Künstliche Intelligenz ist im Bereich der Architektur und des Bauwesens angekommen. Sie läßt sich jetzt in breiter Art und Weise im Architekturbetrieb einsetzen. Mit Midjourney, Dall-E, Stable Diffusion, Craiyon, etc. werden offene Türen eingerannt. Matias del Campo, ein Experte auf dem Gebiet von KI im architektonischen Design, bezeichnet es als das erste, echte Kreativwerkzeug des 21. Jahrhunderts, es eröffnet ein neues Kapitel. Die Architektur steht, wie immer, vor zahlreichen Herausforderungen, darunter die Optimierung des Planungsprozesses, die Verbesserung der Planungssicherheit, das Qualitätsmanagement, die Steigerung der Energieeffizienz und die Förderung der Nachhaltigkeit von Gebäuden.
Die Digitalisierung hat unsere Arbeitswelt bereits vollständig durchdrungen und breitet sich weiter aus. Technologien wie Building Information Modeling (BIM), computergestütztes Design, parametrische Gestaltung mit generativen Design-Algorithmen, Simulationen und Optimierung, automatische Modellierung sowie intelligente Systeme zur Gebäudesteuerung und Energieverwaltung eröffnen uns zwar eine Vielzahl von Möglichkeiten, scheinen aber unübersehbar und entwickeln sich, dank aller Vernetzung, zunehmend schnell. Allem voran wird die Entwicklung von KI eine Revolution in der Arbeitswelt der Architektin und des Architekten im Bauwesen bewirken, die tatsächlich vergleichbar mit der Bedeutung der Erfindung des Buchdrucks ist, der die Welt schon einmal verändert hat. KI ist in unsere Arbeitswelt eingezogen und sie wird bleiben. KI wird uns nicht mehr Arbeit bereiten, sondern die bisherige erleichtern. Seit jüngster Zeit sind Text-zu-Bild -Generatoren verfügbar, die Texteingaben in Bilder transformieren wie z.B. Midjourney. An dieser Stelle möchte ich gerne darauf eingehen, es ist ein Werkzeug für Ideen.
Midjourney ist eine, künstliche Intelligenz, d.h. ein über Rechner in Form von Algorithmen gesteuertes, sogenanntes Text-to-Image -Modell, das als „Bot“ bezeichnet wird. Neben Midjourney, das im Herbst 2022 als Beta-Version öffentlich verfügbar wurde, gibt es eine ganze Reihe von Text-to-Image Modellen die in Folge erschienen sind. Das Arbeiten mit Midjourney, Stable Diffusion, Dall▪E, Prodia, Leonardo.AI, usw. also cloudbasierter KI-Software oder auch sogenannte „Bots“, ist für Architektinnen und Architekten schon deshalb so faszinierend, weil es so einfach ist. Mit der Eingabe /imagine! erscheint sofort ein Prompt-Kästchen in den man seinen Text eingibt, der selbst die unglaublichste Idee real werden läßt, die in Form eines Bildes erscheint. (Der Input-Prompt, in dem alle Informationen für den bot enthalten sein sollen, kann heutzutage technisch eine Länge von 2.048 Token annehmen, was ca. 6.000 Wörtern entspricht.)
Aufeinanderfolgende Bildgenerierungsschritte in Midjourney nach Texteingabe (prompt) wie folgt:
/imagine prompt : modern hotel, editorial style photo, front view, contemporary, The hotel pool area, Stone, Glass, Wood, Luxurious Finish, Neutral, Hotel Brand, Natural Light with Warm Tones, Seaside Resort, Beachfront, Sunset, Relaxing, Modernism, Minimalist. Die Bilderstellung benötigt weniger als eine Minute.
Die auf diese Weise entstandenen Bildergebnisse können anschließend mit einem Klick variiert oder vergrößert werden. Weitere Schritte, hin zum gewünschten Design sind mit einer detaillierteren Eingabe möglich, das erfolgt durch spezielle „Schlüsselbegriffe“, die den Bot in die gewünschte Richtung leiten (s. Prompt- Engineering) um z.B. das Aussehen (den Style bzw. Look, photorealistisch, hyperrealistisch, grafisch illustrativ, skizzenartig, etc.) sowie die Atmosphäre, Lichtverhältnisse, Materialien und Oberflächenerscheinung zu bestimmen. Des Weiteren können Detaillierung, Gebäudegröße, Kamera-Aufnahmewinkel, Umgebung, etc. bis hin zur Bildformat-Ausgabegröße durch Texteingabe bestimmt werden. Die Texteingabe kann auch in deutscher Sprache erfolgen, bei genauer Betrachtung stellen sich jedoch geringfügige Qualitätsunterschiede heraus, was darauf zurückzuführen ist, daß die Bots in englischer Sprache trainiert worden sind und damit besser auf bestimmte „Originalbegriffe“ reagieren. Aber die Maschinen (Bots) lernen stetig weiter.
„KI- Systeme haben inzwischen ganze Sprachen selbst erlernt, ohne daß ihnen jemand diese je beigebracht hätte (z.B. Iranisch). Das sollte zu denken geben.“
Nun kann man mit viel Fleiß und Akribie dem Bot seinen eigenen Stil „antrainieren“. Der Bot lernt aus den schrittweisen Prozeduren, durch entsprechend genaue Texteingaben in denen die bestimmten Schlüsselbegriffe (keywords) enthalten sind, stetig dazu und erkennt die individuellen Vorlieben des Users durch seine Fähigkeit des Deep Learnings, einem entscheidenden Teilbereiches des maschinellen Lernens. Es ist darüber hinaus auch möglich ein eigenes GANs -Modell (Generative-Adversarial-Networks) mit Hilfe von Experten zu entwickeln, das in der Lage ist, einen eigenen Entwurfsstil zu automatisieren. Ein Beispiel hierfür ist das von Coop Himmelb(l)au entwickelte GANs-Modell „Deep Himmelblau“. Hierzu wurden einhunderttausend Einzelbilder von schon realisierten Bauten als auch Renderings von weiteren, eigenen Entwürfen in das KI-Modell eingespeist, welches über sein neuronales Netzwerk Muster darin erkennt und zu einem Bildergebnis entsprechend dem „Himmelb(l)au – style“ synthetisieren kann.
Es handelt sich um eine Auswahl von Einzelbildern, die im Original aus einer kontinuierlichen Bildfolge fließender Übergänge besteht. Die Arbeit mit Text-to-Image- Modellen ist dabei durchaus kreativ. Man überlegt sich wozu man den Bot auffordert, in welche Richtung die Bildgenerierung sich bewegen sollte und auf was man letztlich hinauswill. Das Wundervolle ist, daß man nicht mehr wie zuvor, oftmals üblich am Beginn einer kreativen Arbeit, vor dem leeren Blatt Papier sitzt oder vor dem schwarzen Bildschirm. Das, mittels einer Texteingabe angeforderte Ergebnis ist in Sekunden da, es ist sofort verfügbar und gibt einen Impuls, der wieder zu weiteren Ideen führt. Wir denken als Architektinnen und Architekten in Bildern, wir entwerfen mit Bildern und kommunizieren mit ihnen. Es ist wie der Kuss der Muse mit welchem wir zu einer kreativen Idee oder einem architektonischen Impuls inspiriert werden. Von den vier Sprachen welche die Architektin und der Architekt spricht, das Wort, die Zeichnung, das Modell und die digitalen Medien, ist das Computerrendering die bildstärkste Kommunikationsform in der Architektur. Bildgeneratoren wie Midjourney sind in der Lage Bilder in allen denkbar möglichen Kunstformen herzustellen, von der Linienzeichnung über diverse grafische Stile über die künstlerische Illustration bis hin zum hyperfotorealistischen Rendering. Eigene Stilformen können mit Bildgeneratoren buchstäblich selbst entwickelt werden. Je nach Texteingabe wird die Stilform bestimmt. Jeder kann in die Rolle einer Zaha Hadid, eines Bjarke Ingels, eines Mies van der Rohe etc. schlüpfen und mit diesen Werkzeugen (Midjourney, Stable Diffusion, Dall E, Prodia etc.) Architekturvisionen in genau deren Stil präsentieren. Es ist eine Frage der Texteingabe, mit welcher der Bot aufgefordert wird, genau dies zu tun.
Während die Entwicklungen in der künstlichen Intelligenz (KI) dazu führen, dass Computer auf definierte Kreativitätskriterien trainiert werden können, herrscht ein Diskurs, inwieweit KI ihren eigenen Sinn für Kreativität entwickeln kann. Kann KI ohne menschliche Anweisung beigebracht werden, kreativ zu sein?
Die Macht von KI
Im Beruf des Architekten wird KI durch die Anwendung einfach handhabbarer KI- Software vieles verändern, auch im Entwerfen. Die Firma Autodesk hat für 240 Millionen Dollar die Software „Spacemaker“ aufgekauft.
Spacemaker ist eine KI-Software, die es Architekten und Stadtplanern ermöglicht, qualitativ hochwertige Projektvorschläge zu entwerfen. Dabei werden mithilfe automatischer Datensätze (u.a. verfügbare GIS-Modelle) 3D-Modelle des zu beplanenden Grundstücks und seiner Umgebung erstellt. Die von Spacemaker erstellten Projektvorschläge werden anschließend mitunter bis zu 100 Kriterien einer genauen Analyse unterzogen, wie z.B. Besonnung, Wind, Lärm, Microclima etc..
Schon frühzeitig können damit im Planungsworkflow verläßliche Aussagen getroffen und Optimierungen unternommen werden.
Havard Haukeland, der CEO von Spacemaker sagte mit eigenen Worten:
„Die Orte, an denen die Architekten es für klug hielten, hohe Gebäude zu bauen, und die Orte, an denen sie es für klug hielten, eine dichte Mauer zu bauen, all die Dinge, die sie intuitiv für sinnvoll hielten, weil sie über Hunderte von Projekten mit Erfahrung verfügten, wurden auf den Kopf gestellt. Denn wenn man die Komplexität des Denkens eines multidisziplinären Organisationsproblems erfasst, ist der Mensch wirklich nicht in der Lage, die Muster zu erkennen, die ein Computer finden kann. Was also geschah, war, dass der Computer ein Muster finden konnte, wie man diese Planungsaufgabe löst, auf das man selbst nie gekommen wäre.“
Spacemaker liefert eine, rein technisch betrachtet, objektive, analytische Grundlage, auf der entscheidende Argumente aufgebaut werden können, die für den Dialog mit Entscheidungsträgern oder Kontrahenten ausschlaggebend sein können.
Die Zukunft mag dazu führen, daß Bauherren sogar verlangen werden, daß Architekten mit Unterstützung von KI arbeiten sollen. Bauherren wollen Verläßlichkeit, Planungssicherheit und natürlich maximale Rendite, alles das, was wir schon aus BIM- Anwendungen erfahren haben. Die durch den Einsatz von KI gegebenen Möglichkeiten der Verbesserung der Effizienz, der Optimierung der untersuchten Umweltverträglichkeit, der besseren Ausrichtung von Gebäuden, der Energieeffizienz, der kostengünstigeren Konstruktionsweise etc. führen zu einer Überlegenheit in der Planung mit KI-Tools, die konkurrenzlos sein wird. Es garantiert den Investoren ihre Kapitalrendite.
Aber es gibt noch weitere KI-Programme, die das Entwerfen automatisieren sollten. Gebäude jedesmal neu zu entwerfen ist zeitaufwändig, warum also nicht aus dem riesigen Fundus bestehender Pläne schöpfen, um sie in Zukunft effizienter zu erstellen? PlanFinder ist eine Software-Firma in den Niederlanden, die ein Software-Plug-in für schon bestehende CAD-Programme anbietet, das über Funktionalitäten verfügt mit welchen Grundrisse in Sekunden generiert werden können.
PlanFinder macht dies mit maschinellem Lernen, einer KI, die aus eingespeisten Plänen gelernt hat, neue zu generieren. Es ist lediglich ein Wohnungs- oder Gebäudeumriß nötig, um den kompletten Grundriss mitsamt Möblierung innerhalb kürzester Zeit zu erstellen.
Finch3D nennt sich die Firma, die 2019 gegründet wurde und ein von Architekten für Architekten parametrisches Designtool entwickelte, das die Erstellung von Grundrissen automatisiert, Feedback liefert und Designs im Hinblick auf die Einhaltung von Vorschriften optimiert. Finch mit Sitz in Malmö, Schweden, wurde von Pamela Nunez Wallgren, Jesper Wallgren und Martin Kretz gegründet und nennt das Kind gleich beim richtigen Namen: wo Architekten und KI gemeinsam entwerfen. Finch nutzt KI, Grafiktechnologie und fortschrittliche Algorithmen, um den architektonischen Entwurf zu optimieren und, wie sie es nennen, ihn auf das nächste Level zu bringen. „Es hilft, den eigenen Entwurf zu verbessern und zu dem Ergebnis zu kommen, das man sich wünscht“ so lautet das Versprechen. Diese Werkzeuge „beflügeln“ nicht nur die Planerinnen und Planer, sondern auch den Bauherren der daraus seinen Nutzen zieht und sich damit noch besser und schneller bedient sieht, zumindest was die konventionelle Planung anbelangt.
Auf genau diese Überlegenheit von KI setzt das Planungsbüro Xkool. Sie werben mit ihren eigenen Schlüsselkompetenzen in eben jenen Bereichen die einen Bauherren interessieren und die, dank ihres entsprechenden KI-Einsatzes den nötigen Erfolg versprechen. Wanyu He ist CEO und Gründerin von Xkool Technology, einem erfolgreichen Startup in Shenzhen, das von dem Wunsch inspiriert ist, Designpraktiken mit künstlicher Intelligenz (KI) und Deep-Learning-Rechentools zu verbinden. Sie hat mit einigen anderen in ihrer Firma zuvor bei Rem Koolhaas im Büro von OMA gearbeitet, bis sie festgestellt haben, daß sie alles, was OMA kann, mit KI besser können. Wanyu He hatte mit ihrem Unternehmen Xkool immer ein Ziel: die Anstrengungen des Designers von den sich immer wiederholenden Vorgängen zu befreien und es ihnen zu ermöglichen, sich mehr auf kreative Prozesse zu konzentrieren um letztlich damit auf dem Markt wettbewerbsfähiger zu sein.
Xkool setzt im Unterschied zu Spacemaker, viel mehr Deep-Learning ein. Im oben dargestellten Beispiel eines Bebauungsvorschlags für den gewonnenen Museumswettbewerb, lernt das KI-Modell aus den zahlreichen Informationen und Datenmengen die, Betreff der realen Topografie und der Klimaverhältnisse existieren oder erhoben werden und entwickelt eine optimale Gebäudekonfiguration.
Sie nennen ihr entwerferisches Vorgehen „Strategisches Design“ und nehmen heute an Wettbewerben teil bei denen sie unter hunderten von Teilnehmern weltweit eine hohe Gewinnchance haben, selbst renommierte Architekturbüros wurden von ihnen geschlagen.
„Eine Person mit KI kann mehr leisten als fünf Personen ohne KI“, so Wanyu He. Dies bedeutet jedoch nicht notwendigerweise den Ausschluß von Personen, denn tatsächlich könnten mehr Menschen die Möglichkeit haben, mithilfe von KI-Produkten an architektonischen Entwürfen mitzuarbeiten. Eine größere Gruppe von Menschen kann sich, mit Hilfe von Big Data, an der städtischen Transformation beteiligen. Darüber hinaus handelt es sich bei ihrem städtisch dynamischen Planungssystem um eine interaktive Installation, die eine interaktive Mensch-Maschine-Schnittstelle nutzt, die es der Öffentlichkeit ermöglicht, ihre Vision einer zukünftigen Stadt visuell auszudrücken. Dies hat auch das Potenzial, den Stadtrat bei Entscheidungen zur Stadtentwicklung zu unterstützen.
Eine der tröstlichen Aussagen von Xkool ist, daß Building Information Modeling (BIM) so wie wir es heute kennen, mit viel Aufwand, erforderlichem Software-knowhow und noch mehr Experten betrieben wird, sich in der nahen Zukunft durch KI-gestützte BIM- Planung von selbst erledigen wird, „Maschinen werden das für uns tun“ Zitat Xkool.
KI ist nur eine Software.
Die Menschen tendieren gerne dazu, menschliches auf Maschinen zu übertragen. Diese anthropomorphe Betrachtungsweise führt aber zu einer völlig falschen Einschätzung. Wenn Leute gefragt werden, was sie meinen, wenn sie an KI denken, dann denken sie oft an solche Dinge wie menschlich aussehende Roboter, Humanoide oder Cyborgs und ähnliches. KI ist tatsächlich aber nur Software, es ist kein Roboter. Ein entscheidender Teil des Umgangs mit KI ist das Problem, daß KI „vermenschlicht“ wird. KI hat jedoch kein eigenes Bewußtsein und Gefühle werden nur simuliert. Wenn wir an KI denken, sollten wir tatsächlich an Algorithmen denken.
Wo ist KI heute? Wird KI jemals ein eigenes Bewußtsein entwickeln und muß es das überhaupt? Reicht es nicht, wenn es uns assistiert? KI steckt unter anderem heute in unseren Mobiltelefonen, es blockiert spams, es komplettiert unsere Sätze, es gibt uns Empfehlungen, es zeigt uns die kürzeste Route im Navi usw., es ist darüber hinaus noch bei vielem weiterem um uns herum präsent aber eines ist allem gemein, es ist nicht sichtbar.
Michael Markus Holze (*1960) ist Architekt und Professor für computergeschützte Architekturdarstellung an der Berliner Hochschule für Technik, Fachbereich IV – Architektur und Gebäudetechnik/Labor für Digitale Medien und Baumanagement. Seit 1997 ist er als freischaffender Architekt tätig und engagiert sich als Mitglied im Arbeitskreis Architekturinformatik.
Herr Prof. Holze hat kürzlich einen fesselnden Artikel für die Initiative Baukunst verfasst, der sich mit dem Einsatz von Künstlicher Intelligenz in der Architektur beschäftigt. Der Artikel enthält interessante Bildbeispiele, die die vielfältigen Möglichkeiten von KI in diesem Bereich verdeutlichen.