Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong chuyển đổi số lĩnh vực kiến trúc, quy hoạch đô thị

MTXD - Trong xu thế chung của thế giới, cùng với sự xuất hiện mạnh mẽ và xu hướng triển khai áp dụng các công nghệ Trí tuệ nhân tạo (AI) trong lĩnh vực kiến trúc, quy hoạch đô thị ở Việt Nam trong thời gian tới sẽ có nhiều thay đổi toàn diện, đóng góp cho sự đổi mới phát triển - chuyển đổi số chung ngành Xây dựng, cũng như kinh tế - xã hội quốc gia.

Trong những năm gần đây, ứng dụng nền tảng công nghệ số của cuộc cách mạng 4.0 đã từng bước được nghiên cứu, triển khai ứng dụng mạnh mẽ trong ngành Xây dựng, mang đến nhiều đổi mới tích cực đáng ghi nhận.

Trong đó, với riêng lĩnh vực kiến trúc, ứng dụng nền tảng công nghệ số đã mang đến nhiều hiệu quả rất lớn, tạo nên sự đột phá cả về chất lượng của các thiết kế kiến trúc, cũng như tiến độ thực hiện.

Trong xu thế chung của thế giới, cùng với sự xuất hiện mạnh mẽ và xu hướng triển khai áp dụng các công nghệ Trí tuệ nhân tạo (AI) có nhiều ưu thế cả về thời gian và chất lượng, lĩnh vực kiến trúc ở Việt Nam trong thời gian tới sẽ có nhiều thay đổi toàn diện, đóng góp cho sự đổi mới phát triển - chuyển đổi số chung ngành Xây dựng, cũng như kinh tế - xã hội quốc gia.

Phát triển mạnh AI trong kiến trúc và quy hoạch

Công nghiệp 4.0 - Industrial Internet of Things dựa trên 3 nền tảng chính là: Dữ liệu lớn (Big Data), Trí tuệ nhân tạo (AI) và Internet vạn vật (IoT) đã tạo nên sự đổi mới toàn diện về năng suất, trong đó ngành Xây dựng không phải là một ngoại lệ.

Nhờ những bước tiến đột phá vượt bậc trong những năm gần đây, các nền tảng AI như Chat GPT hiện cũng đã được sử dụng khá phổ biến trên thế giới và Việt Nam.

Với riêng lĩnh vực kiến trúc và quy hoạch đô thị, tính tới thời điểm hiện tại cũng đã có rất nhiều nền tảng AI được nghiên cứu phát triển và bước đầu triển khai ứng dụng trong điều kiện thực tiễn.

Việc ứng dụng AI có thể được triển khai ở toàn bộ các bước triển khai công việc của thiết kế kiến trúc để tự động hóa các quy trình, nâng cao hiệu quả và tạo ra các dự án chất lượng cao nhanh hơn và với chi phí thấp hơn, như: Thu thập thông tin và đánh giá hiện trạng của địa điểm xây dựng công trình; Nghiên cứu đề xuất các ý tưởng thiết kế; triển khai các nội dung thiết kế kỹ thuật, chuyển đổi để có thể áp dụng cho các quy trình xây dựng hiện đại theo hướng công nghiệp hóa xây dựng trong thời gian tới. 

Một số các nền tảng tiêu biểu nhất có thể kể đến bao gồm:

- Đối với quá trình thiết kế ý tưởng

Hình 1: Ý tưởng quy hoạch đô thị sử dụng công nghệ AI tham gia vào các giai đoạn phân tích hiện trạng, giả lập tính toán các chỉ tiêu quy hoạch và đề xuất hình ảnh 3D mô phỏng (nguồn: internet).

+ Trong đồ án thiết kế ý tưởng quy hoạch đô thị, các công cụ AI mới có thể áp dụng sức mạnh nghiên cứu sáng tạo các giải pháp quy hoạch tối ưu cho đô thị.

(1) Giải quyết các thách thức của đô thị hóa, như tắc nghẽn giao thông, ô nhiễm môi trường và thiếu chỗ ở.

(2) Tăng cường giao thông như phát triển các hệ thống giao thông thông minh.

(3) Giảm ô nhiễm môi trường trên cơ sở phát triển các giải pháp giảm ô nhiễm môi trường bao gồm việc sử dụng năng lượng tái tạo, cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng và quản lý chất thải.

(4) Cải thiện khả năng tiếp cận nhà ở trên cơ sở phát triển các mô hình dự báo giá nhà và hỗ trợ các chính sách nhà ở.

Tiêu biểu nhất phải kể đến nền tảng công nghệ phần mềm AI SPACEMAKER hay ARCHITECHTURES cho phép triển khai lập kế hoạch và thiết kế trên cơ sở gia tăng tối đa các mục tiêu phát triển bền vững cho đô thị ngay từ đầu. 

Trên cơ sở các thông số đầu vào phân tích các điều kiện địa điểm, biến động khí hậu, hạn chế về ngân sách và nguyện vọng của khách hàng, có thể phân tích tới 100 tiêu chí và đề xuất các giải pháp về: Phân vùng, tầm nhìn, ánh sáng ban ngày, tiếng ồn, gió, đường sá, giao thông, đảo nhiệt, bãi đậu xe…

Các tính toán tự động hóa sẽ đề xuất các giải pháp tối ưu nhất hài hòa hoàn hảo giữa hình thức và chức năng, đồng thời mang tầm nhìn kiến trúc vào cuộc sống, cũng như cho phép tùy chỉnh trực tiếp theo đúng các ý tưởng của kiến trúc sư.

Các tính năng mô hình hóa về gió cho phép phân để tinh chỉnh thiết kế nhằm tạo môi trường thông gió tối ưu. Cùng với đó, đề xuất các phương án tổ chức không gian để hạn chế và giảm thiểu ô nhiễm tiếng ồn, một thành phần thường bị bỏ qua trong các đồ án quy hoạch đô thị trước đây.

+ Trong các đồ án thiết kế ý tưởng công trình kiến trúc, công nghệ AI cho phép tối ưu trong nhiều nội dung thiết kế bao gồm:

(1) Tạo ra các mô hình 3D khi cho phép tạo ra các mô hình 3D chính xác và chi tiết của các công trình kiến trúc. Điều này giúp các nhà thiết kế có thể hình dung rõ hơn về công trình của mình và phát hiện ra các vấn đề tiềm ẩn trong thiết kế.

(2) Phân tích dữ liệu trên cơ sở phân tích dữ liệu từ các dự án kiến trúc trước đây giúp các nhà thiết kế rút ra kinh nghiệm và cải thiện thiết kế của mình.

(3) Tối ưu hóa thiết kế giúp các nhà thiết kế tạo ra các công trình hiệu quả hơn về mặt chi phí, năng lượng và môi trường.

Sau nhiều năm nghiên cứu, các nền tảng giải pháp AI Neural Network đã chuyển đổi văn bản đầu vào của kiến trúc sư thành những hình ảnh ở đầu ra đã hỗ trợ rất tốt cho quá trình sáng tạo, thiết kế ý tưởng sơ bộ cho công trình.

Tiêu biểu, phổ biến nhất như Midjourney, Dall-E và Stable Diffusion đang làm thay đổi cách tiếp cận với sáng tạo và quá trình lên ý tưởng của các kiến trúc sư. Chuyên sâu hơn, hệ thống Archos AI cho phép sử dụng nhiều công cụ khác nhau để tự động hóa một số quy trình về phân tích và đề xuất ý tưởng thiết kế, giúp kiến trúc sư xây dựng ý tưởng thiết kế các tòa nhà thông minh hiệu quả.

Hệ thống Escudo AI còn cho phép phân tích thiết kế các tòa nhà theo các tiêu chí tiết kiệm năng lượng và đề xuất các giải pháp tổ chức công năng linh hoạt. 

Hình 2: Thiết kế ý tưởng sử dụng phần mềm Midjourney cho công trình với cây bao bọc bên (nguồn: dezeen.com).

Hình 3: Thiết kế cây cầu đi bộ sử dụng AI của KTS Rolanda Cedeño de la Cruz và Nhà thờ Đình Cả (Võ Nhai) do các KTS của Hội KTS Thái Nguyên thực hiện Ý tưởng thiết kế nội thất sử dụng công nghệ AI (nguồn: internet).

Về thiết kế mặt bằng sơ bộ, hệ thống ArkDesign.AI tối ưu hóa các thiết kế mặt bằng các tòa nhà theo các dữ liệu về kiến trúc, quy chuẩn/ tiêu chuẩn kỹ thuật, quy định/ pháp luật của địa phương… để kiến trúc sư có thể lựa chọn và đưa ra các quyết định.

Với không gian nội thất, AI có thể tạo ra các mô hình 3D cũng như cho phép có thể tính toán được những chi tiết nhỏ, giúp cho không gian trở nên hài hòa và tiện nghi hơn.

Hình 4: Ý tưởng thiết kế nội thất sử dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo (nguồn: dezeen.com).

- Đối với bước thiết kế kỹ thuật: 

Hệ thống giải pháp phần mềm AI Build giúp tự động thiết kế và mô phỏng các cấu trúc kết cấu kiến trúc tối ưu, tiết kiệm, với độ phức tạp cao mà con người rất khó có thể nghiên cứu và thiết kế được. Đồng thời, chuyển hóa các thiết kế công trình ban đầu có độ thích ứng cao với công nghệ thi công in 3D - một công nghệ xây dựng của tương lai. 

Ứng dụng AI trong đột phá chuyển đổi số ngành Xây dựng Việt Nam

Theo Kế hoạch chuyển đổi số ngành Xây dựng giai đoạn 2020 - 2025, định hướng đến năm 2030 đã được Bộ trưởng Bộ Xây dựng phê duyệt theo Quyết định số 1004/QĐ-BXD ngày 31/7/2020, Chuyển đổi số ngành Xây dựng là nội dung rất quan trọng cần tập trung chỉ đạo, tổ chức thực hiện có hiệu quả để góp phần tăng năng suất lao động, tăng sức cạnh tranh của sản phẩm, hàng hóa và doanh nghiệp trong lĩnh vực xây dựng, nâng cao hiệu lực, hiệu quả quản lý nhà nước, nâng cao chất lượng dịch vụ công của Bộ Xây dựng.

Trong đó ưu tiên một số nội dũng trong lĩnh vực ngành, đặc biệt là ưu tiên ứng dụng công nghệ số, AI trong quản lý vận hành đô thị. Tính đến năm 2023, nhiều nội dung đã được đẩy mạnh triển khai và hoàn thành như: 

Về hệ thống thông tin, dữ liệu, đã thu thập, tạo lập, chuẩn hóa và cập nhật cơ sở dữ liệu do các Bộ, ngành ban hành giai đoạn 2010 - 2019 với tổng số tin dữ liệu đã thu thập, số hóa là hơn 100 triệu trường thông tin, dữ liệu. Hoàn thiện hệ thống dữ liệu, số hóa trong quy hoạch và quản lý phát triển đô thị. Hoàn thành triển khai xây dựng kho dữ liệu dùng chung ngành Xây dựng. [1]

Với công tác thiết kế quy hoạch đô thị và kiến trúc công trình, việc nghiên cứu triển khai ứng dụng nền tảng mô hình thông tin công trình (BIM) và Hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thiết kế, quản lý quy hoạch xây dựng, quản lý việc quy hoạch theo xây dựng và quản lý hạ tầng kỹ thuật đô thị trên toàn quốc.

Đây chính là những cơ sở rất tốt phục vụ cho việc chuyển đổi số ở mức độ cao hơn thông qua triển khai ứng dụng AI trong ngành Xây dựng bao gồm lĩnh vực kiến trúc và quy hoạch đô thị trong các đô thị tiếp theo.

Tuy nhiên, do quá trình chuyển đổi số trong lĩnh vực thiết kế kiến trúc và quy hoạch đô thị tại Việt Nam mới ở giai đoạn đầu, khả năng ứng dụng BIM trong thiết kế kiến trúc công trình mới đạt chuẩn mức 3 hoặc 4 còn rất thấp so với 7 mức độ tổng thể, nên hiệu quả đóng góp cũng còn hạn chế. [2] Trong thời gian tới cần tiếp tục đẩy mạnh cũng như nhanh chóng nâng cấp lên các mức độ cao hơn, trong đó đẩy mạnh ứng dụng AI theo xu hướng thế giới có thể là một giải pháp hữu hiệu. 

Hình 5: Sơ đồ thể hiện 7 mức độ chuẩn Mô hình thông tin công trình BIM ứng dụng trong thiết kế kiến trúc, quy hoạch đô thị (nguồn: internet).

Hiện tại, nhận thấy rõ các giá trị ưu việt của trí tuệ nhân tạo, nhiều hệ thống phần mềm đã được các kiến trúc sư triển khai áp dụng, phổ biến như: Midjourney, Dall-E và Stable Diffusion. Các lớp tập huấn đơn lẻ để cho phép kiến trúc sư tiếp cận trải nghiệm AI cũng đã được triển khai ở nhiều tỉnh, thành phố. Tuy nhiên, qua thời gian đầu triển khai áp dụng, cũng còn một số vấn đề tồn tại được chỉ ra như: 

(1) Công nghệ AI tại Việt Nam mới ở mức độ thí điểm ban đầu, chủ yếu áp dụng vào các giải đoạn ban đầu là thiết kế ý tưởng. Một số công nghệ hiện mới được áp dụng trên cơ sở tích hợp vào nền tảng phần mềm thông thường nên có sự xung đột với phần cứng. Việc ứng dụng AI trong các giai đoạn thiết kế kỹ thuật, triển khai xây dựng dự án còn cần thời gian tiếp tục hoàn thiện.

(2) Do chủ yếu ngoại nhập nên sản phẩm thiết kế của công nghệ AI trong lĩnh vực kiến trúc, quy hoạch hiện nay còn mang tính công nghiệp hoặc có xu hướng thiên vị theo một loại hình phong cách mà cơ sở dữ liệu sẵn có, tính bản truyền thống Việt Nam và sắc thái tâm lý theo các nhóm lứa tuổi, vùng miền và địa phương còn chưa rõ nét.

(3) Công nghệ AI còn gây nên một số vấn đề tranh cãi về bản quyền tác giả về sản phẩm thiết kế kiến trúc và quy hoạch đô thị.

(4) Nguồn nhân lực có kiến thức chuyên sâu, được đào tạo bài bản về ứng dụng AI trong chuyển đổi số lĩnh vực kiến trúc, quy hoạch còn thiếu.

Để có thể hội nhập toàn diện với xu thế chung của thế giới cũng như đẩy mạnh chuyển đổi số ngành Xây dựng bao gồm cả lĩnh vực kiến trúc và quy hoạch đô thị trên cơ sở ứng dụng AI, một số nội dung cần tiếp tục được triển khai bao gồm:

(1) Hoàn thiện hệ thống văn bản pháp luật, tạo hành lang pháp lý thông suốt cho việc nghiên cứu, tiếp thu và triển khai ứng dụng AI tại Việt Nam. Trong đó, chú ý đến một số các nội dung quan trọng như: Xác định quy trình triển khải thực hiện dự án, bản quyền tác giả, định mức chi phí, cơ chế thúc đẩy ứng dụng AI trong chuyển đổi số lĩnh vực kiến trúc, quy hoạch ngành Xây dựng.

(2) Đẩy mạnh nghiên cứu ứng dụng triển khai các nền tảng công nghệ AI trong lĩnh vực kiến trúc và quy hoạch đô thị trên cơ sở lựa chọn các nền tảng phù hợp với điều kiện thực tiễn tại Việt Nam (về giá thành, hiệu quả thực tiễn). Có cơ chế ưu tiên nghiên cứu Việt hóa một số các nền tảng AI tại Việt Nam để phù hợp tối ưu và thể hiện rõ bản sắc kiến trúc Việt Nam.

(3) Tiếp tục đẩy mạnh việc xây dựng và cập nhật hệ thống các cơ sở dữ liệu về văn bản pháp luật, kiến trúc và quy hoạch tại Việt Nam. Trong đó, đặc biệt là cơ sở dữ liệu về tiêu chuẩn và quy chuẩn xây dựng đến việc triển khai ứng dụng thiết kế nền tảng AI không chỉ là hình ảnh đơn thuần mà là các bản vẽ thiết kế kỹ thuật tuân thủ đúng các quy định về thẩm mỹ, tiện nghi, an toàn phòng cháy chữa cháy…

(4) Tiếp tục đẩy mạnh triển khai các lớp tập huấn rộng rãi bài bản và chuyên sâu cho các kiến trúc sư, chuyên gia ngành Xây dựng trong ứng dụng AI trong lĩnh vực kiến trúc và quy hoạch đô thị.

TS.KTS TRỊNH HỒNG VIỆT - ThS.KTS PHẠM HOÀNG PHƯƠNG

(Viện Kiến trúc Quốc gia)

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Báo cáo tổng kết công tác năm 2022 và triển khai nhiệm vụ năm 2023 của ngành Xây dựng.
[2]. Hội thảo về Lộ trình áp dụng BIM và nền tảng môi trường dữ liệu chung phục vụ viện áp dụng BIM.