CC BY
356Специфика применения технологии «искусственного интеллекта» в строительстве
см см о см
со
о ш т
X
<
т о х
X
Колчин Владимир Николаевич
старший преподаватель ФГБОУ ВО "Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет" (НИУ МГСУ), [email protected]
Целью исследования было показать возможности современных информационных технологий в области современных информационных технологий в строительстве, проектировании и эксплуатации строительных объектов, а также показать возможности применения таких технологий как искусственный интеллект в строительной отрасли, а также показать примеры применения технологий искусственного интеллекта и машинного обучения при решении разных задач в строительстве и проектировании. Ещё одной целью исследования было показать возможность комбинирования или совместного использования разных информационных технологий, таких как искусственный интеллект и интернет вещей для решения строительных задач, а также показать возможность повышения эффективности некоторых строительных процессов за счёт применения таких комбинированных информационных технологий, а также продемонстрировать в целом возможность комбинирования таких информационных технологий с целью получения новых синергетических эффектов. А также продемонстрировать применение современных информационных технологий как необходимость в современной строительной отрасли. Ключевые слова: Искусственный интеллект, Машинное обучение, Глубокое обучение, Интернет вещей, Генеративное проектирование, Строительные процессы, Отслеживание рисков, Городское планирование.
Развитие строительной отрасли требует применения новейших технологий таких как строительные машины, инструменты, современные и инновационные строительные материалы не только в самом процессе строительства но также требует применения современных информационных технологий в процессах проектирования и эксплуатации строительных объектов.
Применение таких технологий как искусственный интеллект является не просто данью современной моде, а является необходимостью. Применение современных информационных технологий и в частности технологий искусственного интеллекта позволяет значительно снизить издержки в процессе проектирования, строительства и эксплуатации за счёт значительного снижения количества ошибок при проектировании и их своевременного исправления, а также за счёт исключения человеческого фактора в процессах мониторинга при строительстве и эксплуатации. Применение технологии искусственного интеллекта позволяет значительно повысить качество прогнозирования, позволяет улучшить логистику непосредственно на строительной площадке, повысить эффективность использования ресурсов включая такие ресурсы как человеческие ресурсы, время и другие.
Строительная отрасль имеет широкие возможности для применения машинного обучения и искусственного интеллекта (ИИ).
По мере того, как все больше зданий генерируют огромное количество данных о том, как они построены и эксплуатируются, возникает вопрос как все эти данные обрабатывать. Решением этого вопроса может быть применение искусственного интеллекта.
Общественное восприятие искусственного интеллекта неоднозначно и в настоящее время существует множество областей применения и использования искусственного интеллекта, можно выделить две наиболее популярные области:
• Машинное обучение (1^);
• Глубокое обучение
Машинное обучение - технология которая позволяет создавать такие алгоритмы, которые позволяют компьютерам обучаться на данных без явного программирования.
Глубокое обучение - это набор специализированных методов в рамках машинного обучения. Они основаны на нейронных сетях, типе алгоритма машинного обучения. Глубокое обучение позволило сделать несколько прорывов в области
обработки изображений и языка и других, открыв множество возможностей для различных сфер деятельности человека.
Инновации, основанные на искусственном интеллекте и машинном обучении, меняют отрасль архитектуры, проектирования и строительства.
Различные специалисты в области строительства обращаются к технологиям ИИ, чтобы повысить эффективность и точность проектов, отслеживать использование и местоположение оборудования, для отслеживания эффективности использования ресурсов, для оценки рисков, и мониторинга безопасности.
Компания Research and Markets показала, что деятельность, связанная со строительством, приносит более 10 триллионов долларов в год, и ожидается, что эта цифра вырастет на 4,2% до 2023 года.
Технология ИИ помогает развивать строительную отрасль. В своей статье «Искусственный интеллект: следующий рубеж строительных технологий» компания McKinsey & Company определяет технологию ИИ как важнейший компонент современных методов проектирования и строительства^]^]
Технологии искусственного интеллекта помогают этим отраслям решать одни из самых серьёзных задач, включая перерасход средств и сроков, а также проблемы безопасности. Технологии ИИ можно применять в строительстве на протяжении всего жизненного цикла проекта, включая такие как создание и проектирование, торги, финансирование, управление логистикой, а также операции и управление различными активами.[1][4]
Генеративное проектирование (генеративный дизайн).
Генеративный дизайн — это процесс поиска формы, который может заимствовать эволюционный метод дизайна в природе.[2]
За последние несколько лет информационное моделирование зданий (BIM) стало новым и более совершенным методом разработки 3D-моделей при точном проектировании, строительстве и ремонте зданий и сооружений.
Современные платформы BIM развиваются за счёт внедрения в них интеллектуальных функций, находящихся под управлением систем искусственного интеллекта. Современные платформы BIM применяют различные типы инструментов и технологий, включая машинное обучение, чтобы помочь группам проектировщиков избежать общей и дорогостоящей проблемы: дублирования работы.
В процессе проектирования очень часто наблюдается что подгруппы, работающие над общими проектами, тратят время на создание моделей, уже созданных другими подгруппами проектировщиков. С помощью BIM пользователи «учат» машины использовать алгоритмы для создания проектов с множеством вариаций. Создавая модели,
искусственный интеллект учится на каждой итерации, пока не найдёт идеальную модель.
В недавнем исследовании компаний Dodge Data и Autodesk «Ускорение цифровой трансформации с помощью BIM SmartMarket Report» был сделан вывод о том, что BIM является основой развития цифровизации в строительной отрасли.
Исследование этих компаний показало, что около 47% пользователей платформы BIM, ориентированных на «высокоинтенсивное строительство», близки к достижению своих общих целей цифровой трансформации.[1]
Отслеживание строительных процессов на стройплощадке.
Такие компании, как Droxel, используют решения искусственного интеллекта, которые отслеживают ход строительных проектов и обеспечивают анализ качества и хода проекта в режиме реального времени.
Компания Droxel разрабатывает и создаёт роботов, оснащённых специализированными системами трёхмерного сканирования, которые имеют возможность автономного перемещения по строительной площадке для с целью фиксирования трёхмерных «облаков точек». В результате такой работы создаётся полная цифровая модель, которая впоследствии подвергается обработке с помощью нейронной сети для обработки данных проекта и дальнейшего сопоставления этих данных с информацией из BIM и ведомостей материалов. В конечном результате полученная информация является очень полезной для руководителей проектов, особенно для тех, кому необходимо отслеживать крупномасштабные проекты с огромным количеством процессов.[1][3]
Эти идеи включают:
• Финансовая информация;
• Насколько проекты соответствуют графику;
• Поиск и фиксирование различных ошибок качества на ранних этапах разработки, с целью их полного устранения или снижения их негативных последствий.
Управление автопарком с помощью интернета вещей.
Интернет вещей (IoT) меняет способ управления строительными компаниями парками оборудования и транспортных средств. Решения IoT включают в себя определение местоположения, возможности профилактического обслуживания, расход топлива или аккумулятора и другие параметры с помощью телеметрии на основе искусственного интеллекта. Устройства Интернета вещей позволяют фиксировать и передавать важную информацию непосредственно с места работы.
Эти устройства могут быть закреплены на оборудовании, внутри транспортных ящиков, полуприцепов, инструментов и фактически на любой по-
X X
о го А с.
X
го m
о
.
2 О
м м
CN СЧ О
cs
РО
о ш m
X
<
m о х
X
верхности того, что необходимо отслеживать строительным командам. Информация полученная от таких устройств даёт возможность предсказать, выход из строя оборудования и является неоценимым преимуществом, позволяющим сэкономить время и финансовые ресурсы в строительной сфере.[1]
Снижение рисков.
Оценка и снижение рисков происходит непрерывно каждый день на строительной площадке. Группы субподрядчиков совместно работают над разными задачами, возникает множество проблем которые необходимо отслеживать и управлять ими. Искусственный интеллект применяется для выявления проблем, с которыми руководители строительства, менеджеры проектов сталкиваются ежедневно, чтобы справиться с этими проблемами, и способы улучшения этого процесса.
Используя ИИ, особенно анализ строительного языка, можно автоматически назначать приоритет задачам. Алгоритмы способны понимать и предсказывать сложные задачи. Система использует описания, которые наблюдали многие менеджеры по качеству в проектах при мониторинге своих про-ектов.[2][3]
Безопасность рабочих мест.
Безопасность строительства - приоритет номер один на всех стройплощадках. ИИ был направлен на понимание поведения и контекста проблем безопасности, а затем на доведение их до сведения менеджеров по безопасности. Система искусственного интеллекта в автоматическом режиме находит и фиксирует все проблемы безопасности на рабочей площадке и прикрепляет к ним тег, указывающий, может ли это привести к потенциальному смертельному исходу.
Опыт показывает, что около 67% всех несчастных случаев, связанных со строительством, были вызваны проблемами, связанными с так называемой «фатальной четвёркой»:
• Падение,
• Травмирование,
• «Застреванием между»
• Поражение электрическим током.
Алгоритмы искусственного интеллекта автоматически классифицируют обнаруженные проблемы безопасности, которые предшествуют фатальной четвёрке.[2][5]
Такие платформы, как Newmetrix, улучшают условия безопасности на рабочих местах за счёт машинного обучения, которое может выявлять риски до того, как произойдут аварии, или анализировать объекты после того, как инциденты произошли.
Система искусственного интеллекта может отслеживать такие источники, как фотографии и видео и другие, а затем применять прогнозирование для выявления потенциальных опасностей, чтобы
руководители строительных площадок могли сразу их предовратить.
Пользователи могут взаимодействовать с централизованной информационной панелью для создания отчётов, в которых проекты ранжируются по потенциальным рискам безопасности, таким как:
• Небезопасные строительные леса,
• Стоячая вода,
• Отсутствие у рабочих средств индивидуальной защиты (таких как перчатки, защитные очки и каски),
• И другие.[1]
Сокращение нехватки рабочей силы в строительстве.
В 2017 году компания «McKinsey & Ко» показала, что строительные компании могут повысить свою производительность на 50% с помощью аналитики с использованием систем искусственного интеллекта.
Одной из важных задач является не только поиск рабочих но и также трудности с удерживанием рабочих на их должностях. Среднемесячная текучесть кадров в строительной сфере превышает 5%.[1]
Городское планирование.
Инновационные инструменты искусственного интеллекта могут применять генеративные и итеративные методы к объектам городского масштаба, выходя за рамки требований отдельных зданий. Примером этой концепции является технологическая компания Spacemaker, приобретённая компанией Autodesk, которая предлагает систему облачного искусственного интеллекта и программное обеспечение для генеративного проектирования. Эта система позволяет группам планирования и проектирования быстрее принимать более обоснованные решения.[2]
Объёмное проектирование.
Японская строительная, инжиниринговая и девелоперская компания Obayashi также работал с Autodesk Research над созданием решения на основе искусственного интеллекта - такого, которое позволяет архитекторам вводить базовые параметры для сооружений и с минимальными указаниями, получать объёмные оценки и макеты внутреннего дизайна.
Система искусственного интеллекта может распознавать абстрактные отношения между программами и желаемую связь, размер и пропорцию, выраженную в объёме здания. Чтобы создать макеты программирования интерьера, дизайнер и клиент работают с рядом лексических параметров: простые предложения, которые определяют элементы здания и их расположение и показывают, как они соотносятся друг с другом. Это может быть: «Конференц-залы должны быть расположены близко к окнам» или «Столовая должна быть удалена от лаборатории в целях безопасности».[2]
Литература
1. Искусственный интеллект в строительстве. Примеры ИИ для строительной отрасли. Интернет-портал: Деловая сеть. Режим доступа: https://elport.ru/articles/iskusstvennyiy_intellekt_v_str oitelstve_primeryi_ii_dlya_stroitelnoy_otrasli . Дата обращения: 18 декабря 2021
2. Строительная компания Renext. Искусственный интеллект в архитектуре и строительстве. Интернет-портал: Renext
Режим доступа: https://www.renext.ru/articles/. Дата обращения: 28 апреля 2021
3. Платформа, использующая искусственный интеллект для выявления ошибок при строительстве, собрала 10 миллионов долларов.
Интернет-портал: Деловая сеть. Режим доступа:
https://elport.ru/news/platforma_ispolzuyuschaya_isk usstvennyiy_intellekt_dlya_1258 Дата обращения: 06.04.2021
4. «Умные дома» от Сбера и ГК «Инград» появятся в Москве.
Интернет-портал: Деловая сеть. Режим доступа:
https://elport.ru/news/umnyie_doma_ot_sbera_i_gk_i ngrad_poyavyatsya_v_moskve_25382. Дата обращения: 25.07.2021
5. Ковалевский Александр. Как технологии ИИ используются в проектировании и строительстве? Интернет-портал: Arendator
Режим доступа:
https://www.arendator.ru/articles/162070-kak_tehnologii_ii_ispolzuyutsya_v_proektirovanii_i_st roitelstve/. Дата обращения: 1 октября 2018
The specifics of the use of "artificial intelligence" technology in
construction Kolchin V.N.
Moscow state University of civil engineering" (NRU MGSU)
JEL classification: D20, E22, E44, L10, L13, L16, L19, M20, O11, O12, Q10,
Q16, R10, R38, R40, Z21, Z32
The purpose of the study was to show the possibilities of modern information technologies in the field of modern information technologies in construction, design and operation of construction facilities, as well as to show the possibilities of using such technologies as artificial intelligence in the construction industry, as well as to show examples of the use of artificial intelligence and machine learning technologies in solving various tasks in construction and design. Another purpose of the study was to show the possibility of combining or sharing different information technologies, such as artificial intelligence and the Internet of Things for solving construction tasks, as well as to show the possibility of improving the efficiency of some construction processes through the use of such combined information technologies, as well as to demonstrate in general the possibility of combining such information technologies in order to obtain new synergetic effects. And also demonstrate the use of modern information technologies as a necessity in the modern construction industry.
Keywords: Artificial Intelligence, Machine Learning, Deep Learning, Internet of Things, Generative Design, Construction Processes, Risk Tracking, Urban Planning. References
1. Artificial intelligence in construction. Examples of AI for the construction
industry. Internet portal: Business network. Access mode: https://elport.ru/articles/iskusstvennyiy_intellekt_v_stroitelstve_primeryi _ii_dlya_stroitelnoy_otrasli . Date of access: 18 December 2021
2. Construction company Renext. Artificial intelligence in architecture and
construction. Internet portal: Renext Access mode: https://www.renext.ru/articles/. Date of access: 28 April 2021
3. A platform that uses artificial intelligence to detect construction errors has
raised $10 million.
Internet portal: Business network. Access mode: https://elport.ru/news/platforma_ispolzuyuschaya_iskusstvennyiy_intell ekt_dlya_1258 Date of access: 04/06/2021
4. "Smart houses" from Sberbank and GC "Ingrad" will appear in Moscow. Internet portal: Business network. Access mode:
https://elport.ru/news/umnyie_doma_ot_sbera_i_gk_ingrad_poyavyatsy a_v_moskve_25382. Date of access: 25.07.2021
5. Kovalevsky Alexander. How are AI technologies being used in design and
construction? Internet portal: Tenant Access mode: https://www.arendator.ru/articles/162070-
kak_tehnologii_ii_ispolzuyutsya_v_proektirovanii_i_stroitelstve/. Retrieved: 1 October 2018
X X О го А С.
X
го m
о
.
2 О
м м
