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AI重新定義未來建筑:創新、協同與顛覆

2021.01.22

AI重新定義未來建筑:創新、協同與顛覆

大開腦洞:人工智能學家眼中的未來建筑

感覺到人累了,建筑會告訴椅子開始搖擺按摩;房頂漏水了,手機立馬收到提示要做防水處理;洗手臺的造型看膩了,可以設置3D打印重新打造一款洗手臺;用上生物特征識別技術的大門,以后出門再也不用帶鑰匙和門禁卡……智慧城市融合應用論壇上,與會人工智能學家大開腦洞,這樣描述智能建筑的未來。

其實這些已然不再是空中樓閣,智慧建筑場景中已經有成熟度較高的應用。清華大學互聯網產業研究院研究員杜明芳列出的成熟度較高的典型應用包括建筑信息模型(BIM)、智能安防中的智能視頻挖掘分析及建筑環境舒適節能控制和建筑空間中的生物特征識別等。

其中,建筑信息模型(BIM)是建筑行業顛覆性的變革。在以往建筑設計過程中,只是設計師畫草圖或者機器做出二維碼圖形。而如今,一個建筑信息模型可以包含物理、集合、功能、性能信息,在這個模型里可以進行水暖設計、施工協同、效果圖表述,而這一切,都是依托的人工智能技術。

專家舉例,2012年倫敦奧運會主體育場“大碗”的設計,由于奧運會舉辦的特殊性,一個城市往往要幾十年才有一次舉辦機會,因此“大碗”的循環使用次數為零。如何拒絕資源浪費?人工智能技術加持的建筑信息模型將“大碗”設計成可裝卸式,奧運會結束后,“大碗”可以縮小體量變成一個社區活動場所。

與會專家透露,現在中國幾乎超高層建筑全部使用BIM,在建筑使用過程中,對科技的使用越來越依賴。原來更多的是現場施工,現在發現疊加科技才能實現更好的建筑管理效果。所以建筑也逐漸開始變成個性化的模式,每個建筑可能的模型、建模的深度,從原來看一看圖紙到看里面每一個管線的管理、節點和功能性。

建筑遇上人工智能還會迸發出什么樣的火花?再看一組案例,2015年,澳大利亞工程師馬克·皮瓦茲研發出全自動砌磚機器人“哈德良X”,它每小時能砌1000塊磚,24小時不間斷工作,兩天內可砌完一棟房子。2019年,國內地產建筑企業碧桂園提出將加快人工智能與建筑機器人深度融合,用機器人代替建筑工人。到了2020年年底,碧桂園下屬公司博智林機器人已經組建了3400多人的研發團隊,在研建筑機器人54款,有37款機器人投放工地測試應用,填補了行業空白。

智能安防也是智慧建筑的常用應用場景,在一座智能建筑物或多個智能建筑組成的建筑群中,出入口對于人員的進出管理、安防都將采用人工智能技術,主要是生物識別技術,這些識別技術包括人臉識別、聲紋識別、動作識別、虹膜識別、掌識別等。“生物特征識別依托的前沿人工智能技術有機器視覺、圖像處理、模式識別、深度學習等。”江南大學人工智能與計算機學院教授吳小俊介紹,這些前沿技術能實現目標檢測、跟蹤、特征提取和檢索,電影中的場景已成為現實。

明確趨勢:AI化是未來建筑的重要特征

智慧建筑場景已有諸多應用,但專家坦言,人工智能在建筑領域中的運用仍處于起步階段,建筑領域新技術的研發和落地都處于早期發展階段,要想實現革命性突破可能依然任重道遠。不過,智慧建筑已然成為智慧城市的重要一環,在城市邁向智能化的大背景下,建筑也將迎來廣闊發展空間。

“在新經濟和數字經濟快速發展的今天,建筑業呈現出工業化、數字化、綠色化、互聯網化、AI化的‘新五化’趨勢,其中AI化是未來建筑的重要特征。”杜明芳曾這樣闡述未來建筑發展趨勢。

很多人其實并不明白智慧城市到底是啥,也分不太清智慧建筑的含義。與會專家告訴《科技周刊》記者,智慧城市相關理念早在很多年前就已經提出,主要是由政府相關機構自上而下進行推動,在一些城建項目中,從初期規劃開始,就融入相關智能化設計,并輔以大量的智能化設備,通過大數據庫,對整個區域進行智能化、數字化管理。

智慧建筑則是智慧城市的重要一環,其包括智慧工地、BIM管理、勞務實名制管理等功能。即通過一些建筑軟件系統配合硬件,對建筑工地的安全、設備、人員、材料、環境等,進行數字化、智能化的整體管控,為建筑企業降本增效,為建筑工人提供保障,為政府提供針對建筑工地人員管理、應急處置等服務。

此外,智慧建筑還通過智能設備,對整個建筑空間及其內部設施進行智能管理,根據建筑空間特性,匹配對應的智能系統,以達到節能減排、舒適居住、便捷管理、安全環保等效果,主要服務群體為居住、使用、管理人員。

總之,智慧城市是整個城市的數字智能化建設發展方向,智慧建筑是在建筑建造過程中,為施工人員、單位及管理人員提供數字化管理、智能化運作的服務系統,主要服務群體是建筑工人、施工管理者以及承建企業;并在建筑建成后,為居住者、使用者、管理者提供智能化服務。

目前,人工智能與建筑日益呈現出緊耦合的特點,機器人進入建筑空間作業,輔助或替代人類完成部分工作已經成為常態。與會專家表示,以建筑工業互聯網為架構和銜接、以建筑云腦及類腦計算和情感計算為核心的智慧建筑技術體系將成為未來主流方向。由單體智慧建筑綜合多智能體理論形成的智慧建筑群將成為支撐未來智慧城市發展的基礎。

“我們還要明確一個概念,現在最重要最值錢的不是建筑體,而是建筑所留存下來的數據。”華人建筑環境專家聯盟主席周蕾說,現在已經有房地產公司從多維度把材料、價格、人員、廠商、清單等做成動態的數據庫。從數據庫里查資料,就知道這座建筑你使用了多少年,什么時候該換哪些設備;在他看來,建筑體不是死的物體,建筑應該有生命,要跟人產生互動,服務于人,而這其中的紐帶就是人工智能技術。

如何從智慧建筑走向智慧城市?杜明芳給出了建議,即基于AI+智慧建筑產業鏈,打造泛智慧建筑生態,由此支撐和構筑智慧城市。其中,以AI+智慧建筑產業鏈模型為基礎的產業規劃尤為重要,也是實現產城融合的核心。打通生產建造域、供應鏈網絡域、用戶需求域,構建暢通無阻、高效協同的智慧建筑產業互聯網是當務之急。

迭代之問:傳統建筑如何智能化改造

“十三五”時期,我國建筑業加快發展,建筑業支柱產業作用不斷增強,建筑業增加值占國內生產總值比重保持在6.6%以上。

據有關統計,我國建筑勞動生產率僅是發達國家的三分之二左右,建筑業的機械化信息化智能化程度還不高。如今建筑業已出現了建筑工人缺乏的現象,年輕一代不愿意去建筑工地做“重”“粗”“臟”的工作,這就倒逼建筑業必須加快與信息技術和人工智能的結合,加快整個行業的轉型升級。

數據顯示,在過去的幾十年里,全球建筑業每年僅增長1%。“其中一個原因是建筑業是世界上數字化程度最低的行業之一,采用新技術的速度很慢。”南京蘇諾建筑科技有限公司董事長蔣欣麗在論壇上表示,現在的建筑施工中,雖然已有大量機械設備參與,但更多的工序還是有賴于手工作業,導致建造周期綿長,少則數月,多至數年。

蔣欣麗說,建筑施工人員的工作條件極差,繁重的操作,充斥著泥漿、粉塵、噪聲、震動等工作環境,極大地危害著從業人員的身心健康,導致職業病高發。建筑機器人及智慧化、產業化是保障施工人員安全、提升工作品質的必然選擇。蔣欣麗坦言,建筑業智慧化之路緩慢而艱難。

隨著人工智能技術的發展,一部分基礎問題已經被解決。在其公司探索的智慧工地管理平臺上,車輛沖洗、安全帽佩戴、火災煙霧已可通過圖像識別解決,人員定位通過GPS,基坑監測和塔吊升降機用上傳感器。但在蔣欣麗看來,傳統建筑業智能化應用依舊面臨諸多困境。“比如應用人文化層次較低,項目工地現場所有系統數據的收集、智能化設備的使用都是由最基層的班組或者基層管理人員完成,他們文化層次低,多數對網絡、智能化設備的應用不熟練且心理排斥;建筑業是需要提供系統化、集成化解決方案的行業,目前,極少有企業能夠提供系統化和性價比適宜的方案;跨行業、專業溝通障礙巨大,科技領域的人員很難與建筑業人員進行良好的溝通,科技講情懷,建筑業人員講實惠。建筑業管理規范多,且復雜。”

蔣欣麗期待,人工智能在建筑領域的發展方向在于設備智能化升級改造,如混凝土檢測用上回彈儀,電子測距用上全站儀。她建議,建筑行業使用建筑業全生命周期管理平臺,實現施工安全預警分析、智能化成本預算管理、智能化物料驗收等。未來的工地上,到處都是自動噴涂、降塵、扎鋼筋、管道檢修機器人;建筑材料工業化裝配化,從工業圖紙到工廠構建生產再到現場安裝,形成現代化工業化建設產業鏈。
來源:新華日報