Magyarországon is egyre több építészeti fórum foglalkozik azzal a globális kérdéssel, miszerint a mesterséges intelligencia, angol rövidítésében AI (artificial intelligence), hogyan változtatja meg a szakma működését. Milyen feladatokra alkalmas az AI és mikre nem? Ebben az írásban madártávlatból vizsgáljuk meg az AI-helyzetet és igyekszünk választ adni a legfontosabb kérdésekre.
Gépi tanulás
A mesterséges intelligenciakutatás Alan Turing 1950-ben publikált, „Computing Machinery and Intelligence” című dolgozatával kezdődött, amely arra a kérdésre kereste a választ, hogy egy gép tud-e gondolkodni? Turing – akit a matematikával lazább kapcsolatot olvasók a Kódjátszma (The Imitation Game) című filmből, illetve a mozi témájául szolgáló hírhedt német titkosított kódoló rendszer, az ENIGMA feltörése kapcsán ismerhetnek - már ekkor kettéválasztotta a gép matematikai, számolási képességeit, illetve a gépi intelligenciát, amit a nyelvi kommunikációképesség fogalmához kapcsolt. Turing empirikus megközelítés alapján azt mondta, abban az esetben, ha egy gép képes elhitetni valakivel, hogy egy másik emberrel áll kapcsolatban, akkor az a gép intelligens. Ez a híres Turing teszt, amit nagyjából a fenti dolgozat publikációja után 70 évvel sikerült megugrania a tudománynak. Turing korabeli prognózisa is nagyon tanulságos. Szerinte egy gép akkor képes teljesíteni a tesztet, ha beszéli a természetes nyelvet, képes információt gyűjteni és rögzíteni a beszélgetés alapján: emlékszik és visszautal az kommunikáció tartalmára, képes ötletekkel előállni, tud általánosítani, és a józan ész szabályai szerint gondolkodik. Turing jelentőségét mutatja, hogy ez a definíció kisebb változtatásokkal, kiegészítésekkel tulajdonképpen leírja az építészet és a mesterséges intelligencia kapcsolatát.
Mesterséges agy
Az AI története az emberi nyelv autentikus használatának elsajátítására, a valóság leképezésére, egyre bonyolultabb (jellemzően táblás játékok: sakk, majd GO) szabályrendszerek megtanulására, sikeres stratégiák kialakítására, nyelvi szinten pedig a tanulás (deep learning) és a beszédképesség elsajátítására törekedett. A gépi tanulás megteremtése érdekében a mérnökök az emberi agy működéséből indultak ki. Agyunkban a neuronok dolgozzák fel az információkat, tehát az AI-rendszerekben is mesterséges neuronok összegzik a beérkező ingereket és súlyozással, matematikai úton közlik tapasztalataikat, a felfedezett szabályszerűségeket a rendszer feladatvégrehajtásért felelő „szervével”, az algoritmussal. Az egyre bonyolultabb egyre több adatot, ingert feldolgozó algoritmusok egyre összetettebb, egyre mélyebb neuronhálókat állítanak össze. A neuron hálózatok rétegei tartalmazzák az absztrakt tudást, amit a gép megtanult. Ezzel a mélytanulási módszerrel állnak össze az olyan technológiák, mint az orvosi diagnosztikai alkalmazások, az önvezető autók, a személyi asszisztensek (például Siri) és így, lépésről lépésre tanul meg a gép épületet, várost tervezni, kivitelezni, üzemeltetni is.
Az építészet nagy falat
Ahhoz azonban, hogy a mesterséges intelligencia valódi játékossá váljon az építészetben értelemszerűen nemcsak önálló szövegalkotási, tanulási, kommunikációs adottságok kellenek, hanem megalapozott gyakorlati tudásra, például matematikai, technológiai- és anyagismereti, adatszintetizálási képességekre is szüksége van. Hogy a kreativitásról, a művészi vénáról ne is beszéljünk. Nem véletlen tehát, hogy az AI viszonylag későn érkezett meg az építészetbe, hiszen ez az egyik legösszetettebb civilizációs tevékenység, amelynek nagyon komoly anyagi, szavatossági, minőségbiztonsági, sőt életvédelmi szempontoknak kell megfelelnie. Éppen ezért a legtöbb szakmai elemzés egyet ért azzal, hogy a mesterséges intelligencia alapú rendszerekre egyelőre nem lehet önálló döntéseket bízni, az építésgazdaságban az embereknek kell meghatározniuk a végső célt és az odavezető utat. Viszont a tervezők, a mérnökök, sőt az épületfenntartásért felelős szakemberek számára már most olyan AI-alapú rendszerek, képességek állnak rendelkezésre, amelyek tanulóképesek, asszisztensként vagy optimalizáló eszközként jól használhatók. Vegyük végig röviden, hogy mely területeken számíthatunk az AI hatékony segítségére.
Innováció
Az AI olyan innovatív tervező és üzemeltető eszközöket, platformokat kínál, amelyek leegyszerűsíthetik és részben automatizálják az összetett folyamatokat, illetve segítséget ad a tervezés korai szakaszának egyszerűsítéséhez.
Hatékonyság
Az AI segítségével drasztikusan lerövidülhet a klasszikus tervezői, mérnöki, költségszámítási, üzemeltetési feladatokra fordított idő.
Precizitás
A mesterséges intelligencia révén sokszorozódik a tervezéskor felhasznált információmennyiség, ami minőségi javulást eredményezhet a döntéselőkészítés, a tervek pontossága kapcsán. Az AI nagyságrendileg javítja az építészeti térképezés, a vázlatkészítés minőségét.
Fenntarthatóság
Abban az esetben, ha az AI számára külön hangsúlyt adunk, azaz megtanítjuk – és miért is ne tennék? – a fenntarthatósági szempontok érvényesítésére, akkor például az anyagválasztás és az energiaoptimalizálás révén a mesterséges intelligencia hozzáadott értékké válik az építészet fenntarthatóságért tett erőfeszítései során. Ez nemcsak egyes épületek kapcsán, hanem például a várostervezés esetében is érvényes.
Biztonság
A mesterséges intelligencia az egész építési folyamat megszervezése során foglalkozik a biztonsággal. Ez egyrészt a kockázatok feltérképezését, megjelölését jelenti, de az építési biztonság javítása kapcsán is segítségünkre lehet a gépi tanulás révén felhalmozódott tapasztalat.
Alaprajz börze
Az alaprajzok olyan szerves dokumentumok, amelyeket az építészek az épület alapjainak elkészítéséhez használnak. Az AI-elveket követő úgynevezett generatív adverzális hálózatok (GAN-ok) segítségével az építészek az épület méretei és a környezeti feltételek alapján generálhatnak alaprajzokat, minimalizálva a kézi rajzolás szükségességét. Ráadásul a gépi tanulási modellek idővel „kézhez szoknak”, alkalmazkodni tudnak az építész szokásaihoz és módszereihez, tovább javítva ezzel a munkafolyamatokat.
Vizualizáció
Külön fejezetet érdemel az AI-ban rejlő vizualizációs, terv- és működés-megjelenítő képességek, amely a fenti felsorolás alapján az innováció területhez tartoznak. Mivel a vizualizáció szorosan összefügg az értékesítéssel, az ügyfélkapcsolat minőségével, ezen a területen már most számos szolgáltatás áll az iparág rendelkezésére. A mesterséges intelligencia-technológia és a vizualizációs eszközök integrálásával az építészek és mérnökök mostantól animált, „hiperrealisztikus” 3D-s ábrázolásokat készíthetnek terveikről. A mesterséges intelligencia új lehetőségeket nyit meg a tervezési vizualizációban azáltal, hogy lehetővé teszi a valós idejű renderelés, a virtuális valóság és a kiterjesztett valóság alkalmazását a tervezés és prezentáció területén.
Valós idejű renderelés
A múltban a renderelések készítése fáradságos és időigényes folyamat volt, különösen a rendkívül részletes tervek vagy a „méretes” projektek esetében. A mesterséges intelligencia által biztosított valós idejű renderelés mindezt megváltoztatja. Ez a technológia lehetővé teszi, hogy a tervmódosítások azonnal átvezetésre és megjelenítésre kerüljenek, ami drámaian felgyorsítja a tervek iterálásának idejét, illetve értelemszerűen sokkal jobb ügyfélélményt is eredményez. Az pedig kifejezetten hab a tortán, ha a vizualizáció során felhasználjuk a Virtuális valóság (VR) és kiterjesztett valóság (AR) lehetőségrendszerét, amelyeket szintén forradalmasít a mesterséges intelligencia.
AI stratégia
Vannak olyan átfogó, mesterséges intelligencia-alapú szoftverek (például az Autodesk Spacemaker), amik segítenek az építészeknek a korai tervezési fázisok és a helyszínjavaslatok készítésének racionalizálásában. A talajviszonyokból, a területszintezési adatokból, az építési előírásokból, az éghajlati viszonyokból, a napfénynek való kitettségből és egyéb alaptényezőkből származó adatok gépi tanulási algoritmussal való kombinálásával az AI elven működő program rövid időn belül több tervezési lehetőséget is felkínálhat használójának. Ez a megoldás lehetővé teszi az építészek számára, hogy gyorsabban azonosítsák a lehetőségeket és preferenciáik alapján a legéletképesebb opciót válasszák ki. A mesterséges intelligencia-alapú szoftverek a kiválasztott modellek és a helyszíni adatok alapján a projekt környezeti hatásával kapcsolatos problémákat is meg tudják oldani, automatikusan kiszámítják a bruttó alapterületet, azonnal értékelik a zaj- és napfényszintet, és biztosítják az építési szabályoknak való megfelelést.
BIM
Az épületinformációs modellezés (BIM, Building Information Modeling) a 3D modellezés egy fejlett formája, amely az épületek fizikai és funkcionális jellemzőinek digitális ábrázolását hozza létre. A BIM lehetővé teszi az építészek számára, hogy automatizálják az ismétlődő feladatokat, és a teljes tervezési folyamatot a koncepcióalkotástól az építésig egyetlen integrált platformon kezeljék. Mivel a látványtervek mellett a BIM-be fel lehet vezetni az építkezés, vagy későbbiek során a felújítások során felhasznált anyagok meghatározását, mennyiségét, árazását, egyéb kapcsolódó költségeket, a BIM minden módosítás kapcsán frissíteni tudja az egész projekt várható büdzséigényét, logisztikai vonatkozásait.
Hálózatosodás
Az IoT az internetre csatlakoztatott, egymással kommunikálni képes eszközök hálózata. Az IoT-technológiát az építészetben az intelligens épületek megvalósítására használják, lehetővé téve az energiafelhasználás és a gépészeti rendszerek teljesítményének nagyobb mértékű ellenőrzését. Az IoT lehetővé teszi a fűtési, szellőztetési és légkondicionáló (HVAC) rendszerek karbantartási folyamatait is.
Big Data
Ahogy az a fenti rendszerek működéséből is következik, az építészetben a mesterséges intelligenciának robosztus mennyiségű információt kell tudnia összegyűjtenie, kezelnie, szintetizálnia egyrészt előzetesen a tervezési fázisban, majd az építési projekt során, illetve folyamatosan, az épület működésével párhuzamosan. Onnantól tehát, hogy hol fekszik az ingatlan, milyen technológiai kihívásokra kell választ adni az építkezéssel kapcsolatban, odáig, hogy milyen szabályozási követelményeknek, illeszkedési igényeknek kell eleget tenni, vagy például az épület funkciójából, lakóiból vagy használóiból milyen működtetésre kell felkészülni. A mesterséges intelligencia képes arra, hogy fáradhatatlanul olvassa, elemezze ezeket az adatokat és megállapításokat tegyen a tervezési, építési projekt vagy az ingatlanüzemeltetés státuszáról, felhívja a figyelmet lehetséges beavatkozási pontokra és természetesen megoldási javaslatokat tegyen.
Sokszor nem értjük, miért így!
A mesterséges intelligencia számos alkalmazása az építészetben is kétlépcsős folyamatot jelent. Az első lépésben minél több, releváns adatok táplálunk be egy mesterséges intelligencia modellbe, és a folyamat végén tulajdonképpen kész, de sokszor idegen terveket kapunk. A legtöbb esetben ugyanis a felhasználó építész számára ismeretlen az algoritmusok szempontrendszere, amely például olyan, alapvetően optimalizálásra törekvő megoldásokat keres, amik szembe mennek az építész által képviselt eredeti iránnyal, ráadásul látszólag hiányzik belőlük a logika. Ilyen esetben tulajdonképpen folytatni kell az algoritmus tanítását, ami viszont nyilván nem építészeti, hanem programozási feladat.
Az AI attól még, hogy szinte mindent tud az építészetről, mégsem építész
Az AI mindamellett, hogy holisztikus képességek megszerzésére törekszik, illetve ilyen támogatást kínál a tervezési, kivitelezési és üzemeltetési területeken, nyilvánvalóan számos gyermekbetegséggel küzd jelenleg. Ezek közül az első, legfontosabb probléma ugyanaz, mint amit a mesterséges intelligenciával szemben általános értelemben hoznak fel a szkeptikusok: az úgynevezett „kínai szoba” probléma. Ez arról szól, hogy ha egy kínaiul nem értő, nem beszélő embert (vagy számítógépet) bezárunk egy szobába, és feladatul adjuk neki, hogy válaszoljon kínai nyelven feltett kérdésekre, majd megadunk ehhez minden lexikális segítséget, szótárt, nyelvtani szabályrendszert, társalgási fordulatokat, lehet, hogy a gép egy idő után képes lesz válaszolni kínaiul a kínai kérdésekre, de ez még kétséget kizáróan nem jelenti azt, hogy érti is a nyelvet. Ez a dilemma érvényesíthető az AI és az építészet kapcsolatára, mert bár a mesterséges intelligencia, mint láttuk, képes végterméknek látszó eredményeket létrehozni, de ettől még nem érti a valóság, az építési környezet korlátait és lehetőségeit, ahogy a nemlineáris kreatív folyamatokat sem, márpedig ezek a szempontok meghatározó szerepet játszanak az építészetben.
Tanítsuk meg az AI-t a magyar alapanyagokra!
Sokkal gyakorlatibb az a jelenség, hogy bár az építésgazdaság nyitott az innovációra, bizonyos mesterséges intelligencia-alkalmazások jelen állás szerint még túl kockázatosak lehetnek egy átlagos építésziroda számára. A mesterséges intelligencia azon képessége, hogy nem szokványos építési módszereket javasol, vagy nem katalogizált anyagokat használ, jelentős üzleti vagy akár jogi kockázatot jelenthet. De ez egyben lehetőséget teremt arra is például, hogy a magyar építészeti AI-algoritmusokat megtanítsuk arra, hogy az érvényes törvényi szabályozás szellemiségét és irányelveit követve magyar alapanyagokban gondolkozzanak, ami értelemszerűen a felhasználó volumen növekedésével párhuzamosan pozitív nemzetgazdasági és fenntarthatósági eredményeket hozna magával.
Új korszak hajnala
Teljesen nyilvánvaló tehát, hogy a mesterséges intelligencia olyan lehetőséget kínál az építészek számára, amikkel forradalmasíthatók a munkafolyamatok, megalapozottabb döntéseket hozhatnak, innovatív, fenntartható és nemzetgazdasági szempontokat alapul vevő megoldásokat alkalmazhatnak. Bár a mesterséges intelligencia felbecsülhetetlen értékű eszközzé válhat az építésgazdaságban, értelemszerűen óvatosan és a fokozatosság elve alapján érdemes hozzáállni. Mindez azt jelenti, hogy az építészeknek már most meg kell ismerkedniük a technológiával, amit közösen úgy tanulhatunk és taníthatunk, hogy a magyar építészet új korszakának hatékony, innovatív platformja legyen.
Felhasznált irodalom:
Zigurat: AI in Architecture: The Key to Enhancing Design Efficiency and Gaining a Competitive Edge
Archdesk: The Promising Future of New Technologies in Construction
The institution os Structural Engineers: An introduction to Building Information Modelling (BIM)
