Использование искусственного интеллекта при создании прототипа и конструктивной схемы здания Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Методы

299

А. А. Загоруйко 10.24412/cl-35672-2022-1-0076

А. A. Zagoruyko

Использование искусственного интеллекта при создании прототипа и конструктивной схемы здания

Using computer intelligence to create a prototype and design scheme of a building

Ключевые слова: искусственный интеллект, прототипирование, BIM технологии. Keywords: artificial intelligence, prototyping, BIM technologies.

Аннотация: Статья посвящена вопросу интеграции искусственного интеллекта в процесс прототипирования здания.

Abstract: The article focuses on the integration of artificial intelligence into the prototyping process of the building.

Архитектура - сложная организованная система. Искусственный интеллект (ИИ) постепенно все больше и больше включается в процесс проектирования, так как структура зданий, связанная с многочисленными системами жизнедеятельности человечества, меняется в сторону усложнения. Это усложнение при стремлении сохранить эстетические и конструктивные качества объекта становится тяжелой задачей для человека. Преимущество ИИ - в способности учитывать комбинации всех необходимых характеристик проектируемого объекта. Достигнуть симбиоза ИИ/автоматизации и человеческого опыта - значит достигнуть высокой производительности.

Внедрение ИИ в процесс проектирования имеет смысл рассматривать на стадиях ЭП (эскизного проекта) и П (проекта). Эти стадии дают высокую степень свободы в поиске вариантов и контроль над концепцией всего будущего проекта. Для начальных и конечных этапов уже существует проверенная система расчета, выполняемая с помощью программ, где решаются только простые комбинаторные задачи.

Несмотря на консервативность архитектуры, ИИ уже успел пройти некоторые стадии развития в этой сфере. Очевидно, что архитекторы даже 5-10 лет назад не

владели теми навыками и данными, которыми владеют сейчас. Круг задач, решаемых компьютером, ограничивался только комбинаторными. К моменту использования компьютера форма была практически утверждена, а набор данных использовался только для анализа уже утвержденной формы.

Для архитекторов, как и для людей других профессий, важно, чтобы рабочая среда была интуитивна. Если ранее программы для архитекторов были сложны в освоении, не интуитивны и мало функциональны, то сейчас существует больше возможностей и программ, их функционал стал намного шире, но работать с ними стало проще. Возможности ИИ уже встраивают в среду проектирования, где он может решать запутанные задачи.

Для успешной интеграции ИИ в процесс прототипирования и создания конструктивной схемы необходимо подготовить предварительную базу данных, которая будет предоставлять полную информацию не только об окружающей среде будущего объекта, результатах технико-экономического расчета, но также о пожеланиях архитектора и заказчика в виде программы здания (рис. 1). Программа здания может состоять из схемы, в которой должна находиться диаграмма помещений здания по функциям и площадям, и предполагаемый

Рис. 1. Предварительная база данных в виде программы здания

300

Методы

поток людей ежедневно. Также необходимо дать понять системе, какой алгоритм, какую конструктивную систему предпочтительнее использовать. Формат данных должен быть систематизирован и подготовлен к использованию ИИ. Наиболее важные, но при этом сложные для обработки данные для использования искусственным интеллектом, - графические. Чертежи, рисунки, фотографии или схемы - все это можно использовать при работе с ИИ. Они могут стать основой отдельной базы данных, в которой содержатся примеры похожих существующих объектов. Важно то, что, используя конкретные примеры уже построенных зданий, результат работы ИИ будет ближе к реальной ситуации.

Основной процесс, ради которого и происходит интеграция ИИ в проектирование, - это быстрый подбор вариантов на основе всех полученных данных, и вывод этих вариантов в удобном формате. В основе практически любого ИИ лежит алгоритм оптимизации, основывающийся на определенных правилах, которым можно следовать при создании прототипа архитектурного объекта. Для его работы необходимы две составляющие: ситуация и требуемое решение. Ситуация - это вводные данные, на основе которых потом будет происходить прототипирование. Требуемое решение - это итоговая модель прототипа здания. Весь этот путь можно рассмотреть на примере трех существующих программ: Rhino, Grasshopper и Archicad.

Вначале, безусловно, нужно передать все необходимые данные в программу для их последующего использования. Прежде всего, нам необходимо передать информацию о природно-городской среде участка будущего объекта, географические, транспортные, метеорологические данные и 3D модель окружающей застройки участка. Далее мы передаем все значения, полученные на стадиях ТЭП и ТЭР. После подключения вышеуказанных данных и выбора конструктивной системы здания все это передается в модуль уже существующей нейросети (ИИ). Желательно, чтобы первый этап работы этой программы завершился выдачей выборки нескольких вариантов, которые разработал ИИ (рис. 2).

с™« фь ^ ^ ф ^ ^§fe>

Делается это для того, чтобы направить алгоритм в нужное направление, так как у ИИ нет архитектурного вкуса и понимания самого процесса проектирования. Такой тип обучения искусственного интеллекта называется «обучение с подкреплением». Конечная цель - получение наиболее корректной и оптимальной модели на основе базовой информации, которая была загружена, и выбора, который делает наблюдатель, в данном случае - архитектор. Этот процесс усложняется тем, что для создания оптимальной конструктивной системы для прототипа необходимо также оптимизировать и рассчитывать каждый вариант несколько раз до тех пор, пока результат не будет удовлетворять архитектора, заказчика и конструктора. Такой процесс выбора лучшей модели из представленных ИИ позволяет контролировать процесс на каждом этапе и помогать оптимизировать его.

Объединение Rhino и Archicad дает возможность использовать BIM технологии для доработки прототипа и наполнения его информацией. Одно из основных преимуществ BIM - в ее библиотеках и их удобной систематизации. С помощью такой мощной технологии ИИ получает доступ к библиотеке элементов, которые существуют в реальной жизни, и может дорабатывать модель. Самая объемная часть работ - это присвоение дополнительных данных каждому элементу после того, как модель прошла дополнительные проверки на устойчивость, освещенность, акустические параметры и т. д. и была изменена еще раз. Каждому элементу задается стоимость, необходимое количество, способ доставки, способ монтажа, срок эксплуатации. С информацией о времени монтажа каждого элемента в общем периоде строительства модель становится четырехмерной. Эти данные и определяют наполненность информационной модели. С помощью нее можно не только составить точную смету с учетом всех расходов и издержек, но и получить полную дорожную карту СМР в целом. Это исключает человеческий фактор при черчении конструктивных узлов и схем, монтажа вручную и дает наиболее полные инструкции, начиная от менеджеров проекта и заканчивая разнорабочими на стройплощадке.

Список цитируемой литературы:

1. Искусственный интеллект в архитектуре // SMART 4 : [сайт]. -Опубликовано 24 июня 2019. - URL: https://www.smart4smart. ru/blog/ai-in-architecture (дата обращения 15.10.2020).

2. Beqiri, R. A.I Architecture Intelligence / Ron Beqiri // Future Architecture platform : [сайт] / Published May 4, 2016. - URL: https:// futurearchitectureplatform.org/projects/94a6ee8f-247f-4e63-aaae-b4007d063eef/ (date of access : 10.10.2020).

3. Chaillou, S. AI & Architecture / Stanislas Chaillou / Published Feb. 26th, 2019. - URL: https://medium.com/built-horizons/ai-architecture-4c1ec34a42b8 (date of access : 01.11.2020).

Рис. 2. Вариант форм, разработанные искусственным интеллектом