Intelligenza Artificiale: applicazioni nel settore delle costruzioni

L’avvento dell’Intelligenza Artificiale

Il rilascio di ChatGPT da parte di OpenAI, avvenuto a più riprese tra lo scorso novembre e i primi mesi del 2023, ha reso evidente l’ormai inesorabile avvento dell’Intelligenza Artificiale (AI). La democratizzazione dell’AI sta attualmente interessando vari settori e, accompagnata da un vento di nuove opportunità e perplessità, sta approdando anche nel cosiddetto settore “AECO” (Architecture Engineering Construction and Operation).

Grazie ai nuovi strumenti che vengono rilasciati giorno dopo giorno, le potenzialità di questa tecnologia – rimaste latenti per decenni a causa di varie limitazioni (in primis le limitate potenze di calcolo) – possono essere finalmente colte anche dagli operatori non esperti digitali e, così, produrre benefici effettivi su più livelli, da quelli strategico-gestionali a quelli tecnico-operativi.

In questo articolo cerchiamo di mettere a fuoco le funzionalità di maggiore impatto attualmente fruibili tramite strumenti AI-based, già disponibili sul mercato, nel tentativo ambizioso di delineare alcuni sviluppi futuri che potrebbero interessare le pratiche operative del nostro settore nei prossimi anni.

Una rivoluzione paradigmatica

Nella Construction Industry, l’AI si sta già dimostrando capace di supportare i processi operativi in termini di efficienza tecnica, economica ed ambientale, incentivando da un lato l’automazione di task e la creatività in fase gestionale e progettuale, dall’altro la comunicazione all’interno delle squadre di progetto.

A fronte di tali vantaggi, emergono oggi una serie di sfide e riflessioni riguardo l’impatto di questa nuova tecnologia sulle figure professionali tradizionalmente coinvolte nell’edilizia, le quali tra qualche anno si potrebbero ritrovare con compiti, attività e mansioni del tutto rivoluzionate.

Tra promesse e incertezze, un cambio di paradigma è in atto. Questo, con buona probabilità, trasformerà la pratica edilizia durante tutto il prossimo decennio.

I campi dell’applicazione dell’intelligenza artificiale

La trattazione si articola secondo alcuni ambiti operativi propri del nostro campo disciplinare: progettazione, modellazione, gestione e utilità.

AI e progettazione edilizia

Sebbene non si conoscano ancora gli impatti effettivi che la generative AI può causare sulla progettazione architettonica, questa sta avviando la “svolta digitale” di molti designer. Si tratta di una strategia progettuale che utilizza algoritmi computerizzati per analizzare ed esplorare tutte le possibili opzioni di progettazione. La strategia si basa su obiettivi e vincoli specifici ed è capace di guidare chi progetta durante la progettazione preliminare fornendo dati e informazioni di valore circa il progetto. 

Benefici:

• Incremento dell’efficienza, 
• scelte progettuali data-driven, 
• miglioramento della modellazione 3D, 
• un’esperienza utente migliorata
• maggiori stimoli creativi sono solo alcuni dei benefici promessi. 

Gli strumenti attualmente utilizzati riguardano più scale, da quella urbana, a quelle del quartiere, dell’edificio e, addirittura, dei suoi sistemi.

BIM e intelligenza artificiale

Il Building Information Modeling (BIM) è giunto da tempo nel settore e, anche se con fatica, si è affermato sul piano operativo delle realtà di medio-alta scala. Mentre si auspica una sua diffusione capillare – dagli studi di progettazione, alle imprese di costruzione e ai venditori di prodotti edili – il BIM si sta già trasformando per via dell’AI.

In questi ambiti, le evoluzioni maggiori ricadono nei sottodomini della modellazione informativa a grafi (Graph Knowledge Modelling) e del Natural Language Processing (NLP). Se combinate, queste due tecnologie possono consentire l’interrogazione di modelli informativi complessi (anche ad operatori non esperti digitali) tramite semplici prompt testuali, in puro stile ChatGPT.

Benefici:

• la facilitazione dell’estrazione di set di dati da modelli informativi 
• l’interazione tra diversi player
• le verifiche di conformità agli standard normativi dei modelli stessi (model checking)
• la compilazione automatica dei modelli con nuove informazioni laddove queste mancano o sono incomplete (model completion).

Sebbene non si registrino strumenti rilasciati sul mercato, vari flussi di lavoro basati su ChatGPT per l’esplorazione di modelli BIM sono stati mostrati sui social network dalla primavera del 2023. Dunque, grandi novità sono in arrivo.

Digital Twin e AI

In ambito di Building Management, la metodologia più all’avanguardia è sicuramente quella del gemello digitale, o Digital Twin. Si tratta di repliche virtuali di edifici (o infrastrutture), esistenti nel mondo reale, che integrano dati provenienti da sensori e modelli informativi e li processano di continuo (mediante algoritmi di AI ma non solo) per efficientare la gestione e la manutenzione degli edifici stessi. 

Benefici: 

• il monitoraggio di un asset fisico in tempo reale e la sua ottimizzazione operativa 
• la possibilità di simulare scenari, identificando anomalie nel suo comportamento e prevedendo i suoi problemi futuri. 

Il valore generato dall’AI all’interno dei digital twins sta nel passaggio dal concetto di diagnosi, ovvero di analisi della patologia e della storia clinica, a quello di prognosi, ossia di previsione del decorso della stessa. In ambito energetico, ad esempio, il Reinforcement Learning si propone come metodologia privilegiata per apportare l’innovazione “prognostica” nelle pratiche di energy management.

La tecnologia del gemello digitale è in stato embrionale e non ha ancora trovato una sua formulazione standardizzata. Ciononostante, il campo è soggetto a numerose esplorazioni, tra le quali si cita il lavoro di Autodesk per costruire la piattaforma Tandem.

L’AI semplificherà rendering, editing grafico e creazione di contenuti

Il campo probabilmente più pronto è quello delle utilità di ufficio. Le varie attività di rendering, editing grafico, analisi dei dati e generazione di contenuti saranno quantomai semplici nel futuro. 

Rendering: esplorare nuove idee progettuali con l’AI

Tradizionalmente, la renderizzazione di un progetto architettonico richiede molto tempo e sforzo manuale per ottenere immagini quanto più fotorealistiche da mostrare agli stakeholders. Varie strategie di generative AI sono nate per snellire e accelerare questo processo. Una delle strategie utilizzabili durante la progettazione edilizia preliminare consiste nell’esplorare (a livello figurativo) diverse idee progettuali generate da AI utilizzando prompt testuali per creare immagini.

Benefici:

• rapidità di esecuzione
• possibilità di esplorare molteplici soluzioni progettuali
• accessibilità degli strumenti di editing.

Nell’esempio in Figura 1 abbiamo testato tale strumento per esplorare alcune soluzioni di finitura per il progetto di retrofit energetico di un edificio residenziale nell’area di Bologna.

Figura 1. Esplorazione di diverse strategie progettuali tramite generative AI (Veras) per le finiture di un edificio residenziale nell’area di Bologna (A. Massafra, 2023).

Editing grafico e creazione di contenuti con l’intelligenza generativa

Nel bagaglio tecnico di qualsiasi operatore edilizio, ci sono sicuramente gli strumenti di editing grafico di supporto alla visualizzazione di progetti. L’intelligenza generativa può rivestire un ruolo preponderante in questo campo dal momento che, ad oggi, possiamo generare qualsiasi contenuto grafico tramite dei semplici prompt testuali.

ChatGPT ha aperto la strada a tante applicazioni di editing testuale: traduzioni migliorate, assistenza alla scrittura, revisioni grammaticali, formattazione di tabelle e testi, generazione di template di relazioni sono solo alcuni esempi.

Il fattore umano nell’edilizia continua a essere importante

A fronte delle nuove possibilità offerte dall’AI, dobbiamo ricordare, in conclusione, l’importanza del fattore umano nel settore delle costruzioni. Questa tecnologia può supportare notevolmente le nostre pratiche fino ad arrivare a trasformarle ma, affinché il suo utilizzo in edilizia sia sostenibile, esso deve essere incentrato su un solido pensiero critico. Considerando che molto spesso si tratta di modelli black-box (i cui dati di allenamento sono spesso ignoti così come le modalità di acquisizione degli stessi), i contenuti generati in output da questi strumenti devono essere sempre verificati e interpretati in relazione al loro contesto di utilizzo.

In ogni caso, muovendosi tra stupore e perplessità, questi strumenti faranno sempre più parte della nostra routine e, dunque, ci prepariamo ad accoglierli nel nostro mondo, con attenzione e con tanta voglia di esplorazione. Per non perderti gli aggiornamenti sulle tecnologie a supporto della pratica architettonica seguici sulle nostre pagine social –  Facebook e LinkedIn – e iscriviti alla newsletter.