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

Các địa danh và tòa nhà lịch sử như Tháp Eiffel ở Paris và Lầu Năm Góc ở Hoa Kỳ sẽ không thể tồn tại nếu không có ngành kiến trúc và những kiến trúc sư tài năng đứng sau đó. Không chỉ 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 sẽ đạt khoảng 550 triệu đô la vào năm 2032.

Các kiến trúc sư không ngừng giải quyết những thách thức như giảm chất thải, giảm dấu chân carbon và lập kế hoạch cho các thiết kế hiệu quả. Các công cụ trí tuệ nhân tạo (AI) có thể hỗ trợ giải quyết nhiều thách thức trong số này trong lĩnh vực kiến trúc. AI có thể hỗ trợ tối ưu hóa thiết kế, phân tích kết cấu, đồng thời cải thiện việc quản lý và trực quan hóa dự án. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu toàn diện 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 tạo ra bước ngoặt bằng cách làm cho thiết kế trở nên thông minh hơn, nâng cao hiệu quả năng lượng và hỗ trợ tạo ra các tòa nhà thân thiện hơn với môi trường. Thật ấn tượng khi thấy những tiến bộ này đang được ứng dụng trong các dự án thực tế. Hãy cùng tìm hiểu cách mọi việc đang diễn ra.

Giảm chất thải và dấu chân 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 lĩnh vực 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 các dataset lớn về hiệu suất vật liệu, logistics của 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 các lựa chọn thiết kế, cho phép kiến trúc sư điều chỉnh sớm hơn để giảm thiểu chất thải.

Generative AI có thể tiến thêm một bước bằng cách tự động tạo ra 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, tính toàn vẹn kết cấu và mức tiêu thụ năng lượng, generative AI có thể được sử dụng để tạo ra nhiều thiết kế đáp ứng các mục tiêu môi trường mà vẫn có tính thẩm mỹ cao. Sau đó, kiến trúc sư có thể chọn thiết kế kết hợp tốt nhất giữa tính sáng tạo và tính bền vững. Spacemaker là một ví dụ về công cụ sử dụng generative AI 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 một thiết kế bền vững được tạo bằng Spacemaker.

Tích hợp computer vision với mô hình thông tin công trình (BIM)#

Các nhà nghiên cứu đang tìm hiểu cách computer vision có thể hoạt động cùng Mô hình thông tin công trình để giúp các dự án kiến trúc chính xác và hiệu quả hơn. BIM là một model kỹ thuật số biểu diễn các đặc điểm vật lý và chức năng của một tòa nhà. BIM cho phép kiến trúc sư, kỹ sư và nhà thầu cộng tác trên một kế hoạch chi tiết, đồng thời đóng vai trò là nguồn tài nguyên trung tâm bao quát mọi thứ, từ kết cấu tòa nhà đến các hệ thống của tòa nhà.

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

Khi computer vision được bổ sung vào BIM, camera và cảm biến sẽ thu thập hình ảnh chi tiết cùng các bản quét 3D của công trường xây dựng. Sau đó, những hình ảnh trực quan này được so sánh theo thời gian thực với model BIM để phát hiện mọi khác biệt giữa thiết kế theo kế hoạch và công trình thực tế, chẳng hạn như tường bị lệch hoặc các cấu trúc bị đặt sai vị trí. Những thông tin thu được từ phân tích này có thể hỗ trợ khắc phục nhanh chóng và giúp dự án đi đúng tiến độ.

Trước đây, việc phát hiện những vấn đề này phụ thuộc vào các cuộc kiểm tra thủ công, vốn chậm và dễ xảy ra sai sót. Với computer vision, kiến trúc sư và quản lý dự án có thể nhận cảnh báo ngay lập tức khi có thành phần không khớp với model BIM. Các vấn đề nhỏ có thể được ngăn chặn trước khi trở nên nghiêm trọng và tốn kém hơn. Việc kết hợp computer vision với BIM cũng giúp mọi bên liên quan cộng tác dễ dàng hơn. Khi các 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 ra 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 ứng dụng trong số đó:

• Hiệu quả năng lượng: AI có thể phân tích cách năng lượng được sử dụng trong các tòa nhà và hỗ trợ tối ưu hóa thiết kế để giảm mức tiêu thụ cũng như cải thiện tính bền vững. Bằng cách đề xuất vật liệu tiết kiệm năng lượng và các thay đổi trong thiết kế, AI góp phần tạo ra những tòa nhà thân thiện hơn với môi trường và tiết kiệm chi phí hơn về lâu dài.
• Tuân thủ an toàn: Các hệ thống tự động có thể kiểm tra thiết kế dựa trên quy chuẩn xây dựng và quy định an toàn, bảo đảm tuân thủ mà không cần đánh giá thủ công. Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giảm khả năng xảy ra lỗi, bảo đảm các tòa nhà đáp ứng mọi 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 kết cấu và đề xuất các thay đổi để đáp ứng nhu cầu mới. AI cho phép biến đổi các công trình cũ thành những không gian hiện đại, tiện dụng mà vẫn bảo tồn giá trị lịch sử hoặc văn hóa của chúng.

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

Mặc dù các dự án kiến trúc hỗ trợ bởi AI có thể trông giống như một điều thuộc về tương lai, thực tế là những dự án được thiết kế bằng AI đã và đang được triển khai, thậm chí đã hoàn thành. Hãy cùng xem một số dự án đột phá này.

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 generative và các công cụ AI đang thay đổi kiến trúc như thế nào. Hình dáng trơn mượt, uốn cong 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 generative ban đầu của Autodesk và Rhino đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra công trình kiến trúc phức tạp này.

Hình 3. Trung tâm Heydar Aliyev.

Ngành nhà ở Daiwa của Nhật Bản#

Các thành phố đông đúc của Nhật Bản đã tạo ra nhu cầu về những thiết kế nhà ở sáng tạo và tiết kiệm không gian. Thiết kế generative được hỗ trợ bởi AI đang trở thành một công cụ then chốt để 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 generative có thể nhanh chóng tạo ra nhiều phương án nhà ở, mỗi phương án đều được tối ưu hóa cho các không gian đô thị nhỏ. Không giống các phương pháp truyền thống vốn chậm và kém linh hoạt hơn, thiết kế generative nhanh hơn và linh hoạt hơn. Generative AI đang định hình lại cách nhà ở được thiết kế và xây dựng tại các khu vực đông dân của Nhật Bản.

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

Văn phòng Autodesk tại Toronto#

Văn phòng Autodesk tại Toronto là một ví dụ tuyệt vời về cách AI có thể được sử dụng cho các thiết kế kiến trúc sáng tạo. Bằng cách sử dụng công cụ thiết kế generative của chính mình, Project Discover, công ty đã có thể tạo ra vô số phương án bố trí văn phòng dựa trên sở thích của nhân viên. Bằng cách kết hợp ý tưởng của con người với AI, Autodesk đã thiết kế được một không gian làm việc hoàn hảo mà không mắc những sai sót thiết kế thường gặp.

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

Các 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 chuyển sang sử dụng thiết kế generative để đẩy nhanh và cải thiện quy trình thiết kế. Trước đây, họ mất vài giờ để thiết kế mặt bằng cửa hàng bán lẻ. Hiện nay, với các công cụ generative AI, họ có thể tạo ra 40 phương án thiết kế được tối ưu hóa chỉ trong 15 phút. Đồng thời, điều này giúp các nhà thiết kế có thêm thời gian tập trung vào những nhiệm vụ quan trọng hơn, như xây dựng quan hệ với khách hàng và lập kế hoạch xây dựng.

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

AI có thay thế kiến trúc sư không?#

Những đổi mới AI trong kiến trúc nhằm hỗ trợ chứ không thay thế kiến trúc sư. Mặc dù AI mang lại nhiều lợi ích cho kiến trúc, điều quan trọng cần lưu ý là khả năng sáng tạo và phán đoán của con người vẫn thiết yếu. Bằng cách kết hợp sự 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 tòa nhà tốt hơn. Các nghiên cứu cho thấy năng suất tăng 30% nhờ AI. AI có thể đảm nhiệm hầu hết các nhiệm vụ tẻ nhạt, còn kiến trúc sư có thể tập trung vào những khía cạnh thú vị và mang tính chiến lược trong công việc.

Các 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 những đổi mới AI này hoạt động. Hiểu cách AI và dữ liệu vận hành sẽ giúp họ sử dụng thành công các công cụ AI. Đáng tiếc, đây là một thách thức lớn vì nhiều kiến trúc sư thiếu 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 yếu tố then chốt để kiến trúc sư duy trì khả năng cạnh tranh và tạo ra các thiết kế hiện đại, sáng tạo.

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

Một thách thức khác là chi phí cao hơn đi kèm với việc triển khai AI, bao gồm chi phí cho software, hardware và đào tạo. Những khoản đầu tư ban đầu này có thể gây khó khăn cho các công ty kiến trúc nhỏ với ngân sách hạn chế. Ngoài ra còn có chi phí liên tục cho việc bảo trì và nâng cấp, làm gia tăng áp lực tài chính. Để tích hợp AI thành công, các công ty cần quản lý cẩn trọng những chi phí này. Với kế hoạch phù hợp, các công ty có thể bảo đảm 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 một công cụ mạnh mẽ dành cho kiến trúc sư. AI có thể cung cấp thông tin theo thời gian thực để hỗ trợ quản lý dự án đúng tiến độ và trong phạm vi ngân sách. AI cũng có thể xử lý các nhiệm vụ tốn thời gian như bản vẽ thiết kế, kiểm tra kết cấu và ước tính chi phí, giúp kiến trúc sư tập trung vào các ý tưởng sáng tạo. Những kiến trúc sư đón nhận AI và khám phá nhiều tính năng, công cụ của AI có thể duy trì vị thế dẫn đầu và định hướng tương lai của ngành kiến trúc.

Muốn tìm hiểu thêm? Hãy khám phá repository GitHub của chúng tôi để xem những đóng góp của chúng tôi cho AI. Tìm hiểu cách chúng tôi đang định hình lại các ngành như sản xuất và chăm sóc sức khỏe bằng công nghệ AI tiên tiến.