Autoren-Archive: Diego Cisterna

Objekterkennung in Grundrissplänen

Objekterkennung in Grundrissplänen

Dieser Inhalt wurde auch auf der internationalen Konferenz „AI in AEC“ am 24.03.2021 von Patrick Hemmer (KSRI-KIT) präsentiert.

In den letzten Jahren sind immer mehr Unternehmen in der Architektur-, Ingenieur- und Baubranche auf das Potential von künstlicher Intelligenz (KI) zur Verbesserung von Arbeitsprozessen aufmerksam geworden. Dieser Trend wird durch verschiedene technologische Fortschritte vorangetrieben, wie z.B. die zunehmende Verbreitung von Building Information Modeling (BIM). Bislang haben jedoch nur wenige mittlere und große Unternehmen ihre Daten gewinnbringend nutzen können. Wie auch in vielen anderen Branchen sind Mitarbeiter unsicher, welche Auswirkungen KI auf ihre Arbeit haben wird und zögern daher, die anstehende Transformation zu unterstützen.

Das Konzept der „human-zentrierten künstlichen Intelligenz“ hat in den letzten Jahren sowohl in der Praxis als auch in der Wissenschaft zunehmend an Bedeutung gewonnen. Der Ansatz basiert auf der Idee, dass KI-Systeme Mitarbeiter nicht ersetzen, sondern ergänzen und befähigen sollen. Besonders im Bereich der Architektur, indem viele Arbeitsprozesse durch eine Vielzahl sich wiederholender Aufgaben gekennzeichnet sind, ist die Identifizierung und Zuweisung dieser Aufgaben an Computer ein vielversprechendes Unterfangen. Aus diesem Grund ist davon auszugehen, dass zukünftig immer mehr Systeme Anwendung in der Praxis finden werden, die auf der Kombination von menschlicher und künstlicher Intelligenz beruhen.

Der Prozess der Massenermittlung erfordert das manuelle Zählen von relevanten Bauteilen. Im Bereich des Gebäudebetriebs besteht hierbei die Herausforderung, Objekte aus Grundrissen zu identifizieren, die meist nur als gerasterte Bilder oder Ausdrucke vorliegen (siehe Abbildung 1). 

Abbildung 1: Reduzierung der manuellen Arbeit durch KI-Anwendungen

Um dieses Problem zu lösen und die Qualitätskontrolle zu fördern, erkennt das im Rahmen des Forschungsprojekts „Smart Design and Construction“ entwickelte Human-in-the-loop System für die Benutzer relevante Symbole in gescannten Grundrissen, um den Planungsprozess zu unterstützen und den Abgleich mit den Gebäudeanforderungen zu vereinfachen (siehe Abbildung 2).

Abbildung 2: Durch die Quantifizierung von Unsicherheit der Vorhersagen kann das System den Anwendern kommunizieren, welche Symbole überprüft werden müssen

Hierbei findet eine bilaterale Zusammenarbeit zwischen Nutzer und System statt. Einerseits unterstützt es seine Anwender durch relevante Empfehlungen, bietet ihnen andrerseits aber auch die Möglichkeit ihr Domänenwissen gezielt einzubringen, um so schlussendlich zu einer effizienteren und zuverlässigeren Massenermittlung beizutragen.

Neben diesem Anwendungsfall arbeiten eine Vielzahl von Entwicklungsteams im Rahmen des Forschungsprojektes an Lösungen für weitere Anwendungsfälle, um einen entscheidenden Beitrag zur Digitalisierung der Baubranche zu leisten.

Ein neues Jahr – wo geht es hin?

Ein neues Jahr – wo geht es hin?

In vielen Studien zu Künstlicher Intelligenz ist die die Bauwirtschaft nicht aufgeführt. Es stellen sich daher die Frage, wo steht KI in der Baupraxis und wann wird es standardmäßig eingesetzt?

Anwendungen der Künstliche Intelligenz (KI) haben sich in den letzten zehn Jahren zu einer transformativen Technologie entwickelt und werden daher in vielen Branchen bereits gängig eingesetzt (siehe Abbildung 1): Vorne mit dabei ist das produzierende Gewerbe, das Finanz- und Bildungswesen sowie der Vertrieb. (Deloitte Research 2019)

Abbildung 1: Anwendung von KI in verschiedenen Branchen (Quelle: Deloitte Research 2019)

Da die Bauwirtschaft in der Abbildung nicht aufgeführt ist, stellt sich die Frage: Wo in der Abbildung würde man die Bauwirtschaft einordnen?

Betrachtet man die vier Quadranten in der Abbildung „Transition“, „Developed“, „Germination“ und „Growth“, wäre die Bauwirtschaft nach unserer Meinung in den Startlöchern (Germination) verortet.

Erste Anwendungen existieren als Insellösungen. An einer Umfrage am dritten Roundtable von SDaC am 13.01.2021 nahmen 197 Personen an einer Umfrage teil (siehe Abbildung 2). Davon sind 48% der Meinung, dass in weniger als 5 Jahren KI-Anwendungen in der Baupraxis standardmäßig eingesetzt werden. Folglich werden in den kommenden Jahren immer mehr KI-Anwendungen in Bauprojekten pilotiert und in der Breite angewendet.

Abbildung 2: Ergebnisse der Umfrage im dritten SDaC RoundTable zum Einsatz von KI in der Baupraxis (Quelle: SDaC)

Um hier hinzukommen, schlägt Reim et. al (2020) vier Schritte zur Implementierung von KI-Anwendungen im eigenen Unternehmen vor:

  • Schaffen eines Verständnisses zu Potenzialen und Herausforderungen von KI im Unternehmen.
  • Diskussion zur Veränderung von bestehenden Geschäftsmodellen und seinen Rollen.
  • Abgleich der IT-Strategien mit den Geschäftsmodellstrategien, mit dem Ziel neue Kompetenzen, Angebote und Kundensegmente zu fördern.
  • Akzeptanz der Organisation durch Pilotprojekte, die Bildung von KI-Teams, Schulungen zum Thema KI, die Entwicklung einer entsprechenden Strategie sowie internen und externen Gemeinschaften zur weiteren Entwicklung.

Um die Erwartungen aus Abbildung 2 zu treffen, entsteht ein erhöhter Handlungsbedarf in Bauunternehmen zur Schaffung eines Verständnisses mit Schulungen und Trainings sowie der Transformation bestehender Strukturen. 

Wo sehen Sie Unterstützungsbedarf durch beispielsweise Forschung, Politik oder Beratungen? Treten Sie gerne mit uns in Kontakt.

Das sind unsere Ziele im Jahr 2021:

  • Die Hauptfunktionalitäten der Plattform werden technisch realisiert.
  • Erste technische Prototypen für die Anwendungen werden auf Basis der im Konsortium bereitgestellten Daten fertigstellt.
  • Am 23.-25.04.2021 findet unser erster SDaC-Hackathon statt. Informationen folgen hierzu noch auf unserer Homepage unter: https://www.sdac.tech/hackathon. Damit ist es unser Ziel Innovationen für die Bauwirtschaft zu fördern.
  • Wir initiieren eine DIN Spec für den Informationsaustausch der Liefer- und Wertschöpfungskette von Bauprodukten.

Quellen:

Reim, Wiebke; Åström, Josef; Eriksson, Oliver (2020). Implementation of Artificial Intelligence (AI): A Roadmap for Business Model Innovation. AI 1, no. 2: 180-191. https://doi.org/10.3390/ai1020011

Deloitte (2019). Global artificial intelligence industry whitepaper. https://www2.deloitte.com/cn/en/pages/technology-media-and-telecommunications/articles/global-ai-development-white-paper.html

Ein Leitfaden für die Digitalisierung im Bauwesen

Ein Leitfaden für die Digitalisierung im Bauwesen

Welche Potentiale resultieren aus einer Digitalisierung? Wie sehen diese Potentiale aus, wenn mehrere Organisationen am gleichen Ergebnis arbeiten? Welche Maßnahmen müssen zur schrittweisen Umsetzung gemacht werden?

Digitale Bau-Netzwerke

In einer Analyse zum Thema „Digitale Bau-Netzwerke – eine empirische Analyse der Wareneingangskontrolle auf Baustellen“ wurde eine empirische Untersuchung durchgeführt.

Einzelne wissenschaftliche Quellen analysieren bereits, welche Verbesserungen und Herausforderungen allgemein durch eine Digitalisierung herbeigeführt werden können (vgl. Telekom 2019/2020). Wie sich diese konkret implementierbar lassen, wurde allerdings bisher unzureichend wissenschaftlich analysiert. Vor allem wenn – wie in er Bauwirtschaft – eine Vielzahl an Projektbeteiligten involviert sind.

Im konkreten Beispiel – dem Ablauf einer Betonlieferung von Bestellung bis Abrechnung – bedeutet dies beispielsweise, dass zeitlich betrachtet lediglich 33,33% der Prozessschritte auf der Baustelle wertschöpfende Prozesse sind. Die restlichen 66,66% entfallen auf nicht wertschöpfende, aber dennoch notwendige Tätigkeiten. Die Verschwendungen ist dabei hervorgerufen durch Medienbrüche und die damit verbundenen manuellen Aufbereitungsaufwände.

Aus den in der Analyse identifizierten Potentialen lassen sich Digitalisierungsmaßnahmen ableiten. Die Digitalisierung der Daten und ihrer Schnittstellen führt unmittelbar zu einer verbesserten Wertschöpfung entlang der Prozessketten und damit für das gesamte beteiligte Bau-Netzwerk. Als Ergebnis wurde ein Leitfaden entwickelt, der mittels eines schrittweise aufgebauten Maßnahmenplans die Umsetzung hin zur digitalisierten Wareneingangskontrolle vereinfachen soll. Bei Interesse an den vollständigen Ergebnissen melden Sie sich gerne bei uns.

Telekom. 2019/2020. „Digitalisierungsindex Mittelstand: Der digitale Status Quo im Deutschen Baugewerbe.“

KI & Drohnen in der Baurealisierung

KI und Drohnen in der Baurealisierung

Photogrammetrie durch Drohnen zur Erstellung intelligenter 3D-Modelle

Einsatz von Drohnen auf Baustellen zur Baufortschrittsdokumentation, Vermessung, Kartierung und Einsicht von schwer erreichbaren Stellen

Getrieben durch die rasante Verbreitung von Smartphone Technologie in den letzten Jahren, hat sich auch die Drohnentechnologie drastisch weiterentwickelt. Eine Vielzahl der Komponenten und Sensoren von Smartphone wie z.B. Gyroskop, Lithium-Ionen Akku, Kamerasensoren uvm. findet ebenfalls Verwendung in handelsüblichen Drohnen bzw. Multicoptern, wie sie auch genannt werden.

Die vorhandene Drohnentechnologie ist bereits so weit, dass sie mit kleineren Anpassungen an der Software für den Einsatz auf Baustellen gut geeignet ist. Möglichkeiten für den Einsatz von Drohnen auf Baustellen sind u.a. Baufortschrittsdokumentation, Vermessung und Kartierung, Einsicht von schwer erreichbaren Stellen.

Die Herausforderungen im Einsatz von Drohnen bestehen darin, die passenden Systeme aus Drohnen Hardware, -Software und Datenanylse Tools für den entsprechenden Anwendungsfall auszuwählen. Künstliche Intelligenz spielt hierbei eine entscheidende Rolle um aus den oftmals riesigen Datenmengen die richtigen Rückschlüsse ziehen zu können.

KI zur Umwandlung von Bilddaten in intelligente 3D-Modelle

Ein Beispiel bei der künstliche Intelligenz bereits heute auf der Baustelle zum Einsatz kommt, ist die digitale Erstellung von Dach- und Fassadenvermessungen. Hier hilft die KI um aus Bilddaten, intelligente 3D Modelle zu erstellen, die standardisiert vermessen werden können. Wie das funktioniert ist in den folgenden drei Schritten zu sehen:

  1. Vor Ort werden mit einer Drohne Bilder des Gebäudes erfasst:
2. Durch Unterstützung von Photogrammetrie-Algorithmik ein 3D Modell erstellt:
3. Mit hilfe von Edge Detection und einer semantischen Analyse ein intelligentes 3D CAD Modell erstellt:

Auf Basis des 3D CAD Models können Aufmaße erstellt werden, bauartbedingte Veränderungen vorgenommen werden, Soll-Ist Vergleiche erstellt werden uvm. Das intelligente 3D Modell bietet die Grundlage für alle Projektbeteiligten sich auf einheitlicher Datenbasis über das Vorhaben auszutauschen.

Durch die geeignete Kombination von Drohnen und moderner KI-Methoden können die Mitarbeitenden auf der Baustelle unterstützt, Prozesse beschleunigt und die Risiken auf der Baustelle reduziert werden.

Im Rahmen von Smart Design und Construction arbeitet das Projektteam daran eine Vielzahl von weiteren Anwendungsfällen die sich aus der Kombination von KI & Drohnen ergibt, für die Bauunternehmen zu erschließen.