الذكاء الاصطناعي في الهندسة المعمارية: إعادة تعريف طريقة بناء المدن

ما كانت 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 السوق العالمي للخدمات المعمارية جزءاً أساسياً من الاقتصاد، ومن المتوقع أن تبلغ قيمته نحو 622 مليار دولار بحلول عام 2035.

يعمل المهندسون المعماريون باستمرار على معالجة تحديات مثل الحد من الهدر وخفض البصمة الكربونية والتخطيط لتصميمات فعالة. ويمكن لأدوات الذكاء الاصطناعي (AI) التدخل والمساعدة في حل كثير من هذه التحديات في الهندسة المعمارية. إذ يمكن للذكاء الاصطناعي المساعدة في تحسين التصميم والتحليل الإنشائي، وتحسين إدارة المشروعات والتصور. في هذا المقال، سنستكشف كيفية استخدام الذكاء الاصطناعي في الهندسة المعمارية.

كيف يُستخدم الذكاء الاصطناعي في الهندسة المعمارية؟#

يجعل الذكاء الاصطناعي في الهندسة المعمارية التصميم أكثر ذكاءً، ويرفع كفاءة الطاقة، ويساعد على إنشاء مبانٍ أكثر مراعاةً للبيئة. ويجري بالفعل تطبيق هذه التطورات في مشروعات واقعية.

تقليل النفايات 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 الحد من نفايات البناء وانبعاثات الكربون. ويمكن للذكاء الاصطناعي أن يؤدي دورًا أساسيًا في مواجهة هذا التحدي باستخدام خوارزميات متقدمة وتحليلات البيانات لتحسين كل مرحلة من مراحل عملية البناء.

فعلى سبيل المثال، يمكن لتقنيات الذكاء الاصطناعي مثل التعلم الآلي تحليل مجموعات بيانات كبيرة عن أداء المواد ولوجستيات سلسلة التوريد والأثر البيئي، للتوصية بأكثر المواد وطرق البناء استدامةً. ويمكن لنماذج التعلم الآلي التنبؤ بالهدر المحتمل استنادًا إلى خيارات التصميم، ما يتيح للمهندسين المعماريين إجراء التعديلات مبكرًا لتقليل الهدر.

يمكن أن يذهب الذكاء الاصطناعي التوليدي إلى أبعد من ذلك، من خلال إنشاء خيارات تصميم متعددة تلقائيًا تركز على الاستدامة. فمن خلال تحديد معايير مثل كفاءة المواد والسلامة الإنشائية واستهلاك الطاقة، يمكن استخدام الذكاء الاصطناعي التوليدي لإنشاء مجموعة متنوعة من التصميمات التي تحقق الأهداف البيئية والجمالية معًا. ويمكن للمهندسين المعماريين عندئذ اختيار التصميم الذي يجمع على أفضل وجه بين الإبداع والاستدامة. 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 البناء (BIM)#

يستكشف الباحثون كيفية دمج الرؤية الحاسوبية مع نمذجة معلومات البناء لجعل المشاريع المعمارية أكثر دقة وكفاءة. ونمذجة معلومات البناء (BIM) نموذج رقمي يمثّل السمات المادية والوظيفية للمبنى. وهي تتيح للمهندسين المعماريين والمهندسين والمقاولين التعاون على خطة مفصلة، وتُعد موردًا مركزيًا يشمل كل شيء، من هيكل المبنى إلى أنظمته.

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

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

في الماضي، كان اكتشاف هذه المشكلات يعتمد على عمليات تفتيش يدوية بطيئة ومعرضة للأخطاء. أما باستخدام الرؤية الحاسوبية، فيستطيع المهندسون المعماريون ومديرو المشاريع تلقي تنبيهات فورية عند عدم تطابق شيء ما مع نموذج BIM. ويمكن معالجة المشكلات الصغيرة قبل أن تتفاقم وتصبح أكثر تكلفة. كما أن الجمع بين الرؤية الحاسوبية وBIM يسهّل التعاون بين جميع الأطراف المعنية. فعندما تُسجّل المشكلات في نموذج BIM، يستطيع المهندسون المعماريون والمهندسون والمقاولون والعملاء مراجعتها سريعًا وإيجاد الحلول.

تطبيقات فريدة للذكاء الاصطناعي في الهندسة المعمارية#

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

• كفاءة الطاقة: يستطيع الذكاء الاصطناعي تحليل كيفية استخدام الطاقة في المباني والمساعدة على تحسين التصاميم لتقليل الاستهلاك وتعزيز الاستدامة. ومن خلال التوصية بمواد موفرة للطاقة وتعديلات على التصاميم، يسهم الذكاء الاصطناعي في إنشاء مبانٍ أكثر مراعاةً للبيئة وأقل تكلفة على المدى الطويل.
• الامتثال لمتطلبات السلامة: تستطيع الأنظمة المؤتمتة التحقق من توافق التصاميم مع قوانين البناء ولوائح السلامة، وضمان الامتثال دون الحاجة إلى مراجعات يدوية. وهذا لا يوفر الوقت فحسب، بل يقلل أيضًا من احتمال وقوع الأخطاء، ويضمن استيفاء المباني جميع معايير السلامة اللازمة.
• إعادة الاستخدام التكيفي: يستطيع الذكاء الاصطناعي مساعدة المهندسين المعماريين على إعادة توظيف المباني القائمة من خلال تحليل سلامتها الإنشائية واقتراح تعديلات تلبي الاحتياجات الجديدة. ويتيح الذكاء الاصطناعي تحويل المباني القديمة إلى مساحات عصرية وعملية مع الحفاظ على قيمتها التاريخية أو الثقافية.

مشاريع معمارية حديثة صُممت باستخدام الذكاء الاصطناعي#

قد تبدو مشروعات الهندسة المعمارية المدعومة بالذكاء الاصطناعي وكأنها من المستقبل، لكن الواقع أن مشروعات صممها الذكاء الاصطناعي قيد التنفيذ بالفعل، بل إن بعضها قد اكتمل. دعونا نلقِ نظرة على بعض هذه المشروعات البارزة.

مركز حيدر علييف#

صممت زها حديد مركز حيدر علييف في باكو، أذربيجان، واكتمل بناؤه عام 2012. ويوضح المركز كيف يغير التصميم التوليدي وأدوات الذكاء الاصطناعي مجال الهندسة المعمارية. فشكل المبنى المنحني والانسيابي يختلف عن الخطوط المستقيمة التقليدية. ويعكس التصميم روح أذربيجان العصرية والمتطلعة إلى المستقبل. وقد أدت أدوات التصميم التوليدي المبكرة من Autodesk وRhino دورًا أساسيًا في إنشاء هذه العمارة المعقدة.

الشكل 3. مركز حيدر علييف.

شركة Daiwa House Industry اليابانية#

أدى ازدحام المدن اليابانية إلى زيادة الطلب على تصاميم منازل مبتكرة وموفرة للمساحة. وأصبح التصميم التوليدي المدعوم بالذكاء الاصطناعي أداة أساسية لشركات مثل Daiwa House Industry لتلبية هذه الحاجة. فمن خلال تحديد معايير تصميم معينة، يستطيع التصميم التوليدي إنتاج مجموعة متنوعة من مخططات المنازل بسرعة، بحيث يُحسّن كل منها لاستغلال المساحات الحضرية الصغيرة. وعلى عكس الأساليب التقليدية التي قد تكون بطيئة وأقل قابلية للتكيف، يتميز التصميم التوليدي بالسرعة والمرونة. ويعيد الذكاء الاصطناعي التوليدي تشكيل طريقة تصميم المنازل وبنائها في المناطق اليابانية المكتظة بالسكان.

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 تصميمات معمارية مبتكرة. وباستخدام أداة التصميم التوليدي الخاصة بها، Project Discover، تمكنت الشركة من إنشاء آلاف الخيارات لتصميم المكاتب استنادًا إلى تفضيلات موظفيها. ومن خلال الجمع بين الأفكار البشرية والذكاء الاصطناعي، تمكنت Autodesk من تصميم مساحة عمل تلائم طريقة عمل فرقها على نحو أفضل.

الشكل 5. مركز Autodesk التقني في تورونتو.

تصاميم متاجر Stamhuis المبتكرة#

لجأت Stamhuis، وهي شركة هولندية متخصصة في إنشاء متاجر البيع بالتجزئة وتجديدها، إلى التصميم التوليدي لتسريع عملية التصميم وتحسينها. في السابق، كانت عملية تصميم مخطط متجر للبيع بالتجزئة تستغرق منها عدة ساعات. أما الآن، وباستخدام أدوات الذكاء الاصطناعي التوليدي، فيمكنها إنشاء 40 خيارًا تصميميًا محسّنًا في 15 دقيقة فقط. وفي الوقت نفسه، يتيح ذلك لمصمميها التركيز على مهام أكثر أهمية، مثل بناء العلاقات مع العملاء والتخطيط للبناء.

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 استبدالهم. وعلى الرغم من الفوائد الكثيرة التي يقدمها الذكاء الاصطناعي لهذا المجال، فمن المهم الإشارة إلى أن الإبداع والحكم البشريين يظلان أساسيين. ومن خلال الجمع بين الإبداع البشري وقدرات الذكاء الاصطناعي على تحليل البيانات والأتمتة، يستطيع المهندسون المعماريون ابتكار تصاميم مبانٍ أفضل. وتشير الدراسات إلى زيادة في الإنتاجية بنسبة 30% 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#

ومن نتائج تزايد شعبية أدوات الذكاء الاصطناعي في الهندسة المعمارية حاجة المهندسين المعماريين إلى تطوير مهاراتهم وتعلم آلية عمل هذه الابتكارات. ويساعدهم فهم الذكاء الاصطناعي والبيانات على استخدام أدوات الذكاء الاصطناعي بنجاح. ولسوء الحظ، يشكل ذلك تحديًا كبيرًا، إذ يفتقر كثير من المهندسين المعماريين إلى التدريب اللازم. ووفقًا للاستطلاعات، لا يحصل 60% من المهندسين المعماريين على أي تدريب رسمي في مجال الذكاء الاصطناعي. ويُعد سد هذه الفجوة أساسيًا لتمكين المهندسين المعماريين من الحفاظ على قدرتهم التنافسية وإنشاء تصميمات حديثة ومبتكرة.

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

ومن التحديات الأخرى ارتفاع تكاليف تطبيق الذكاء الاصطناعي، بما في ذلك نفقات البرمجيات والأجهزة والتدريب. وقد يصعب على شركات الهندسة المعمارية الصغيرة ذات الميزانيات المحدودة تحمّل هذه الاستثمارات الأولية. كما توجد تكاليف مستمرة للصيانة والترقيات، مما يزيد العبء المالي. ولدمج الذكاء الاصطناعي بنجاح، تحتاج الشركات إلى إدارة هذه التكاليف بعناية. وبالتخطيط الجيد، يمكن للشركات ضمان أن فوائد الذكاء الاصطناعي تستحق النفقات الأولية.

بناء مستقبل أفضل بالذكاء الاصطناعي والهندسة المعمارية#

الذكاء الاصطناعي أداة قوية للمهندسين المعماريين. إذ يمكنه توفير معلومات آنية للمساعدة في إدارة المشروعات ضمن الوقت والميزانية المحددين. ويمكنه أيضًا المساعدة في إنجاز المهام المستهلكة للوقت، مثل رسومات التصميم والفحوص الإنشائية وتقديرات التكلفة، ما يتيح للمهندسين المعماريين التركيز على الأفكار الإبداعية. ويمكن للمهندسين المعماريين الذين يتبنون الذكاء الاصطناعي ويستكشفون ميزاته وأدواته الكثيرة مواكبة التطورات وقيادة مستقبل الهندسة المعمارية.

هل تريد معرفة المزيد؟ استكشف مستودعنا على GitHub للاطلاع على إسهاماتنا في الذكاء الاصطناعي. واكتشف كيف نطبق الذكاء الاصطناعي في قطاعات مثل التصنيع والرعاية الصحية.