Neues Zentrum für computergestütztes Entwerfen

Wenn Architekten und Ingenieure Bauwerke entwickeln, vergeht zwischen dem ersten Entwurf und dem Baubeginn oft viel Zeit. Dazwischen liegen zahlreiche Runden, in denen sie verschiedene Entwürfe hinsichtlich Material, Kosten, Termine, Statik und Dynamik erkunden und gegeneinander abwägen. Dies geschieht oft nacheinander, Schritt für Schritt.

Digitale Entwurfsmethoden und insbesondere die Verwendung von künstlicher Intelligenz (KI) und erweiterter Realität (XR) sollen dies jetzt grundlegend verändern. So soll insgesamt die Arbeit von Architekten und Ingenieurinnen – also das Entwerfen und das Berechnen – enger zusammenrücken. Zu diesem Zweck lanciert die ETH mit Design++, ein neues Zentrum für computergestütztes Entwerfen.

Grosse Veränderungen könnten solche Methoden zum Beispiel im Brückenbau bringen. Brücken sind hochkomplexe Bauwerke, so dass realistische Strukturanalysen – also das rechnerische Modellieren aller relevanten Kräfte unter verschiedenen Einwirkungen – in frühen Phasen des Entwurfs oft zu aufwändig sind. Brückenbauer entwerfen also Tragwerkskonzepte, ohne sie tiefgreifend zu optimieren, zum Beispiel hinsichtlich des Materialverbrauchs oder der Ökologie. Als Resultat werden derzeit relativ grosse Reserven eingebaut, etwa in Form von Beton.

Walter Kaufmann, Professor für Baustatik und Konstruktion an der ETH Zürich, will das mit seinem Team jetzt ändern. Zusammen mit Mitarbeitenden erstellt der Postdoktorand und Projektleiter Michael A. Kraus digitale Strukturanalysen von durch Parameter beschriebene Brücken, um damit eine künstliche Intelligenz (KI) zu trainieren. Die KI soll solche Strukturanalysen danach in viel kürzerer Zeit bewerkstelligen können.

Am Ende wird die KI dann anhand bestimmter Brückenparameter sogar selber grobe Entwürfe generieren können, die in Interaktion mit dem Entwerfenden relativ schnell verfeinert werden können. Während es heute oft Monate dauert, bis Brückenbauer erste Entwürfe präsentieren können, könnte das mit der neuen Methode innert Tagen oder Stunden geschehen. Dank den digitalen Entwürfen kann auch der Gestaltungsspielraum für Designs und Materialien viel breiter ausgelotet werden.

In einem weiteren Forschungsprojekt des Zentrums entwickelt Romana Rust, Postdoktorandin in der Gruppe von Gramazio Kohler Research, computergestützte Werkzeuge, mit dessen Hilfe Architektinnen und Architekten den Gestaltungsspielraum für eine bestimmte Ausgangslage besser erkunden können. Anstatt einen Entwurf mühsam anzugleichen und zu adaptieren, bis er alle Kriterien und Leistungsziele erfüllt, sollen KI-​Modelle Entwurfsvarianten vorschlagen. Erprobt werden die Werkzeuge an Stützen und Trägern, lichtdurchlässigen Fassaden und speziellen Wandelementen für die Raumakustik.