ИИ в архитектуре: новый подход к строительству городов

Такие достопримечательности и исторические здания, как Эйфелева башня в Париже и Пентагон в США, не появились бы без архитектуры и талантливых архитекторов. Архитектура не только обеспечивает мир важной инфраструктурой: мировой рынок архитектурных услуг — важная часть экономики, и, по прогнозам, к 2035 году его объем достигнет примерно 622 миллиардов долларов.

Архитекторы постоянно ищут способы сократить отходы и углеродный след, а также планировать эффективные проекты. Инструменты искусственного интеллекта (AI) могут помочь решить многие из этих задач в архитектуре. AI помогает оптимизировать проекты и анализировать конструкции, а также улучшать управление проектами и визуализацию. В этой статье мы рассмотрим, как применять AI в архитектуре.

Как ИИ применяют в архитектуре?#

AI в архитектуре помогает создавать более продуманные проекты, повышать энергоэффективность и строить более экологичные здания. Эти достижения уже применяются в реальных проектах.

Сокращение отходов и уменьшение углеродного следа#

В 2018 году строительная деятельность и работы по сносу в США привели к образованию 600 миллионов тонн строительного мусора. Одна из распространённых проблем в архитектуре — сокращение строительных отходов и выбросов углерода. ИИ может сыграть важную роль в решении этой задачи, используя продвинутые алгоритмы и аналитику данных для оптимизации каждого этапа строительства.

Например, методы AI, такие как машинное обучение, анализируют большие массивы данных о свойствах материалов, логистике цепочек поставок и воздействии на окружающую среду, чтобы рекомендовать наиболее экологичные материалы и методы строительства. Модели машинного обучения могут прогнозировать потенциальный объем отходов с учетом проектных решений, позволяя архитекторам заранее вносить изменения и сокращать отходы.

Генеративный AI может пойти еще дальше и автоматически создавать множество вариантов проекта, ориентированных на устойчивое развитие. Задав такие параметры, как эффективность использования материалов, прочность конструкции и энергопотребление, можно использовать генеративный AI для создания проектов, отвечающих экологическим и эстетическим требованиям. Затем архитекторы могут выбрать вариант, который лучше всего сочетает творческий подход и устойчивость. Spacemaker — пример инструмента, который использует генеративный AI, чтобы помочь архитекторам и градостроителям быстро создавать и проверять разные варианты проекта.

Рис. 1. Пример экологичного проекта, созданного с помощью Spacemaker.

Интеграция компьютерного зрения с информационным моделированием зданий (BIM)#

Исследователи изучают, как компьютерное зрение можно сочетать с информационным моделированием зданий, чтобы повысить точность и эффективность архитектурных проектов. BIM — это цифровая модель, отображающая физические и функциональные характеристики здания. Она позволяет архитекторам, инженерам и подрядчикам совместно работать над детальным планом и служит централизованным ресурсом, охватывающим всё — от конструкции здания до его инженерных систем.

Рис. 2. Архитекторы обсуждают информационное моделирование зданий.

При интеграции компьютерного зрения с BIM камеры и датчики снимают подробные изображения и создают 3D-сканы строительных площадок. Затем эти визуальные данные в реальном времени сравнивают с моделью BIM, чтобы выявить различия между запланированным проектом и фактическим строительством, например неправильно расположенные стены или конструкции. Результаты такого анализа помогают быстро устранить проблемы и не допустить отклонения проекта от плана.

Раньше для выявления таких проблем требовались ручные проверки, которые отнимали много времени и часто приводили к ошибкам. Благодаря компьютерному зрению архитекторы и руководители проектов могут мгновенно получать уведомления, если что-то не соответствует модели BIM. Небольшие проблемы можно устранить до того, как они перерастут в более серьёзные и дорогостоящие. Сочетание компьютерного зрения с BIM также упрощает совместную работу всех участников проекта. Когда проблемы отмечены в модели BIM, архитекторы, инженеры, подрядчики и клиенты могут быстро их изучить и найти решение.

Уникальные применения ИИ в архитектуре#

ИИ открывает и другие уникальные возможности для архитектуры. Давай кратко рассмотрим некоторые из них:

• Энергоэффективность: ИИ может анализировать, как в зданиях используется энергия, и помогать оптимизировать проекты, чтобы сократить энергопотребление и повысить устойчивость. Рекомендуя энергоэффективные материалы и изменения в проекте, ИИ способствует созданию более экологичных и экономичных в долгосрочной перспективе зданий.
• Соответствие требованиям безопасности: Автоматизированные системы могут проверять проекты на соответствие строительным нормам и правилам безопасности без необходимости ручной проверки. Это не только экономит время, но и снижает вероятность ошибок, помогая убедиться, что здания отвечают всем необходимым требованиям безопасности.
• Адаптивное повторное использование: ИИ может помогать архитекторам приспосабливать существующие здания для новых целей, анализируя прочность конструкций и предлагая необходимые изменения. Благодаря ИИ старые здания можно превращать в современные функциональные пространства, сохраняя их историческую или культурную ценность.

Современные архитектурные проекты, созданные с помощью ИИ#

Может показаться, что архитектурные проекты с использованием AI — дело будущего, но на самом деле такие проекты уже реализуются и даже завершены. Рассмотрим несколько примечательных примеров.

Культурный центр Гейдара Алиева#

Культурный центр Гейдара Алиева в Баку, Азербайджан, спроектировала Заха Хадид; строительство завершилось в 2012 году. Этот проект показывает, как генеративное проектирование и инструменты ИИ меняют архитектуру. Плавные изогнутые формы здания не похожи на традиционные прямые линии. Проект отражает современный и прогрессивный дух Азербайджана. Ранние инструменты генеративного проектирования от Autodesk и Rhino сыграли ключевую роль в создании этой сложной архитектуры.

Рис. 3. Культурный центр Гейдара Алиева.

Японская компания Daiwa House Industry#

Из-за высокой плотности населения в городах Японии вырос спрос на инновационные и компактные проекты жилья. Генеративное проектирование на базе ИИ становится важным инструментом для таких компаний, как Daiwa House Industry, помогая им удовлетворять этот спрос. Если задать конкретные параметры проекта, генеративное проектирование быстро создаст множество вариантов домов, каждый из которых будет оптимизирован для небольших городских участков. В отличие от традиционных методов, которые могут быть медленными и менее гибкими, генеративное проектирование работает быстрее и адаптируется легче. Генеративный ИИ меняет подход к проектированию и строительству домов в густонаселённых районах Японии.

Рис. 4. Проект городского жилья от Daiwa House Industry (источник: autodesk.com).

Офис Autodesk в Торонто#

Офис Autodesk в Торонто — отличный пример применения AI для создания инновационных архитектурных решений. Используя собственный инструмент генеративного проектирования Project Discover, компания смогла создать тысячи вариантов офисной планировки с учетом предпочтений сотрудников. Объединив человеческие идеи с AI, Autodesk спроектировала рабочее пространство, которое лучше соответствует тому, как работают ее команды.

Рис. 5. Технологический центр Autodesk в Торонто.

Инновационные проекты магазинов Stamhuis#

Stamhuis, нидерландская компания, специализирующаяся на строительстве и реконструкции торговых помещений, использует генеративное проектирование, чтобы ускорить и улучшить процесс создания проектов. Раньше планировка розничного магазина занимала у компании несколько часов. Теперь инструменты генеративного AI позволяют создать 40 оптимизированных вариантов всего за 15 минут. При этом дизайнеры могут сосредоточиться на более важных задачах — например, выстраивать отношения с клиентами и планировать строительство.

Рис. 6. Проект магазина Stamhuis, созданный с помощью AI (источник: autodesk.com)

Заменит ли ИИ архитекторов?#

Инновации в области ИИ в архитектуре призваны помогать архитекторам, а не заменять их. Хотя ИИ приносит архитектуре немало преимуществ, важно помнить, что человеческая креативность и способность принимать решения остаются незаменимыми. Сочетая человеческую креативность с возможностями ИИ в анализе данных и автоматизации, архитекторы могут создавать более качественные проекты зданий. Исследования показывают, что благодаря ИИ производительность повышается на 30%. ИИ может взять на себя большинство утомительных задач, а архитекторы — сосредоточиться на интересных и стратегически важных аспектах своей работы.

Проблемы, связанные с применением ИИ в архитектуре#

По мере распространения инструментов AI архитекторам приходится осваивать новые навыки и разбираться в принципах работы этих инноваций. Понимание того, как работают AI и данные, помогает эффективно использовать инструменты AI. К сожалению, это серьезная проблема: многим архитекторам не хватает необходимой подготовки. Согласно опросам, 60% архитекторов не проходили формального обучения AI. Устранить этот пробел важно, чтобы архитекторы оставались конкурентоспособными и создавали современные инновационные проекты.

Рис. 7. Статистика обучения архитекторов в области ИИ.

Ещё одна проблема — высокие затраты на внедрение ИИ, включая расходы на программное и аппаратное обеспечение, а также обучение. Небольшим архитектурным бюро с ограниченным бюджетом может быть сложно покрыть эти первоначальные расходы. Кроме того, обслуживание и обновление систем влекут постоянные затраты, усиливая финансовую нагрузку. Чтобы успешно внедрить ИИ, бюро должны тщательно контролировать расходы. При грамотном планировании они смогут убедиться, что преимущества ИИ оправдывают первоначальные вложения.

Создаём лучшее будущее с помощью ИИ и архитектуры#

AI — мощный инструмент для архитекторов. Он предоставляет информацию в реальном времени, помогая выполнять проекты в срок и в рамках бюджета. AI также помогает справляться с трудоемкими задачами, например подготовкой чертежей, проверкой конструкций и расчетом стоимости, освобождая время для творческой работы. Архитекторы, которые внедряют AI и изучают его возможности и инструменты, могут опережать конкурентов и определять будущее архитектуры.

Хочешь узнать больше? Загляни в наш репозиторий на GitHub, чтобы ознакомиться с нашим вкладом в развитие AI. Узнай, как мы применяем AI в таких отраслях, как производство и здравоохранение.