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AI人工智慧在營建業之應用

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科技產業資訊室 - 李宜諺、袁子鈞、張小玫 發表於 2018年5月16日
圖、AI人工智慧在營建業之應用
 
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,營建工程導入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在營建工程上的應用,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,提供更完善的資料,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上設計了一款外掛程式GenMEP。只要在Autodesk Revit上建構3D模型,使用GenMEP外掛程式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,經過多次重複測試和歸納出有效的設計。
 
以下視頻展示,由Building System Planning創始人兼CEO Brett Young演示GenMEP管線配置:

 
二、利用資料分析與機械學習對工程做風險管理
由Autodesk推出了BIM 360 Project IQ,主打功能是利用資料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、影像和營建管理資料形成的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,可以視覺化呈現。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視頻管理平台,其中包括一個'SmartTag'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視頻進行自動標記,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資料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。
 
以下視頻展示,Smartvid.io的軟件可以幫助建築業者的特點和應用:

 
四、建築物智能化管理讓用戶感到舒適
日本Komatsu宣布與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可視化與追踪整體施工現場人員、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式,可讓商業空間和辦公大樓的使用者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應用程式可從商業空間中的BMS收集數據,並搭配使用者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。
 
以下視頻展示Building Robotics的Comfy影片:

 
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LiDAR來監控和掃描工地現場。利用視覺資料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。
 
以下視頻展示Doxel示範使用偵察機器人和無人機監督施工效率。

 

日本清水建設(Shimizu)日前公開了一批可以在建築工地工作的建築機器人,包括:可以熟練完成天花板安裝的「天花板施工機器人」,還有精確識別焊接部位縫隙的形狀等自動完成焊接作業的「焊接機器人」,更有可以自行判斷位置並將建材準確送到施工點的「建材搬運機器人」。 

大陸工程公司引進大批無人機
建築業者大陸工程為確保有充裕人力推動工程,開始大量引進資訊科技,甚至使用無人機協助高樓工程品質監控,大幅節省管理人力。特別是工程師用無人機協助檢查高樓層的各式工程品質要求,工程師不用爬到高樓層逐一費時檢查,大幅節省時間、人力,安全風險大幅降低。目前大陸工程承造台中市七期重劃區,市政路與文心路口的「富邦新市政」,樓高規劃41層,大陸工程在這個工程案率先使用無人機協助監控品質,採用電子施工圖輸入平板電腦,所有人員使用同一套系統,彼此在同一套系統上溝通,可望大幅減少錯誤,預計今年(2018)下半年開始適用於各項工程上,未來可望進一步提升台灣營造業施工品質更安全、精準。

六、AR應用於營建

Suffolk Construction 總部位於波士頓,在舊金山開設了智慧實驗室,希望可以構思創新想法和簡化內部流程,其中利用VR幫助他們解決了成本和勞動力問題。在智慧實驗室裡,Suffolk 測試了將VR新技術投入使用,監控作業現場進度的方法。實體旋轉牆壁讓位於 VR 空間,客戶可以戴上頭顯並在建築物內部自由走動。跟 Suffolk 一樣,其他建築公司,開發商和設計團隊都開始把目光放在虛擬現實身上,希望利用這項技術來應對成本上升的問題,以及減少施工時間。

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,藉由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量,藉由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、視覺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。(2100字;圖1)


參考資料:

AI Applications in Construction and Building – Current Use-Cases.Techemergence,2018/4/23
Doxel Introduces AI Solution to Boost Construction Industry Productivity. Businesswire,2018/1/24
Autorouting Conduit Through a Ship Engine Room With LIDAR, Autodesk Revit & GenMEP.Buildingsp,2017/1/12
In depth: Doxel’s 3D capture and AI solution for ending construction delays.Spar3d,2018/1/31
隨需BIM的新可能. Ntubim,2017/1/31
Robots under Autonomous Control at Robot Lab. Shimizu, 2018/4/23.
Developers See Virtual Technology As Wave of the Future for Home Sales. Sun Sentinel, 2018/5/11.



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