Wie KI-gestützte Tools bei der Beurteilung der architektonischen Designqualität helfen

Die Beurteilung der Qualität und Eignung eines spezifischen architektonischen Projekts — oder seiner Entwürfe — ist ein wesentlicher Schritt, wenn es um die Planung eines neuen Bauprojekts geht. Bis heute beruht die Einschätzung der Wertigkeit auf subjektivem Empfinden. Nun erscheinen jedoch neue Technologien und computergestützte Lösungen, die Architekten bei der Optimierung ihrer architektonischen Entwürfe helfen. Damit zukünftige Bewohner in den Räumen die höchst-mögliche Lebensqualität erfahren.

Im architektonischen Designprozess werden Räume geplant und optimal arrangiert. Das erfordert sorgfältige Erwägung und Überlegungen. Bei diesem Prozess wenden Architekten einen großen Teil ihrer Zeit darauf auf, die physischen Eigenschaften des Projektstandorts zu ermitteln. Wie sind die Belichtungsverhältnisse, blickt man von den Räumen ins Grüne oder auf eine viel befahrene Strasse. Um diese Fragen zu klären, gibt es diverse neue Werkzeuge und Methoden. Ziel ist es damit, die Auswirkungen verschiedener Designoptionen zu analysieren. Wie beeinflussen Faktoren wie die Topografie, der Verkehr, der Ausblick, die Belüftung die Architektur. Bis heute verlassen sich die meisten Architekten bei der Gestaltung ihrer Entwürfe auf ihre Intuition, um zu entscheiden, wie sie die Immobilie gestalten.

Der aktuelle architektonische Gestaltungsprozess

Um sich ein klares Bild von der Arbeit eines Architekten zu verschaffen, betrachtet man am besten den Designprozess, den Architekten bei der Arbeit an einem Projekt oder bei Teilnahme an einem architektonischen Wettbewerb durchlaufen. Dieser Prozess beginnt mit der Vorbereitung der Designvorgaben, wobei das zukünftige Bauprogramm (Vorschriften, Anzahl der Räume, Funktion der Räume, m2 und andere Spezifikationen) sowie vorhandene Merkmale des physischen Projektstandorts (Grünflächen, Topografie, Nähe zur bebauten Umgebung) untersucht werden. 

Aus diesen Vorgaben resultiert die Designkonzeptphase, wobei Architekten mehrere mögliche Bauentwürfe mit verschiedenen Skizzen und Modellen erstellen. Diese Phase kann zeitintensiv sein, da der Konzeptentwurf den vorher erstellten Designvorgaben standhalten muss.  So sind gegebenenfalls mehrere Iterationen notwendig.  

Nachdem die Gestaltungskonzepte einmal abgeschlossen sind, wird ein detaillierter Entwurf erstellt, in dem die verschiedenen Gebäudeanforderungen berücksichtigt werden. Dieser Schritt erfordert ebenfalls mehrere Iterationen. Nach Abschluss des detaillierten Entwurfs werden alle grafischen Zeichnungen und Layouts eingereicht.

In diesen Prozess sind mehrere Fachleute involviert. Mit den Worten von Manuel Jose Feo Ojeda, promovierter Architekt und Professor für Architektonische Projekte an der School of Architecture in Las Palmas de Gran Canaria benötigt man “ein Netzwerk aus Mitarbeitern, die sich auf die unterschiedlichen objektiven Aspekte des Designprozesses spezialisiert haben”.

Der heutige Designprozess kann für Architekten zur Herausforderung werden. Denn dazu gehört auch ein lebendiger Austausch zwischen verschiedenen Phasen des Prozesses. Das erschwert unter anderem die strikte Einhaltung von Terminen.

Die Zukunft: Digital unterstützte Design-Werkzeuge

Auch wenn die Phasen des Prozesses die gleichen bleiben, werden Werkzeuge zur Design-Automatisierung als Bestandteil in den Prozess integriert. Durch diese Änderung werden die Iterationen im Prozess weniger mühsam. Die neuen Tools kombinieren Geodaten und Stadt- bzw. Gebäude-Modelle mit dem Designobjekt und erstellen Simulationen. So kann ein Architekt die Auswirkungen seiner Gestaltungsentwürfe in Echtzeit beurteilen. Zudem kann er objektive Kennzahlen erhalten, um so zu gewährleisten, dass bestimmte Anforderungen an das Gebäude wie Lärmbelastungslevel, Ausblick, usw. eingehalten werden.

Gegenwart trifft auf Zukunft: Wie können digitale Tools Architekten heute helfen

Nachdem wir den gegenwärtigen Gestaltungsprozess beleuchtet haben, wollen wir die Auswirkungen von Designautomatisierungs-Tools auf den Prozess selbst konzentrieren. Der größte Vorteil im Hinblick auf den Prozess liegt in der kürzeren Zeit, die zum Abschluss des Designprozesses erforderlich ist. Die bisher manuell ausgeführten Iterationen werden nun von automatischen Tools erledigt. Dadurch erzielt man das Endresultat nicht nur schneller; es ist außerdem genauer.

Zu den Vorteilen einer solchen Technologie befragt, weist Iván Pajares, BIM-Consultant bei Modelical, darauf hin, dass „sie dabei helfen kann, in jeder beliebigen Stadt die besten Grundstücke unter vielen herauszusuchen, und das ohne, dass man sie überhaupt kennt.“

Die meisten Architekten stimmen Martin Henriksen, Computational Development Lead bei Büro Happold zu, wenn er sagt, dass er eher nach Lösungen mit “erweiterter Intelligenz als künstlicher Intelligenz” sucht. Es besteht ein Bedarf für Tools, die ihren Design- und Entscheidungsfindungsprozess unterstützen. 

Esther Rioja del Campo, BIM-Architekt und Revit-Coordinator bei Bimoa arquitectura, sieht diverse Vorteile, die größer sind als allein die Entwurfsoptimierung: „Es gibt viele Prozesse, die sich automatisieren lassen. Viele der entscheidenden Faktoren sind dabei wirtschaftlicher Natur und werden vom Immobilienentwickler bestimmt. Dabei ist es sehr wichtig, die Entscheidungsfindung objektiver zu gestalten.“

Ein Anwendungsbeispiel

Archilyse hat eine Lösung entwickelt, die Architekten hilft die Auswirkungen ihrer verschiedenen Entwürfe besser zu beurteilen. Mit Hilfe verschiedener Simulationen und Grundrissanalysen visualisiert Archilyse die Designs. Wir zeigen am konkreten Beispiel des „#175_QDC”, eines Einfamilienhauses von Phillipe Meyer, auf, wie welche Entscheidungshilfen Archilyse bietet.

Dieses Gebäude steht in Cologny, Genf, Schweiz.
Bei diesem Wohnprojekt ging es um die Renovierung eines ehemaligen Bürogebäudes am Ufer des Genfer Sees. Eine durchgehende Glasfassade verbindet die ziemlich strengen Formen des Gebäudes an einem abfallenden Standort in der Nähe des Ufers mit dem See und Ausblicken über das Wasser. Das Gebäude erinnert dabei an Ludwig Mies van der Rohes Farnsworth House (Plano, Illinois, 1951) und den Barcelona-Pavillion (1929).

Archilyse_Architectural_Floor_Plan_analysis_#175_QDC_Philippe_Meyer_house_location_and_facade

Standort und Fassadenansicht.

Aufgrund des Grundrisses und der Geolokalisierung des Projektstandorts haben wir eine Reihe Analysen erstellt, die objektive Einblicke gewähren und von Architekten dazu genutzt werden können, ihre Entscheidungsfindung im Designprozess zu verbessern.

Über den Analysesimulator

In jedem Raum des Hauses simulieren wir einen 360°-Panoramaausblick, basierend auf einem hexagonalen Gitter. Die Panoramaausblicke werden in jedem Zimmer alle 0,5 Meter ab Bodenhöhe erfasst. Für jede Panoramaausblick-Simulation wird der Prozentsatz an Ausblick auf jeweils jeden Elementtyp (Gebäude, Grünflächen, Wasser, usw.) berechnet. Das 3D-Modell, auf dem die Simulationen basieren, wird aufgrund einer Kombination aus GIS-Datenquellen erstellt.

Analyse des Ausblicks auf Grünflächen

Mit der Analyse des Ausblicks auf Grünflächen wird die sichtbare Menge an Grünflächen (entweder Bäume oder Parks) berechnet.

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Designbezogene Entscheidungen

  • Bringen Sie die Natur ins Haus.
  • Schaffen Sie eine starke Verbindung zwischen Wohnraum und Grünflächen.
  • Entwerfen Sie Platz für die ganze Familie in Form von Küche und Wohnzimmer, die durch ein Esszimmer voneinander getrennt sind, an dem Punkt auf der ersten Etage, wo sich die meisten Grünflächen befinden.
  • Räume, in denen man sich nicht so oft aufhält (z. B. Badezimmer und Gänge) kann man auf der Rückseite planen.
  • Nutzen Sie im Grundriss eine rechteckige Geometrie mit möglichst wenig Platzbedarf, und machen Sie die Begrünung zu einem wichtigen Element Ihres Projekts.
  • Nutzen Sie zur Aufnahme der Glasflächen einen Metallrahmen mit Schiebe-elementen, die man öffnen kann, um so frische Luft in den Wohnbereich zu lassen.
  • Platzieren Sie wichtige Ausblicke nicht ausgerechnet vor Bäumen, wo diese die Sicht blockieren würden.
  • Nutzen Sie Bäume als akustische Barriere, um Schutz vor Straßen- und Fahrzeuglärm zu bieten.

Analyse des Ausblicks auf Wasser

Mit der Analyse des Ausblicks aufs Wasser wird die sichtbare Menge einer Wasserfläche (wie z. B. ein Fluss, Bach, See oder Meer) berechnet.

V0_4_Water_Analysis_Archilyse

Designbezogene Entscheidungen

  • Richten Sie alle Wohnräume in Richtung des Sees aus.
  • Bestimmen Sie Beobachtungspunkte mit Schwerpunkt auf die Ausblicke.
  • Ordnen Sie Wohnräume so an, dass die Panoramaausblicke auf den See maximiert werden. 
  • Integrieren Sie zum Filtern des Lichts, das von der Oberfläche des Sees reflektiert wird, Sonnenschutzjalousien.
  • Schaffen Sie im vorderen Bereich des Plans in der internen Anordnung entsprechenden Platz, den man als freie Fläche nutzen kann und der Küche, Essbereich, Wohnzimmer und Hauptschlafzimmer umfasst, was den Ausblick aufs Wasser maximiert.

Analyse des Ausblicks auf Gebäude

Mit der Analyse des Ausblicks auf Gebäude wird die sichtbare Menge aller Elemente berechnet, die man als Gebäude bezeichnet.

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Designbezogene Entscheidungen

  • Nutzen Sie an solchen Punkten im Grundriss, die besser vor der Witterung geschützt sind, eine aus Säulen geformte Struktur, um einen Punkt für Zusammenkünfte zu schaffen, wo man verschiedenen Aktivitäten nachgehen kann.
  • Sorgen Sie dafür, dass der große offene Wohnraum Verbindung zu einer Terrasse auf der zweiten Etage hat, wo das Haus besser vor der Witterung geschützt ist. 
  • Integrieren Sie um Flächen herum, die eine ungestörte Atmosphäre erfordern, interne Vorhänge.
  • Schaffen Sie ein kompaktes Volumen, damit das Gebäude kleiner und visuell weniger störend wirkt.

Analyse des Ausblicks auf Gebirge

Mit der Analyse des Ausblicks auf Gebirge wird die sichtbare Menge aller Elemente berechnet, die man als Bodenfläche bezeichnet und die mindestens 500m höher als der Beobachtungspunkt liegen.

V0_2_Mountain_view_Analysis_Archilyse

Designbezogene Entscheidungen

  • Öffnen Sie die Ausblicke über die Landschaft.
  • Nutzen Sie die Geometrie, um die Landschaft einzurahmen.
  • Raumhohe Verglasung auf der ersten Etage bietet Ausblicke auf die Landschaft. 
  • Platzieren Sie die besten Ausblicke auf Gebirge so, dass diese nicht durch Bäume versperrt werden.
  • Berücksichtigen Sie, wie Bäume jeweils im Winter und im Sommer den Ausblick entsprechend blockieren oder auch freigeben. 
  • Sorgen Sie für korrekte Ausblicke auf den Sonnenuntergang jeweils im Sommer (Nordwesten) und Winter (Südwesten).

Analyse des Ausblicks auf Straßen

Mit der Analyse des Ausblicks auf Straßen wird die sichtbare Menge aller Elemente berechnet, die man als Straßen bezeichnet.

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Designbezogene Entscheidungen

  • Definieren Sie als Teil der akustischen Strategie eine Hausgeometrie, bei der Bäume in das Grundstück einbezogen werden und als akustische Barriere dienen. 
  • Nutzen Sie je nach Simulationswerten dreifach verglaste Fenster, um Straßenlärm einzudämmen. 
  • Nutzen Sie die vorhandenen Bäume als akustische Barrieren. 
  • Berücksichtigen Sie die Einsehbarkeit ins Haus von Fahrzeugen aus, und nutzen Sie einen entsprechenden Glasschutz.

Sonnenlicht-Analyse

Die Sonnenlicht-Analyse berechnet die Menge direkter und Streulicht-Sonneneinstrahlung

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Designbezogene Entscheidungen

  • Positionieren Sie das Haus auf einer Süd-Nord-Achse, um die Sonneneinstrahlung maximal zu nutzen. 
  • Platzieren Sie das Haus in einer optimalen Ausrichtung, um so genügend Sonnenlicht einzufangen. 
  • Platzieren Sie das Schlafzimmer in der linken Ecke, um die Zirkulation zu verbessern und mehr Licht im Wohnzimmer zu erhalten, mit leichterer Zugänglichkeit zum Swimmingpool. Die Hausbewohner verbringen auch weniger Zeit in Räumen. 
  • Sorgen Sie bei der Planung für mehr Lichteinfall in trockeneren Hausbereichen, indem Sie diese in der rechten Hausseite unterbringen. 
  • Reduzieren Sie die Notwendigkeit zum Heizen, indem Sie Wohnräume nach Süden ausrichten. 
  • Platzieren Sie freie Flächen (z. B. Wohnzimmer und Esszimmer) so, dass man dort leicht Zusammenkünfte veranstalten kann. 
  • Platzieren Sie an der südlichen Fassade eine Sonnenschutzblende, damit der Raum ausreichend vor Sonne geschützt ist. 
  • Überlegen Sie sich je nach Simulationswert, ob Sie an der Südfassade vielleicht besser keine raumhohe Verglasung einsetzen.

Alternative Designlösungen

Um die verschiedenen Parameter (Sonneneinstrahlung, Ausblick etc.) für das Haus zu optimieren, kann man verschiedene Entwürfe entwickeln. Bei der ersten Variante ermöglicht die Form des Baus einen natürlichen Übergang zwischen baulichen und grünen Flächen ins Haus, wobei gleichzeitig der Ausblick von den Hauptschlafzimmern aus auf den See maximiert werden. Bei Variante Zwei stellt die große Sonnenlichtexposition der südlich ausgerichteten Fassade einen großen Vorteil dar. Hier erhalten die Hauptnutzungsflächen hohe Sonnenwerte. Außerdem erhält man bei dieser Variante mit dem sehr kompakten Volumen hohe Werte an Ausblicken auf Himmel und See. Bei der letzten Variante besteht die Möglichkeit, den Platzbedarf zu reduzieren und stattdessen eine weitere Etage zu errichten. Die freie Fläche ermöglicht von allen Ecken des Hauses aus maximale Ausblicke auf die Umgebung.

Die Architektur als Disziplin muss sich an die neuen Zeiten anpassen, in denen Daten eine wesentliche Grundlage für Entscheidungen bilden. Automatisierte architektonische Designanalyse-Technologien sorgen für einen objektiveren und quantitativeren Ansatz in einem Umfeld, das aktuell übermäßig subjektiv und qualitativ ausgerichtet ist. Aus den Daten ergeben sich neue Nutzungsmöglichkeiten. Und das ist das Hauptziel dieses Tools: Nicht die Arbeit des Architekten zu übernehmen, sondern sie zu verbessern.

Pablo_Maching_Prats_Archilyse

Über den Autor:

Pablo Machin Prats arbeitet bei Archilyse als Architekt und Produktmanager. Er koordiniert Digitalisierungsprojekte und Analysen architektonischer Grundrisse. 

Seine Kompetenzbereiche sind architektonische Design-Wettbewerbe und das Produktmanagement. Er ist stark an neuen Technologien und daran interessiert, wie man sie entsprechend für globale Skalierungsprozesse nutzen kann.

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