AI trong kiến trúc: Định hình lại cách xây dựng đô thị

Các địa danh và công trình lịch sử như tháp Eiffel ở Paris và Lầu Năm Góc tại Hoa Kỳ sẽ không tồn tại nếu thiếu lĩnh vực kiến trúc cùng những kiến trúc sư tài năng. Ngoài việc bổ sung cơ sở hạ tầng có ý nghĩa cho thế giới, thị trường dịch vụ kiến trúc toàn cầu còn là một bộ phận thiết yếu của nền kinh tế và dự kiến đạt khoảng 622 tỷ USD vào năm 2035.

Các kiến trúc sư không ngừng tìm cách giải quyết những thách thức như giảm lãng phí, giảm dấu chân carbon và lập kế hoạch thiết kế hiệu quả. Các công cụ trí tuệ nhân tạo (AI) có thể hỗ trợ giải quyết nhiều thách thức trong kiến trúc. AI có thể hỗ trợ tối ưu hóa thiết kế, phân tích kết cấu, đồng thời cải thiện quản lý dự án và trực quan hóa. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu cách ứng dụng AI trong kiến trúc.

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

AI trong kiến trúc đang giúp thiết kế thông minh hơn, nâng cao hiệu quả năng lượng và hỗ trợ tạo ra các công trình thân thiện với môi trường hơn. Những tiến bộ này đã được ứng dụng trong các dự án thực tế.

Giảm chất thải và lượng khí thải carbon#

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 ngành kiến trúc là giảm chất thải xây dựng và 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 tiên tiến và phân tích dữ liệu để tối ưu hóa mọi giai đoạn của quy trình xây dựng.

Ví dụ, các kỹ thuật AI như machine learning có thể phân tích bộ dữ liệu lớn về hiệu suất vật liệu, logistics chuỗi cung ứng và tác động môi trường để đề xuất những vật liệu và phương pháp xây dựng bền vững nhất. Các model machine learning có thể dự đoán lượng chất thải tiềm ẩn dựa trên lựa chọn thiết kế, giúp kiến trúc sư điều chỉnh sớm hơn để giảm thiểu lãng phí.

AI tạo sinh có thể đưa quy trình này tiến xa hơn bằng cách tự động tạo nhiều phương án thiết kế tập trung vào tính bền vững. Bằng cách thiết lập các tham số như hiệu quả sử dụng vật liệu, độ vững chắc của kết cấu và mức tiêu thụ năng lượng, có thể dùng AI tạo sinh để tạo ra nhiều thiết kế đáp ứng cả mục tiêu môi trường lẫn thẩm mỹ. Sau đó, kiến trúc sư có thể chọn thiết kế kết hợp tốt nhất giữa tính sáng tạo và tính bền vững. Spacemaker là ví dụ về công cụ sử dụng AI tạo sinh để giúp kiến trúc sư và nhà quy hoạch đô thị nhanh chóng tạo và thử nghiệm các phương án thiết kế khác nhau.

Hình 1. Ví dụ về thiết kế bền vững được tạo bằng Spacemaker.

Tích hợp thị giác máy tính với mô hình thông tin công trình (BIM)#

Các nhà nghiên cứu đang tìm hiểu cách kết hợp thị giác máy tính với Mô hình thông tin công trình để tăng độ chính xác và hiệu quả cho các dự án kiến trúc. BIM là model kỹ thuật số thể hiện các đặc điểm vật lý và chức năng của một tòa nhà. BIM cho phép kiến trúc sư, kỹ sư và nhà thầu phối hợp trên một kế hoạch chi tiết, đồng thời đóng vai trò là nguồn tài nguyên trung tâm bao gồm mọi thứ, từ kết cấu đến các hệ thống của tòa nhà.

Hình 2. Các kiến trúc sư thảo luận về Mô hình thông tin công trình.

Khi được tích hợp vào BIM, thị giác máy tính cho phép camera và cảm biến ghi lại hình ảnh chi tiết cùng bản quét 3D của công trường. Sau đó, những hình ảnh này được so sánh theo thời gian thực với model BIM để phát hiện khác biệt giữa thiết kế dự kiến và công trình thực tế, chẳng hạn như tường bị lệch hoặc kết cấu đặt sai vị trí. Những thông tin thu được từ quá trình phân tích này có thể hỗ trợ khắc phục nhanh và giúp dự án đi đúng tiến độ.

Trước đây, việc phát hiện những vấn đề này phụ thuộc vào kiểm tra thủ công, vốn chậm và dễ xảy ra sai sót. Với thị giác máy tính, kiến trúc sư và quản lý dự án có thể nhận cảnh báo tức thì khi có điểm không khớp với model BIM. Các vấn đề nhỏ có thể được xử lý trước khi trở nên nghiêm trọng và tốn kém hơn. Kết hợp thị giác máy tính với BIM cũng giúp mọi người liên quan phối hợp dễ dàng hơn. Khi vấn đề được đánh dấu trong model BIM, 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 còn mang đến một số ứng dụng độc đáo cho ngành kiến trúc. Hãy cùng điểm qua một vài ứng dụng:

• 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, cải thiện tính bền vững. Bằng cách đề xuất vật liệu tiết kiệm năng lượng và những thay đổi trong thiết kế, AI góp phần tạo ra các tòa nhà thân thiện với môi trường hơn và tiết kiệm chi phí về lâu dài.
• Tuân thủ an toàn: Các hệ thống tự động có thể kiểm tra thiết kế theo 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 nguy cơ sai sót, giúp các tòa nhà đáp ứng mọi tiêu chuẩn an toàn cần thiết.
• Tái sử dụng thích ứng: AI có thể giúp kiến trúc sư chuyển đổi công năng các tòa nhà hiện có bằng cách phân tích tính toàn vẹn kết cấu và đề xuất điều chỉnh để đáp ứng nhu cầu mới. AI giúp biến các công trình cũ thành không gian hiện đại, hữu dụng mà vẫn bảo tồn giá trị lịch sử hoặc văn hóa.

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

Dù các dự án kiến trúc ứng dụng AI có vẻ như thuộc về tương lai, thực tế là những dự án do AI thiết kế đã được triển khai và thậm chí hoàn thành. Hãy cùng xem một số dự án đáng chú ý.

Trung tâm Heydar Aliyev#

Trung tâm Heydar Aliyev tại Baku, Azerbaijan, do Zaha Hadid thiết kế và hoàn thành vào năm 2012. Công trình cho thấy thiết kế tạo sinh và các công cụ AI đang thay đổi ngành kiến trúc như thế nào. Hình dáng uốn lượn mềm mại của tòa nhà khác biệt với những đường thẳng truyền thống. Thiết kế phản ánh tinh thần hiện đại và hướng tới tương lai của Azerbaijan. Các công cụ thiết kế tạo sinh ban đầu của Autodesk và Rhino đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên công trình kiến trúc phức tạp này.

Hình 3. Trung tâm Heydar Aliyev.

Daiwa House Industry của Nhật Bản#

Các thành phố đông đúc ở Nhật Bản tạo ra nhu cầu về thiết kế nhà ở sáng tạo và tối ưu không gian. Thiết kế tạo sinh ứng dụng AI đang trở thành công cụ quan trọng giúp các công ty như Daiwa House Industry đáp ứng nhu cầu này. Bằng cách thiết lập các tham số thiết kế cụ thể, thiết kế tạo sinh có thể nhanh chóng tạo ra nhiều phương án nhà ở, mỗi phương án đều được tối ưu cho không gian đô thị nhỏ. So với các phương pháp truyền thống vốn chậm và kém linh hoạt hơn, thiết kế tạo sinh nhanh hơn và linh hoạt hơn. AI tạo sinh đang định hình lại cách thiết kế và xây dựng nhà ở tại các khu vực đông dân của Nhật Bản.

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

Văn phòng Autodesk tại Toronto#

Văn phòng Autodesk ở Toronto là một ví dụ điển hình về cách ứng dụng AI vào các thiết kế kiến trúc đổi mới. Sử dụng công cụ thiết kế tạo sinh của riêng mình, Project Discover, công ty đã tạo ra hàng nghìn phương án bố trí văn phòng dựa trên sở thích của chính nhân viên. Bằng cách kết hợp ý tưởng của con người với AI, Autodesk đã thiết kế được không gian làm việc phù hợp hơn với cách làm việc của các nhóm.

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

Thiết kế cửa hàng sáng tạo của Stamhuis#

Stamhuis, một công ty tại Hà Lan chuyên xây dựng và cải tạo cửa hàng bán lẻ, đã ứng dụng thiết kế tạo sinh để đẩy nhanh và cải thiện quy trình thiết kế. Trước đây, công ty cần vài giờ để thiết kế mặt bằng cửa hàng bán lẻ. Giờ đây, nhờ các công cụ AI tạo sinh, công ty có thể tạo 40 phương án thiết kế tối ưu chỉ trong 15 phút. Đồng thời, công cụ giúp các nhà thiết kế tập trung vào những nhiệm vụ quan trọng hơn, chẳng hạn như xây dựng quan hệ với khách hàng và lập kế hoạch xây dựng.

Hình 6. Thiết kế cửa hàng 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 chứ không thay thế kiến trúc sư. Dù AI mang lại nhiều lợi ích cho ngành kiến trúc, cần lưu ý rằng sự sáng tạo và khả năng phán đoán của con người vẫn rất cần thiết. Bằng cách kết hợp óc sáng tạo của con người với khả năng phân tích dữ liệu và tự động hóa của AI, kiến trúc sư có thể tạo ra các thiết kế công trình tốt hơn. Các nghiên cứu cho thấy năng suất tăng 30% nhờ AI. AI có thể đảm nhận phần lớn các công việc tẻ nhạt, giúp kiến trúc sư tập trung vào những khía cạnh thú vị và mang tính chiến lược trong công việc.

Những thách thức liên quan đến AI trong kiến trúc#

Một hệ quả của việc các công cụ AI ngày càng phổ biến trong kiến trúc là kiến trúc sư cần nâng cao kỹ năng và tìm hiểu cách hoạt động của những đổi mới AI này. Hiểu cách AI và dữ liệu hoạt động giúp họ sử dụng thành công các công cụ AI. Đáng tiếc, đây là một thách thức lớn vì nhiều kiến trúc sư chưa được đào tạo cần thiết. Theo các khảo sát, 60% kiến trúc sư chưa từng được đào tạo AI chính quy. Thu hẹp khoảng cách này là điều then chốt để kiến trúc sư duy trì năng lực cạnh tranh và tạo ra những thiết kế hiện đại, đổi mới.

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

Một thách thức khác là chi phí cao hơn khi triển khai AI, bao gồm chi phí phần mềm, phần cứng và đào tạo. Các khoản đầu tư ban đầu này có thể gây khó khăn cho những công ty kiến trúc nhỏ có ngân sách hạn chế. Ngoài ra còn có chi phí bảo trì và nâng cấp định kỳ, làm tăng áp lực tài chính. Để tích hợp AI thành công, các công ty cần quản lý những khoản chi này một cách thận trọng. Với kế hoạch phù hợp, các công ty có thể đảm bảo lợi ích của AI xứng đáng với chi phí ban đầu.

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

AI là công cụ mạnh mẽ dành cho kiến trúc sư. AI có thể cung cấp thông tin theo thời gian thực để giúp quản lý dự án đúng tiến độ và trong phạm vi ngân sách. AI cũng có thể xử lý các tác vụ tốn thời gian như bản vẽ thiết kế, kiểm tra kết cấu và dự toán chi phí, giúp kiến trúc sư tập trung vào ý tưởng sáng tạo. Kiến trúc sư đón nhận AI và khám phá nhiều tính năng, công cụ của AI có thể đón đầu xu hướng và dẫn dắt tương lai của ngành kiến trúc.

Bạn muốn tìm hiểu thêm? Khám phá repository GitHub của chúng tôi để xem những đóng góp của chúng tôi cho AI. Tìm hiểu cách chúng tôi ứng dụng AI trong các ngành như sản xuất và y tế.