Projekt SDaC: Wie künstliche Intelligenz die Digitalisierung der Baubranche vorantreibt

• In der Baubranche können Kosten und Zeitaufwand vergleichsweise schnell steigen, weil verschiedene Akteure des Bauprozesses nur unzureichend miteinander vernetzt sind.
• Das Forschungsprojekt SDaC, im Rahmen des KI-Innovationswettbewerbs durch das BMWi gefördert, will das mit Hilfe von künstlicher Intelligenz ändern.

Viele Bauvorhaben sind von enormer Komplexität geprägt. Vor allem über Kommunikationsprozesse können schnell Fehler entstehen, etwa wenn Beteiligte über unterschiedliche Informationsstände verfügen. Die unterschiedlichen digitalen Anwendungen, die Architekten, Planer und Bauunternehmen nutzen, verstärken dieses Problem noch zusätzlich. Häufig greift jedes am Bau beteiligte Unternehmen auf eigene Software-Lösungen und Datenbestände zurück, ohne einheitliche Schnittstellen zu nutzen. So arbeitet man teils auf unterschiedlicher Basis, und im schlimmsten Fall entstehen immer größere Diskrepanzen, die sich nur durch aufwändige Korrekturmaßnahmen beheben lassen. Neue digitale Technologien basierend auf Künstlicher Intelligenz stellen einen vielversprechenden Lösungsansatz für dieses Problem dar. Planungs- und Produktionsprozesse lassen sich durch umfassende Datenanalysen und die Zusammenführung der verschiedenen Akteure von Bauprojekten optimieren. Dieser Aufgabe hat sich das Forschungsprojekt SDaC (Smart Design and Construction) angenommen, das im Rahmen des KI-Innovationswettbewerbs durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert wird.

Im Rahmen des Projekts SDaC entsteht eine digitale Plattform, welche die Daten aller am Bauprozess beteiligten Unternehmen durch KI-Methoden zusammenführt und nutzbar macht. Auf dieser Datengrundlage können Anwender neue KI-Lösungen entwickeln, die alle Planungs- und Ausführungsprozesse der Bauwirtschaft effizienter gestalten. Insbesondere kleinen und mittelständischen Unternehmen des Bauwesens, die bislang oftmals noch Schwierigkeiten damit haben, innovative neue Technologien in ihre Prozesse zu integrieren, sollen die Ergebnisse von SDaC zugutekommen.

Forschungsprojekt SDaC: Große Datenmengen als Basis für KI-Entwicklung

Zunächst ist es das Ziel des Projekts, die vielen verschiedenen Daten der Bauunternehmen zu lokalisieren und zusammenzuführen. Das ist eine echte Herausforderung, da die Daten oft in unterschiedlichsten, zumeist wenig interoperablen Formaten, zum Beispiel durch Spezial-Software angefertigt, oder in verschiedenen Datensilos liegen. Zudem ist die Baubranche noch nicht vollständig digitalisiert, so dass viele Dokumente häufig noch händisch auf Papier entstehen. Auch für die auf diese Weise anfallenden Daten gilt es, neue Lösungen zu finden, um einen vollständigen Überblick über die Bauprozesse zu erlangen. Für digitale Daten strebt man im Rahmen von SDaC an, passende Schnittstellen bereitzustellen und Datenstrukturen zu vereinfachen. Für händisch verfasste Daten werden KI-Methoden entwickelt, die Daten automatisiert erfassen und in ein digitales Format übertragen können.

Sobald die unterschiedlichen Daten auf der digitalen Plattform gesammelt wurden, können sie durch künstliche Intelligenz ausgewertet werden. Die Analyse stellt die Grundlage für die Entwicklung weiterer KI-Anwendungen dar, die sich an verschiedenen Stellen in Bau- und Planungsphase einsetzen lassen, um die entsprechenden Prozesse signifikant effizienter zu gestalten. Diese neuen KI-Lösungen sollen auf der SDaC-Plattform verschiedensten Akteuren der Bauwirtschaft bereitstehen.

Um die Datensicherheit und Datenhoheit unternehmensinterner Daten zu gewährleisten, beschäftigt sich das Projekt zudem mit der Anonymisierung von Rohdaten sowie der Generierung von Metadaten. Die Projektbeteiligten wollen neu entwickelte Algorithmen auf Basis von Datensätzen mit möglichst wenig Personen- und Unternehmensbezug trainieren. Das soll sicherstellen, dass Unternehmen voneinander lernen können, ohne interne Daten anderen Unternehmen zu überlassen.

KI-gestützte Zeichenerkennung

Eine Reihe von Anwendungsfällen erprobt und belegt die Potenziale von SDaC. Einer dieser Use Cases dreht sich um die Optimierung von Lieferketten im Baugewerbe. Gerade hier existiert eine Vielzahl von heterogenen Schnittstellen und Datenverarbeitungssystemen, die den Datenfluss und die Datenmenge sehr komplex gestalten. Das Projekt strebt daher außerdem an, Lieferketten durch KI zu digitalisieren und Daten zu vereinheitlichen. Somit sollen Informationen jederzeit verfügbar und einfacher kontrollierbar sein. Dokumentations- und Suchaufwände sollen auf diese Weise deutlich sinken.

Auch Papierdokumente werden im Rahmen des Anwendungsfalls digitalisiert. Denn gerade im Kontext von Lieferketten sind gedruckte Dokumente ein gängiger Weg, Informationen zu übermitteln. Der Austausch von Baumaterialien in der Wareneingangskontrolle erfolgt nahezu ausschließlich über ausgedruckte Lieferscheine dokumentiert. Bei großen Bauvorhaben können sich sehr schnell sehr viele solcher Lieferscheine ansammeln, die zudem oft zerknittert, verschmutzt und mit handschriftlichen Notizen vorliegen. Eine konsequente Digitalisierung dieser Prozesse ist daher eine große Herausforderung, derer sich SDaC mittels verschiedener KI-Ansätze annimmt. Eine Kombination aus Optical Character Recognition (automatische Zeichenerkennung) und Machine-Learning-Algorithmen soll verschiedene Schriften erkennen, Inhalte einordnen und in eine festgelegte Zielstruktur einfügen. So entsteht ein einheitlicher Datensatz, der sich optimal weiterverarbeitet lässt.

Einheitliche Beschreibung der Mängel

Für eine effizientere Bauausführungsplanung kommen unter anderem innovative, KI-basierte Texterkennungsmethoden zum Einsatz. So sollen etwa Missverständnisse bei der Übermittlung von Mängeln verringern und eine einheitliche Auswertung der entsprechenden Mängel möglich machen. Da es oftmals keine standardisierten Bezeichnungen für Mängel gibt, benennen verschiedene Bauleiter denselben Mangel unterschiedlich, was nicht nur potenzielle Missverständnisse nach sich ziehen kann, sondern auch die Auswertung und Aufbereitung der entsprechenden Datensätze erschwert – und damit die Problembehebung.

Hier kommt eine KI-Methode namens Word Embeddings ins Spiel. Diese Methode zur Analyse natürlicher Sprache übersetzt Worte in sogenannte Vektoren. Dabei handelt es sich um eine Zahlenfolge, die unterschiedlichste Informationen zu dem jeweiligen Wort und den entsprechenden Kontext festhält. Durch diese Vektorrepräsentation lassen sich mathematische Berechnungen auf Basis der Wörter vornehmen. Somit erkennt die KI-Analyse zum Beispiel ähnliche Formulierungen. Die Klassifizierung der Worte und Erkennung von Ähnlichkeiten legt dabei den Grundstein für eine intelligente Freitext-Analyse, welche die Auswertung von Mängeldaten ermöglicht. Doch auch in anderem Kontext kann die Technologie zum Einsatz kommen: Terminpläne arbeiten fast ausnahmslos mit Freitextfeldern statt standardisierten Formularen. Über die bauspezifischen Wort-Vektoren versteht die KI auch diese.

Deutschland auf Platz 2 bei Nutzung von KI in der Baubranche

Eine Vielzahl weiterer Anwendungsfälle werden im Rahmen von SDaC erprobt. Diese reichen von der Digitalisierung bestehender Gebäude durch 3D-Scanner-Daten, über die KI-gestützte Kosten- und Terminprognose bis hin zur Lokalisierung von Gefahrenquellen auf der Baustelle über 2D- und 3D-Messtechnik. Viele weitere KI-Anwendungen sollen durch die digitale SDaC-Plattform entstehen, um eine durchgängig digitale Vernetzung aller an einem Bauprojekt beteiligten Unternehmen zu gewährleisten. Damit lässt sich der gesamte Bau- und Planungsprozess optimieren und teilweise sogar automatisieren.

Somit trägt das Projekt wesentlich dazu bei, die Nutzung von Künstlicher Intelligenz in der deutschen Baubranche weiter auszubauen. Eine aktuelle Studie hat ergeben, dass Deutschland im Bereich der KI-Nutzung im Rahmen von Bauprozessen im internationalen Vergleich auf Platz 2 ist, hinter den USA. Mit Forschungsprojekten wie SDaC kann Deutschland auf diesem Gebiet auf Augenhöhe mithalten und die starke internationale Stellung weiter ausbauen. In jedem Fall werden die Bauvorhaben der Zukunft dank KI effizienter, schneller, kostengünstiger und sicherer.

Bild oben: KI-Anwendungen im internationalen Vergleich: Geografische Verteilung identifzierter Softwareunternehmen. Bildquelle: SDaC 2021

Weitere Informationen zum Projekt sind hier zu finden.

Erfahren Sie hier mehr darüber, wie künstliche Intelligenz fundierte Entscheidungen herbeiführen hilft.

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