AI في الهندسة المعمارية: إعادة تعريف طريقة بناء المدن

لم تكن المعالم والمباني التاريخية، مثل برج إيفل في باريس والبنتاغون في الولايات المتحدة، لتوجد لولا مجال الهندسة المعمارية والمهندسين المعماريين المبدعين الذين يقفون وراءها. وإلى جانب إضافة بنية تحتية ذات قيمة إلى عالمنا، يُعد سوق الخدمات المعمارية العالمي جزءًا أساسيًا من الاقتصاد، ومن المتوقع أن يصل إلى نحو 550 مليون دولار بحلول عام 2032.

يعمل المهندسون المعماريون باستمرار على معالجة تحديات مثل تقليل الهدر، وخفض البصمة الكربونية، وتخطيط تصاميم فعّالة. ويمكن لأدوات الذكاء الاصطناعي (AI) أن تتدخل وتساعد في حل العديد من هذه التحديات في مجال الهندسة المعمارية. إذ يمكن للذكاء الاصطناعي المساعدة في تحسين التصميم، والتحليل الإنشائي، وتحسين إدارة المشاريع والتصوّر البصري. في هذه المقالة، سنتعرف بالتفصيل على كيفية استخدام الذكاء الاصطناعي في الهندسة المعمارية.

كيف يُستخدم الذكاء الاصطناعي في الهندسة المعمارية؟#

يُحدث الذكاء الاصطناعي في الهندسة المعمارية تحولًا كبيرًا من خلال جعل التصميم أكثر ذكاءً، وتعزيز كفاءة الطاقة، والمساعدة في إنشاء مبانٍ أكثر مراعاةً للبيئة. ومن المدهش كيف تُستخدم هذه التطورات في مشاريع واقعية. فلنستكشف كيف يحدث ذلك.

تقليل الهدر وخفض البصمة الكربونية#

في عام 2018، أنتجت أنشطة البناء والهدم في الولايات المتحدة 600 مليون طن من الأنقاض. ومن المشكلات الشائعة في مجال الهندسة المعمارية تقليل مخلفات البناء وانبعاثات الكربون. ويمكن للذكاء الاصطناعي أن يؤدي دورًا محوريًا في مواجهة هذا التحدي، باستخدام خوارزميات متقدمة وتحليلات البيانات لتحسين كل مرحلة من مراحل عملية البناء.

فعلى سبيل المثال، يمكن لتقنيات الذكاء الاصطناعي مثل تعلّم الآلة تحليل مجموعات بيانات كبيرة حول أداء المواد، وعمليات سلسلة الإمداد اللوجستية، والأثر البيئي، للتوصية بأكثر المواد وأساليب البناء استدامةً. ويمكن لنماذج تعلّم الآلة التنبؤ بالهدر المحتمل استنادًا إلى خيارات التصميم، بما يتيح للمهندسين المعماريين إجراء التعديلات في وقت مبكر لتقليل الهدر.

يمكن لـالذكاء الاصطناعي التوليدي أن يذهب بهذه العملية إلى أبعد من ذلك، عبر إنشاء خيارات تصميم متعددة تركز على الاستدامة تلقائيًا. ومن خلال تحديد معلمات مثل كفاءة استخدام المواد، والسلامة الإنشائية، واستهلاك الطاقة، يمكن استخدام الذكاء الاصطناعي التوليدي لإنشاء مجموعة متنوعة من التصاميم التي تحقق الأهداف البيئية مع الحفاظ على المظهر الجذاب. ويمكن للمهندسين المعماريين بعد ذلك اختيار التصميم الذي يجمع بين الإبداع والاستدامة على أفضل نحو. ويُعد Spacemaker مثالًا على أداة تستخدم الذكاء الاصطناعي التوليدي لمساعدة المهندسين المعماريين ومخططي المدن على إنشاء خيارات تصميم مختلفة واختبارها بسرعة.

الشكل 1. مثال على تصميم مستدام أُنشئ باستخدام Spacemaker.

دمج الرؤية الحاسوبية مع نمذجة معلومات المباني (BIM)#

يستكشف الباحثون كيفية عمل الرؤية الحاسوبية بالتكامل مع نمذجة معلومات المباني لجعل المشاريع المعمارية أكثر دقة وكفاءة. وBIM هو نموذج رقمي يمثل الخصائص المادية والوظيفية للمبنى. ويتيح للمهندسين المعماريين والمهندسين والمقاولين التعاون في وضع خطة مفصلة، كما يعمل موردًا مركزيًا يضم كل شيء بدءًا من هيكل المبنى ووصولًا إلى أنظمته.

الشكل 2. مهندسون معماريون في نقاش حول نمذجة معلومات المباني.

عند إضافة الرؤية الحاسوبية إلى BIM، تلتقط الكاميرات وأجهزة الاستشعار صورًا مفصلة وعمليات مسح ثلاثية الأبعاد لمواقع البناء. ثم تُقارن هذه المرئيات في الوقت الفعلي بنموذج BIM لرصد أي اختلافات بين التصميم المخطط والبناء الفعلي، مثل الجدران غير المتراصفة أو الهياكل الموضوعة في غير مواضعها. ويمكن للرؤى المستخلصة من هذا التحليل أن تساعد في إجراء إصلاحات سريعة والحفاظ على سير المشروع وفق الخطة.

في الماضي، كان اكتشاف هذه المشكلات يعتمد على عمليات تفتيش يدوية بطيئة ومعرضة للأخطاء. أما باستخدام الرؤية الحاسوبية، فيمكن للمهندسين المعماريين ومديري المشاريع الحصول على تنبيهات فورية عند عدم تطابق شيء ما مع نموذج BIM. ويمكن إيقاف المشكلات الصغيرة قبل أن تصبح أكبر وأكثر تكلفة. كما أن الجمع بين الرؤية الحاسوبية وBIM يسهل على جميع الأطراف المعنية العمل معًا. وعند وضع علامات على المشكلات في نموذج BIM، يستطيع المهندسون المعماريون والمهندسون والمقاولون والعملاء مراجعتها بسرعة وإيجاد حلول لها.

تطبيقات الذكاء الاصطناعي الفريدة في الهندسة المعمارية#

يقدم الذكاء الاصطناعي أيضًا بعض التطبيقات الفريدة في مجال الهندسة المعمارية. فلنلقِ نظرة سريعة على بعض منها:

• كفاءة الطاقة: يمكن للذكاء الاصطناعي تحليل كيفية استخدام الطاقة في المباني والمساعدة في تحسين التصاميم لتقليل الاستهلاك وتعزيز الاستدامة. ومن خلال التوصية بمواد وتعديلات تصميمية موفرة للطاقة، يسهم الذكاء الاصطناعي في إنشاء مبانٍ أكثر مراعاةً للبيئة وفعاليةً من حيث التكلفة على المدى الطويل.
• الامتثال لمتطلبات السلامة: يمكن للأنظمة المؤتمتة فحص التصاميم مقابل قوانين البناء ولوائح السلامة، بما يضمن الامتثال دون الحاجة إلى مراجعات يدوية. وهذا لا يوفر الوقت فحسب، بل يقلل أيضًا من احتمال وقوع الأخطاء، ويضمن استيفاء المباني لجميع معايير السلامة اللازمة.
• إعادة الاستخدام التكيفي: يمكن للذكاء الاصطناعي مساعدة المهندسين المعماريين على إعادة توظيف المباني القائمة، من خلال تحليل سلامتها الإنشائية واقتراح تعديلات تلبي الاحتياجات الجديدة. ويجعل الذكاء الاصطناعي من الممكن تحويل الهياكل القديمة إلى مساحات عصرية وعملية، مع الحفاظ على قيمتها التاريخية أو الثقافية.

مشاريع الهندسة المعمارية الحديثة المصممة باستخدام الذكاء الاصطناعي#

قد يبدو أن مشاريع الهندسة المعمارية المدعومة بالذكاء الاصطناعي تنتمي إلى المستقبل، إلا أن الواقع هو أن المشاريع المصممة بالذكاء الاصطناعي قيد التنفيذ بالفعل، بل إن بعضها اكتمل. فلنلقِ نظرة على بعض هذه المشاريع الرائدة.

مركز حيدر علييف#

صممت زها حديد مركز حيدر علييف في باكو، أذربيجان، واكتمل في عام 2012. ويُظهر المركز كيف تعمل أدوات التصميم التوليدي والذكاء الاصطناعي على تغيير الهندسة المعمارية. ويختلف الشكل السلس والمنحني للمبنى عن الخطوط المستقيمة التقليدية. ويعكس التصميم روح أذربيجان العصرية والمتطلعة إلى المستقبل. وقد أدت أدوات التصميم التوليدي المبكرة من Autodesk وRhino دورًا رئيسيًا في إنشاء هذه الهندسة المعمارية المعقدة.

الشكل 3. مركز حيدر علييف.

شركة Daiwa House Industry اليابانية#

أدت المدن اليابانية المكتظة إلى زيادة الطلب على تصاميم المنازل المبتكرة والفعالة من حيث استغلال المساحة. وأصبح التصميم التوليدي المدعوم بالذكاء الاصطناعي أداةً أساسية لشركات مثل Daiwa House Industry لتلبية هذه الحاجة. ومن خلال تحديد معلمات تصميم محددة، يستطيع التصميم التوليدي إنتاج مجموعة متنوعة من مخططات المنازل بسرعة، بحيث يُحسَّن كل منها للمساحات الحضرية الصغيرة. وعلى خلاف الأساليب التقليدية، التي قد تكون بطيئة وأقل قابلية للتكيف، يتسم التصميم التوليدي بسرعة أكبر ومرونة أعلى. ويعيد الذكاء الاصطناعي التوليدي تعريف طريقة تصميم المنازل وبنائها في المناطق اليابانية ذات الكثافة السكانية العالية.

الشكل 4. تصميم مساكن حضرية من Daiwa House Industry (المصدر: autodesk.com).

مكتب Autodesk في تورونتو#

يُعد مكتب Autodesk في تورونتو مثالًا رائعًا على كيفية استخدام الذكاء الاصطناعي في التصاميم المعمارية المبتكرة. وباستخدام أداة التصميم التوليدي الخاصة بها، Project Discover، تمكنت الشركة من إنشاء عدد لا يحصى من خيارات تخطيط المكاتب استنادًا إلى تفضيلات موظفيها. ومن خلال الجمع بين الأفكار البشرية والذكاء الاصطناعي، تمكنت Autodesk من تصميم مساحة عمل مثالية دون أخطاء التصميم المعتادة.

الشكل 5. مركز Autodesk للتكنولوجيا في تورونتو.

تصاميم متاجر Stamhuis المبتكرة#

لجأت Stamhuis، وهي شركة هولندية متخصصة في إنشاء متاجر التجزئة وتجديدها، إلى التصميم التوليدي لتسريع عملية التصميم وتحسينها. في الماضي، كانت تحتاج إلى عدة ساعات لتصميم مخطط متجر بيع بالتجزئة. أما الآن، فأصبحت قادرة، باستخدام أدوات الذكاء الاصطناعي التوليدي، على إنشاء 40 خيار تصميم مُحسّنًا في 15 دقيقة فقط. وفي الوقت نفسه، يتيح ذلك لمصمميها التركيز على مهام أكثر أهمية، مثل بناء علاقات العملاء والتخطيط لأعمال البناء.

الشكل 6. تصميم متجر Stamhuis أُنشئ باستخدام الذكاء الاصطناعي (المصدر: autodesk.com)

هل سيحل الذكاء الاصطناعي محل المهندسين المعماريين؟#

تهدف ابتكارات الذكاء الاصطناعي في الهندسة المعمارية إلى دعم المهندسين المعماريين، لا إلى استبدالهم. وعلى الرغم من أن الذكاء الاصطناعي يحقق فوائد كثيرة للهندسة المعمارية، فمن المهم ملاحظة أن الإبداع والحكم البشريين يظلان ضروريين. ومن خلال الجمع بين الإبداع البشري وقدرات الذكاء الاصطناعي في تحليل البيانات والأتمتة، يستطيع المهندسون المعماريون إنشاء تصاميم مبانٍ أفضل. وتُظهر الدراسات زيادة بنسبة 30% في الإنتاجية بفضل الذكاء الاصطناعي. ويمكن للذكاء الاصطناعي تولي معظم المهام المملة، مما يتيح للمهندسين المعماريين التركيز على الجوانب الممتعة والاستراتيجية من عملهم.

التحديات المرتبطة بالذكاء الاصطناعي في الهندسة المعمارية#

من نتائج تزايد شعبية أدوات الذكاء الاصطناعي في الهندسة المعمارية حاجة المهندسين المعماريين إلى تطوير مهاراتهم وتعلم كيفية عمل هذه الابتكارات. ويساعد فهم كيفية عمل الذكاء الاصطناعي والبيانات على استخدام أدوات الذكاء الاصطناعي بنجاح. وللأسف، يمثل ذلك تحديًا كبيرًا، إذ يفتقر العديد من المهندسين المعماريين إلى التدريب اللازم. ووفقًا للاستطلاعات، لا يحصل 60% من المهندسين المعماريين على أي تدريب رسمي في الذكاء الاصطناعي. ويُعد سد هذه الفجوة أمرًا أساسيًا ليظل المهندسون المعماريون قادرين على المنافسة وينشئوا تصاميم حديثة ومبتكرة.

الشكل 7. إحصاءات حول تدريب المهندسين المعماريين على الذكاء الاصطناعي.

يتمثل تحدٍ آخر في ارتفاع التكاليف المصاحبة لتطبيق الذكاء الاصطناعي، بما في ذلك نفقات البرمجيات والأجهزة والتدريب. وقد تكون هذه الاستثمارات الأولية صعبة على شركات الهندسة المعمارية الأصغر ذات الميزانيات المحدودة. كما توجد تكاليف مستمرة للصيانة والترقيات، مما يزيد العبء المالي. ولدمج الذكاء الاصطناعي بنجاح، تحتاج الشركات إلى إدارة هذه التكاليف بعناية. ومن خلال التخطيط الجيد، يمكن للشركات التأكد من أن فوائد الذكاء الاصطناعي تستحق النفقات الأولية.

بناء مستقبل أفضل بالذكاء الاصطناعي والهندسة المعمارية#

الذكاء الاصطناعي أداة قوية للمهندسين المعماريين. إذ يمكنه توفير معلومات في الوقت الفعلي للمساعدة في إدارة المشاريع ضمن الوقت والميزانية المحددين. كما يمكنه المساعدة في إنجاز المهام المستهلكة للوقت، مثل رسومات التصميم، والفحوصات الإنشائية، وتقديرات التكلفة، مما يتيح للمهندسين المعماريين التركيز على الأفكار الإبداعية. ويمكن للمهندسين المعماريين الذين يتبنون الذكاء الاصطناعي ويستكشفون ميزاته وأدواته العديدة أن يظلوا في طليعة المجال ويقودوا مستقبل الهندسة المعمارية.

هل تريد معرفة المزيد؟ استكشف مستودعنا على GitHub للاطلاع على إسهاماتنا في الذكاء الاصطناعي. واكتشف كيف نعيد تعريف صناعات مثل التصنيع والرعاية الصحية باستخدام أحدث تقنيات الذكاء الاصطناعي.