AI trong kiến trúc: Định nghĩa lại cách các thành phố được xây dựng

Các công trình mang tính biểu tượng và tòa nhà lịch sử như Tháp Eiffel ở Paris và Lầu Năm Góc tại Hoa Kỳ sẽ không thể tồn tại nếu thiếu đi lĩnh vực kiến trúc và những kiến trúc sư thiên tài đằng sau chúng. Bên cạnh việc bổ sung cơ sở hạ tầng ý nghĩa cho thế giới của chúng ta, thị trường dịch vụ kiến trúc toàn cầu là một phần thiết yếu của nền kinh tế và được dự kiến sẽ đạt khoảng 550 triệu đô la vào năm 2032.

Các kiến trúc sư liên tục làm việc để giải quyết các thách thức như giảm thiểu rác thải, hạ thấp dấu chân carbon và lập kế hoạch thiết kế hiệu quả. Các công cụ trí tuệ nhân tạo (AI) có thể can thiệp và giúp giải quyết nhiều thách thức trong kiến trúc. AI có thể hỗ trợ tối ưu hóa thiết kế, phân tích cấu trúc, đồng thời cải thiện việc quản lý và trực quan hóa dự án. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu tất cả về cách AI có thể được sử dụng trong kiến trúc.

AI đang được sử dụng như thế nào trong kiến trúc?#

AI trong kiến trúc đang thay đổi cuộc chơi bằng cách làm cho khâu thiết kế trở nên thông minh hơn, thúc đẩy hiệu quả năng lượng và giúp tạo ra nhiều tòa nhà thân thiện với môi trường hơn. Thật tuyệt vời khi những tiến bộ này đang được đưa vào ứng dụng trong các dự án thực tế. Hãy cùng khám phá và xem tất cả những điều đó đang diễn ra như thế nào.

Giảm thiểu rác thải và hạ thấp dấu chân carbon#

Vào năm 2018, các hoạt động xây dựng và phá dỡ tại Hoa Kỳ đã tạo ra 600 triệu tấn phế thải. Một trong những vấn đề phổ biến trong lĩnh vực kiến trúc là giảm thiểu chất thải xây dựng và lượng khí thải carbon. AI có thể đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết thách thức này bằng cách sử dụng các thuật toán nâng cao và phân tích dữ liệu để tối ưu hóa mọi giai đoạn của quá trình xây dựng.

Ví dụ, các kỹ thuật AI như machine learning có thể phân tích các dataset lớn về hiệu suất vật liệu, hậu cần supply chain và tác động môi trường để đề xuất các vật liệu và phương pháp xây dựng bền vững nhất. Các model machine learning có thể dự đoán tiềm năng phát sinh chất thải dựa trên các lựa chọn thiết kế, đồng thời cho phép các kiến trúc sư điều chỉnh sớm hơn để thiểu hóa chất thải.

Generative AI có thể tiến xa hơn một bước bằng cách tự động tạo ra nhiều tùy chọn thiết kế tập trung vào sustainability. Bằng cách thiết lập các tham số như hiệu quả vật liệu, structural integrity và mức tiêu thụ năng lượng, generative AI có thể được sử dụng để tạo ra nhiều thiết kế khác nhau đáp ứng các mục tiêu môi trường mà vẫn giữ được tính thẩm mỹ. Các kiến trúc sư sau đó có thể chọn thiết kế kết hợp tốt nhất giữa tính sáng tạo và sự bền vững. Spacemaker là một ví dụ về công cụ sử dụng generative AI để giúp các kiến trúc sư và nhà quy hoạch đô thị nhanh chóng tạo và thử nghiệm các tùy chọn thiết kế khác nhau.

Fig 1. Ví dụ về một thiết kế bền vững được tạo ra bằng Spacemaker.

Tích hợp computer vision với Building Information Modeling (BIM)#

Các nhà nghiên cứu đang khám phá cách computer vision có thể hoạt động cùng Building Information Modeling để giúp các dự án kiến trúc chính xác và hiệu quả hơn. BIM là một mô hình kỹ thuật số đại diện cho các tính năng vật lý và chức năng của một tòa nhà. Nó cho phép các kiến trúc sư, kỹ sư và nhà thầu cộng tác trên một kế hoạch chi tiết, đồng thời đóng vai trò là tài nguyên trung tâm bao gồm mọi thứ từ cấu trúc tòa nhà đến các hệ thống của nó.

Fig 2. Các kiến trúc sư đang thảo luận về Mô hình Thông tin Tòa nhà.

Khi computer vision được thêm vào BIM, các máy ảnh và cảm biến sẽ ghi lại hình ảnh chi tiết và bản quét 3D của các công trường xây dựng. Những hình ảnh này sau đó được so sánh trong thời gian thực với mô hình BIM để phát hiện bất kỳ sự khác biệt nào giữa thiết kế theo kế hoạch và công trình thực tế, chẳng hạn như các bức tường bị lệch hoặc các cấu trúc đặt sai vị trí. Thông tin chi tiết từ phân tích này có thể giúp sửa lỗi nhanh chóng và giữ cho dự án đi đúng tiến độ.

Trong quá khứ, việc tìm ra những vấn đề này dựa vào kiểm tra thủ công vốn chậm và dễ xảy ra sai sót. Với computer vision, các kiến trúc sư và quản lý dự án có thể nhận cảnh báo tức thì khi có điều gì đó không khớp với mô hình BIM. Các vấn đề nhỏ có thể được ngăn chặn trước khi chúng trở nên lớn hơn và tốn kém hơn. Kết hợp computer vision với BIM cũng giúp mọi người tham gia làm việc cùng nhau dễ dàng hơn. Khi các vấn đề được gắn cờ trong mô hình BIM, các kiến trúc sư, kỹ sư, nhà thầu và khách hàng có thể nhanh chóng xem xét và tìm giải pháp.

Các ứng dụng AI độc đáo trong kiến trúc#

AI cũng mang đến một số ứng dụng độc đáo cho lĩnh vực kiến trúc. Hãy cùng xem nhanh một vài trong số đó:

• Hiệu quả năng lượng: AI có thể phân tích cách sử dụng năng lượng trong các tòa nhà và giúp tối ưu hóa thiết kế để giảm mức tiêu thụ và cải thiện tính bền vững. Bằng cách đề xuất các vật liệu tiết kiệm năng lượng và thay đổi thiết kế, AI góp phần tạo ra các tòa nhà thân thiện với môi trường và tiết kiệm chi phí hơn trong thời gian dài.
• Tuân thủ an toàn: Các hệ thống tự động có thể kiểm tra các thiết kế dựa trên quy chuẩn xây dựng và quy định an toàn, đảm bảo tuân thủ mà không cần đánh giá thủ công. Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giảm khả năng xảy ra sai sót, đảm bảo các tòa nhà đáp ứng tất cả các tiêu chuẩn an toàn cần thiết.
• Tái sử dụng thích ứng: AI có thể giúp kiến trúc sư tái sử dụng các tòa nhà hiện có bằng cách phân tích tính toàn vẹn cấu trúc và đề xuất các sửa đổi để đáp ứng nhu cầu mới. AI giúp các công trình cũ có thể được chuyển đổi thành các không gian hiện đại, tiện dụng trong khi vẫn giữ được giá trị lịch sử hoặc văn hóa của chúng.

Các dự án kiến trúc hiện đại được thiết kế bằng AI#

Mặc dù có vẻ như các dự án kiến trúc hỗ trợ AI là điều của tương lai, nhưng thực tế là các dự án được thiết kế bởi AI đã và đang được triển khai và thậm chí đã hoàn thành. Hãy cùng xem một số dự án mang tính đột phá này.

Trung tâm Heydar Aliyev#

Trung tâm Heydar Aliyev ở Baku, Azerbaijan, được thiết kế bởi Zaha Hadid và hoàn thành vào năm 2012. Nó cho thấy cách thiết kế tạo sinh (generative design) và các công cụ AI đang thay đổi kiến trúc như thế nào. Hình dạng cong, mượt mà của tòa nhà khác biệt hoàn toàn với các đường thẳng truyền thống. Thiết kế phản ánh tinh thần hiện đại và tiến bộ của Azerbaijan. Các công cụ thiết kế tạo sinh ban đầu của Autodesk và Rhino đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra kiến trúc phức tạp này.

Fig 3. Trung tâm Heydar Aliyev.

Ngành công nghiệp nhà ở Daiwa của Nhật Bản#

Các thành phố đông đúc của Nhật Bản đã tạo ra nhu cầu về các thiết kế nhà ở sáng tạo và tiết kiệm không gian. Thiết kế tạo sinh, được cung cấp sức mạnh bởi AI, đang trở thành một công cụ quan trọng cho các công ty như Daiwa House Industry để giải quyết nhu cầu này. Bằng cách thiết lập các thông số thiết kế cụ thể, thiết kế tạo sinh có thể tạo ra nhanh chóng nhiều kế hoạch nhà ở, mỗi kế hoạch được tối ưu hóa cho các không gian đô thị nhỏ. Không giống như các phương pháp truyền thống, vốn có thể chậm và ít thích ứng hơn, thiết kế tạo sinh nhanh hơn và linh hoạt hơn. Generative AI đang định nghĩa lại cách các ngôi nhà được thiết kế và xây dựng tại các khu vực đông dân cư của Nhật Bản.

Hình 4. Một thiết kế nhà ở đô thị của Daiwa House Industry (Nguồn: autodesk.com).

Văn phòng của Autodesk tại Toronto#

Văn phòng tại Toronto của Autodesk là một ví dụ tuyệt vời về cách AI có thể được sử dụng cho các thiết kế kiến trúc đổi mới. Bằng cách sử dụng công cụ thiết kế tạo sinh của riêng họ, Project Discover, công ty đã có thể tạo ra vô số tùy chọn bố trí văn phòng dựa trên sở thích của chính nhân viên của họ. Bằng cách kết hợp ý tưởng của con người với AI, Autodesk đã có thể thiết kế một không gian làm việc hoàn hảo mà không mắc phải các lỗi thiết kế thông thường.

Fig 5. Trung tâm Công nghệ của Autodesk tại Toronto.

Các thiết kế cửa hàng sáng tạo của Stamhuis#

Stamhuis, một công ty ở Hà Lan chuyên về xây dựng và cải tạo cửa hàng bán lẻ, đã chuyển sang sử dụng thiết kế tạo sinh để tăng tốc và cải thiện quy trình thiết kế của họ. Trước đây, họ mất vài giờ để thiết kế bố cục của một retail store. Giờ đây, với các công cụ generative AI, họ có thể tạo ra 40 tùy chọn thiết kế được tối ưu hóa chỉ trong 15 phút. Đồng thời, việc này giúp giải phóng các nhà thiết kế của họ để tập trung vào các nhiệm vụ quan trọng hơn, chẳng hạn như xây dựng mối quan hệ khách hàng và lập kế hoạch xây dựng.

Hình 6. Một thiết kế cửa hàng của Stamhuis được tạo bằng AI (Nguồn: autodesk.com)

AI có thay thế kiến trúc sư không?#

Các đổi mới AI trong kiến trúc nhằm hỗ trợ các kiến trúc sư chứ không phải thay thế họ. Mặc dù AI mang lại rất nhiều lợi ích cho kiến trúc, nhưng điều quan trọng cần lưu ý là sự sáng tạo và phán đoán của con người vẫn là cốt lõi. Bằng cách kết hợp sự sáng tạo của con người với khả năng phân tích dữ liệu và tự động hóa của AI, các kiến trúc sư có thể tạo ra các thiết kế tòa nhà tốt hơn. Các nghiên cứu cho thấy có 30% tăng trưởng năng suất nhờ vào AI. Hầu hết các tác vụ tẻ nhạt có thể được xử lý bởi AI, và các kiến trúc sư có thể tập trung vào các phần thú vị và chiến lược trong công việc của họ.

Các thách thức liên quan đến AI trong kiến trúc#

Hệ quả của việc các công cụ AI trở nên phổ biến hơn trong kiến trúc là các kiến trúc sư cần phải nâng cao kỹ năng và tìm hiểu cách thức hoạt động của những đổi mới AI này. Hiểu được cách AI và dữ liệu hoạt động giúp họ sử dụng thành công các công cụ AI. Thật không may, đây là một thách thức lớn vì nhiều kiến trúc sư thiếu sự đào tạo cần thiết. Theo các khảo sát, 60% các kiến trúc sư không có bất kỳ khóa đào tạo chính thức nào về AI. Thu hẹp khoảng cách này là chìa khóa để các kiến trúc sư giữ vững tính cạnh tranh và tạo ra các thiết kế hiện đại mang tính đổi mới.

Fig 7. Thống kê về đào tạo AI cho kiến trúc sư.

Một thách thức khác là chi phí cao đi kèm với việc triển khai AI, bao gồm chi phí cho phần mềm, phần cứng và đào tạo. Những khoản đầu tư ban đầu này có thể là khó khăn đối với các công ty kiến trúc nhỏ có ngân sách hạn hẹp. Ngoài ra còn có các chi phí duy trì và nâng cấp liên tục, làm tăng thêm áp lực tài chính. Để tích hợp AI thành công, các công ty cần quản lý những chi phí này một cách cẩn thận. Với kế hoạch tốt, các công ty có thể đảm bảo những lợi ích của AI xứng đáng với các chi phí ban đầu.

Xây dựng một tương lai tốt đẹp hơn với AI và kiến trúc#

AI là một công cụ mạnh mẽ cho kiến trúc sư. Nó có thể cung cấp thông tin thời gian thực để giúp quản lý dự án đúng tiến độ và trong phạm vi ngân sách. Nó cũng có thể giúp xử lý các công việc tốn thời gian như bản vẽ thiết kế, kiểm tra cấu trúc và ước tính chi phí, để kiến trúc sư tập trung vào các ý tưởng sáng tạo. Những kiến trúc sư nắm bắt AI và khám phá nhiều tính năng và công cụ của nó có thể dẫn đầu xu hướng và định hình tương lai của kiến trúc.

Bạn muốn tìm hiểu thêm? Khám phá GitHub repository của chúng tôi để xem những đóng góp của chúng tôi cho AI. Khám phá cách chúng tôi đang định hình lại các ngành công nghiệp như manufacturing và healthcare bằng công nghệ AI tiên tiến.