CC BY
9УДК 69 Сахаров П.М., Тлустый Р.Е.
Сахаров П.М.
студент департамента архитектуры и дизайна
(политехнический институт) Дальневосточный федеральный университет (г. Владивосток, Россия)
Научный руководитель: Тлустый Р.Е.
профессор департамента архитектуры и дизайна Дальневосточный федеральный университет (г. Владивосток, Россия)
ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ В АРХИТЕКТУРНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ: ИННОВАЦИИ, ОПТИМИЗАЦИЯ И БУДУЩЕЕ
Аннотация: в данной статье рассматривается применение искусственного интеллекта в области архитектурного проектирования. ИИ демонстрирует потенциал значительного упрощения и ускорения рабочих процессов, что позволяет архитекторам более эффективно генерировать и визуализировать идеи, а также оптимизировать проектные решения. На примере разработки проекта бухты Диомид во Владивостоке показано, как ИИ может быть использован для создания уникальных и функциональных пространств. Обсуждаются перспективы дальнейшего внедрения ИИ в архитектурную практику, его преимущества и вызовы, а также этические и правовые аспекты использования этих технологий.
Ключевые слова: искусственный интеллект, архитектурное проектирование, генеративный дизайн, визуализация, оптимизация, устойчивое строительство, виртуальная реальность, автоматизация проектирования, этика.
Введение.
Искусственный интеллект (ИИ) проникает во все большее количество сфер деятельности, в том числе и в архитектуру. СИа10РТ, разработанный ОрепА1, является одним из самых передовых инструментов ИИ, позволяющим решать различные задачи — от генерации текста до анализа данных. Этот инструмент представляет собой мощный помощник для архитекторов, обеспечивающий значительное упрощение и быстрое проектирование процессов. В данной статье мы рассмотрим, как СИа10РТ может быть использован в акустических проектах, от создания концепций зданий до ландшафтного дизайна, на основе обновления бухты Диомид в городе Владивосток. Мы обсудим, как ИИ помогает ускорить процесс, снизить количество ошибок и открыть новые возможности для креативного бизнеса.
Объект исследования:
- отделочные материалы в городе Владивосток.
Цель:
- анализ материалов и формулирование списка наиболее подходящих для городской среды Владивостока.
Задачи:
- анализ современных и исторических подходов к выбору отделочных материалов для городской среды Владивостока.
- анализ экосистемы города Владивосток.
- анализ отделочных материалов, доступных во Владивостоке
- формулирование списка материалов, наиболее подходящих для условий городской среды Владивостока.
Глава 1. Обзор применения ИИ в архитектуре.
1.1 История развития ИИ.
ИИ начал использоваться в архитектуре относительно недавно, но уже успел значительно распространиться в этой области. Раньше архитекторы отдавали предпочтение обширному опыту и традиционным методам проектирования, но с появлением ИИ появилась возможность автоматизировать
рутинные задачи и получать новые, ранее доступные данные для анализа и проектирования.
Ранние примеры использования ИИ в архитектуре включают программу для расчета параметров конструкции и программное обеспечение для моделирования поведения материалов. Современные технологии включают в себя анализ больших данных (Big Data), алгоритмы машинного обучения и нейронные сети, которые позволяют архитекторам получать более точные прогнозы и оптимизировать проектные решения. Например, программы для автоматизированного проектирования (CAD) стали стандартом в промышленности, а более продвинутые системы, такие как BIM (Информационное моделирование зданий), позволяют интегрировать все аспекты проектирования, строительства и эксплуатации зданий.
Такие компании, как Autodesk и Bentley Systems, активно развивают свои продукты с использованием ИИ. Например, Autodesk Revit — одна из самых популярных BIM-систем, использующая ИИ для автоматизации различных аспектов проектирования и управления проектами. В том числе ИИ помогает в генерации альтернативных проектных решений, оптимизации использования пространства и ресурсов, а также в прогнозировании затрат и сроков реализации проектов.
1.2 Примеры реализации проектов с использованием ИИ.
На сегодняшний день уже существуют успешные проекты, реализованные с помощью ИИ:
1) The Edge, Амстердам (рисунок 1).
The Edge, разработанный архитектурным бюро PLP Architecture, является одним из самых умных и экологически устойчивых офисных зданий в мире. Это здание, расположенное в Амстердаме, использует ИИ для оптимизации потребления энергии и создания комфортной рабочей среды.
В здании используется система управления зданиями (BMS), которая анализирует данные с тысяч сенсоров, чтобы управлять освещением, отоплением, вентиляцией и кондиционированием воздуха (HVAC). ИИ также
используется для управления рабочими пространствами, автоматически регулируя их в зависимости от присутствия сотрудников.
The Edge потребляет на 70% меньше энергии по сравнению с обычными офисными зданиями, благодаря использованию ИИ и интегрированных возобновляемых источников энергии.
Рисунок 1. The Edge.
2) Google's Bay View Campus, Калифорния (рисунок 2).
Google's Bay View Campus был разработан с использованием ИИ для создания устойчивого и инновационного рабочего пространства. Проект разработан архитекторами из Bjarke Ingels Group (BIG) и Heatherwick Studio.
ИИ использовался для анализа климатических данных и данных о потреблении энергии, чтобы оптимизировать дизайн здания. Это позволило создать здание с естественной вентиляцией и освещением, а также интегрировать возобновляемые источники энергии, такие как солнечные панели.
Кампус Bay View стал одним из самых энергоэффективных зданий Google, с минимальным углеродным следом и высокой степенью устойчивости.
Рисунок 2. The Edge.
3) AI-generated Pavilion by AI SpaceFactory, США (рисунок 3).
MARSHA (Mars Habitat) — это проект марсианского жилища, созданный AI SpaceFactory в рамках конкурса NASA 3D-Printed Habitat Challenge. Это одно из первых зданий, спроектированных с использованием ИИ для экстремальных условий.
ИИ использовался для анализа марсианских условий и создания оптимального дизайна жилища, устойчивого к суровым условиям Марса. Генеративный дизайн помог создать структуру, которая может быть напечатана на 3D-принтере с использованием местных марсианских материалов. Проект MARSHA выиграл конкурс NASA, демонстрируя возможности ИИ в создании инновационных и устойчивых структур для экстремальных условий.
Рисунок 3. MARSHA.
Глава 2. Проектирование с использованием ИИ.
2.1 Генерация идей и концепций.
Одним из ключевых этапов проектирования является генерация идей. ChatGPT может предложить множество вариантов архитектурных решений, исходя из заданных параметров и требований. Например, архитектор может описать основные параметры проекта, такие как площадь, назначение здания, предпочтительные материалы и стиль. На основе этой информации ChatGPT может сгенерировать различные концепции, предложить оригинальные идеи и помочь выбрать наилучший вариант.
Пример использования:
Рассмотрим обновление бухты Диомид во Владивостоке. Заданные параметры включают площадь территории, количество и назначение объектов, предпочтительные материалы и стиль, учитывающие уникальную морскую тематику и культурное наследие региона. ChatGPT может предложить несколько концепций, каждая из которых будет учитывать особенности местоположения, требования клиента и нормативные ограничения. Например, одна концепция может включать создание многофункционального общественного пространства с набережной, парком и культурными объектами, тогда как другая — предусматривать интеграцию зелёных зон и экологических маршрутов для сохранения природной среды.
2.2 Помощь в создании архитектурных планов.
ChatGPT может быть использован для разработки архитектурных планов, учитывая стандарты и нормы строительства. Он может предложить оптимальные решения для расположения помещений, инженерных систем и других элементов здания. Архитектор может использовать ChatGPT для создания подробных планов и чертежей, которые затем могут быть интегрированы в программы CAD или BIM для дальнейшей обработки.
Пример использования:
При обновлении бухты Диомид необходимо создать план развития территории, включающий общественные и коммерческие объекты, зоны отдыха и культурные пространства. ChatGPT может быстро предложить несколько вариантов планировок, учитывающих все требования и особенности местности. Например, ИИ может предложить расположение торговых павильонов ближе к центральной части набережной, а парковые зоны и зоны отдыха — вдоль береговой линии для создания гармоничного и удобного пространства.
2.3 Оптимизация проектных решений.
ИИ может анализировать различные варианты проектов и предлагать оптимальные с точки зрения затрат, экологичности и функциональности. Например, ChatGPT может помочь выбрать наилучшее расположение окон для максимального использования естественного освещения и вентиляции, что позволит снизить энергозатраты и улучшить комфорт в помещении. Также ИИ может анализировать различные материалы и конструкции, чтобы предложить наиболее экономичные и экологичные решения.
Пример использования:
Для обновления бухты Диомид важно учесть экологические аспекты и минимизировать воздействие на окружающую среду. ChatGPT может проанализировать различные варианты использования материалов и предложить наиболее экологически чистые и экономичные решения. Например, ИИ может рекомендовать использование местных и возобновляемых
материалов для строительства, а также предложить инновационные решения для систем водоотведения и энергообеспечения, что позволит создать устойчивую и экологически чистую территорию.
2.4 Экологические и эстетические аспекты.
ИИ может анализировать экологические параметры и предлагать решения, направленные на сохранение и улучшение окружающей среды. Например, ChatGPT может предложить высадку определённых видов растений, которые будут способствовать улучшению качества воздуха и почвы. Также ИИ может помочь в создании эстетически привлекательных ландшафтов, которые будут гармонично вписываться в окружающую среду.
Пример использования.
Проектирование зелёных зон в бухте Диомид требует учёта экологических аспектов. ChatGPT может анализировать данные о загрязнении воздуха, шумовом фоне и температурных режимах, чтобы предложить наиболее эффективные решения для создания зелёных зон. Например, ИИ может рекомендовать высадку деревьев и кустарников, которые эффективно поглощают углекислый газ и производят кислород, а также снижают уровень шума и улучшают микроклимат. Кроме того, ChatGPT может предложить решения для интеграции зелёных зон с общественными пространствами, такими как детские площадки, спортивные площадки и зоны отдыха.
2.5 Анализ и оптимизация пространств.
ChatGPT может анализировать использование пространства и предлагать оптимальные решения для его организации. Это особенно важно при проектировании общественных парков, садов и других объектов. ИИ может предложить оптимальное расположение дорожек, зон отдыха, водоёмов и других элементов, чтобы создать комфортное и функциональное пространство.
Пример использования:
Проектирование крупного общественного парка в бухте Диомид требует тщательного анализа и планирования. ChatGPT может помочь в создании плана парка, который учитывает потребности различных групп пользователей, таких
как дети, взрослые и пожилые люди. Например, ИИ может предложить разместить детские площадки и спортивные зоны в центре парка, чтобы они были легко доступны для всех посетителей. Водоёмы и зелёные зоны могут быть расположены по периметру, чтобы создавать естественные барьеры и улучшать эстетическое восприятие пространства. Также ChatGPT может предложить создание пешеходных и велосипедных дорожек, которые обеспечивают удобное перемещение по парку и способствуют активному отдыху.
2.6 Интеграция ИИ с другими инструментами.
ChatGPT можно интегрировать с другими инструментами, такими как CAD и BIM, что позволяет автоматизировать процесс проектирования и визуализации. Это значительно ускоряет работу и повышает её качество. Например, архитектор может использовать ChatGPT для создания концепции проекта, затем интегрировать её в программу CAD для создания чертежей и моделей, а затем использовать BIM для координации всех аспектов проекта и его визуализации.
Пример использования:
Рассмотрим проектирование нового культурного комплекса в бухте Диомид. Архитектор использует ChatGPT для генерации концепции, которая затем интегрируется в AutoCAD для создания подробных чертежей. Эти чертежи затем импортируются в Revit (BIM-система) для создания информационной модели здания. В процессе работы ChatGPT помогает оптимизировать проектные решения, анализируя данные и предлагая улучшения. Визуализация конечного проекта может быть выполнена с помощью таких инструментов, как 3ds Max или Lumion, что позволяет создать реалистичные изображения и анимации.
2.7 Автоматизация и повышение эффективности.
ИИ может выполнять рутинные задачи, такие как создание чертежей, расчёты и анализ данных, освобождая время для творческой работы. Например, ChatGPT может автоматически создавать планы этажей, расчёты нагрузок и
другие технические документы, что позволяет архитекторам сосредоточиться на более сложных и креативных задачах.
Пример использования:
Архитектурная фирма работает над проектом жилого комплекса в бухте Диомид. В процессе проектирования требуется выполнить множество рутинных задач, таких как расчёт нагрузок на конструкции, создание планов этажей и составление спецификаций. ChatGPT может автоматизировать эти задачи, анализируя данные и создавая необходимые документы. Например, ИИ может быстро создать планы этажей, учитывающие все требования клиента и строительные нормы. Это позволяет архитекторам сосредоточиться на креативных аспектах проектирования, таких как выбор материалов, цветовых схем и декоративных элементов.
2.8 Визуализации проектов с помощью ИИ.
Использование ИИ для визуализации позволяет создавать реалистичные изображения и модели проектов, что помогает лучше представить конечный результат и внести необходимые коррективы на ранних этапах. Например, ChatGPT может создать визуализации интерьеров и экстерьеров зданий, которые помогут клиентам и заинтересованным сторонам лучше понять проект и принять обоснованные решения.
Пример использования:
Проектирование музея в бухте Диомид требует создания реалистичных визуализаций для презентации клиентам и общественности. ChatGPT может помочь в создании 3D моделей интерьеров и экстерьеров здания, а также в создании анимаций и виртуальных туров. Например, ИИ может предложить различные варианты освещения и оформления экспозиционных залов, что позволит создать атмосферу, соответствующую тематике музея. Виртуальные туры позволяют клиентам и заинтересованным сторонам «прогуляться» по будущему зданию и оценить его до начала строительства, что помогает выявить и исправить возможные проблемы на ранних этапах.
Глава 3. Будущие перспективы и инновации.
ИИ в архитектуре развивается стремительными темпами, и будущее обещает множество инноваций, которые могут кардинально изменить эту сферу.
3.1 Генеративный дизайн.
Алгоритмы генеративного дизайна: Использование алгоритмов, которые могут генерировать множество вариантов дизайна на основе заданных параметров и ограничений. Примером является использование таких инструментов, как Autodesk Generative Design.
Оптимизация ресурсов: Генеративный дизайн позволяет оптимизировать использование материалов и ресурсов, снижая затраты и воздействие на окружающую среду.
3.2 Дополненная реальность (AR) и виртуальная реальность (VR).
Визуализация проектов: AR и VR позволяют архитекторам и клиентам
визуализировать проекты в реальном времени и в реальном масштабе, что улучшает понимание и взаимодействие с проектом.
Обучение и тренировки: Использование VR для обучения студентов и профессионалов, предоставляя возможность погружения в реальные проекты и сценарии.
3.3 Робототехника и автоматизация.
Строительные роботы: Использование роботов для автоматизации строительных процессов, таких как укладка кирпича, сварка и монтаж конструкций.
3D-печать зданий: Технологии 3D-печати позволяют создавать сложные архитектурные элементы и даже целые здания, уменьшая затраты и сроки строительства.
3.4 Влияние на профессию архитектора.
ИИ неизбежно изменит роль и обязанности архитектора, открывая новые возможности и предъявляя новые требования. Этот процесс нельзя
игнорировать, если архитектор, как специалист, желает быть актуальным и востребованным.
Навыки программирования: Архитекторам может понадобиться знание основ программирования и алгоритмов для эффективного взаимодействия с ИИ-системами.
Аналитические навыки: Способность анализировать данные и результаты, предоставляемые ИИ, чтобы принимать обоснованные решения.
Сотрудничество с ИИ: Архитекторы будут работать в тесном сотрудничестве с ИИ, используя его для решения рутинных задач и фокусируясь на творческих и стратегических аспектах проектирования.
Новые возможности: появятся новые карьерные пути, такие как специалист по ИИ в архитектуре, консультант по цифровым технологиям и т.д.
Глава 4. Этика и правовые аспекты использования ИИ.
Использование ИИ в архитектуре вызывает множество этических вопросов, которые необходимо тщательно рассматривать, чтобы обеспечить ответственное и справедливое использование технологий.
3.1 Приватность данных.
Сбор данных: ИИ-системы часто требуют большого объема данных для обучения и работы. В архитектуре это может включать данные о поведении и передвижении людей внутри зданий.
Конфиденциальность: Собранные данные могут включать личную информацию, что поднимает вопросы конфиденциальности и защиты данных. Архитекторы и разработчики ИИ должны обеспечивать анонимизацию данных и соблюдать законы о защите персональных данных, такие как GDPR в Европе.
4.2 Предвзятость и дискриминация.
Обучение на предвзятых данных: если данные, используемые для обучения ИИ, содержат предвзятость, это может привести к дискриминационным решениям в проектировании.
Социальное неравенство: ИИ может непреднамеренно усиливать социальное неравенство, проектируя пространства, которые подходят только для определенных групп людей.
4.3 Ответственность и прозрачность.
Кто отвечает за ошибки: В случае ошибок или сбоев в системе ИИ, возникает вопрос о том, кто несет ответственность — разработчики программного обеспечения, архитекторы или пользователи.
Прозрачность решений: необходимо обеспечивать прозрачность решений, принимаемых ИИ, чтобы заинтересованные стороны могли понять, как и почему были приняты те или иные решения.
4.4 Правовые аспекты.
Правовые аспекты использования ИИ в архитектуре разнообразны и требуют соблюдения как международных, так и национальных нормативных актов.
Международные стандарты: существуют международные стандарты и руководства, направленные на регулирование использования ИИ. Например, КОЛЕС ХГС 1/БС 42 занимается стандартизацией в области ИИ.
Национальные законы: В каждой стране могут быть свои законы и регуляции, касающиеся ИИ. Например, в Европе действует Общий регламент по защите данных (ООРЯ), который регулирует сбор и обработку персональных данных.
4.5 Авторские права и интеллектуальная собственность.
ИИ и творчество: Вопрос о том, кому принадлежат права на результаты творческой деятельности ИИ, пока остается открытым. Это особенно важно в архитектуре, где ИИ может участвовать в создании уникальных дизайнов.
Лицензирование и патенты: Разработчики ИИ и архитекторы должны учитывать лицензионные соглашения и патентное право при использовании технологий и алгоритмов.
Контракты с клиентами: при заключении контрактов с клиентами важно четко прописывать использование ИИ и связанные с этим обязанности и права сторон.
Субподрядчики и партнеры: Контракты с субподрядчиками и партнерами должны также учитывать аспекты использования ИИ и данные, которые будут использоваться и обрабатываться.
Заключение.
Искусственный интеллект, особенно такие инструменты как ChatGPT, представляет собой революционное решение для архитектурного проектирования. Он способствует значительному упрощению и ускорению рабочих процессов, помогает архитекторам генерировать и визуализировать идеи, оптимизировать проектные решения и создавать инновационные концепции. Пример бухты Диомид во Владивостоке демонстрирует, как ИИ может быть использован для разработки уникальных и функциональных пространств, учитывающих все требования и особенности проекта.
Применение ИИ в архитектуре охватывает широкий спектр задач. Он может быть использован для генерации идей и концепций, разработки архитектурных планов, оптимизации проектных решений, учёта экологических и эстетических аспектов, анализа и оптимизации использования пространства. Интеграция ИИ с другими инструментами, такими как CAD и BIM, позволяет автоматизировать процесс проектирования и визуализации, что значительно ускоряет работу и повышает её качество.
Однако, наряду с преимуществами, необходимо учитывать и этические, правовые и социальные аспекты использования ИИ. Вопросы приватности данных, предвзятости и дискриминации, ответственности и прозрачности, а также правовые аспекты и вопросы интеллектуальной собственности требуют тщательного рассмотрения. Только при ответственном подходе к использованию ИИ можно обеспечить его справедливое и безопасное применение.
Будущее архитектуры с ИИ обещает множество инноваций, таких как генеративный дизайн, дополненная и виртуальная реальность, робототехника и автоматизация. Эти технологии позволят ещё более эффективно использовать ресурсы, оптимизировать процессы проектирования и строительства, а также создавать сложные архитектурные элементы и целые здания с минимальными затратами и воздействием на окружающую среду.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Del Campo, Matias. Neural Architecture: Design and Artificial Intelligence. ArchDaily, 27 December 2022. URL:
https://www.archdaily.com/994282/neural-architecture-design-and-artificial-intelligence;
2. Fagan, Des. Artificial Intelligence: How Are Architects Using AI Right Now and What Are They Using It For? The Royal Institute of British Architects (RIBA). URL:
https://www.architecture.com/knowledge-and-resources/knowledge-landing-
page/artificial-intelligence-how-are-architects-using-ai-right-now-and-what-are-they-
using-it-for;
3. "The Routledge Companion to Artificial Intelligence in Architecture." Routledge, 2021;
4. Architecture in the Age of Artificial Intelligence: An Introduction to AI for Architects. RIBA Publishing, 2020;
5. Artificial Intelligent Architecture: New Paradigms in Architectural Design. Springer, 2022
Sakharov P.M., Tlusty R.E.
Sakharov P.M.
Far Eastern Federal University (Vladivostok, Russia)
Scientific advisor: Tlusty R.E.
Far Eastern Federal University (Vladivostok, Russia)
ARTIFICIAL INTELLIGENCE IN ARCHITECTURAL DESIGN: INNOVATION, OPTIMIZATION AND THE FUTURE
Abstract: this article discusses the application of artificial intelligence in the field of architectural design. AI demonstrates the potential to significantly simplify and accelerate workflows, which allows architects to generate and visualize ideas more efficiently, as well as optimize design solutions. Using the example of the development of the Diomede Bay project in Vladivostok, it is shown how AI can be used to create unique and functional spaces. The prospects for further implementation of AI in architectural practice, its advantages and challenges, as well as ethical and legal aspects of the use of these technologies are discussed.
Keywords: artificial intelligence, design, generative design, ChatGPT, visualization, optimization, construction, virtual reality, design automation.
