人工智能正對(duì)各個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)革命性的影響。相較于醫(yī)療、金融、家電產(chǎn)業(yè)而言，建筑工程導(dǎo)入AI技術(shù)的使用則起步較晚。由于，AI在大量資料的整理、分析、尋找規(guī)律上有很強(qiáng)的能力，與傳統(tǒng)作法用人力去處理比起來(lái)有很大的優(yōu)勢(shì)，因此AI現(xiàn)在也得到工程界的重視。

目前，AI主要應(yīng)用于施工和建筑，大致分四個(gè)種類：(1)規(guī)劃和設(shè)計(jì)、(2)安全、(3)自動(dòng)化設(shè)備、(4)監(jiān)控和維護(hù)。本文將分享目前AI在建筑工程上的應(yīng)用，并分析未來(lái)的發(fā)展和挑戰(zhàn)。

一、BIM模型利用AI自動(dòng)完成管線配置

建筑訊息模型(Building Information Modeling;BIM)是一個(gè)基于3D模型的過(guò)程，為構(gòu)造、工程和建造(AEC)專業(yè)人員提供有效規(guī)劃、設(shè)計(jì)、構(gòu)建和管理建筑和基礎(chǔ)設(shè)施。Autodesk Revit就是一款BIM軟件(或稱4D BIM)，它允許用戶以3D形式設(shè)計(jì)建筑物和內(nèi)部組件，并將相關(guān)訊息與時(shí)間或排程相關(guān)聯(lián)，以便與3D模型中的各個(gè)組件相關(guān)聯(lián)，提供更完善的數(shù)據(jù)，并協(xié)助業(yè)主、建筑師和承包商有效溝通。

3D模型需要考慮建筑、結(jié)構(gòu)工程、機(jī)電工程和管道工程，不同專業(yè)的承包商使用不同的工具、軟件設(shè)計(jì)，最后在套圖、排程時(shí)常常產(chǎn)生很多沖突，造成工時(shí)的延宕和不必要的重建。

因此，Building System Planning公司于3D建模軟件Autodesk Revit上設(shè)計(jì)了一款插件GenMEP。只要在Autodesk Revit上建構(gòu)3D模型，使用GenMEP插件就可以自動(dòng)設(shè)計(jì)建筑物模型內(nèi)電氣系統(tǒng)的配置，同時(shí)考慮到設(shè)計(jì)規(guī)范和不同建筑物的空間復(fù)雜性。

這里的自動(dòng)設(shè)計(jì)是利用生成設(shè)計(jì)(Generative Design)，GenMEP使用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)探索解決方案的所有可能排列，快速建立機(jī)電管線的3D模型，同時(shí)確保機(jī)電管線系統(tǒng)的路徑不會(huì)與建筑物結(jié)構(gòu)發(fā)生沖突，經(jīng)過(guò)多次重復(fù)測(cè)試和歸納出有效的設(shè)計(jì)。

二、利用數(shù)據(jù)分析與機(jī)械學(xué)習(xí)對(duì)工程做風(fēng)險(xiǎn)管理

由Autodesk推出了BIM 360 Project IQ，主打功能是利用數(shù)據(jù)處理和機(jī)械學(xué)習(xí)方法預(yù)測(cè)出潛在風(fēng)險(xiǎn)并分辨輕重緩急。Project IQ software可以利用從現(xiàn)場(chǎng)搜集的音頻、影像和建筑管理數(shù)據(jù)形成的BIM 360 Field data進(jìn)行分析，為工地主任和品管人員提供建議并減低風(fēng)險(xiǎn)。

瑞典公司沃爾沃(Volvo)建筑設(shè)備公司在2015年推出了緊密型輔助軟件，用于土壤和瀝青壓實(shí)機(jī)的智能壓實(shí)系統(tǒng)，可以可視化呈現(xiàn)。開(kāi)發(fā)出AI算法，用于名為Density Direct的軟件中的附加功能，該軟件可以適應(yīng)于新的瀝青混合料和升降機(jī)，并自動(dòng)校準(zhǔn)至最終密度要求。

三、AI搭配聲音、圖像辨識(shí)系統(tǒng)自動(dòng)標(biāo)記施工現(xiàn)場(chǎng)

Smartvid.io是一個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)照片和視頻管理平臺(tái)，其中包括一個(gè)'SmartTag'引擎，可以利用機(jī)器學(xué)習(xí)、語(yǔ)音和圖像辨識(shí)將施工現(xiàn)場(chǎng)的照片和視頻進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)記，以便整理數(shù)據(jù)及搜索。

Smartvid.io的這款機(jī)械學(xué)習(xí)技術(shù)叫VINNIE(Very Intelligent Neural Network for Insight & Evaluation)，并聲稱其采用深度學(xué)習(xí)模式分析影像和語(yǔ)音，以自動(dòng)標(biāo)記施工數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)并主動(dòng)向客戶提供安全措施建議。

根據(jù)Smartvid.io和Engineering News Record的案例研究，VINNIE曾進(jìn)行人工智能用于提升施工安全的示范，能在10分鐘內(nèi)辨識(shí)1,080張施工照片，并正確辨識(shí)446張含有人像的照片、未著安全帽者、未著安全反光衣工人之照片。相較于人工需要4.5小時(shí)才能完成相同的任務(wù)。這種自動(dòng)化工地監(jiān)測(cè)可以為工地現(xiàn)場(chǎng)增加一對(duì)“眼睛”，動(dòng)態(tài)辨識(shí)潛在風(fēng)險(xiǎn)因素，是有助于提升施工安全的。

四、建筑物智能化管理讓用戶感到舒適

日本Komatsu宣布與NVIDIA達(dá)成合作，在Nvidia建構(gòu)Jetson AI平臺(tái)專為工作現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)AI增強(qiáng)型安全系統(tǒng)，以3D可視化與追蹤整體施工現(xiàn)場(chǎng)人員、機(jī)械和物體在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)互動(dòng)。

新創(chuàng)公司Building Robotics提供的“Comfy”，是一款建筑物自動(dòng)化管理應(yīng)用程序，可讓商業(yè)空間和辦公大樓的用戶反應(yīng)中央空調(diào)的溫度。該公司聲稱，他們的平臺(tái)可以根據(jù)使用者需求調(diào)整中央空調(diào)，實(shí)時(shí)反應(yīng)當(dāng)下使用者偏好。Building Robotics與Intel合作，由Intel提供物聯(lián)網(wǎng)途徑，讓建筑物自動(dòng)化管理系統(tǒng)(Building Management System：BMS)連接到云端，利用Comfy應(yīng)用程序可從商業(yè)空間中的BMS收集數(shù)據(jù)，并搭配用戶的響應(yīng)隨時(shí)調(diào)節(jié)和優(yōu)化建筑物不同區(qū)域的溫度，以節(jié)省商業(yè)空間的成本和提高能源效率。

五、AI搭配機(jī)器人和無(wú)人機(jī)以提升施工效率

硅谷的新創(chuàng)公司Doxel AI，專注于AI軟件提高施工效率。Doxel使用探勘機(jī)器人和無(wú)人機(jī)，配備攝影鏡頭和LiD A R來(lái)監(jiān)控和掃描工地現(xiàn)場(chǎng)。利用視覺(jué)數(shù)據(jù)采用深度學(xué)習(xí)算法處理，透過(guò)與客戶要求的計(jì)劃和設(shè)計(jì)進(jìn)行匹配來(lái)衡量施工進(jìn)度，將工地每天的畫面掃描與設(shè)計(jì)模型做比較以偵測(cè)錯(cuò)誤。

結(jié)語(yǔ)：

從建筑物的生命周期來(lái)看，可分成三個(gè)部分：設(shè)計(jì)、建造、管理。在設(shè)計(jì)的部分，借助AI自動(dòng)產(chǎn)生管線配置不但可以避免與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)成沖突，更能確定管線配置的設(shè)計(jì)圖與BIM模型的兼容性以利于施作、檢核。在建造的部分，安全永遠(yuǎn)是最重要的考慮，借助影像辨識(shí)系統(tǒng)可以隨時(shí)注意潛在的危險(xiǎn);同時(shí)利用無(wú)人機(jī)和探勘機(jī)器人代替工人進(jìn)入工地危險(xiǎn)區(qū)域并掃描、可視化施工現(xiàn)場(chǎng)也是既安全又能提升施工效率的方法。管理方面，一棟建物在完工之后被使用的幾十年中，關(guān)于使用狀況、維修與改建的時(shí)間安排、能源消耗等等，都可以在AI的幫助下更有效的預(yù)測(cè)及最佳的使用。

一個(gè)建筑工程是非常龐大而復(fù)雜的，導(dǎo)入AI技術(shù)可在很多環(huán)節(jié)改善施工的狀況。工程建設(shè)對(duì)于AI的使用雖起步較晚，但將會(huì)帶來(lái)全方位的影響，不容小覷。