SAI
Structural Analysis Intelligence

Die Forschungsgruppe Structural Analysis Intelligence widmet sich der zukunftsweisenden Neugestaltung der Tragwerksplanung und Strukturanalyse an der Schnittstelle von Scientific Machine Learning (SciML), Baustatik und computergestütztem Entwurf. Wir füllen die Forschungslücke zur Einbindung grundlegender mechanischer Gesetze in klassische und moderne Künstlicher Intelligenz um die Analyse, Bemessung und Instandhaltung von Tragwerken zu transformieren.

Wie verfolgen dabei zielmäßig zwei Pfade: die Erforschung fundamentaler KI-Methoden für anspruchsvolle tragwerksplanerische und sicherheitskritische Aufgaben des konstruktiven Ingenieurbaus sowie die Konzeption intelligenter agentenbasierter sowie klassischer KI-Systeme. Damit unterstützen wir Planende künftig dabei, bereits in allen Phasen des Bauwerkslebenszyklus fundierte, ressourceneffiziente und optimierte Tragwerksentscheidungen zu fällen.

Prof. Dr.-Ing. Michael Kraus,
Gruppenleiter Structural Analysis Intelligence

Durch die Integration tragwerksplanerischer Domänenkompetenz in moderne Künstlichen Intelligenz etablieren wir ein neues Paradigma der Mensch-KI-Kooperation für ein nachhaltige, sichere und zuverlässige gebaute Umwelt.

Aktuelle Projekte

Partner:   FG Baustatik, TU Darmstadt, 

Kurzbeschreibung des Projekts:

Die Kalkulation komplexer Leistungsverzeichnisse im Bauwesen erfolgt bislang zeitaufwendig und manuell durch Fachkräfte. Trotz hoher Nachfrage mindern der Fachkräftemangel und ein hoher Preisdruck, der zu mehr Preisanfragen führt, den Vertriebserfolg, da nur etwa 5 % der Angebote zu Aufträgen führen.

Ziel des Projekts ist daher eine KI-basierte Anwendung, die Leistungsverzeichnisse selbstständig analysiert. Sie soll Produkte, Personal und Maschinenressourcen aus dem ERP-System sowie von externen Zulieferern (wie Schüco) automatisiert zusammenstellen. Das System soll die Kalkulationszeit um 85 % verkürzen und selbst bei geringem Detaillierungsgrad (ab LOD 300) eine 95 % präzise, zuverlässige Angebotserstellung ermöglichen.

Partner:   FG Baustatik, TU Darmstadt

Kurzbeschreibung des Projekts:

Dec-KI entwickelt ein KI-gestütztes Assistenzsystem für den ressourceneffizienten Entwurf von Massivhochbaudecken. Im Fokus steht die frühe Planungsphase, in der grundlegende Entscheidungen über Tragverhalten, Materialeinsatz, Wirtschaftlichkeit und ökologische Wirkung getroffen werden. Ziel des Projekts ist es, Planende durch ein dialogfähiges System bei der Auswahl material- und klimagerechter Deckensysteme zu unterstützen und damit die Qualität von Entwurfsentscheidungen zu verbessern.     Das System kombiniert vier methodische Bausteine: (1) ein generatives Modell (Conditional Variational Autoencoders / CVAE), das Zusammenhänge zwischen Entwurfsparametern und technischer bzw. wirtschaftlicher sowie ökologischer Performance lernt; (2) die Anbindung von Dlubal RFEM und SoFiSTiK als Agenten-Werkzeuge via MCP bzw. APIs; (3) ein Retrieval-Modul, das Normen, Fachliteratur und Materialdaten kontextbezogen erschließt und damit die fachliche Fundierung der Vorschläge sicherstellt; (4) eine KI-Agentenarchitektur nach dem Reason-and-Act-Prinzip, welche dialogische Interaktion mit menschlichen Experten steuert, komplexe Planungsanfragen in Bearbeitungsschritte zerlegt und eingesetzte Werkzeuge/MCPs/APIs koordiniert.     Auf diese Weise entsteht ein System, das Entwurfsoptionen nicht nur generiert, sondern auch nachvollziehbar begründet und fachlich absichert. Damit wird die Forschungslücke geschlossen, dass für den Vorentwurf von Hochbaudecken bislang kein wissensgestütztes, dialogbasiertes Assistenzsystem verfügbar ist, das generative Modellierung mit verifizierter Fachinformation verbindet. Das Projekt zielt darauf, den Entwurfsprozess zu beschleunigen, die Materialeffizienz zu erhöhen und den CO2-Ausstoß im Hochbau zu senken.     Die Entwicklung erfolgt in enger Kooperation zwischen der TU Darmstadt, ETH Zürich und Praxispartnern aus der Tragwerksplanung. Die Ergebnisse werden als prototypisches, erweiterbares System für die Forschung und Planungspraxis nutzbar gemacht.

Partner:  Institut für Stahlbau, RWTH Aachen ; Institut für Konstruktion und Entwurf (KE), Universität Stuttgart; FG Baustatik, TU Darmstadt

Kurzbeschreibung des Projekts:

Das Forschungsprojekt AI-FACT entwickelt eine innovative, datengetriebene Methodik zur präzisen Lebensdauerprognose geschweißter Konstruktionsdetails im Stahlbau, um bestehende Reserven der DIN EN 1993-1-9 effizient zu nutzen.

Da historische Versuchsdatenbanken oft erhebliche Dokumentationslücken (epistemische Unsicherheiten) aufweisen, kombiniert das Projekt maschinelles Lernen mit domänenspezifischem Expertenwissen. Zum Einsatz kommt eine Mixture-of-Experts (MoE)-Architektur, die rein datengestützte ML-Modelle über ein trainierbares Gating-Netzwerk mit einem physikalisch-strukturmechanischen Zwei-Phasen-Modell (Rissinitiierung und -fortschritt) verknüpft. Synthetische Daten aus Monte-Carlo-Simulationen erweitern die Datenbasis. Dies reduziert Unsicherheiten, sichert die Validierung ab und schafft durch erklärbare KI (XAI) die notwendige Akzeptanz bei Normungsgremien, wovon insbesondere KMU im Wettbewerb profitieren.

Partner:   FG Baustatik, TU Darmstadt; ZM-I München GmbH

Kurzbeschreibung des Projekts:

RABiT stellt erstmalig ein intelligentes Assistenzsystem für die Bauplanung zur nahtlosen Extraktion und Transformation heterogener Daten (Domänenfachwissen sowie Bauwerksbestandsdaten) zur Verfügung. Speziell entwickelte RAG-Agenten transformieren multimodale Informationen – von Lehrbuch- und Norminhalten bis zu firmenspezifischen Projektdaten – in eine einheitliche, semantisch angereicherte Graph-Datenbasis, welche über RAG-Agenten in multidirektionaler Kooperation mit Fachpersonen in Planungs- und Beurteilungsprozessen als SaaS Lösung eingesetzt werden. In einer 12-monatigen Machbarkeitsstudie, durchgeführt von der ZM-I Gruppe in Kooperation mit der TU Darmstadt, wird ein Prototyp für den Hochbau entwickelt, der später auf Brückenbau erweiterbar ist. RABiT adressiert zentrale Herausforderungen wie Fachkräftemangel und Sanierungsstau durch gesteigerte Effizienz infolge verkürzter bauplanerischer Bearbeitungszeiten, erhöhter Transparenz sowie Nachhaltigkeitsoptimierung im  Bausektor.

Leitung

  Name Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Michael Kraus
Fachgebiet Baustatik
+49 6151 16-23037
L5|06 620

Team

  Name Kontakt
Jing Han M.Sc.
Structural Intelligence Unit
+49 6151 16-23011
L5|06 642
Isamu Lautenschläger M.Sc.
Structural Intelligence Unit
+49 6151 16-23011
L5|06 642
Marcel König M.Sc.
Structural Intelligence Unit
+49 6151 16-23012
L5|06 642