AI and the Construction Industry – A Match Made in Heaven?

Nieder mit den Datensilos, hin zum digitalen Gebäude-Ökosystem mit offenen Standards: Dieser Paradigmenwechsel beschäftigt die Bauindustrie seit Jahren. Ebendiese Vision verfolgte Professor Georg Nemetschek bereits bei der Gründung seines Ingenieursbüros im Jahre 1963 – und verwirklicht die Nemetschek Group mit ihren starken Marken heute und in Zukunft.

1984 – drei Jahre nach der Einführung des ersten IBM Personal Computers – führte die damalige Nemetschek Programmsystem GmbH die objektbasierten Systeme ALLPLAN sowie ALLPLOT ein. Diese Systeme, wie auch später ARCHICAD, gingen einen großen Schritt weiter als andere verfügbare 3D-CAD-Systeme dieser Zeit. Sie versetzten Architekt*innen und Ingenieur*innen erstmals in die Lage, Skizzen am Computer zu generieren, zu bearbeiten und digital mit anderen Stakeholdern zu teilen.

Auch wenn die ersten Digitalisierungstools einige Prozesse im Bauwesen vereinfachten, generierten Datensilos aufgrund mangelnder Interoperabilität der Softwaresysteme so manches an „Handarbeit“ beim Transferieren der Daten. Dieses Schnittstellenproblem band nicht nur personelle Kapazitäten, sondern öffnete auch Flüchtigkeitsfehlern Tür und Tor und verzögerte Prozesse. Infolgedessen sprengten Bauprojekte häufig den Budget- und Zeitrahmen.

Gefragt war eine gemeinsame „Sprache“ im Bauwesen. Als Garant eines lückenlosen Informationstransfers erleichtern einheitliche Datenformate die Kollaboration entlang aller Projektetappen, verhindern Datenverluste sowie Fehler und stellen die langfristige Nachvollziehbarkeit von Bauprojekten sicher.

Der holistische Daten-Ansatz manifestierte sich 1999 in der Plattform O. P. E. N., ersonnen von Professor Georg Nemetschek: Das seit 1993 erdachte datenbankgestützte System schlüsselte Bauwerke in semantische Bauproduktmodelle für den Zugriff durch verschiedene Softwaresysteme auf. O. P. E. N. lagen dieselben Strukturen zugrunde wie den späteren International Foundation Classes (IFC) der gemeinnützigen Organisation BuildingSMART: offene, neutrale, international anerkannte XML-Datenformate für Bauprojekte. Das Entstehen der International Foundation Classes (IFC) gilt auch als Geburtsstunde von BIM (Building Information Modeling).

2012 folgte ein weiterer Meilenstein auf dem Weg zur Harmonisierung der Datenwelten im Bauprojektlebenszyklus. Gemeinsam mit buildingSMART International und führenden Softwareanbietern rief Nemetschek die OPEN-BIM-Initiative ins Leben mit der Mission, alle relevanten Daten zu einem Bauwerk mittels herstellerunabhängiger Standardformate in die 3D-CAD-Modelle von Bauwerken zu integrieren. Neben der architektonischen Struktur lässt sich das Gebäudemodell so mit vielen wertvollen Informationen und Kalkulationen anreichern, beispielsweise für die kaufmännische Planung oder das Facility Management. Dank dieser ganzheitlichen Betrachtung eines Gebäudes oder einer Infrastruktur als dynamisches Ökosystem lassen sich neue ökonomische und ökologische Potenziale entlang des gesamten Lebenszyklus intelligent ausschöpfen.

Gebäude und Infrastrukturen sind deutlich dynamischer, als man es auf den ersten Blick vermuten würde. Sie entwickeln sich stetig weiter, nicht nur auf der Datenebene, sondern auch auf der handfesten physischen Ebene. Umbauten während der Nutzungsphase lassen die Schere zwischen dem digitalen Modell und der gebauten Realität des Gebäudes immer weiter auseinanderklaffen. So wird es zunehmend schwieriger, auf Basis des ursprünglichen digitalen Modells zukunftsgerichtete Entscheidungen zu treffen.

Um die Schere zu schließen, muss der Ist-Zustand des Gebäudes mittels Reality-Capture-Technologien erfasst, semantisch verknüpft und mit dem 3D-CAD-Bauplan abgeglichen werden. Aus diesen Informationen sowie Echtzeit-Sensordaten, beispielsweise aus dem Gebäudeautomationssystem, lassen sich seit Oktober 2023 mit der cloudbasierten, offenen Plattform der Nemetschek Group dTwin Digitale Zwillinge von Gebäuden errichten. Digitale Zwillinge liefern eine objektive und interaktive Basis für Entscheidungen entlang des gesamten Gebäudelebenszyklus. Ein weiterer wichtiger Meilenstein im Ansatz „Denken im Ganzen“.

Heute, nach mehr als 60 Jahren Pionierarbeit und Vorreiterrolle, vernetzt die Nemetschek Group mit ihrem umfangreichen Portfolio alle Bauphasen, Gewerke und Stakeholder auf der ganzen Welt. Mit den innovativen Digitalisierungslösungen arbeiten über sieben Millionen Menschen weltweit erfolgreich und effizient an Bauwerken und Infrastrukturobjekten der Gegenwart und der Zukunft. Sei es in der Planung, in der Bauphase oder im Gebäudebetrieb – mit offenen Schnittstellen, technischer Expertise und Know-how treibt Nemetschek als Schrittmacher die interdisziplinäre Kollaboration im gesamten Baulebenszyklus voran. Wenn innovative Software und offene Standards Reibungsverluste zwischen den einzelnen Phasen des Gebäudelebenszyklus eliminieren, wird der komplette Bauprozess termintreuer, effizienter, wirtschaftlicher und nachhaltiger. Vom Denken im Ganzen zum Bauen im Ganzen.

Designers require on-site teams to install metal framing according to specifications and BIM models for technical services. Fire-rated wall stud installation involves framing encasing boxes around openings for specified technical installations, ensuring a proper fire seal. On-site teams, however, need coordinated planning to finalize technical MEP/HVAC layouts before partition walls are erected. Ideally, openings should be prepared before installing technical services, demanding accurate overlay of service layouts on partition drawings. This is seldom done, as design teams often optimize layouts during coordination, impacting metal wall stud placement. This sequencing challenge poses a significant project risk, particularly when fire partition walls are closed from both sides, hindering visibility. Damage to wall studs during later installations can compromise the wall's fire integrity.

Imerso empowered Nyt Hospital Nordsjælland's construction team to boost their site supervision 15-fold by enabling them to independently conduct 3D scanning activities, a task traditionally deemed time-consuming and requiring expert surveyors. The Imerso platform analyzes the on-site As-built environment against BIM models, promptly reporting work status and deviations. Project Manager Anders Kaas prevented numerous costly issues within months, surpassing expectations. Additionally, Anders's team achieved precise on-site monitoring of fire-rated wall stud installations with Imerso, ensuring millimeter-accurate placement. Swift comparisons with BIM plans identified potential issues, promptly addressed to enhance building safety through efficient routine work status monitoring. Read the first 16 months' results here.

Another typical fire-stopping challenge in construction projects lies in the installation of technical equipment through wall openings in the concrete superstructure. To preserve fire-stopping capabilities, such equipment must be installed at specific distances from the structure and between each other, to allow appropriate fire-rated insulation. 

The popular BIM coordination software Solibri, an industry-leading tool and partner of Imerso, recently launched new rulesets for validating safety-compliance automatically in the BIM models. But even in projects leveraging these accurate models, the problem happens when the onsite installations deviate from the planned design and remain undocumented, since traditional manual and visual controls using photos, 360° panorama images, and manual checklists are ineffective at flagging such changes. By analysing the onsite installation status against the BIM plans, Imerso helps the Nyt Hospital Nordsjælland team to prevent such hidden deviations from being overlooked, by detecting them instantly without human subjectivity.

In an era where sustainability is paramount, AI algorithms can analyze real-time data from IoT sensors to identify inefficiencies in energy use. These AI-enhanced digital twins can also optimize other operational aspects like space utilization and occupant comfort, analyzing patterns and environmental variables to create an optimal work environment.

AI transforms the renovation and retrofitting process by enabling intelligent simulations that generate multiple design possibilities in seconds. Whether the objective is sustainability or optimized lighting, AI-based models can visualize various scenarios, reducing both the time and cost associated with these projects.

Importantly, AI extends these capabilities to older buildings. Though traditional buildings may lack comprehensive historical data, AI can leverage 3D and panoramic scanning technologies to create new BIM models. This Scan-to-BIM process modernizes even heritage structures, aligning them with contemporary design and sustainability standards.

Building the Future with AI

The rapid advancements in artificial intelligence are undeniably catalyzing a transformative shift across the AEC/O industry. AI has quickly become a powerful tool that enhances capabilities across planning, design, construction, and operations. Thus, AI serves as a linchpin for data-driven, intelligent decision-making – essential for an industry aiming for increased innovation, sustainability, and operational excellence. At Nemetschek Group, we eagerly anticipate the multidimensional benefits that this powerful technology will unveil as we move further into a digitally integrated future.