72Изменения строительной отрасли при активном внедрении технологии с применением искусственного интеллекта (ИИ)
Караманянц Микаэл Бернардович
бакалавр, Московский авиационный институт (государственной технический университет) (МАИ), [email protected]
В статье рассмотрены векторы прикладной имплементации интеллектуальных технологий в строительном деле. Обозначены авторские подходы к определению термина «искусственный интеллект». Основными функциями искусственного интеллекта выступают: оптимизация строительных работ и проектирования, автоматизация, контроль качества, повышение уровня безопасности, экономия финансовых, временных и кадровых ресурсов. Проанализированы такие технологии, как генеративное проектирование, информационное моделирование зданий (BIM), технологии шумоподавления в фотореалистичных рендерингах, технологии дополненной реальности, прогнозная аналитика, автоматизация строительного оборудования и техники, виртуализация систем управления строительными предприятиями, цифровые двойники.
Ключевые слова: искусственный интеллект, строительство, проектирование, рендеринг, визуализация, риск-фактор, прогнозирование, цифровой двойник
Строительство на сегодняшний день является одной из стратегически важных отраслей народного хозяйства. Примерно 7% от общепланетарных трудовых ресурсов занято именно в строительной отрасли, что делает строительство одним из крупнейшим секторов мировой экономики [5, с. 13]. Частные лица, предприятия, регионы и государства тратят триллионы долларов в год на строительные работы - возведение новых зданий и сооружений, реновацию имеющегося жилого фонда, реинжиниринг общественных пространств. В данной связи неудивительно, что значительная часть технологий цифро-визации, автоматизации, роботизации разрабатываются и имплементируются именно в строительном секторе.
Среди множества технологических инноваций, повышающих качество и скорость реализации проектов в строительстве, наиболее перспективной и, при этом, - малоизученной выступает технология искусственного интеллекта. Все чаще в медийном дискурсе и на официальных веб-сайтах застройщиков можно увидеть сообщения об успешной имплементации искусственного интеллекта в строительную практику. Автономная строительная техника, «умное» оборудование, генеративное проектирование, риск-менеджмент и контроль безопасности на стройке, дополненная реальность и машинное зрение - это далеко не полный перечень существующих на сегодняшний день интеллектуальных технологий [7, с. 5].
Прежде чем рассмотреть векторы прикладной имплементации интеллектуальных технологий в строительном деле, нужно понять, что именно следует понимать под термином «искусственный интеллект». Выработка универсальной исчерпывающей дефиниции категории «искусственный интеллект» представляет собой достаточно нетривиальную научно-теоретическую задачу, сложную в силу многообразия проявлений и видов интеллектуальных технологий. Искусственный интеллект, можно сказать, представляет собой зонтичный термин и подразумевает целую совокупность методов обработки данных - от классических символьных систем до нейронных сетей и технологий глубокого обучения. Кроме того, однозначно определить сущность искусственного интеллекта сложно и по той причине, что интеллектуальные технологии находятся в постоянном развитии, и дефиниция, которая сегодня кажется актуальной, может устареть уже через несколько лет. Кроме того, множество противоречий заключено в самом понятии «интеллект». Тем не менее, многие отечественные исследователи все
О *
О X
о
S
S *
и
с т ■и о s т о а г
о т
09 8)
же предпринимают попытки выработать обобщенное определение искусственного интеллекта, которое бы включило в себя указание на все его ключевые характеристики.
К. М. Крюков и А. М. Метлёв указывают, что де-финиционной чертой искусственного интеллекта, которая должна быть смысловым «ядром» любого определения, выступает самообучаемость - «способность системы правильно интерпретировать внешние данные, извлекать уроки из таких данных и использовать полученные знания для достижения конкретных целей и задач при помощи гибкой адаптации» [9, с. 51]. Кроме того, авторы говорят о том, что целесообразно давать отдельные определения для каждого из двух типов интеллектов - сильного и слабого. Слабый интеллект, который используется на современном этапе, не имеет своего «разума» и, по сущности, лишь выполняет приказы, решает теоретические и прикладные задачи под контролем человека [9, с. 51].
При выработке определений термина «искусственный интеллект» многие авторы отталкиваются от общих черт между разумом «машины» и человеческим разумом. К примеру, К. В. Бамбетова с соавт. определяет искусственный интеллект как технологию, при которой «машина имитирует когнитивные функции человека, такие как решение проблем, распознавание образов и обучение» [3, с. 32]. Схожий подход можно обнаружить в работах П. М. Морхата: искусственный интеллект представляет собой компьютеризированную систему, (1) демонстрирующую «поведение, которое широко воспринимается как требующее наличия разума», (2) «способную рационально решать сложные проблемы или предпринимать надлежащие действия для достижения своих целей» [10, с. 26].
Также автор говорит о том, что само по себе понятие «искусственный интеллект» имеет, скорее, прогностический характер, ведь на сегодняшний день еще не имеется такой машины, действительно усовершенствованной до такого состояния, чтобы «возложить на себя некоторые возможности (и соответственно - функции), которые, как считается, присущи человеческому интеллекту» [10, с. 28]. По сущности, исследователь отождествляет понятия «сильный искусственный интеллект» и «искусственный интеллект». В. Н. Колчин, в свою очередь, говорит, что дальнейшее развитие технологий искусственного интеллекта будет в большей степен и затрагивать технологии машинного обучения, в т. ч. глубокого, так как именно машинное обучение сегодня стоит во главе угла во всех прикладных исследованиях и экспериментах [8, с. 250].
Обобщив имеющиеся в современной научной литературе определения искусственного интеллекта [3, 4, 6, 8, 9, 10], можно представить следующую интерпретацию: искусственный интеллект - представляет собой прикладную область информатики, посвященную созданию систем и программ, а также совокупность подобных систем и программ, которые обладают способностью анализа данных, обучения на основе опыта, принятия решений, выполнения задач и выполнения функций по принципу, схожему с работой
интеллекта человека. Интеллектуальные методы и технологии - это машинное обучение, глубокое обучение, нейронные сети, алгоритмы обработки естественного языка и компьютерное зрение; все они находят широкое применение в различных областях, включая медицину, автоматизацию производства, автономные системы, анализ финансовых данных, образование, государственное управление и проч.
Интеллектуализация строительной отрасли развивается в нескольких ключевых направлениях. Рассмотрим их подробнее (Рис.1).
Проектирование и визуализация зданий и сооружений
Мониторинг безопасности, контроль качества строительства и риск-анализ
Автоматизация строительных работ
Менеджмент, маркетинг строительной организаци
Управление запасами строительных материалов, сладскими мощностями, логистикой и транспортом
Рисунок 1 - Векторы внедрения искусственного интеллекта в строительную отрасль
Примечание: источник - собственная разработка автора
Моделирование, проектирование зданий посредством интеллектуальных систем - один из наиболее изученных аспектов внедрения машинного интеллекта в рассматриваемую нами отрасль. Первые программы, позволяющие проектировать здания в виртуальной среде, возникли более трех десятилетий назад, и сегодня они существенно усилены за счет искусственного интеллекта. Все чаще специалисты в строительном секторе говорят о технологии генеративного проектирования. Генеративное проектирование - интеллектуальное проектирование зданий и сооружений, основанное, как и прежде, на трехмерных моделях визуализации, но при этом новые интерфейсы позволяют специалистам по архитектуре, проектированию и строительству прогнозировать, планировать, проектировать, адаптировать конструкции с учетом колоссальных массивов данных и риск-факторов, аккумулируемых компьютером. Более того, интеллектуальные системы могут самостоятельно конструировать здания и инфраструктуру, делать их «пробный запуск» и проверять на функциональность так, как если бы они уже были построены. Генеративное проектирование позволяет «выявлять и смягчать конфликты между различными моделями, созданными различными командами на этапе планирования и проектирования» [3, с. 33].
Широко применяется, в том числе и в России, информационное моделирование зданий (BIM) -
интеллектуальный метод разработки SD-моделей, позволяющий достигать прецизионной точности при проектировании, строительстве и ремонте зданий и сооружений. Современные BIM-платформы интегрированы с различными технологиями, включая машинное обучение. Система самостоятельно учитывает прошлый опыт реализации строительных проектов и позволяет исключить ошибочные проектировочные решения. Кроме того, программа идентифицирует случаи дублирования функций проектировщиков и оповещает о них. Как отмечает В. Н. Колчин, в реальной практике проектирования часто случается так, что подгруппы проектировщиков, работающие над общими проектами, тратят время на создание элементов и систем, созданных ранее другими подгруппами [8, с. 251].
Рисунок 2 - Применение дополненной реальности в строительстве
Примечание: источник - https://simbott.com/vr-construction-^вШпд/, https://www.ehsinsight.com/hubfs/ar.jpg, https://constructionbíog.autodesk. ^т^р-content/upíoads/2021/02/power-of-augmented-reaíity-aR-in-construction-1.jpg, https://i0.wp.com/www.inaugment.com/wp-content/upíoads/2023/01/engineering-grade-ar-high-accuracy-augmented-reaíity-AEC-civií-construction-engineering-architecture.jpg?resize=770%2C470&ssí=1
Применение искусственного интеллекта весьма полезно и на более «мелких» уровнях проектирования. А. В. Ильин, к примеру, говорит о технологиях шумоподавления в фотореалистичных рендерингах, позволяющих ускорять процесс визуализации при проектировании интерьера и экстерьера здания. Сегодня рендеринг в современной программной
среде может быть осуществлен исключительно на мощном компьютере, и даже в этом случае процесс рендеринга готового проекта занимает достаточно продолжительное время [7, с. 6]. Уже сегодня искусственный интеллект точечно применяется для ускорения рендеринга, а в будущем, по мнению экспертов, на рынке будут представлены такие программы, которые сделают рендеринг одномоментной процедурой.
Говоря о мониторинге безопасности, контроле качества и риск-анализе (Рис.1), следует отметить, помимо прочих, технологии дополненной реальности. Данные программные технологии, как правило, используются в сочетании со специальным аппаратным обеспечением - умными очками и камерами. Дополненная реальность, широко и прочно освоенная в рекреационном секторе, массовом и профессиональном спорте, медицине и образовании, сегодня находит свое применение и в области строительства (Рис. 2).
Умные очки в сочетании с программным обеспечением позволяют распознать технические параметры сооруженных систем и выделить ошибки, допущенные при проектировании или реализации проекта в режиме реального времени, т. е. уже во время осмотра пользователем.
Риск-менеджмент и проверка безопасности и качества строительных работ и готовых сооружений -еще одно направление имплементации искусственного интеллекта. Инструментарий так называемой прогнозной аналитики (иногда сопряженный с машинным зрением и дополненной реальностью) позволяет вовремя обнаружить критические и мелкие дефекты здания или сооружения. Во многом это возможно за счет технологий машинного обучения; известно, к примеру, что компьютер, просмотревший 17 млн изображений строительных работ на той или иной стадии их реализации, способен с высокой степенью точности определять индикаторы риска, ранжировать ошибки по степени риска и предсказывать, какие проекты будут являться причиной инцидентов в будущем [7, с. 6]. Некоторые исследователи пишут также о внедрении систем обеспечения пожарной безопасности [1].
Выполнение строительных работ, безусловно, заключает в себе высокие риски для здоровья и жизни людей - случайных прохожих, рабочих, проверяющих, руководителей строительных бригад.
Искусственный интеллект может быть обучен таким образом, что в фокусе его внимания окажется предотвращение рисков для жизни людей. Компьютер, изучивший достаточное число видео, фото, текстовых документов, законов, регламентов, неофициального контента, находящегося в открытом доступе в Сети, способен весьма корректно уяснить основные причины, предпосылки, индикаторы и маркеры угрозы. Строители, к сожалению, до сих пор регулярно получают увечья или даже погибают из-за т.н. «фатальной четверки»: падение с высоты, травмы от ударов, застревание, поражение током. Система искусственного интеллекта фиксирует обнаруженные ей на фото или видео безопасности на реальной строительной площадке и прикрепляет к
Q *
О Z
о г
s
*
0)
с т
■и
о
S
т
о а
Г
о т
го а
ним тег, указывающий на риск травматизма или потенциально смертельный исход. Настроенный на идентификацию рисков по четырем из этих направлений искусственных интеллект сможет оповестить всех присутствующих на стройке о повышении степени риска. Компьютер, таким образом, помогает строителям снизить влияние драматических последствий «человеческого фактора».
Несмотря на очевидную пользу подобного ПО, таких инструментов на рынке представлено крайне мало; один из наиболее эффективных, в частности, считается Newmetrix и (Рис.3).
Рисунок 3 - Функционирование системы №\мтеМх на строительных объектах
Примечание: источник - ЬПрв://ргоооге-
marketplace.s3.amazonaws.com/production/uploads/efb60fb2-580f-4986-8d97-935a22a5cf71.png, https://procore-marketplace.s3.amazonaws.com/production/uploads/14069803-917b-435e-a850-f6fa894b1183.png
Система искусственного интеллекта может анализировать фотографии и видео и данные, а затем применять метод прогнозирования с целью выявления потенциальных рисков, чтобы руководители строительных площадок могли их предотвратить. Крайне важно, что эта и другие подобные системы вступают в коммуникацию с реальными пользователями и вовремя оповещают их о рисках (к примеру, небезопасные строительные леса, стоячая вода, отсутствие у работника средств индивидуальной за-(0 щиты [8, с. 252].
о Иногда технологии искусственного интеллекта
и встраиваются в строительное оборудование ® и рабочую технику. Техника, оснащённая машин-2 ным интеллектом, работает на базисе внутренних
данных и данных, получаемых со спутниковых систем, а операторы управляют выполнением работ из диспетчерских.
Искусственный интеллект постепенно внедряется и в процессы управления строительными организациями [2, с. 88]. Уже сегодня предприятия управляют логистикой и запасами посредством интеллектуальных интерфейсов [9, с. 55]. Некоторые компании прибегают к стратегии полной автоматизации работы, и в этих целях создают цифровые двойники самой организации и строящегося здания [11].
Таким образом, строительная отрасль - важнейшая составная часть современной глобальной экономики, развитие которой происходит в контексте всех мировых хозяйственных отношений, в тесном взаимодействии с другими отраслями. Одним из безусловных приоритетов внутренней политики любой страны является научно-технологическое развитие строительной сферы. Основной движущей силой перемен в строительстве являются цифровые (интеллектуальные) технологии. Основными функциями искусственного интеллекта выступают: оптимизация строительных работ и проектирования, автоматизация, контроль качества, повышение уровня безопасности, экономия финансовых, временных и кадровых ресурсов.
Литература
1. Актаева, А. У. Искусственный интелект и пожарная безопасность / А. У. Актаева, Т. Д. Жаксы-лык, Ж. Сарсенбаева // НИР/S&R. - 2023. - №1 (13).
- С. 133-136.
2. Асаул, В. В. Применение искусственного интеллекта в менеджменте строительной отрасли / В.
B. Асаул, М. В. Петухов, Н. К. Пономарев, А. А. Никулин // Финансовые рынки и банки. - 2022. - №1. -
C. 87-90.
3. Бамбетова, К. В. Преимущества использования искусственного интеллекта в сфере строительства / К. В. Бамбетова, А. А. Кабжихов // Вопросы науки и образования. - 2021. - №7 (132). - С. 32-34.
4. Вербель, М. А. Применение искусственного интеллекта при геологических изысканиях в транспортном строительстве / М. А. Вербель // Наука, образование и культура. - 2023. - №2 (65). - С. 13-15.
5. Газаров, А. Р. Преимущества использования искусственного интеллекта в сфере строительства / А. Р. Газаров // Известия ТулГУ. Технические науки.
- 2020. - №4. - С. 136-139.
6. Гинзбург, А. В. Возможности искусственного интеллекта по повышению организационно-технологической надежности строительного производства / А. В. Гинзбург, А. И. Рыжкова // Вестник МГСУ.
- 2018. - №1 (112). - С. 7-13.
7. Ильин, А. В. Использование искусственного интеллекта в строительстве / А. В. Ильин, Н. В. Владимиров // Вестник магистратуры. - 2022. - №4-2 (127). - С. 5-7.
8. Колчин, В. Н. Специфика применения технологии «искусственного интеллекта» в строительстве / В. Н. Колчин // Инновации и инвестиции. - 2022. -№3. - С. 250-253.
9. Крюков, К. М. Возможности использования искусственного интеллекта в строительстве / К. М. Крюков, А. М. Метлёв // ИВД. - 2022. - №10 (94). -С. 51-60.
10. Морхат, П. М. К вопросу об определении понятия искусственного интеллекта / П. М. Морхат // Право и государство: теория и практика. - 2017. -№12 (156). - С. 25-32.
11.Шананин, В. А. Создание цифровых двойников в строительстве при помощи искусственного интеллекта / В. А. Шананин, К. Ю. Лосев // Инновации и инвестиции. - 2023. - №6. - С. 357-360.
Changes in the construction industry with the active implementation of
technology using artificial intelligence (AI) Karamanyants M.B.
Moscow Aviation Institute (State Technical University)
The article discusses the vectors of applied implementation of intelligent technologies in the construction industry. The author's approaches to defining the term "artificial intelligence" are outlined. The main functions of artificial intelligence are: optimization of construction work and design, automation, quality control, increasing the level of safety, saving financial, time and personnel resources. Technologies such as generative design, building information modeling (BIM), noise reduction technologies in photorealistic renderings, augmented reality technologies, predictive analytics, automation of construction equipment and machinery, virtualization of construction management systems, digital twins are analyzed.
Keywords: artificial intelligence, construction, design, rendering, visualization, risk factor, forecasting, digital twin
References
1. Aktaeva, A. U. Artificial intelligence and fire safety / A. U. Aktaeva, T. D.
Zhaksylyk, Zh. Sarsenbaeva // Research/S&R. - 2023. - No. 1 (13). - pp. 133-136.
2. Asaul, V.V. Application of artificial intelligence in the management of the
construction industry / V.V. Asaul, M.V. Petukhov, N.K. Ponomarev, A.A. Nikulin // Financial markets and banks. - 2022. - No. 1. - pp. 87-90.
3. Bambetova, K. V. Advantages of using artificial intelligence in the field of
construction / K. V. Bambetova, A. A. Kabzhikhov // Questions of science and education. - 2021. - No. 7 (132). - pp. 32-34.
4. Verbel, M. A. Application of artificial intelligence in geological surveys in
transport construction / M. A. Verbel // Science, education and culture. -2023. - No. 2 (65). - pp. 13-15.
5. Gazarov, A. R. Advantages of using artificial intelligence in the field of
construction / A. R. Gazarov // News of Tula State University. Technical science. - 2020. - No. 4. - pp. 136-139.
6. Ginzburg, A.V. Possibilities of artificial intelligence to improve the organizational and technological reliability of construction production / A.V. Ginzburg, A.I. Ryzhkova // Bulletin of MGSU. - 2018. - No. 1 (112). - P. 713.
7. Ilyin, A.V. Use of artificial intelligence in construction / A.V. Ilyin, N.V.
Vladimirov // Bulletin of the Master's degree. - 2022. - No. 4-2 (127). - P. 5-7.
8. Kolchin, V. N. Specifics of the application of "artificial intelligence" technology
in construction / V. N. Kolchin // Innovations and investments. - 2022. - No. 3. - pp. 250-253.
9. Kryukov, K. M. Possibilities of using artificial intelligence in construction / K.
M. Kryukov, A. M. Metlev // IVD. - 2022. - No. 10 (94). - P. 51-60.
10. Morhat, P. M. On the issue of defining the concept of artificial intelligence /
P. M. Morhat // Law and state: theory and practice. - 2017. - No. 12 (156).
- pp. 25-32.
11. Shananin, V. A. Creation of digital twins in construction using artificial intelligence / V. A. Shananin, K. Yu. Losev // Innovations and investments.
- 2023. - No. 6. - pp. 357-360.
О *
о
X
о
3
s *
8)
с т ■и о s т о а г
о т
и 8)
