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2018年5月25日 星期五

Artificial intelligence meets construction through Building Information Modeling


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來源:stpi.narl

人工智慧正對各個領域帶來革命性的影響。相較於醫療、金融、家電產業而言,建築工程導入AI技術的使用,則起步較晚。由於,AI在大量資料的整理、分析、尋找規律上,有很強的能力,與傳統作法用人力,去處理比起來有很大的優勢,因此AI現在也得到工程界的重視...


人工智慧正對各個領域,帶來革命性的影響。相較於醫療、金融、家電產業而言,建築工程導入AI技術的使用則起步較晚。由於,AI在大量資料的整理、分析、尋找規律上,有很強的能力,與傳統作法用人力去處理,比起來有很大的優勢,因此AI現在也得到工程界的重視。

目前,AI主要應用於施工和建築,大致分四個種類:(1)規劃和設計、(2)安全、(3)自動化設備、(4)監控和維護。本文將分享目前AI,在建築工程上的應用,並分析未來的發展和挑戰。

一、BIM模型利用AI自動完成管線配置
建築訊息模型(Building Information Modeling;BIM)是一個基於3D模型的過程,為構造、工程和建造(AEC)專業人員提供有效規劃、設計、構建和管理建築和基礎設施。


Autodesk Revit就是一款BIM軟體(或稱4D BIM),它允許用戶以3D形式設計建築物和內部組件,並將相關訊息與時間或排程相關聯,以便與3D模型中的各個組件相關聯,提供更完善的數據,並協助業主、建築師和承包商有效溝通。

3D模型需要考慮建築、結構工程、機電工程和管道工程,不同專業的承包商,使用不同的工具、軟體設計,最後在套圖、排程時常常產生很多衝突,造成工時的延宕和不必要的重建。

因此,Building System Planning公司,於3D建模軟體Autodesk Revit上,設計了一款插件GenMEP。只要在Autodesk Revit上建構3D模型,使用GenMEP插件,就可以自動設計建築物模型內電氣系統的配置,同時考慮到設計規範,和不同建築物的空間複雜性。

這裡的自動設計是利用生成設計(Generative Design),GenMEP使用機器學習,來探索解決方案的所有可能排列,快速建立機電管線的3D模型,同時確保機電管線系統的路徑,不會與建築物結構發生衝突,經過多次重覆測試和歸納出有效的設計。

二、利用數據分析與機械學習對工程做風險管理
由Autodesk推出了BIM 360 Project IQ,主打功能是利用數據處理和機械學習方法,預測出潛在風險,並分辨輕重緩急。


Project IQ software可以利用從現場蒐集的音訊、影像和建築管理數據,形成的BIM 360 Field data進行分析,為工地主任和品管人員,提供建議並減低風險。

瑞典公司沃爾沃(Volvo)建築設備公司,在2015年推出了緊密型輔助軟體,用於土壤和瀝青壓實機的智慧壓實系統,可以可視化呈現。開發出AI算法,用於名為Density Direct的軟體中的附加功能,該軟體可以適應於新的瀝青混合料和升降機,並自動校準至最終密度要求。

三、AI搭配聲音、圖像辨識系統自動標記施工現場
Smartvid.io是一個施工現場照片和影像管理平台,其中包括一個39SmartTag39引擎,可以利用機器學習、語音和圖像辨識,將施工現場的照片和影像進行自動標記,以便整理數據及搜索。
Smartvid.io的這款機械學習技術,叫VINNIE(Very Intelligent Neural Network for Insight & Evaluation),並聲稱其採用深度學習模式,分析影像和語音,以自動標記施工數據數據,並主動向客戶提供安全措施建議。

根據Smartvid.io和Engineering News Record的案例研究,VINNIE曾進行人工智慧,用於提升施工安全的示範,能在10分鐘內辨識1,080張施工照片,並正確辨識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。

相較於人工需要4.5小時,才能完成相同的任務。這種自動化工地監測,可以為工地現場增加一對「眼睛」,動態辨識潛在風險因素,是有助於提升施工安全的。

四、建築物智慧化管理讓用戶感到舒適
日本Komatsu宣佈與NVIDIA達成合作,在Nvidia建構Jetson AI平台,專為工作現場開發AI增強型安全系統,以3D可視化與追蹤整體施工現場人員、機械和物體在現場的即時互動。


新創公司Building Robotics提供的「Comfy」,是一款建築物自動化管理應用程序,可讓商業空間和辦公大樓的用戶,反應中央空調的溫度。該公司聲稱,他們的平台可以根據使用者需求,調整中央空調,即時反應當下使用者偏好。

Building Robotics與Intel合作,由Intel提供物聯網途徑,讓建築物自動化管理系統(Building Management System:BMS)連接到雲端,利用Comfy應用程序,可從商業空間中的BMS收集數據,並搭配用戶的回應,隨時調節和優化建築物不同區域的溫度,以節省商業空間的成本和提高能源效率。

五、AI搭配機器人和無人機以提升施工效率
矽谷的新創公司Doxel AI,專注於AI軟體提高施工效率。Doxel使用探勘機器人和無人機,配備攝影鏡頭和LiD AR來監控和掃描工地現場。利用視覺數據採用深度學習算法處理,透過與客戶要求的計劃和設計,進行匹配來衡量施工進度,將工地每天的畫面掃描與設計模型做比較,以偵測錯誤。

結語:
從建築物的生命週期來看,可分成三個部分:設計、建造、管理。在設計的部分,借助AI自動產生管線配置,不但可以避免與結構設計發成衝突,更能確定管線配置的設計圖,與BIM模型的相容性,以利於施作、檢核。


在建造的部分,安全永遠是最重要的考慮,借助影像辨識系統,可以隨時注意潛在的危險;同時利用無人機和探勘機器人,代替工人進入工地危險區域,並掃描、可視化施工現場,也是既安全又能提升施工效率的方法。

管理方面,一棟建物在完工之後被使用的幾十年中,關於使用狀況、維修與改建的時間安排、能源消耗等等,都可以在AI的幫助下,更有效的預測及最佳的使用。

一個建築工程是非常龐大而複雜的,導入AI技術可在很多環節改善施工的狀況。工程建設對於AI的使用雖起步較晚,但將會帶來全方位的影響,不容小覷。

                                                                                                                                                                   

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