Die Folge ist: Es müssen relativ große Reserven eingebaut werden. Walter Kaufmann, Professor für Baustatik und Konstruktion an der ETH, will das mit seinem Team jetzt ändern. Um eine künstliche Intelligenz zu trainieren, werden digitale Strukturanalysen von Brücken durchgeführt, die durch Parameter beschrieben werden. In der Folge soll die KI solche Strukturanalysen in wesentlich kürzerer Zeit bewerkstelligen können. Anhand bestimmter Brückenparameter wird die KI am Ende sogar selber grobe Entwürfe generieren können, die in Interaktion mit dem Entwerfenden weiter verfeinert werden können. Während es heute oft Monate dauert, bis Brückenbauer/innen erste Entwürfe präsentieren können, könnte das mit der neuen Methode in Tagen oder Stunden geschehen.

In einem weiteren Forschungsprojekt werden computergestützte Werkzeuge entwickelt, mit deren Hilfe der Gestaltungsspielraum besser erkundet werden kann. Anstatt einen Entwurf mühsam zu adaptieren, bis er alle Kriterien und Leistungsziele erfüllt, sollen KI-Modelle Entwurfsvarianten vorschlagen. Erprobt werden die Werkzeuge an Stützen und Trägern, lichtdurchlässigen Fassaden und speziellen Wandelementen für die Raumakustik. Robert Flatt, ETH-Professor für Baustoffe und einer der Väter der Idee hinter Design++, sagt: „Wir streben eine erweiterte Kreativität an: Wir wollen Bauten anhand neuer Entwurfswerkzeuge optimieren und zugleich den Gestaltungsraum digital erweitern.“

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