Blog do Estúdio BIM

A Inteligência Artificial e seu poder na Construção

A Inteligência Artificial (IA) para o setor de engenharia está com ótimas perspectivas de soluções inovadoras, com muitas empresas desenvolvendo maneiras de automatizar processos demorados.

Para o desenvolvimento urbano, o Spacemaker da Noruega analisa ruído, vento, tráfego e outros pontos de dados para tornar as cidades mais habitáveis.

Ferramentas de IA também estão sendo criadas para melhorar as licitações para construção modular, planejamento de layout interno e desenvolvimento imobiliário.

À medida que mais edifícios geram fontes de dados sobre como são construídos e operados, surge uma nova questão: quem, ou o quê, é mais adequado para classificar tudo isso? A resposta, especialmente para as fases iniciais de planejamento e design, é inteligência artificial (IA).

Uma nova safra de inovações baseadas em IA e aprendizado de máquina está mudando o setor de arquitetura, engenharia e construção (AEC). Antes mesmo de os designers começarem a criar iterações, o uso de ferramentas automatizadas para organizar o site e dados contextuais pode eliminar a ambigüidade e, com sorte, o risco. Essas ferramentas podem tornar tarefas muito técnicas e de programação pesada mais acessíveis para não codificadores, como designers ou desenvolvedores.

De projetos de pesquisa a produtos comerciais, os exemplos a seguir mostram como a IA na arquitetura pode criar oportunidades para melhorar o processo de design para que a criatividade humana ocupe o centro do palco.

1. IA para Desenvolvimento Urbano

Novas ferramentas de IA podem aplicar poder generativo e iterativo a locais em escala urbana, indo além dos requisitos individuais de construção. Este conceito é exemplificado pela Spacemaker , a empresa de tecnologia norueguesa adquirida pela Autodesk, que oferece IA baseada em nuvem e software de design generativo que ajuda as equipes de planejamento e design a tomar decisões mais informadas com mais rapidez e permite oportunidades de sustentabilidade aprimoradas desde o início.

Aplicado nos estágios iniciais de desenvolvimento imobiliário, o Spacemaker pode analisar até 100 critérios em quarteirões da cidade: zoneamento, vistas, luz do dia, ruído, vento, estradas, tráfego, ilhas de calor, estacionamento e muito mais. Seus recursos de modelagem de vento analisam como os edifícios canalizam o vento, usando dinâmica de fluidos computacional para refinar projetos para o conforto humano. Seus recursos de ruído podem prever os níveis de som do tráfego ou de outras fontes e, em seguida, comparar esses dados com os regulamentos locais. A plataforma pode sugerir composições alternativas para, por exemplo, mitigar a poluição sonora, um componente frequentemente esquecido da saúde ambiental.

Para Økern Sentrum , um empreendimento de uso misto de 1 milhão de pés quadrados contendo 1.500 apartamentos em Oslo, Noruega, a desenvolvedora Steen & Strøm e a Storebrand refinaram os níveis de ruído e luz do dia usando o Spacemaker. Depois de conectar seu plano ao Spacemaker com arquitetos da A-lab e o cliente planejador da cidade, eles reduziram as fachadas residenciais mais barulhentas em 10% e diminuíram as áreas residenciais com pouca luz em mais de 50%. Mesmo com essas revisões, a equipe espremeu mais imóveis para venda, uma raridade para ajustes regulatórios retroativos.

“Podemos adaptar o projeto com muitos parâmetros diferentes, como ruído e luz do dia, e testar diferentes hipóteses alterando manualmente o design e, em seguida, visualizar os resultados em apenas alguns minutos”, diz Peter Fossum, desenvolvedor da Steen & Strøm. Ele acrescenta que os workshops conduzidos pela Spacemaker foram uma bênção para o desenvolvimento do plano mestre arquitetônico, melhorando o processo e o resultado.

O Spacemaker também trabalha para o planejamento de elementos da paisagem, como riachos e terrenos, bem como projetos de menor escala. A geometria da construção é um de seus parâmetros de projeto; em uma escala granular, o Spacemaker pode, por exemplo, automatizar o projeto de programas de planta baixa, como layouts de apartamentos. Valode e Pistre Architects relatam que o uso do Spacemaker aumentou sua produtividade em 35% na fase de design, resultando em custos de projeto mais baixos e uma gama mais ampla de variações de design.

2. IA para melhores PROPOSTAS

A ConXtech , uma empresa de construção modular baseada na Bay Area, está usando IA para obter o controle de uma das etapas mais imprevisíveis da construção: o processo de licitação.

A ConXtech, como muitas empresas de construção, é solicitada por proprietários e desenvolvedores durante a fase de desenvolvimento do projeto. Nesse momento, a viabilidade do projeto ainda não está garantida e várias opções ainda estão em discussão. Isso força empresas como a ConXtech a passar por várias iterações para projetos que podem nunca ser construídos. No final, milhões de dólares podem ser gastos em projetos ou licitações malsucedidos. Ao mesmo tempo, proprietários e desenvolvedores esperam respostas rápidas, à medida que buscam um caminho para uma solução viável e econômica para seus negócios.

Para encurtar o ciclo de licitação e reduzir os custos de licitação, a ConXtech trabalhou com a Autodesk Research para desenvolver um protótipo de plataforma de licitação que usa IA para encontrar o projeto de aço estrutural mais econômico com base nos custos de aquisição de material, fabricação e construção. Esses custos são influenciados pelos fornecedores e subcontratados selecionados para o projeto e variam dependendo da localização do projeto.

Depois que a equipe de gerenciamento de projetos identifica uma lista de fornecedores e subcontratados em potencial, o protótipo notifica o engenheiro estrutural do projeto para projetar a estrutura de custo mais competitivo, com três agentes de IA. O primeiro agente de IA, HyperGrid, coloca colunas e define a grade estrutural para um determinado local usando uma combinação de conhecimento de engenharia estrutural e aprendizado de reforço. Ele leva em consideração os requisitos e restrições impostos pelos proprietários e arquitetos. O segundo agente AI, o Approximator, prevê o tamanho dos feixes e colunas e a localização dos conectores ConXtech (as conexões fixas do sistema) usando redes neurais de gráficotreinado em mais de 4.000 pontos de dados de simulação de edifícios. O terceiro agente AI é o Otimizador. Ele refina as estruturas para diminuir os custos de construção, levando em consideração os códigos de construção locais.

“Esta proposta de tecnologia assistida por IA poderia ajudar os proprietários e desenvolvedores no início de um projeto a obter designs estruturais e estimativas de materiais necessários para seus edifícios sem a contratação de engenheiros profissionais”, disse Adam Browne, diretor de engenharia da ConXtech. “O produto idealizado poderia ser para a profissão de engenharia estrutural o que LegalZoom é para a profissão de advogado: uma tecnologia analítica online que ajuda seus clientes a criar estimativas de materiais, planos e documentos de cálculo sem a necessidade de contratar profissionais.” Essa tecnologia de IA não substituirá a missão da engenharia estrutural e o papel do engenheiro de registro, que ainda é obrigatório durante a execução de um projeto.

3. IA para projeto e planejamento volumétrico

A empresa japonesa de construção, engenharia e desenvolvimento imobiliário Obayashi também trabalhou com a Autodesk Research para conceber uma solução de IA – que permite aos arquitetos inserir parâmetros básicos para edifícios e, com orientação mínima, obter estimativas volumétricas e layouts de programação de interiores. Usado principalmente para espaços de escritório, o AI para este aplicativo foi treinado com um subconjunto do portfólio de Obayashi de mais de 2.800 arquivos do Autodesk Revit .

A ferramenta de IA entende relacionamentos abstratos entre programas e a conectividade, tamanho e proporção desejados expressos no volume de um edifício. Para gerar layouts de programação de interiores, o designer e o cliente trabalham por meio de uma série de parâmetros lexicais: frases simples que especificam os elementos da construção e sua localização e mostram como eles se relacionam. Isso pode ser “As salas de reunião devem ser colocadas perto das janelas” ou “A lanchonete deve ser colocada longe do laboratório por segurança”.

Os arquitetos podem demonstrar ao agente de IA o significado de conceitos vagos, como “perto de” ou “longe de”. Depois de aprendidos, o agente de IA pode colocar rapidamente os objetos de design em sua posição perfeita no projeto atual e reutilizar esses princípios de design de alto nível em projetos futuros com diferentes layouts geométricos.

Esse processo é o oposto do esboço de guardanapo à mão livre de um arquiteto para conquistar um cliente na hora. No tempo que leva para fazer um desenho rápido, os designers ou construtores podem dar aos clientes em potencial um esboço conciso de como seria a aparência de seu prédio. Com o protótipo de pesquisa de Obayashi, esses projetos prospectivos existem em tempos e lugares reais, definidos pelo que é realmente edificável.

“O protótipo de design assistido por IA desenvolvido em nossa longa jornada colaborativa com a Autodesk Research reflete como os arquitetos pensam sobre o quê, por que e como o processo de design”, diz Yoshito Tsuji, gerente geral da divisão de engenharia e design arquitetônico de Obayashi. “A colaboração entre a IA e os arquitetos nos permite comunicar o projeto com mais rapidez e obter a adesão dos clientes em tempo hábil.”

4. IA para desenvolvedores imobiliários

O projeto paramétrico é geralmente reservado para extravagâncias formais e avanços arquitetônicos dramáticos, curvas e cantiléveres. Em vez disso, a Parafin usa IA de iteração paramétrica para equilibrar programa, custo e viabilidade comercial. Desenvolvido pelo arquiteto Brian Ahmes e pelo desenvolvedor Adam Hengels, uma dupla de Chicago e Miami que reside na Rede Outsight dos Centros de Tecnologia da Autodesk , o programa gera derivações quase infinitas para lucratividade e desempenho objetivos.

Parafin é uma plataforma de design generativo baseada em nuvem que é usada atualmente para o desenvolvimento de hotéis. Destinado principalmente a incorporadores imobiliários, ele ajuda a avaliar rapidamente a viabilidade financeira de potenciais canteiros de obras no planejamento inicial. Ele pede apenas alguns parâmetros (número de quartos, estacionamento, local, altura e diretrizes de marca para hoteleiros) e pode gerar milhões de iterações que atendam a essas diretrizes – todas pesquisáveis por desempenho financeiro, custo e muito mais. Ele funciona por meio de uma interface baseada em mapa e menu em um navegador da web; plantas baixas altamente detalhadas, vistas 3D e arquivos Revit são gerados para cada projeto.

“Um desenvolvedor pode entender rapidamente, ‘O que posso construir no site’ e ‘Isso dá dinheiro?’ em questão de minutos, em vez de semanas ou meses ”, diz Hengels.

É comum os desenvolvedores classificarem dezenas de sites e oportunidades de desenvolvimento para um único projeto: esta fase pode ser opressora antes mesmo de adquirir uma propriedade. A plataforma economiza tempo de trabalho crítico, evitando a necessidade de puxar membros da equipe de projetos existentes para avaliar novos locais e determinar a viabilidade. Isso também economiza tempo, com estimativas programáticas iniciais disponíveis em alguns minutos. Isso permite que os designers façam o que fazem de melhor e se divertem mais: passar mais tempo nas qualidades formais e mais ricas dos edifícios.

A Parafin coloca os projetos no caminho certo – um digital – o mais cedo possível. “Hoje, os projetos de design são frequentemente iniciados fora do Revit e colocados no Revit mais tarde”, diz Ahmes. “Mas quando você executa a Parafin, o design nasce no Revit na primeira concepção.”

Todos esses aplicativos de IA compartilham este benefício: iniciar projetos de construção como nativos digitais para exercer maior controle sobre o tempo, recursos, viabilidade e desempenho em todo o processo. A partir deste ponto de partida mais forte, os designers podem levar suas habilidades mais longe, com mais confiança, não importa em qual setor eles atendam.

Como Obayashi e ConXtech, você pode colaborar com a Autodesk Research para investigar como aplicar AI / ML em seu trabalho diário. Se você estiver interessado em colaborar com a equipe de IA da Autodesk Research em AEC, entre em contato com Mehdi Nourbakhsh , gerente de pesquisa e principal cientista da Autodesk.

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