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39；SmartTag39；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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