KI-Anwendungen in der Stadtplanung: Das ist die Zukunft

KI-Anwendungen als Lösung? Die Planungs- und Baubranche steht vor enormen Herausforderungen: Die Komplexität städtischer Gebiete nimmt aufgrund der rasant fortschreitenden Urbanisierung sowie dem Bevölkerungswachstum zu, während gleichzeitig der Klimawandel sowie das wachsende Bedürfnis nach nachhaltigen Lebensräumen neue Anforderungen an Gebäude und Bauprozesse stellen.

KI-Anwendungen: Der digitale Zwilling in der Planung

Derweil steigt die Anzahl der Stakeholder im Rahmen von Planungs- und Bauprozessen, die technischen Anforderungen erhöhen sich und die Bauvorschriften und Standortbeschränkungen werden strikter und komplexer. Hinzu kommt der steigende wirtschaftliche Druck, der aufgrund wachsender internationaler Konkurrenz auf Bauunternehmen und Architekturbüros lastet. Alles in allem müssen Planer, Immobilienentwickler und Planungsbehörden kreativer werden, um Baudichte und Baueffizienz zu maximieren, ohne dabei die Lebensqualität der Menschen und die Umwelt zu belasten. Die Art und Weise, wie Gebäude, Stadtviertel und ganze Städte geplant, gebaut und verwaltet werden, ist von daher grundlegend neu zu denken.

Digitale Technologien und KI-Anwendungen können entscheidend dazu beitragen, die enorme Fülle an Anforderungen an die Architektur und Stadtplanung der Zukunft zu bewältigen. Building Information Modeling- (BIM) und Digital-Twin-Anwendungen nutzen bereits das Potenzial digitaler Daten, um Planern tiefe Einblicke in den Bau- und Bewirtschaftungsprozess von Gebäuden zu ermöglichen. Der Gebäudelebenszyklus vom Beginn der Ausführungsplanung bis viele Jahre in die Betriebsphase hinein wird dank der Technologien plan- und optimierbar gemacht.

Grundstein für KI-Anwendungen gelegt

Lediglich in den frühesten Planungsphasen mangelte es an Technologien, die Planende dabei unterstützen, die optimale Basis für ein zukünftiges Projekt zu schaffen – etwa bei der Akquise des Grundstücks oder im Rahmen von Machbarkeitsstudien. Sorgfältige Tests vor dem Baubeginn sind bislang zeitaufwändig und kostenintensiv, doch gerade in dieser Planungsphase wird der Grundstein für bis zu 50 Prozent der letztendlichen Wertschöpfung gelegt. Außerdem werden Fehlplanungen vermieden, die ansonsten zu einem späteren Zeitpunkt aufwändig hätten korrigiert werden müssen.

Hier setzt das Unternehmen Spacemaker an, dessen KI-gestützte Software Architekten und Stadtplaner befähigt, durch so genanntes generatives Design verschiedenste potenzielle Szenarien digital auszutesten und optimale Lösungen im Rahmen der gewählten Parameter zu finden. Derweil berechnen eine Vielzahl durch KI gestützte Werkzeuge, wie sich etwa Klima-, Licht-, Wind- oder Lärmverhältnisse auf geplante Gebäude auswirken. Diese risikolose Testumgebung inspiriert zu neuen kreativen Lösungsansätzen, die den Grundstein für nachhaltige und lebenswerte Städte der Zukunft legen. Wie das in der Praxis bereits umgesetzt wird, zeigen spannende Use Cases aus Städten und Kommunen weltweit, etwa in der viertgrößten finnischen Stadt Vantaa, wo die erste Planungsphase des Stadtteils Kivistö durch Spacemaker unterstützt wurde.

Kivistö soll eines der größten Wohngebiete von Vantaa werden und bis 2050 fast 50.000 Einwohner umfassen. Dennoch ist es den Stadtplanern wichtig, dass die Nähe zur Natur in den Nachbarschaften erhalten bleibt. Bei der Planung neuer Gebiete galt es deshalb, die Baudichte zu maximieren, während gleichzeitig der Komfort der Anwohner in den Mittelpunkt der Planungen gerückt wird. Zudem strebt die Stadt an, Kivistö bis 2050 gänzlich klimaneutral zu machen, was ebenfalls bei der Planung berücksichtigt werden musste.

Spacemaker tat sich für die Stadtentwickler deshalb als optimale Lösung hervor: Der KI-gestützte Ansatz erleichterte den bisher mühsamen Entwurfsprozess durch die automatische Berechnung verschiedener Lösungen. Umwelteinflüsse wie Licht- und Windverhältnisse, Lärmaufkommen oder Sonneneinstrahlung werden von Spacemaker in Echtzeit analysiert, wodurch eine robuste Grundlage für eine nachhaltige und kostenschonende Bau- und Bewirtschaftungsphase gelegt wird.

Die Software kam einen Monat lang in zwei Bereichen von Kivistö zum Einsatz: Im 50.000 Quadratmeter großen Gebiet Onnenkivi, wo sich die Planung noch in der Anfangsphase befand, und in Lumikvartsi, das 60.000 Quadratmeter umfasst und wo die Planungen bereits weiter fortgeschritten waren. Beide Gebiete sollen auf der Grundlage des übergeordneten Stadtplans mit drei- bis siebenstöckigen Häusern, Blockrändern sowie Parks bebaut werden. Durch Spacemaker war es für die Planenden einfach möglich, Änderungen an den ursprünglichen Plänen zu testen und ihre Entscheidungen auf der Grundlage einer Vielzahl von Informationen zu überprüfen und zu hinterfragen.

Auswirkung von Veränderungen

Die Planenden konnten zudem innerhalb von zehn Minuten erkennen, wie sich Veränderungen an den Profilaußenmaßen der Gebäude auf die Wohnfläche auswirken. Auch Licht-, Wind- und Klimaverhältnisse der Bauvorhaben sind so deutlich zu verbessern, um somit das Wohlbefinden der künftigen Bewohner zu steigern. Außerdem wurde getestet, wie sich Begrenzungen der Verkehrsgeschwindigkeit zukünftig auf die Lärmentwicklung innerhalb der Wohngebiete auswirken können.

Die Software überrede einen geradezu, verschiedene Optionen auszuprobieren, führt Stadtplaner Ville Leppänen aus. „Im Lumikvartsi-Gebiet, wo die Pläne schon fast fertig waren, konnten wir sie für das Innere der Blockbereiche weiter verfeinern. Da war leicht zu erkennen, wie sich der Windeinfluss verringern lässt und wo zum Beispiel eine Sonnenterrasse platziert werden sollte. Obwohl der Basisplan bereits sehr gut war, haben wir mit Hilfe von KI-Anwendungen einen erheblichen Mehrwert für den Entwurf erzielt.“

Dabei kam die Software auch über die Planung hinaus zum Einsatz, denn die Analysen von Spacemaker wurden auch für die faktenbasierte Kommunikation mit Baupartnern, Entscheidungsträgern und Einwohnern verwendet, die erste bildliche Eindrücke in die anstehenden Bauvorhaben erhielten, was die weitere Zusammenarbeit deutlich erleichterte.

„Intelligente Softwarelösungen können Entwicklern beibringen, Dinge aus neuen Perspektiven zu sehen. Es ist jetzt ganz einfach, mehrere Windanalysen durchzuführen und über Möglichkeiten nachzudenken, für die früher vielleicht nicht genug Zeit war“, erklärt die Architektin Niina Rinne im Rahmen der Bauplanung in Vantaa.

Spacemaker fungiere als unterstützende Intelligenz, die dazu beitrage, die Qualität der erstellten Pläne zu verbessern. „Die Welt wird immer komplexer, und die Auswirkungen der Entscheidungen, die wir heute treffen, sind weitreichend. Deshalb brauchen wir eine engere Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Parteien, um die Perspektiven aller berücksichtigen zu können.“

Von Håvard Haukeland.

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