InsAIderKnowledge

Das Projekt InsAIderKnowledge befasst sich mit dem anspruchsvollen Problem der bedingten Gebäudegenerierung. Im Mittelpunkt dieses Forschungsprojekts stehen 2D-Grundrisse bayerischer Einfamilienhäuser, die als Ergebnisse geplant sind und Teilablaufprozesse für die professionelle Planung in der AEC-Branche ermöglichen sollen. Die generierten Häuser sollen mit den von der Straße aus aufgenommenen Außenaufnahmen oder den Luftbildern von Google Earth übereinstimmen. Diese Aufgabe lässt sich als Generierungsproblem anhand eines einzelnen Bildes oder mehrerer Ansichten formalisieren. Da Außenansichten nur einen Teil der Gebäudegeometrie offenbaren und kaum Informationen über die Innenraumgestaltung liefern, können viele verschiedene Grundrisse denselben Außenansichten entsprechen. Diese Aufgabe ist daher unterbestimmt. Die Hypothese lautet, dass diese unterbestimmte Generierungsaufgabe durch architektonisches Wissen gesteuert werden kann. Zur Überprüfung dieser Hypothese werden moderne KI-Methoden eingesetzt.

Relevantes architektonisches Wissen kann aus verschiedenen Kategorien stammen, darunter räumliche Gestaltungsprinzipien, architektonischer Stil, Bauzeit, Bauvorschriften und implizitere Formen von Gestaltungsabsichten.

Unter diesen Wissensquellen sind räumliche und funktionale Prinzipien in 2D-Grundrissen besonders gut vertreten. Grundrisse bilden die Grundlage professioneller architektonischer Planungsabläufe und enthalten umfangreiches formalisierbares Wissen, darunter Raumnachbarschaft, Zugänglichkeit, Proportionen und typische Raumgrößen. (z. B. sind Flure in der Regel langgestreckt und relativ schmal, während Wohnzimmer eher quadratisch und größer sind.“)

Auch der Stil oder die Bauzeit hat einen starken Einfluss auf die Raumaufteilung eines Einfamilienhauses. So waren beispielsweise früher Küchen meist abgetrennt und Esszimmer isoliert. Dies hat sich jedoch im modernen Design geändert, wo Küchen tendenziell zum Ess- und Wohnzimmer hin offen sind. Folglich können selbst Häuser mit ähnlichem Äußeren je nach Bauzeit oder Stil unterschiedliche Grundrisse aufweisen. Der Stil fungiert daher als zusätzliche Bedingung, die dabei hilft, die der bildbasierten Grundrisserstellung innewohnende Mehrdeutigkeit aufzulösen.

Bauvorschriften sind eine weitere wichtige Bedingung. Diese können je nach Stadtteil oder sogar innerhalb desselben Stadtteils zu unterschiedlichen Zeitpunkten variieren. Im Gegensatz zu stilistischen oder funktionalen Präferenzen handelt es sich hierbei oft um harte Einschränkungen, die erfüllt sein müssen, damit der resultierende Entwurf als vorschriftsmäßig gilt. Solche harten Einschränkungen sollten daher anders behandelt werden als präferenzbasierte Bedingungen.

Da die oben genannten Bedingungen aus unterschiedlichen Quellen stammen und auf verschiedenen Ebenen der Autorität und Abstraktion wirken, können sie untereinander unvereinbar sein. So kommt es in der Praxis häufig zu Widersprüchen zwischen von Menschen entworfenen Vorschriften, insbesondere wenn Vorschriften auf Landesebene im Konflikt mit lokalen Vorschriften stehen. Bedingungen sollten zunächst als harte Einschränkungen oder weiche Präferenzen unterschieden werden. Zudem können Regeln innerhalb derselben Kategorie unterschiedliche Autoritätsebenen aufweisen. Daher ist ein Konfliktlösungsmechanismus erforderlich, um zu bestimmen, welche Bedingung Vorrang hat, wenn Einschränkungen unvereinbar sind.

Während ein Teil des architektonischen Wissens explizit als Regeln oder Einschränkungen dargestellt werden kann, sind andere Formen des Entwurfswissens unscharf, subjektiv oder nur teilweise formalisierbar, wie beispielsweise Vorstellungen von „Unbeholfenheit“, „Geräumigkeit“ oder der „ruhigen Seite des Gebäudes“. Solche Absichten lassen sich manchmal durch explizite Formalisierung annähernd wiedergeben. Beispielsweise können Raumtypen wie Schlafzimmer in einer vordefinierten Taxonomie als „ruhige Seite“ kategorisiert werden, und grafbasierte Beziehungen können dann verwendet werden, um dieses Wissen darzustellen. Solche manuell erstellten Darstellungen funktionieren jedoch nur in begrenztem Umfang und erfassen nur einen kleinen Teil der zugrunde liegenden Entwurfsabsicht. Dies motiviert einen hybriden Ansatz, bei dem explizite Einschränkungen verwendet werden, um klar definierte Anforderungen zu erfassen, während gelernte Darstellungen eingesetzt werden, um weichere, weniger leicht formalisierbare Entwurfsabsichten zu erfassen.

Eine separate methodische Frage betrifft die Darstellung, in der die Generierung stattfinden soll. 2D-Grundrisse lassen sich durch Nachbearbeitung leicht in 3D-Gebäude umwandeln, beispielsweise durch Einfügen von Standard-Vertikalparametern (z. B. Fensterhöhe). Neben dem direkten Ausgehen von 2D-Grundrissen werden auch Methoden untersucht, die zunächst direkt 3D generieren und anschließend in 2D nachbearbeitet werden.