Künstliche Intelligenz für die Qualitätskontrolle

Gebäude- und Infrastrukturbau

Deutsches Ingenieurblatt 05/2022

Steigende Anforderungen an die Qualität und Nachhaltigkeit von Bauvorhaben sowie eine höhere technische Komplexität führen zu Kostensteigerungen oder verzögern die termingerechte Fertigstellung. Dieser Artikel zeigt, wie Baufirmen und Investoren mit einer KI-basierten Qualitätskontrolle gegensteuern können.

Mehr als die Hälfte aller Bauprojekte werden erst mit deutlichem Zeitverzug fertiggestellt und fast ein Drittel der gesamten Kosten entfallen auf Nachbesserungen oder gehen auf die Behebung technischer Mängel zurück. Wesentlich zeit- und kosteneffizienter lassen sich Bauvorhaben mit einem digitalen Zwilling und Methoden wie dem Building Information Modeling (BIM) umsetzen. Voraussetzung ist, dass diese von Beginn an richtig aufgesetzt, kontinuierlich aktualisiert und mit dem Baufortschritt abgeglichen werden.

Um diese Prozesse zu automatisieren, haben TÜV Süd und das britische Bauanalytik-Unternehmen Contilio eine KI-gestützte Qualitätskontrolle entwickelt. Die Lösung nutzt 3D-KI-Technologie, um Architektur-, Tragwerks-, TGA- und Ausbauelemente mittels Laser- bzw. Lidar-Scans intelligent zu erfassen. Das geschieht über eine Schnittstelle anhand von stationären Kameras, die skalierbare 360-Grad-Aufnahmen liefern. Neben großflächigen Lüftungskanälen oder technischen Anlagen erkennen sie auch verbaute Steckdosen, Lichtschalter oder Risse in Baumaterialien.

Schwer zugängliche Bereiche befliegen ebenfalls mit Lidar-Systemen ausgestattete Drohnen – an der Gebäudehülle zeichnen sie zum Beispiel den Zustand von Fassadenelementen auf und registrieren Mängel wie Korrosion und Abrisse oder Beschädigungen an Fensterelementen. Diese neue Methode eignet sich auch für die Untersuchung von Gebäuden im Bestand. Für sie entfällt die konventionelle Fassadeninspektion mit Förderkorb oder Seil, die zeitaufwändig ist und hohe Anforderungen an die Arbeitssicherheit stellt.

Analyse großer Datenmengen in kurzer Zeit
Aus den aufgenommenen Bilddaten filtert eine trainierte KI-Software Auffälligkeiten heraus, die sie automatisiert auswertet. Diese werden kategorisch vorsortiert und dem Anwender zur finalen Bewertung visualisiert. Das ermöglicht es auch, große Datenmengen in kurzer Zeit zu analysieren. Informationen zum Baufortschritt und der Installationsqualität lassen sich so in Echtzeit bereitstellen und automatisch mit den digitalen Methoden und dem Zeitplan abgleichen. Etwaige Mängel in der Ausführung der Gebäudetechnik oder Abweichungen von den Plänen können so zeitnah beseitigt werden.

Über ein zentrales Dashboard verschaffen sich Fachplaner, Bauträger und Projektentwickler einen aussagekräftigen Überblick über den aktuellen Stand ihrer Projekte. Es beinhaltet auch einen intelligenten 3D-Viewer, um neben den KI-Auswertungen der 360-Grad-Aufnahmen auch digitale Zwillinge zu betrachten. Arbeitszeiten auf der Baustelle und im Büro lassen sich ebenfalls automatisiert erfassen. Der Zugriff auf alle Unterlagen via Cloud beschleunigt zudem Problemlösungen und verbessert Kommunikationsabläufe. Das vereinfacht das mobile Arbeiten und reduziert die erforderlichen Anfahrten vor Ort, was zusätzlich Zeit und Kosten spart.

Von der KI-basierten Qualitätskontrolle profitieren auch der spätere Gebäudebetrieb und das Facility Management: Die in der Bauphase kontinuierlich erfassten und aktualisierten Daten zur installierten Technik stehen für einen zügigen Wartungs- und Instandhaltungsprozess direkt zur Verfügung, da diese im as-built-Model aufgenommen wurden.

TÜV Süd-Zentrale in Singapur
Ein Beispiel aus der Praxis: Projektbeginn des siebenstöckigen Gebäudes im International Business Park (IBP) von Singapur war 2017. Termin- und budgetgerecht fertiggestellt wurde die Asean-Zentrale 2021. Sie bietet auf 18.900 m2 Raum für Büro- und Laborflächen. Über den gesamten Lebenszyklus des Gebäudes – von der Planung über den Bau bis zum Betrieb – kamen digitale Baulösungen wie ein digitaler Zwilling mit der Methode Building Information Modeling zum Einsatz.

Mit BIM-basierten Qualitäts- und Risikoprüfungen sowie BIM-Modellprüfungen und -Audits wurde die bestmögliche Wartbarkeit des Gebäudes sichergestellt und alle Nachhaltigkeitsziele wurden erreicht: Die Energieeffizienz des Gebäudes wurde um 50 Prozent erhöht. Die 3D-KI-Bauinspektion sicherte darüber hinaus die Bauqualität und vermied mehr als 30 Prozent der typischen Nacharbeitskosten.

Fazit und Ausblick
Mit der KI-gestützten Qualitätskontrolle lassen sich die Fehleranalyse, die Überprüfung der Installationsqualität und die Verfolgung des Baufortschritts bei Gebäuden und Infrastrukturprojekten weitgehend automatisieren. TÜV Süd unterstützt Fachplaner, Bauträger und Projektentwickler dabei, ihre Vorhaben termin- und budgetgerecht fertigzustellen und alle Qualitäts- und Nachhaltigkeitsvorgaben einzuhalten.

Durch die reduzierten Zeit- und Kostenaufwände sinkt zudem die Eintrittsschwelle für digitale Lösungen bei Bauprojekten. Das treibt die Digitalisierung der gesamten Baubranche voran und führt zu einem Wandel im Berufsbild der Beschäftigten: Für sie gewinnen künftig ausgeprägte Qualifikationen im Umgang mit digitalen Prüfmethoden an Bedeutung.

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