Intelligenza artificiale nel settore AEC (architettura, ingegneria e costruzioni): tipologie, applicazioni e vantaggi

Intelligenza artificiale: contestualizzazione del settore AEC

Il settore AEC (Architettura, Ingegneria e Costruzioni) costituisce un pilastro fondamentale dell’economia mondiale, contribuendo in modo significativo allo sviluppo della società contemporanea. Tuttavia, negli ultimi decenni, il settore ha affrontato sfide complesse legate alla crescente complessità dei progetti, all’aumento dei costi e alle richieste di maggiore sostenibilità ambientale.

L’introduzione di tecnologie avanzate è diventata imperativa per affrontare queste sfide, e l’intelligenza artificiale (IA) emerge come un catalizzatore chiave per la trasformazione.

L’adozione di soluzioni basate sull’IA nel settore AEC promette di rivoluzionare il modo in cui vengono progettati, costruiti e gestiti gli edifici.

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Evoluzione dell’Intelligenza artificiale

Nell’ultimo decennio, l’ intelligenza artificiale ha vissuto una notevole evoluzione, passando da una fase di sperimentazione a una di implementazione pratica e scalabilità. L’IA ha superato le tradizionali limitazioni attraverso algoritmi sempre più complessi e la capacità di trattare grandi quantità di dati in modo efficiente.

L’adozione di modelli avanzati di machine learning, supportati da dati provenienti da sensori, droni e strumenti di rilevamento avanzati, consente di accorciare la fase di progettazione, garantendo una migliore qualità dei dati, per una pianificazione ottimizzata.

Inoltre, l’evoluzione dell’IA ha permesso lo sviluppo di sistemi di computer vision che rivoluzionano l’ispezione e il monitoraggio dei cantieri. La capacità di analizzare in tempo reale le condizioni del cantiere, individuare potenziali rischi e ottimizzare la distribuzione delle risorse è diventata una realtà, migliorando la sicurezza e la efficienza complessiva.

La diffusione sempre più capillare della modellazione BIM (Building Information Modeling) e openBIM è un ulteriore indicatore dell’evoluzione dell’IA nel settore AEC. L’IA non solo supporta la creazione di modelli più intelligenti, ma facilita anche l’analisi predittiva, fornendo informazioni cruciali per la gestione del ciclo di vita dell’edificio.

Panoramica del settore AEC

Attuali Sfide e opportunità

• Complessità dei Progetti: I progetti nel settore AEC sono diventati sempre più complessi, richiedendo una gestione sofisticata e una coordinazione accurata tra diverse discipline.
•  Aumento dei Costi: I costi associati ai progetti AEC sono in costante aumento, influenzati da fattori come l’aumento dei costi dei materiali, della manodopera specializzata e della regolamentazione crescente.
• Sostenibilità Ambientale: La crescente consapevolezza ambientale ha posto una maggiore enfasi sulla necessità di progettare e costruire infrastrutture sostenibili, aumentando le sfide di conformità.
• Tempi di Costruzione: Ridurre i tempi di costruzione senza compromettere la qualità è una sfida critica per soddisfare la domanda crescente in tempi rapidi.

Tendenze e Cambiamenti Recenti

• Digitalizzazione del Processo di Progettazione: L’adozione della modellazione BIM (Building Information Modeling) è diventata una pratica comune, migliorando la collaborazione e la condivisione di informazioni tra le diverse fasi di progettazione.
• Tecnologie Emergenti: Droni, sensori IoT (Internet delle cose) e tecnologie di realtà aumentata stanno rivoluzionando la raccolta dati, l’ispezione del cantiere e la visualizzazione dei progetti.
• Sviluppo di Materiali Innovativi: La ricerca e lo sviluppo di materiali più resistenti, leggeri ed ecocompatibili stanno contribuendo a migliorare l’efficienza e la sostenibilità delle costruzioni.

Ruolo dell’Innovazione Tecnologica

• Crescente Accettazione della Tecnologia: L’industria delle costruzioni sta abbracciando progressivamente l’innovazione tecnologica, spinta dalla necessità di migliorare l’efficienza e la competitività.
• Collaborazione e Connettività: Strumenti di collaborazione online e piattaforme di gestione dei progetti stanno diventando sempre più centrali per migliorare la comunicazione e la coordinazione tra gli attori del progetto.
• Focus sulla Sicurezza: Tecnologie avanzate, come il monitoraggio da remoto e l’analisi dei dati per la sicurezza sul cantiere, stanno emergendo come priorità per ridurre gli incidenti e migliorare la gestione del rischio.

Intelligenza artificiale: fondamenti

Definizione di Intelligenza Artificiale

L’IA si riferisce alla creazione di sistemi informatici in grado di eseguire compiti che richiedono intelligenza umana.

Questi sistemi utilizzano algoritmi avanzati e modelli di apprendimento automatico per analizzare dati, trarre conclusioni e migliorare le proprie prestazioni nel tempo. Nel contesto AEC, l’IA può comprendere e interpretare dati complessi, contribuendo alla progettazione, pianificazione, realizzazione e gestione delle costruzioni.

Tipologie di IA

• Apprendimento Supervisionato (supervised learning): In questa modalità, l’IA apprende dai dati di input forniti, associando correttamente le risposte di output. Nel settore AEC, questo può tradursi in sistemi che imparano dagli schemi progettuali esistenti per migliorare la precisione nella fase di progettazione.
• Apprendimento Non Supervisionato (unsupervised learning): Qui, l’IA trae conclusioni da dati senza etichetta, identificando pattern e relazioni autonomamente.
  Questa modalità può essere utile nella fase di analisi dei dati provenienti dai cantieri o nella gestione delle risorse.
• Apprendimento Rinforzato (reinforcement learning): L’IA apprende tramite l’interazione con l’ambiente circostante, ricevendo «ricompense» o «punizioni» in base alle azioni intraprese. Nel settore AEC, questo tipo di apprendimento potrebbe essere utilizzato ad esempio per ottimizzare le decisioni di gestione del cantiere in tempo reale, analizzandone i fattori di rischio.

Applicazioni Attuali e Prospettive Future

• Progettazione e Ottimizzazione: L’IA può migliorare la progettazione architettonica e ingegneristica, analizzando dati storici per suggerire soluzioni più efficienti e sostenibili. Applicazioni che ibridano chatGPT e BIM sono studiate anche da sviluppatori di software in Italia. Il tema è quello di poter interagire con un modello 3D in modo semplice e intuitivo, interrogandolo con indicazioni testuali. Questo grazie alla possibilità di collegarsi alle API di Open-AI e di generare APP su misura per ogni specifica esigenza. Rimane aperta la questione della qualità del dato, sempre più importante per costruire dei modelli affidabili e robusti. 
   

• Pianificazione e Gestione del Cantiere: Ottimizzare l’allocazione delle risorse, prevedere possibili ritardi e migliorare la sicurezza sul cantiere sono obiettivi raggiungibili attraverso l’applicazione di IA.
• Manutenzione Predittiva: L’IA può prevedere e prevenire guasti imminenti, ottimizzando la manutenzione e prolungando la durata delle infrastrutture.

Vantaggi dell'IA nel settore AEC

Ottimizzazione del Processo Decisionale

L’IA offre la capacità di analizzare enormi quantità di dati provenienti da varie fonti, migliorando la precisione delle decisioni aziendali. Attraverso l’apprendimento automatico, i sistemi possono identificare pattern e tendenze, fornendo informazioni per la pianificazione strategica, la gestione delle risorse e la mitigazione dei rischi. Ciò si traduce in un processo decisionale più rapido ed efficace, riducendo gli errori umani e migliorando l’efficienza complessiva del progetto.

Miglioramento della Progettazione e Pianificazione

L’IA può ottimizzare il processo di progettazione, suggerendo soluzioni innovative e sostenibili basate su analisi approfondite dei dati. I modelli generati dall’IA possono essere utilizzati per simulare scenari complessi. Questo approccio consente una pianificazione più precisa, contribuendo a ridurre i costi e ad accelerare i tempi di consegna
dei progetti. Esempi innovativi sono stati presentati alla conferenza AI in AEC. Nello specifico, il nuovo sistema denominato tileGPT  è capace di generare complessi residenziali da “prompt di testo”, modificabili graficamente grazie a tecniche di “outpainting” e “inpainting”, termini noti agli utilizzatori di piattaforme text-to-image. Questo metodo velocizza drasticamente ogni operazione di Progettazione e Pianificazione.

Alla scala di quartiere e di città sono stati presentati sistemi analoghi, estendendo il sistema alla scala urbanistica.

Efficienze nella Gestione del Cantiere

Integrare l’IA nella gestione del cantiere consente di monitorare in tempo reale le attività, prevedere possibili ritardi e ottimizzare l’allocazione delle risorse. I sistemi di computer vision e l’analisi dei dati provenienti dai sensori possono migliorare la sicurezza sul cantiere, individuare potenziali problemi e consentire una gestione più proattiva degli
imprevisti.

Riduzione dei Costi e Aumento della Produttività

L’IA contribuisce a una gestione più efficiente delle risorse, riducendo gli sprechi e ottimizzando l’uso di materiali e manodopera. La previsione accurata dei tempi di costruzione e la manutenzione predittiva contribuiscono a ridurre i costi a lungo termine, aumentando la produttività complessiva dell’industria delle costruzioni.

L'articolo è estratto dal  7° Report OICE sulla Digitalizzazione e sulle Gare BIM 2023  pubblicato a marzo 2024.

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