Für den Entwurf und die Planung werden inzwischen viele smarte Werkzeuge angeboten. Dieser Beitrag stellt KI-Bildgeneratoren und KI-Planungswerkzeuge vor, zeigt die Möglichkeiten und Grenzen.

Die Bandbreite der KI-Anwendungen im Metallhandwerk reicht von der Automatisierung von Schreib- und Büroarbeiten, der Bestandserfassung, der Unterstützung der Entwurfs-, Werk- und Detailplanung, bis hin zur Optimierung von Bauabläufen (M&T 4.2024: Smarte Büro-, Entwurfs- und Planungstools). Immer interessanter werden sogenannte KI-Bildgeneratoren für die schnelle Visualisierung von Kundenwünschen und erster Entwurfsideen. Aber auch die CAD‑Konstruktion und ‑Planung wird mit KI-Assistenten künftig einfacher und komfortabler.

KI-Bildgeneratoren für den Entwurf

KI-Bildgeneratoren erstellen aus Worten Bilder. Sie analysieren mithilfe künstlicher neuronaler Netze, maschineller Bilderkennung und maschinellem Lernen riesige Mengen von Online-Bilddaten, erkennen Muster und Zusammenhänge und generieren daraus neue Bildinhalte entsprechend den Anwenderwünschen. Damit lassen sich erste Design- oder Entwurfsideen entwickeln – etwa für ein Hoftor, ein Geländer, eine Metallskulptur, eine Fassade oder ein komplettes Bauwerk. Diese kann man für die Kundenberatung oder als Inspiration für die weitere Entwurfsausarbeitung nutzen, ohne die jeweiligen Objekte skizzieren oder aufwendig dreidimensional modellieren zu müssen.

Die Bandbreite reicht von allgemeinen KI-Bildgeneratoren bis zu speziell für Planer oder Designer zugeschnittenen Lösungen. Text-zu-Bild-Generatoren werden über sogenannte „Prompts“ gesteuert. Das sind textliche Anweisungen, in denen möglichst präzise beschrieben wird, was abgebildet werden soll (Objekt), über welche Details das Bild verfügen soll (Form, Material, Umgebung) und welche Form der Abbildung gewünscht ist (Skizze, fotorealistisches Rendering etc.). Die Bilder in diesem Beitrag zeigen, welche Ergebnisse bereits mit einfachsten (häufig in Englisch zu formulierenden) Prompts in wenigen Sekunden generiert werden können. Je genauer die Anweisung ist, desto besser entspricht der KI-Output den Erwartungen. Durch präziser formulierte Prompts können die Ergebnisse optimiert und unerwünschte Bildelemente teilweise mit negativen Prompts entfernt werden, um sich so schrittweise dem gewünschten Ergebnis zu nähern.

Darauf sollte man achten

Allerdings gibt es einige Einschränkungen. So ist jede generierte Abbildung ein nicht reproduzierbares Unikat, man kann keine Abmessungen von im Bild dargestellten Objekten angeben, und die KI scheitert häufig an (bau-)technischen Fachbegriffen oder der korrekten Darstellung baulicher oder technischer Objekte, etwa von Treppen. Es gibt auch Bild-zu-Bild-Generatoren, die neue Abbildungen anhand eines hochgeladenen Fotos oder eine Skizze erzeugen können. Diese werden als Vorlage verwendet und mit den gewünschten Inhalten (beispielsweise neue Objekte, andere Farben, Materialien oder Hintergründe etc.) zu einer neuen Abbildung zusammengesetzt. Teilweise können die Veränderungen auch auf einen zuvor definierten Bildbereich beschränkt werden.

So kann man Bildveränderungen gezielter vornehmen und sich etwa für eine Baulücke von der KI Vorschläge für die Fassadengestaltung machen lassen. Mit KI-Bildgeneratoren lassen sich auch Fotos bearbeiten oder Fotomontagen erstellen – etwa ein Foto eines Bestandsgebäudes mit der geplanten PV-Anlage auf dem Dach. Teilweise nutzen auch schon CAD-Programme KI-Bildgeneratoren, mit denen man anhand eines beschreibenden Textes erste Konzeptmodelle für ein Gebäude generieren, variieren und anschließend dreidimensional im CAD-Programm „nachmodellieren“ kann. Aus der inzwischen beachtlichen Vielzahl an KI-Bildgeneratoren fallen vor allem die im Infokasten genannten Lösungen durch die häufige Nennung in Online-Übersichten, durch besondere Funktionen oder durch die Ergebnisqualität auf. Die meisten Lösungen sind kostenpflichtig und setzen eine Registrierung voraus. Einige bieten, nach einer Anmeldung über ein Google- oder Facebook-Konto, auch eine kostenfreie Testmöglichkeit oder sind in der Basic-Version oder komplett kostenfrei (wie Craiyon, Deep Dream Generator oder Microsoft Designer).

KI für die Planung

Vor der Planung kommt in der Regel die Bestandserfassung. KI-Werkzeuge für die Erfassung der Geometrie von Räumen oder Gebäuden können Planungsprozesse erheblich beschleunigen. So sind KI-Programme und ‑Clouddienste in der Lage, aus einem gescannten Grundrissplan ein CAD- oder BIM-Basismodell zu erstellen, um es für die weitere Planung im Bestand zu nutzen.
Die KI erkennt Außenwände, Innenwände, Fenster oder Türen. Nicht oder nicht korrekt erkannte Objekte lassen sich manuell in der CAD-Anwendung editieren, verbessern, mit Attribut-Informationen anreichern und anschließend für die nachfolgende (BIM-)Planung und Berechnung verwenden. Spezielle, auf der LiDAR-Technologie (Light detection and ranging) oder auf 360-Grad-Kameras basierende Apps können aus den erfassten 3D-Scan- oder Fotodaten für CAD-Programme verwertbare 3D-Aufmaße generieren. Zum Einsatz kommen entweder LiDAR-fähige Smartphones oder Tablets von Apple (Apple iPhone Pro und iPad Pro-Modelle ab 2020) oder 360-Grad-Kameras von Insta360, GoPro oder Ricoh sowie entsprechende Apps von PolyCam, Canvas, Metaroom, SiteScan oder Immersight.

Es gibt inzwischen auch KI-Grundrissgeneratoren, wie zum Beispiel Arkdesign, Architectures oder Finch3D, die auf spezifische Projektanforderungen zugeschnittene und im Hinblick auf bestimmte Entwurfsparameter wie die Raumnutzung, Rentabilität, Energieeffizienz etc. optimierte schematische Grundriss- und Gebäudeentwürfe erstellen können. Die Ergebnisse werden teilweise in Echtzeit als BIM-Modell generiert, das im IFC-, XLSX- und DXF-Format heruntergeladen werden kann. Auch für die CAD-Planung werden bereits erste smarte Lösungen offeriert. So kann in CAD/BIM-Programmen die KI das Zeichnen und Konstruieren unterstützen, Arbeitsabläufe beschleunigen oder Konstruktionen optimieren. Zu den KI-Einsatzmöglichkeiten gehören die Unterstützung der 2D-Planung und 3D-Konstruktion, die Zeichnungsoptimierung, die Klassifizierung von BIM-Elementen, die Analyse oder Auswertung von Baugruppen und Bauteilen. Diese auf maschinellem Lernen basierenden Tools schlagen die für die aktuelle Bearbeitung benötigten Befehle vor. Künftig werden sie, ähnlich wie bei den KI-Bildgeneratoren mithilfe von Prompt-Anweisungen, auch konkrete Konstruktionsvorschläge machen, die man anschließend individuell anpassen kann (Beispiel: https://zoo.dev/text-to-cad).

Möglichkeiten und Herausforderungen

Dass die KI kreative Prozesse nicht nur unterstützen, sondern in gewisser Weise auch selbst „kreativ“ werden kann, mag für einige beunruhigend, für andere inspirierend sein. Die KI hat im Entwurf und in der Planung revolutionäres Potenzial, ist aber letztlich auch nur ein unterstützendes Werkzeug, das richtig eingesetzt werden will. Intuition, künstlerisch-schöpferische Fähigkeiten, das „Sich-Einfühlen“ in Kundenwünsche oder bautechnisches Verständnis wird die KI (bis auf Weiteres) nicht ersetzen können.
Sie ist auch nicht wirklich „kreativ“, da sie nichts Neues schafft, sondern lediglich Bestehendes immer wieder neu kombiniert. Auch die Berücksichtigung wichtiger Entwurfsparameter und deren Wechselwirkungen wie die Umgebung, Materialkombinationen, Fügungen, fertigungstechnische oder rechtliche Vorgaben und so weiter sind (noch) Schwachpunkte von KI-Systemen. Auch technisch schwächeln viele KI-Lösungen noch, beispielsweise Bildgeneratoren: So lassen sich häufig Materialien nicht gezielt bestimmten Bauteilen zuordnen, Bildbereiche nicht gezielt verändern oder die Ausgabequalität der Bilddaten (Auflösung, Renderqualität etc.) lässt zu wünschen übrig.

Ungeklärt sind auch urheberrechtliche Aspekte: Welche Trainingsdaten wurden benutzt, und wem gehören die KI-generierten Inhalte? Die meisten Anbieter haben ihren Firmensitz in den USA, was urheberrechtliche Aspekte, den Datenschutz, Support oder Kontaktmöglichkeiten etwas kompliziert. Zudem müssen sich viele der meist sehr jungen KI-Unternehmen erst noch am Markt behaupten. Dennoch sind die Einsatzpotenziale der KI in kreativen, gestalterischen und konstruktiven Bereichen vielversprechend und werden auch kreative und planerische Arbeitsbereiche von Metallverarbeitern nachhaltig verändern, denn die Entwicklung ist sehr dynamisch und steht erst am Anfang.