ИИ в архитектуре: переосмысление подхода к строительству городов

Такие достопримечательности и исторические здания, как Эйфелева башня в Париже и Пентагон в США, не существовали бы без архитектуры и стоящих за ней талантливых архитекторов. Помимо создания важной инфраструктуры для нашего мира, мировой рынок архитектурных услуг является неотъемлемой частью экономики и, по прогнозам, к 2032 году достигнет примерно 550 миллионов долларов.

Архитекторы постоянно работают над решением таких задач, как сокращение отходов, уменьшение углеродного следа и планирование эффективных конструкций. Инструменты искусственного интеллекта (AI) могут помочь решить многие из этих задач в архитектуре. AI способен содействовать оптимизации проектирования, анализу конструкций, а также улучшать управление проектами и визуализацию. В этой статье мы узнаем, как AI можно использовать в архитектуре.

Как AI используется в архитектуре?#

AI в архитектуре меняет правила игры: делает проектирование более интеллектуальным, повышает энергоэффективность и помогает создавать более экологичные здания. Удивительно, как эти достижения применяются в реальных проектах. Давай разберёмся, как всё это происходит.

Сокращение отходов и уменьшение углеродного следа#

В 2018 году в результате строительных и демонтажных работ в США образовалось 600 миллионов тонн отходов. Одна из распространённых проблем в архитектуре — сокращение строительных отходов и выбросов углерода. AI может сыграть важную роль в решении этой задачи, используя передовые алгоритмы и аналитику данных для оптимизации каждого этапа строительного процесса.

Например, методы AI, такие как машинное обучение, могут анализировать большие наборы данных о характеристиках материалов, логистике цепочек поставок и воздействии на окружающую среду, чтобы рекомендовать наиболее экологичные материалы и методы строительства. Модели машинного обучения могут прогнозировать потенциальные отходы на основе проектных решений, позволяя архитекторам вносить изменения на ранних этапах и минимизировать отходы.

Генеративный AI может развить эту идею, автоматически создавая несколько вариантов дизайна, ориентированных на устойчивое развитие. Задавая такие параметры, как эффективность использования материалов, конструкционная прочность и энергопотребление, генеративный AI позволяет создавать разнообразные проекты, соответствующие экологическим целям и сохраняющие привлекательный внешний вид. Затем архитекторы могут выбрать проект, наилучшим образом сочетающий творческий подход и устойчивость. Spacemaker — пример инструмента, который использует генеративный AI, чтобы помогать архитекторам и градостроителям быстро создавать и тестировать различные варианты дизайна.

Рис. 1. Пример устойчивого дизайна, созданного с помощью Spacemaker.

Интеграция компьютерного зрения с информационным моделированием зданий (BIM)#

Исследователи изучают, как компьютерное зрение может работать совместно с информационным моделированием зданий, чтобы сделать архитектурные проекты более точными и эффективными. BIM — это цифровая модель, отражающая физические и функциональные характеристики здания. Она позволяет архитекторам, инженерам и подрядчикам совместно работать над детальным планом и служит единым источником информации, включающим всё — от конструкции здания до его инженерных систем.

Рис. 2. Архитекторы обсуждают информационное моделирование зданий.

При добавлении компьютерного зрения в BIM камеры и датчики получают подробные изображения и 3D-сканы строительных площадок. Затем эти визуальные данные в реальном времени сравниваются с BIM-моделью, чтобы выявить различия между запланированным проектом и фактическим строительством, например неправильно выровненные стены или неверно размещённые конструкции. Результаты этого анализа помогают быстро устранять проблемы и не отклоняться от графика проекта.

Раньше выявление таких проблем зависело от ручных проверок, которые занимали много времени и часто приводили к ошибкам. Благодаря компьютерному зрению архитекторы и менеджеры проектов могут получать мгновенные уведомления о несоответствиях BIM-модели. Небольшие проблемы можно устранить до того, как они станут более серьёзными и дорогостоящими. Сочетание компьютерного зрения и BIM также упрощает взаимодействие всех участников. Когда в BIM-модели отмечаются проблемы, архитекторы, инженеры, подрядчики и заказчики могут быстро изучить их и найти решения.

Уникальные применения AI в архитектуре#

AI также предлагает архитектуре ряд уникальных применений. Давай кратко рассмотрим некоторые из них:

• Энергоэффективность: AI может анализировать использование энергии в зданиях и помогать оптимизировать проекты для снижения потребления и повышения устойчивости. Рекомендуя энергоэффективные материалы и изменения в проекте, AI способствует созданию более экологичных и экономичных зданий в долгосрочной перспективе.
• Соответствие требованиям безопасности: автоматизированные системы могут проверять проекты на соответствие строительным нормам и правилам безопасности, обеспечивая соблюдение требований без ручной проверки. Это не только экономит время, но и снижает вероятность ошибок, помогая убедиться, что здания соответствуют всем необходимым стандартам безопасности.
• Адаптивное повторное использование: AI может помогать архитекторам перепрофилировать существующие здания, анализируя их конструкционную прочность и предлагая изменения для удовлетворения новых потребностей. AI позволяет превращать старые сооружения в современные функциональные пространства, сохраняя их историческую или культурную ценность.

Современные архитектурные проекты, созданные с помощью AI#

Хотя может показаться, что архитектурные проекты с поддержкой AI — это дело будущего, на самом деле проекты, разработанные с помощью AI, уже реализуются и даже завершены. Давай рассмотрим несколько таких инновационных проектов.

Центр Гейдара Алиева#

Центр Гейдара Алиева в Баку, Азербайджан, спроектирован Захой Хадид и завершён в 2012 году. Он демонстрирует, как генеративное проектирование и инструменты AI меняют архитектуру. Плавная изогнутая форма здания не похожа на традиционные прямые линии. Дизайн отражает современный и прогрессивный дух Азербайджана. Первые инструменты генеративного проектирования от Autodesk и Rhino сыграли ключевую роль в создании этой сложной архитектуры.

Рис. 3. Центр Гейдара Алиева.

Японская компания Daiwa House Industry#

Перенаселённые города Японии создали спрос на инновационные и компактные проекты домов. Генеративное проектирование на основе AI становится важным инструментом для таких компаний, как Daiwa House Industry, помогая удовлетворить эту потребность. Задавая конкретные параметры проекта, генеративное проектирование быстро создаёт разнообразные планы домов, каждый из которых оптимизирован для небольших городских пространств. В отличие от традиционных методов, которые могут быть медленными и менее гибкими, генеративное проектирование работает быстрее и предоставляет больше возможностей для адаптации. Генеративный AI переосмысливает 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 использования AI для создания инновационных архитектурных проектов. С помощью собственного инструмента генеративного проектирования Project Discover компания смогла создать бесчисленное множество вариантов планировки офиса на основе предпочтений своих сотрудников. Объединив идеи людей с AI, Autodesk удалось спроектировать идеальное рабочее пространство без обычных ошибок проектирования.

Рис. 5. Технологический центр Autodesk в Торонто.

Инновационные проекты магазинов Stamhuis#

Stamhuis — нидерландская компания, специализирующаяся на строительстве и ремонте розничных магазинов. Она обратилась к генеративному проектированию, чтобы ускорить и улучшить процесс разработки проектов. Раньше разработка планировки розничного магазина занимала несколько часов. Теперь с помощью инструментов генеративного AI компания может создать 40 оптимизированных вариантов дизайна всего за 15 минут. Одновременно это освобождает дизайнеров, позволяя им сосредоточиться на более важных задачах, таких как развитие отношений с клиентами и планирование строительства.

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

Заменит ли AI архитекторов?#

Инновации AI в архитектуре призваны поддерживать архитекторов, а не заменять их. Хотя AI приносит архитектуре множество преимуществ, важно отметить, что человеческие творческие способности и суждения остаются необходимыми. Объединяя человеческую креативность с возможностями AI в анализе данных и автоматизации, архитекторы могут создавать более качественные проекты зданий. Исследования показывают, что благодаря AI производительность повышается на 30%. AI может взять на себя большинство утомительных задач, а архитекторы — сосредоточиться на интересных и стратегически важных аспектах своей работы.

Проблемы, связанные с использованием AI в архитектуре#

Одно из последствий растущей популярности инструментов AI в архитектуре заключается в том, что архитекторам необходимо повышать квалификацию и изучать принципы работы этих инноваций. Понимание AI и данных помогает успешно использовать инструменты AI. К сожалению, это серьёзная проблема, поскольку многим архитекторам не хватает необходимой подготовки. Согласно опросам, у 60% архитекторов нет формального обучения AI. Устранение этого пробела — ключевое условие для того, чтобы архитекторы сохраняли конкурентоспособность и создавали инновационные современные проекты.

Рис. 7. Статистика обучения архитекторов работе с AI.

Ещё одна проблема — более высокие расходы, связанные с внедрением AI, включая затраты на программное обеспечение, оборудование и обучение. Такие первоначальные инвестиции могут быть сложными для небольших архитектурных фирм с ограниченным бюджетом. Кроме того, существуют постоянные расходы на обслуживание и обновления, которые усиливают финансовую нагрузку. Для успешной интеграции AI компаниям необходимо тщательно контролировать эти расходы. При грамотном планировании они смогут убедиться, что преимущества AI оправдывают первоначальные затраты.

Создание лучшего будущего с помощью AI и архитектуры#

AI — мощный инструмент для архитекторов. Он может предоставлять информацию в реальном времени, помогая управлять проектами в срок и в рамках бюджета. AI также способен взять на себя трудоёмкие задачи, такие как создание проектных чертежей, проверка конструкций и оценка стоимости, позволяя архитекторам сосредоточиться на творческих идеях. Архитекторы, которые внедряют AI и изучают его многочисленные возможности и инструменты, могут оставаться на шаг впереди и определять будущее архитектуры.

Хочешь узнать больше? Изучи наш репозиторий GitHub, чтобы увидеть наш вклад в развитие AI. Узнай, как мы переосмысливаем такие отрасли, как производство и здравоохранение, с помощью передовых технологий AI.