11 4 · 2021 TR ANSFORMING CITIES PRAXIS + PROJEKTE Kommunikation Viele Bauprojekte sind von enormer Komplexität geprägt. An jedem Tag der Planungsphase muss eine unüberschaubare Anzahl von Entscheidungen getroffen werden, die von unterschiedlichsten Faktoren abhängig sind - zum Beispiel: Kosten, Deadlines, Regulierungen, Risikomanagement sowie die Interessen unterschiedlicher Stakeholder. Hinzu kommt der lauter werdende Wunsch der Bürgern sowie der Politik nach grünen, lebenswerten und nachhaltig gestalteten Gebäuden und Städten, der ganz neue Anforderungen an Architekten und Projektentwickler stellt: Auch Lichtverhältnisse, Lärmpegel, Hitzeentwicklung, bauliche Umgebung, umweltschonende Ressourcennutzung sowie Nachhaltigkeit im Rahmen der Bauvorhaben müssen in die Entscheidungsprozesse einfließen. Auch frühe Planungsphasen brauchen digitale Lösungen Um der zunehmenden Komplexität gerecht zu werden, greifen immer mehr Planer auf vernetzte digitale Tools zurück. So gaben kürzlich 58 % der befragten Ingenieursbüros in einer USP Consulting-Studie im Auftrag von Autodesk an, dass sie verstärkt auf BIM-Technologie zurückgreifen, um die Herausforderungen eines Projekts effektiver lösen zu können. Mit BIM (Building Information Modeling) kann der komplette Lebenszyklus eines Gebäudes vom ersten Konzeptentwurf bis zum täglichen Betrieb digital dargestellt und planbar gemacht werden. Entscheider erhalten dadurch einen umfassenden und datengestützten Überblick über verschiedenste Aspekte des laufenden Bauprojekts. CAD-Software (Computer-Aided Design), die inzwischen auch dazu in der Lage ist, automatisiert 3D-Darstellungen von Gebäudeplänen zu generieren, wird inzwischen in über 90 % der Architekturbüros eingesetzt. Lediglich in frühen Phasen der Planung wie bei der Grundstücksakquise, bei Machbarkeitsstudien sowie der frühen Immobilienprojektent wicklung fehlte es bislang an innovativen technologischen Ansätzen, um Unternehmern eine größere Planungssicherheit zu erlauben. Dabei findet gerade in dieser Phase bis zu 50 % der Wertschöpfung statt. Architekten und Fachingenieure können bereits hier eine robuste Grundlage für die spätere nachhaltige, vorausschauende und kostenschonende Bewirtschaftung des zukünftigen Gebäudes legen - etwa durch ressourcenschonende Boden- und Flächennutzung, die nachhaltige Integration in die bauliche Umgebung und weitere Maßnahmen, die sich auf lange Sicht positiv auf die Gebäudelebenszykluskosten auswirken. Bis zu 80 % der Gebäudekosten können auf KI-basierte Planung für lebenswertere Städte Mikroklimaanalyse, Digitalisierung in der Architektur, frühe Planungsphase, städtische Wärmeinsel, Urban Heat Island Håvard Haukeland Kostengünstig, schnell und effizient, aber auch grün, nachhaltig und resilient - die Baubranche muss sich mit immer mehr Anforderungen arrangieren. Vor allem die frühe Planungsphase ist essenziell, wenn es darum geht, den Grundstein zur Bewältigung dieser Herausforderungen zu legen, jedoch mangelte es bislang an technologischer Unterstützung. Das Autodesk-Unternehmen Spacemaker will das ändern - und macht mit seiner KI-basierten Software auch die Messung von Licht-, Lärm- und Wärmeverhältnissen vom Beginn der Konzeptplanung an möglich. Bild 1: Lärm ist in vielen Städten ein ernstes Thema. Die Spacemaker- Software lässt erkennen, in welchen Szenarien die Lärmbelastung besonders hoch ist. © Spacemaker 12 4 · 2021 TR ANSFORMING CITIES PRAXIS + PROJEKTE Kommunikation Ländlich Vorstadt Stadtrand Vorstadt Agrarland Gewerbegebiet Innenstadt Park Materialien wie Beton und Asphalt absorbieren Hitze (Albedo) Wenig Grünflächen spenden weniger Schatten zur Kühlung Schatten und die Position von Gebäuden verursachen Luftschleusen Dunkle Dächer reflektieren weniger Sonnenlicht und absorbieren die Wärme Entstehung und Effekt von städtischen Wärmeinseln Oberhalb von Städten kann die kann die Temperatur bis zu 13° höher sein einfallende Winde einfallende Winde Bild 2: Sonnenstunden sind nicht gleich Sonnenstunden: Die Dauer des direkten Lichteinfalls variiert je nach Lage und Ausrichtung des betrachteten Objekts. © Spacemaker diese Lebenszykluskosten entfallen, deren Entwicklung sich zu einem späteren Zeitpunkt in der Bauplanung kaum noch beeinflussen lässt. Fundierte Echtzeitanalysen dank KI-Technologie Sof t ware -as-a-Ser vice -Anwendungen wie Spacemaker - ein Unternehmen von Autodesk, das sich vornehmlich an Architekten, Ingenieure und Projektentwickler richtet - nehmen sich dieser frühen Planungsphase an, um auch hier die enormen Potenziale von KI-gestützter Datenanalyse nutzbar zu machen. Spacemaker zielt darauf ab, intelligente Echtzeitanalysen vom ersten Moment der Konzeptplanung an zu ermöglichen und Entscheidern auf diese Weise vom ersten Tag an eine fundierte, datengestützte Grundlage für effiziente und nachhaltige Entscheidungen zur Verfügung zu stellen. Die hochentwickelten KI-Methoden der Software ermöglichen es Planungs- und Designteams, den Nachhaltigkeitsthemen größeren Raum während Entscheidungsfindungsprozessen einzuräumen als bisher. Bislang galten Planungsfaktoren wie Lichtverhältnisse oder Lärmregulierungen als sehr umständlich abzuschätzen. Spacemaker gestaltet hingegen die Evaluierung von Licht-, Lärm- und Wärmeverhältnissen von Baugrundstücken und Konzepten einfach und schnell. In Sekundenschnelle können verschiedene Szenarien ausprobiert, visualisiert und optimiert werden. Diese iterativen Arbeitsprozesse, bei denen durch einfaches Austesten verschiedener Möglichkeiten die idealen Optionen gefunden werden, geben den Planern kreativen Freiraum, um neue Ansätze zu entdecken und fundierte Entscheidungen treffen zu können - ganz ohne dass es zu zusätzlichen Kosten kommt oder unnötig Zeit verloren geht. Im Gegenteil, die wesentlich weiter vorausschauende Planung kann erhebliche Zeit- und Kosteneinsparungen bedeuten. Die Software wurde maßgeblich von Architekten und Planern mitentwickelt, um die Anwendung für Designer, Architekten und Bauplaner möglichst intuitiv zu gestalten. Während Konzepte entwickelt werden, findet gleichzeitig eine detaillierte Analyse des Entwurfs statt - Anwender können ständig zwischen verschiedenen Ansichten hin und her wechseln und ihren Entwurf auf unterschiedliche Faktoren überprüfen, zum Beispiel Lichteinfall oder zu erwartende Lärmemissionen. Kommt es zu Problemen - etwa zu übermäßiger Hitzebelastung in einem Entwurfsbereich - kann die KI passende Alternativen aufzeigen, um das Problem zu beheben. Durch dieses ergebnisorientierte Entwerfen werden bereits in einem frühen Stadium schwerwiegende Fehlentscheidungen vermieden, die sich später nur schwer bis gar nicht rückgängig machen lassen. Mikroklimaanalyse bei städtischen Wärmeinseln Die Mikroklimaanalyse ist das neuste Echtzeit-Analyse-Feature von Spacemaker. Planer und Designer können mit der Anwendung die thermischen Verhältnisse von Außenbereichen bewerten, Problemzonen lokalisieren und alternative Lösungen simulieren. Damit leistet Spacemaker einen Beitrag im Kampf gegen urbane Wärmeinseln, die für viele Städte in den kommenden Jahrzehnten zu einem echten Problem werden können. Durch die Wärmeinseln sind die Temperaturunterschiede zwischen städtischen und um- Bild 3: Das Phänomen der städtischen Wärmeinsel. © Spacemaker liegenden ländlichen Gebieten so groß, dass die Lebensqualität im urbanen Raum vergleichsweise geringer ist. In Berlin konnten in besonders heißen Sommernächten bereits Temperaturunterschiede von bis zu 10 °C zwischen dicht bebauten Gebieten und dem Umland gemessen werden, weil die Flächen aus Beton, Asphalt etc. sehr langsam abkühlen. Die teils bis in die Nacht anhaltenden hohen Temperaturen stellen auf Dauer eine Gesundheitsgefährdung für die Bewohner dar, zumal sich die Hitzetage aufgrund der Klimaerwärmung in den kommenden Jahrzehnten nahezu verdoppeln werden. Leider werden die thermischen Verhältnisse in den meisten Fällen erst dann berücksichtigt, wenn es zu spät ist, wodurch wichtige Bausteine der gesamten Nachhaltigkeitsstrategie einer Stadt unwirksam werden. Planungs- und Designteams sind dann gezwungen, komplexe Probleme in großem Maßstab mit kleinen, aber kostspieligen Renovierungen und Verbesserungen anzugehen. Methoden zur Berechnung von städtischer Wärme gab es zwar auch schon vorher, doch die Analysen haben meistens viel Zeit für die Ausführung oder die Visualisierung der Daten in Anspruch genommen, falls sie überhaupt eine Visualisierung leisten konnten. Zudem waren die Analyseergebnisse aufgrund ihrer hohen Komplexität meist nur Experten zugänglich. Spacemaker löst diese Aufgaben nun deutlich einfacher und für den Nutzer intuitiver: Die in Echtzeit anhand des 3D-Modells vorgenommenen Analysen werden übersichtlich in einer Wärmekarte dargestellt. Diese kann stetig angepasst werden, sodass Planer beispielsweise ausprobieren können, wie einzelne Bereiche auf extreme Wärme an besonders heißen Sommertagen reagieren. Auch können Benutzer der Software etwa festlegen, welche Temperaturen sie zu bestimmten Tageszeiten als angenehm empfinden bzw. im Rahmen der Bauplanung anstreben. Die entsprechende Wärmekarte zeigt dann in wenigen Sekunden, wann und wie lange die angegebenen Temperaturen in den Außenbereichen gelten. Auf dieser Basis können so lange Designoptimierungen vorgenommen werden, bis die gewünschten Temperaturen erreicht sind. Das Problem der städtischen Wärmeinseln ist ein Beleg dafür, dass die Baubranche weiterhin vor fundamentalen Herausforderungen steht: Städte sollen in Zukunft nicht nur grüner, nachhaltiger und lebenswerter werden, sondern auch resilienter gegenüber einer Fülle extremer Wetterbedingungen, die als Folge der Klimaerwärmung in Erscheinung treten können - von großen Hitzewellen bis hin zu Starkregen und Überschwemmungen. Gleichzeitig müssen Planer und Bauunternehmen bei allen Bemühungen um mehr Nachhaltigkeit weiterhin wirtschaftlich arbeiten und wettbewerbsfähig bleiben. Diese Herausforderungen sind dank KI-gestützter Datenanalysen in Echtzeit, wie Spacemaker sie bereitstellt, um einiges leichter zu bewältigen. Ein zukunftsfähiger Lebensraum wird einfacher Realität, wenn man ihn im Voraus umfänglich visualisieren und erfahrbar machen kann. Håvard Haukeland Co-Founder von Spacemaker und Senior Director von Autodesk Kontakt: spacemaker@lhlk.de AUTOR 35. Oldenburger Rohrleitungsfor um über 400 Aussteller ca. 100 Fachvorträge in den Weser-Ems-Hallen Oldenburg Rohrleitungen und Kabel für eine nachhaltige Zukunftsgesellschaft www.iro-online.de 27. + 28. Januar 2022