4 formas de melhorar projetos usando IA em arquitetura e construção
- O uso de Inteligência Artificial (IA) no setor de engenharia está em alta, com muitas empresas desenvolvendo maneiras de automatizar processos muito demorados.
- Em desenvolvimento urbano, o software norueguês Spacemaker pode ser usado para analisar ruído, vento, trânsito e outros pontos de dados, e tornar as cidades mais habitáveis.
- Ferramentas de IA também estão sendo criadas para melhorar as licitações para construções modulares, planejamento de layouts internos e desenvolvimento imobiliário.
À medida que mais edifícios geram grandes quantidades 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, principalmente para as fases iniciais de planejamento e projeto, é a inteligência artificial (IA).
Uma nova safra de inovações habilitadas por IA e aprendizado de máquina está mudando o setor de arquitetura, engenharia e construção (AEC). Antes mesmo de os projetistas começarem a criar iterações, o uso de ferramentas automatizadas para organizar o local e dados contextuais pode eliminar ambiguidades e, espera-se também, os riscos. Essas ferramentas podem tornar tarefas muito técnicas e de programação pesada mais acessíveis às pessoas não ligadas à programação computacional (codificadores), como os projetistas ou construtores.
De projetos de pesquisa a produtos comerciais, os exemplos a seguir mostram como o uso de IA em arquitetura pode criar oportunidades para melhorar o processo do projeto, garantindo que a criatividade seja a protagonista.
1. IA no desenvolvimento urbano
As novas ferramentas de IA podem fornecer poder generativo e iterativo a canteiros de obras com escala urbana, indo além dos requisitos individuais do edifício. Este conceito é exemplificado pela Spacemaker, uma empresa de tecnologia norueguesa adquirida pela Autodesk que oferece IA baseada em nuvem e software de projeto generativo para auxiliar equipes de planejamento e projeto a tomar decisões mais informadas com maior rapidez, além de permitir melhores oportunidades de sustentabilidade desde o início da obra.
Utilizado desde os estágios iniciais de um empreendimento imobiliário, o Spacemaker pode analisar até 100 critérios ao longo das quadras de uma cidade: zoneamento, vistas, luz do dia, ruído, vento, ruas, tráfego, ilhas de calor, estacionamento e muito mais. Seus recursos de modelagem de vento analisam como os edifícios canalizam o vento, usando a dinâmica de fluidos computacional para refinar projetos objetivando o conforto humano. Seus recursos de análise de ruído podem prever os níveis de barulho 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 negligenciado da saúde ambiental.
Para o Økern Sentrum, um empreendimento de utilidade mista com cerca de 93 mil m2 e 1.500 apartamentos em Oslo, Noruega, as empresas Steen & Strøm e Storebrand refinaram os níveis de ruído e luz do dia usando o Spacemaker. Depois de incorporar os planos do empreendimento no Spacemaker e conectar os arquitetos da A-lab e o cliente de planejamento urbano da cidade, as fachadas residenciais mais barulhentas foram reduzidas em 10% e as áreas residenciais que recebiam pouca luz foram reduzidas em mais de 50%. Mesmo depois dessas revisões, a equipe conseguiu incluir mais imóveis vendáveis, uma raridade quando se trata de ajustes regulatórios retroativos.
“Podemos adaptar o projeto conforme muitos parâmetros diferentes, como ruído e luz do dia, e testar diferentes hipóteses alterando manualmente o projeto para depois visualizarmos os resultados em apenas alguns minutos”, afirma Peter Fossum, empreendedor da Steen & Strøm. Ele acrescenta que os workshops oferecidos pela Spacemaker foram uma bênção para o desenvolvimento do plano arquitetônico mestre, melhorando tanto o processo quanto o resultado.
O Spacemaker também funciona no planejamento de elementos paisagísticos, como relevo e riachos, bem como em projetos de menor escala. A geometria do edifício 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. A Valode and Pistre Architects informou que o uso do Spacemaker na fase de projeto aumentou sua produtividade em 35%, resultando em custos menores e uma gama mais ampla de variações aplicadas ao projeto.
2. IA para melhores licitações
A ConXtech, uma empresa de construção modular sediada na Bay Area, está usando IA para controlar uma das etapas mais imprevisíveis da construção: o processo de licitação.
A ConXtech, como muitas empresas de construção, é muito demandada por proprietários e empreendedores durante a fase de desenvolvimento de projetos. Nesse período, 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 dos projetos, os quais talvez nunca sejam realizados. Em última análise, milhões de dólares podem ser gastos em projetos ou licitações malsucedidos. Por sua vez, os proprietários e empreendedores esperam respostas rápidas, já que buscam soluções mais viáveis e econômicas para seus negócios.
Para encurtar o ciclo de licitação e reduzir seus custos, a ConXtech trabalhou com a Autodesk Research para desenvolver uma plataforma protótipo de licitação que usa IA para encontrar o projeto de aço estrutural mais econômico, com base no preço de aquisição de materiais, fabricação e construção. Esses custos são influenciados pelos fornecedores e empreiteiras selecionados, e variam de acordo com a localização do projeto.
Depois que a equipe de gestão de projetos identifica uma lista de potenciais fornecedores e empreiteiras, o protótipo notifica o engenheiro estrutural do projeto para projetar a estrutura com o custo mais competitivo, com três agentes de IA. O primeiro agente de IA, o HyperGrid, posiciona colunas e define a grade estrutural para um determinado local usando uma combinação de conhecimentos e aprendizado de reforço de engenharia estrutural. Leva em conta as exigências e restrições impostas pelos proprietários e arquitetos. O segundo agente de IA, o Approximator, prevê o tamanho das vigas e colunas e a localização de conectores ConXtech (conexões fixas do sistema) usando redes neurais gráficas e é instruído por mais de 4 mil pontos de dados de simulação do edifício. O terceiro agente de IA é o Optimizer, que refina as estruturas para reduzir os custos de construção, levando em consideração os códigos de construção locais.
“Esta proposta de tecnologia assistida por IA poderia ajudar os proprietários e empreendedores no início de um projeto a obter desenhos estruturais e uma estimativa dos materiais necessários para seus edifícios sem precisar contratar engenheiros profissionais”, afirma Adam Browne, diretor de engenharia da ConXtech. “O produto idealizado poderia significar para a profissão de engenharia estrutural o que LegalZoom significa 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 vai substituir a função da engenharia estrutural e o papel do engenheiro de registro, que ainda é obrigatório durante a execução de um projeto.
3. IA em projeto volumétrico e planejamento
A empresa japonesa de construção, engenharia e empreendimento imobiliário Obayashi também trabalhou com a Autodesk Research para conceber uma solução de IA que permite aos arquitetos conectar os parâmetros básicos dos edifícios e, com o mínimo de orientação, obter estimativas volumétricas e programação de layouts internos. Usada principalmente para espaços de escritórios, esta aplicação de IA foi instruída por um subconjunto do portfólio da Obayashi com mais de 2.800 arquivos do Autodesk Revit.
A ferramenta de IA “entende” as relações abstratas entre os programas e a conectividade, o tamanho e a proporção desejados e expressos no volume de um edifício. Para gerar programação de layouts internos, o projetista e o cliente trabalham usando uma série de parâmetros lexicais: frases simples que especificam os elementos do edifício e sua localização, e mostram como eles se relacionam entre si. Essas frases podem ser: “As salas de reunião devem ser localizadas perto de janelas” ou “A lanchonete deve ser localizada longe do laboratório por motivos de segurança”.
Os arquitetos podem mostrar ao agente de IA o significado de conceitos vagos como “perto de” ou “longe de”. Uma vez que esses conceitos tenham sido assimilados, o agente de IA pode rapidamente posicionar objetos de projeto em sua posição perfeita no projeto atual e reutilizar esses princípios de design de alto nível em empreendimentos futuros com diferentes layouts geométricos.
Esse processo é o oposto de um esboço feito à mão livre num guardanapo para um arquiteto conquistar um cliente imediatamente. Levando o mesmo tempo usado para fazer um desenho rápido num guardanapo, projetistas ou construtores podem fornecer aos seus potenciais clientes um esboço conciso de como o edifício a ser construído poderia ser. Com o protótipo de pesquisa da Obayashi, esses projetos prospectivos existem em tempos e lugares reais, definidos pelo que realmente pode ser construído.
“O protótipo de projeto 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 dos processos de projeto”, afirma Yoshito Tsuji, gerente geral da divisão de engenharia e projeto arquitetônico da Obayashi. “A colaboração entre IA e arquitetos nos permite comunicar o projeto com maior rapidez e obter a adesão dos clientes em tempo hábil.”
4. IA para empreendedores imobiliários
Em geral, o projeto paramétrico é reservado para extravagâncias formais e surpreendentes linhas, curvas e cantiléveres arquitetônicos. Em vez disso, a Parafin utiliza a IA de iteração paramétrica para equilibrar o programa, o custo e a viabilidade comercial. Desenvolvido pelo arquiteto Brian Ahmes e pelo empreendedor Adam Hengels, uma dupla sediada em Chicago e Miami, residentes da Rede Externa dos Autodesk Technology Centers, o programa gera derivações quase infinitas de rentabilidade e desempenho objetivos.
A Parafin é uma plataforma de projeto generativo baseada em nuvem usada atualmente em empreendimentos hoteleiros. É destinada principalmente a empreendedores imobiliários, auxiliando a avaliar rapidamente a viabilidade financeira de potenciais terrenos para construção na fase inicial de planejamento. A plataforma pede apenas alguns parâmetros (número de quartos, estacionamento, local, altura e diretrizes de marca para hoteleiros) e a partir daí pode gerar milhões de iterações que satisfazem essas diretrizes, as quais podem então ser pesquisadas por desempenho financeiro, custo e muito mais. Funciona através de uma interface baseada em mapas e menus num navegador da web. Para cada projeto, são geradas plantas baixas altamente detalhadas, vistas 3D e arquivos Revit.
“O empreendedor consegue descobrir rapidamente ‘O que é possível construir no local’ e se ‘Este será um empreendimento lucrativo’ em questão de minutos em vez de semanas ou meses”, afirma Hengels.
É comum que os empreendedores analisem dezenas de locais e oportunidades de desenvolvimento para cada projeto. Mesmo antes da aquisição de uma propriedade, essa fase pode ser muitíssimo trabalhosa. A plataforma economiza tempo crítico de trabalho e evita a necessidade de retirar membros da equipe de outro projeto para avaliarem novos locais e determinarem sua viabilidade. Também economiza tempo, disponibilizando estimativas programáticas iniciais em minutos. Isso permite que os projetistas façam o que mais gostam e o que fazem melhor: trabalhar mais tempo nas qualidades formais e mais importantes dos edifícios.
A Parafin coloca os projetos, o quanto antes, no caminho certo – o caminho digital. “Hoje, os projetos de design são frequentemente iniciados fora do Revit, sendo passados para o Revit mais tarde”, afirma Ahmes. “Mas quando se utiliza a Parafin, o projeto nasce no Revit já em sua primeira concepção.”
Todos esses aplicativos de IA compartilham esse benefício: iniciar projetos de construção como nativos digitais para exercer maior controle sobre o tempo, recursos, viabilidade e desempenho ao longo de todo o processo. A partir desse ponto de partida mais fortalecido, os projetistas podem levar suas habilidades mais longe, com mais confiança, não importando qual setor atendam.