Next-Level Digital Customer Experience with Generative Design in the Construction Industry

Dieses Projekt zielt darauf ab, den traditionell zeitaufwendigen Planungsprozess in der Bauindustrie durch den Einsatz eines intelligenten Systems zu verbessern, sodass Planer effizienter zu einer passenden Lösung gelangen, unter Berücksichtigung von Kriterien wie Normen, Produkte und Preis. 

Hilti ist ein führender Werkzeughersteller mit Hauptsitz in Schaan, Liechtenstein. Das Unternehmen verfolgt die Vision, die Arbeit am Bau produktiver, sicherer und nachhaltiger zu gestalten. Die Bauindustrie ist eine traditionsreiche Branche, in der sich grundlegende Prozesse über Generationen kaum verändert haben. Eine spürbare Transformation zeigt sich jedoch durch die fortschreitende Digitalisierung, um Arbeitsabläufe effizienter und effektiver zu gestalten.

Hilti bietet seinen Kunden bereits zahlreiche digitale Werkzeuge zur Unterstützung von Planungsprozessen an. Doch die Digitalisierung allein reicht nicht aus, um den gesamten Entwurfsprozess zu optimieren. Planer stehen weiterhin vor erheblichen Herausforderungen: Neben dem reinen Produktwissen müssen sie zahlreiche Faktoren wie Installationszeit und Wirtschaftlichkeit berücksichtigen. Fehlendes Know-how über den umfangreichen Produktkatalog erschwert die Auswahl passender Lösungen zusätzlich.

Die enorme Anzahl möglicher Entwürfe ist mit der Anzahl der Atome im Universum vergleichbar – was in der Praxis häufig zu nicht optimalen Lösungen führt. Dies verdeutlicht den Bedarf an einem digitalen Planungswerkzeug, das eine interdisziplinäre Verbindung aus angewandter Mathematik, Informatik und Bauingenieurwesen erfordert.

In dem Forschungsprojekt werden die Technologien entwickelt, um Hiltis Kunden das innovative Planungs- und Auslegungswerkzeug «Smart Design» zur Verfügung zu stellen. Das Planungswerkzeug kann auf der Basis der vom Kunden formulierten technischen Fragestellung vollautomatisch optimale Entwürfe für Beton-Stahlträger-Verbindungen generieren. Dadurch verkürzt sich für den Kunden der Entwurfsprozess erheblich und er kann schnell und sicher auf die beste und kostengünstigste Lösung zugreifen. Auf der anderen Seite kann Hilti mithilfe von «Smart Design» sicherstellen, dass die Kunden jeweils die Hilti-Befestigungslösungen optimal einsetzen.

Für die Befestigung von Stahlträgern wurde ein hocheffizienter Optimierungsalgorithmus entwickelt, der
(a) den optimalen Befestigungsanker auswählt und
(b) die optimale Grösse der Verbindungsplatte sowie die Position der Anker bestimmt. Dabei stellt «Smart Design» sicher, dass die Lösung die Last trägt und alle gesetzlich vorgeschriebenen Normen erfüllt. Dazu wird das komplexe Engineeringproblem durch ein mixedinteger-Problem modelliert. Diese wird – nach dem Stand der Technik – durch ein Inner-Point-Suchverfahren gelöst.

Das Planungs- und Auslegungswerkzeug «Smart Design» wurde in die Hilti-PROFIS- Engineering-Suite-Software implementiert und Anfang des Jahres bereits in 80 % der von Hilti bedienten globalen Märkte eingeführt. Für die nächsten Jahre soll «Smart Design» für Hiltis Kunden zigtausende technische Entwürfe pro Monat liefern. Darüber hinaus evaluiert das interdisziplinäre und organisationsübergreifende Forschungsteam den Einsatz der Technologie in anderen Anwendungsfeldern. 

Zusätzlich zu den Mitarbeitenden der FH Graubünden war die OST - Ostschweizer Fachhochschule am Projekt beteiligt. 

Beteiligte

Das Projekt wird vom Institut für Data Analysis, Artificial Intelligence, Visualization und Simulation (DAViS) und der OST - Ostschweizer Fachhochschule umgesetzt. Finanziert wurde das Projekt von Innosuisse.