Роль технологий ИИ в строительной отрасли: устойчивое развитие и безопасность

Введение. В последние годы технологии искусственного интеллекта (ИИ) стали неотъемлемой частью строительной отрасли, формируя уникальные возможности относительно устойчивого развития и повышения уровня безопасности. Интеграция ИИ в процессы проектирования, строительства и эксплуатации зданий позволяет значительно улучшить эффективность, сократить затраты и минимизировать негативное воздействие на окружающую среду [8].

Одним из ключевых аспектов применения ИИ в строительстве является его вклад в устойчивое развитие. Системы на базе ИИ способны анализировать большие объемы данных, оптимизировать использование ресурсов и материалов [9]. Например, алгоритмы машинного обучения могут прогнозировать материальные потребности на основе исторических данных и текущих тенденций, избегая перерасхода средств и сокращая отходы. ИИ может способствовать более рациональному проектированию зданий с учетом экологических факторов. С помощью симуляций и анализа различных сценариев проектировщики выбирают надёжные решения, минимизируя энергозатраты и углеродный след [5]. Это включает в себя оптимизацию расположения зданий, выбор экологически чистых материалов и внедрение возобновляемых источников энергии.

Безопасность на строительных площадках, – еще одна область, где технологии ИИ демонстрируют свою эффективность [3]. Системы видеонаблюдения, оснащенные алгоритмами распознавания образов, могут автоматически выявлять потенциальные угрозы и предупреждать о них. Это позволяет оперативно реагировать на опасные ситуации, снижая риск несчастных случаев. ИИ может также использоваться для анализа данных о здоровье и безопасности работников. Системы мониторинга могут отслеживать состояние рабочих в реальном времени, выявляя признаки усталости/стресса, своевременно принимать меры для предотвращения несчастных случаев. Например, если система фиксирует, что работник проявляет признаки усталости, она может автоматически отправить уведомление руководству или предложить перерыв. Это не только повышает безопасность, но и способствует улучшению общего состояния здоровья сотрудников, повышая производительность труда.

Технологии ИИ применяются для анализа исторических данных о происшествиях на строительных площадках. Системы могут выявлять закономерности и факторы, способствующие несчастным случаям, это позволяет разрабатывать более эффективные меры по их предотвращению. Например, если анализ показывает, что большинство инцидентов происходит в определенные часы или при аналогичных погодных условиях, компании могут адаптировать свои рабочие процессы, минимизируя риски.

Интеграция искусственного интеллекта в управление строительными проектами также способствует повышению безопасности. Системы могут отслеживать выполнение работ в реальном времени, выявляя отклонения от плана и предупреждая о возможных рисках, позволяя своевременно реагировать на возникающие проблемы, предотвращать их до того, как они станут проблемой.

Целью настоящего исследования является комплексный анализ влияния технологий ИИ на строительную отрасль. На основе полученных данных предпринята попытка разработать рекомендации для строительных компаний, направленные на оптимизацию процессов внедрения ИИ, обеспечение устойчивого развития и повышение безопасности.

Новизна исследования. В современных условиях строительная отрасль испытывает острую потребность в решениях, обеспечивающих устойчивое развитие, эффективность и безопасность. Авторское исследование предлагает принципиально новый подход, рассматривая ИИ как инструмент, способный комплексно решить эти проблемы.

Результаты исследования могут быть использованы для:

– повышения эффективности и снижения затрат (ИИ способен оптимизировать процессы планирования, проектирования и строительства, это приводит к сокращению сроков реализации проектов, снижению издержек и более эффективному использованию ресурсов);

– улучшения безопасности на строительных площадках (ИИ может использоваться для мониторинга соблюдения правил безопасности, выявления потенциально опасных ситуаций и предотвращения несчастных случаев);

– содействия устойчивому развитию (ИИ может помочь в проектировании и строительстве экологически чистых и энергоэффективных зданий);

– разработки новых строительных материалов и технологий (ИИ может ускорить процесс разработки и тестирования новых строительных материалов с улучшенными характеристиками, а также способствовать внедрению инновационных технологий, таких как 3D-печать и роботизированное строительство);

– принятия обоснованных управленческих решений (анализ данных, собранных с помощью ИИ, позволяет руководителям строительных компаний принимать более обоснованные решения, основанные на объективной информации, а не на интуиции).

Основная часть. Строительная отрасль, традиционно консервативная и ресурсоёмкая, в настоящее время переживает период трансформации под влиянием цифровых технологий. Одним из главных драйверов этой трансформации является ИИ, предлагающий решения для повышения эффективности, устойчивости и безопасности на всех этапах жизненного цикла строительного проекта. В этой связи рассмотрим два ключевых аспекта: устойчивое развитие и безопасность. Именно здесь ИИ проявляет себя как мощный инструмент, способный не только оптимизировать процессы, но и сделать строительство более социально-ответственным и безопасным.

Роль ИИ в продвижении устойчивого развития в строительной отрасли

На фоне усиливающихся экологических вызовов, строительная индустрия все больше внимания уделяет устойчивому развитию [1]. В этом контексте ИИ становится неотъемлемым инструментом, формируя новые перспективы для [2]:

– оптимизации проектирования и планирования: ИИ может анализировать огромные объемы данных, включая климатические условия, доступность материалов и энергоэффективность различных конструкций, чтобы предложить оптимальные решения для проектирования зданий с минимальным воздействием на окружающую среду. Алгоритмы машинного обучения могут прогнозировать энергопотребление здания на этапе проектирования, позволяя архитекторам и инженерам вносить корректировки;

– управления ресурсами и отходами: ИИ может оптимизировать использование строительных материалов, минимизируя отходы и снижая потребность в новых ресурсах. Алгоритмы машинного зрения могут идентифицировать и сортировать строительные отходы, облегчая их переработку и повторное использование;

– мониторинга и управления энергопотреблением: ИИ может анализировать данные с датчиков и систем управления зданием, чтобы оптимизировать энергопотребление в режиме реального времени. Это позволяет снизить выбросы парниковых газов и эксплуатационные расходы;

– выбора экологически чистых материалов: ИИ может анализировать базы данных материалов, учитывая их экологический след и стоимость;

– оптимизации логистики и транспортировки: ИИ может оптимизировать маршруты доставки материалов и оборудования, сокращая выбросы от транспорта и снижая затраты на логистику. Это особенно важно в условиях растущей урбанизации и увеличения объемов строительства.

Тем не менее, для полноценной реализации потенциала ИИ в устойчивом строительстве необходимо решить ряд задач, включая разработку стандартов и протоколов для обмена данными, обеспечение конфиденциальности и безопасности данных, обучение и переквалификацию специалистов строительной отрасли для работы с новыми технологиями.

Безопасность: ИИ как гарант защиты жизни и здоровья

Безопасность на строительной площадке является критически важным аспектом [4]. В данном контексте ИИ предлагает решения по снижению рисков и предотвращению несчастных случаев:

– мониторинг и анализ безопасности: ИИ может анализировать видеопотоки с камер наблюдения, выявляя потенциально опасные ситуации, такие как отсутствие защитного снаряжения, нарушение правил безопасности или опасное поведение рабочих. Система может автоматически предупреждать ответственных лиц о выявленных нарушениях;

– управление доступом и идентификация: ИИ может контролировать доступ на строительную площадку, идентифицируя работников по биометрическим данным или RFID-меткам. Это позволяет предотвратить проникновение посторонних лиц на площадку. Система также может отслеживать местоположение работников в реальном времени, что особенно важно в случае эвакуации или чрезвычайных ситуаций;

– контроль состояния оборудования и предупреждение поломок: ИИ может анализировать данные с датчиков, установленных на строительной технике, выявляя признаки износа или неисправностей. Система может автоматически предупреждать о необходимости технического обслуживания или ремонта, предотвращая поломки, которые могут привести к авариям;

– прогнозирование и предотвращение аварий: ИИ может анализировать данные о предыдущих авариях, погодных условиях, состоянии оборудования и других факторах, прогнозируя вероятность возникновения аварий и предлагать превентивные меры;

– автоматизация опасных задач: ИИ позволяет автоматизировать выполнение опасных задач, таких как работа на высоте, сварка или работа с тяжелой техникой, снижая риск травм рабочих. Роботы и дроны, управляемые ИИ способны выполнять эти задачи безопасно и эффективно;

– обучение и тренировка: ИИ может использоваться для создания виртуальных симуляций строительных площадок, позволяя рабочим тренироваться в безопасной среде и отрабатывать навыки работы в различных ситуациях.

Таким образом, внедрение технологий ИИ не только снижает количество несчастных случаев и травм, но и повышает общую культуру безопасности, способствуя созданию более здоровой и безопасной рабочей среды для всех участников строительного процесса [6].

Далее рассмотрим преимущества внедрения ИИ в строительстве и проведём сравнительный анализ вызовов и перспектив (табл. 1).

Таблица 1. Преимущества внедрения ИИ в строительстве, вызовы и перспективы

Преимуществами внедрения ИИ в строительстве являются:

– повышение эффективности: ИИ автоматизирует рутинные задачи, оптимизирует процессы и сокращает сроки строительства, обеспечивает прозрачность и доступность информации для всех участников проекта, улучшая коммуникацию и координацию;

– снижение затрат: ИИ оптимизирует использование ресурсов, минимизирует отходы и снижает эксплуатационные расходы;

– улучшение качества: ИИ обеспечивает более точное и качественное выполнение работ;

– повышение уровня безопасности: ИИ снижает риски и предотвращает несчастные случаи;

– устойчивое развитие: ИИ способствует «зеленому» строительству и снижает воздействие на окружающую среду.

Вызовы ИИ в строительстве. Несмотря на огромный потенциал, внедрение ИИ в строительную отрасль сталкивается с рядом вызовов:

– высокая стоимость внедрения: разработка и внедрение ИИ-решений требует значительных инвестиций в оборудование, программное обеспечение и обучение персонала;

– нехватка квалифицированных специалистов: для эффективного использования ИИ необходимы специалисты, обладающие знаниями в области машинного обучения, анализа данных и строительных технологий;

– сопротивление изменениям: традиционно консервативная строительная отрасль может испытывать сопротивление внедрению новых технологий;

– проблемы с интеграцией данных: разрозненность данных, хранящихся в различных системах, может затруднить их анализ и использование для обучения ИИ-моделей;

– этические вопросы: использование ИИ в строительстве обуславливает этические вопросы, связанные с конфиденциальностью данных, предвзятостью алгоритмов и возможной потерей рабочих мест.

Для преодоления перечисленных вызовов, автором предлагается следующий комплекс мер (табл. 2).

Таблица 2. Комплекс мер по преодолению вызовов, связанных с внедрением ИИ

в строительную отрасль

Необходимость комплекса мер обусловлена следующими факторами:

– обеспечение конкурентоспособности;

– повышение безопасности;

– оптимизация использования ресурсов;

– улучшение качества строительства;

– снижение затрат;

– развитие кадрового потенциала;

– стандартизация данных;

– финансовая поддержка.

Перспективы развития ИИ в строительстве. В будущем ожидается дальнейший прогресс и более широкое использование ИИ в строительной сфере. ИИ имеет значительный трансформационный потенциал в следующих областях:

1. Автономное строительство: использование роботов и дронов, управляемых ИИ, для выполнения строительных работ без участия человека.

2. 3D-печать зданий: использование 3D-принтеров, управляемых ИИ, для быстрого и экономически эффективного строительства зданий.

3. Цифровые двойники: создание виртуальных моделей зданий, позволяющих в режиме реального времени отслеживать их состояние и прогнозировать необходимость ремонта и обслуживания.

4. Персонализированное строительство: использование ИИ для проектирования и строительства зданий, соответствующих потребностям и предпочтениям конкретных пользователей.

5. Интеллектуальное управление строительными проектами: использование ИИ для автоматизации планирования, управления ресурсами и контроля качества строительных проектов.

Таким образом, преодоление существующих вызовов и активное внедрение ИИ позволит строительной отрасли внести значительный вклад в создание более устойчивого и комфортного будущего. Развитие и адаптация к технологиям ИИ станет ключевым фактором конкурентоспособности для строительных компаний в ближайшие годы.

В целях фундаментального понимания практической значимости ИИ, рассмотрим несколько примеров успешного внедрения, демонстрирующих, как технологии ИИ уже трансформирует строительные процессы.

PlanGrid (Autodesk) [1]: платформа использует ИИ для автоматизации управления строительной документацией [13]. Она позволяет рабочим на стройплощадке получать доступ к чертежам, спецификациям и другим документам в цифровом формате, а также отслеживать изменения и обновления в режиме реального времени. ИИ помогает автоматически распознавать и классифицировать документы, сокращая время поиска нужной информации и сводя к минимуму ошибки.

Built Robotics [11]: компания разрабатывает автономные строительные машины (экскаваторы, бульдозеры), управляемые ИИ. Машины могут выполнять земляные работы, рыть траншеи и выполнять другие задачи без участия человека, повышая безопасность и эффективность.

Doxel: компания использует дроны и ИИ для мониторинга прогресса строительства. Дроны собирают данные с помощью камер и лазерных сканеров, а ИИ анализирует эти данные для создания 3D-моделей строительной площадки и отслеживания хода работ [12]. Это позволяет выявлять задержки и проблемы на ранних стадиях, а также оптимизировать планирование и управление ресурсами.

Alice Technologies: компания предлагает платформу для оптимизации планирования строительных проектов с использованием ИИ. Платформа анализирует различные сценарии и предлагает оптимальный план строительства, учитывая доступность ресурсов, сроки выполнения работ и другие факторы [10]. Это позволяет сократить сроки строительства и снизить затраты.

Indus.ai: компания использует компьютерное зрение и ИИ для мониторинга безопасности на строительных площадках. Система анализирует видеопотоки с камер наблюдения и выявляет потенциально опасные ситуации, такие как отсутствие защитного снаряжения, нарушение правил безопасности или опасное поведение рабочих [14]. Система автоматически предупреждает ответственных лиц о выявленных нарушениях.

Рассмотренные примеры свидетельствуют, что ИИ уже не просто перспективная идея, а реальный инструмент, преобразующий строительные процессы. Технологии ИИ становятся конкурентным преимуществом компаний, стремящихся обеспечить высокое качество строительства в условиях растущей сложности и динамичности рынка. Таким образом, для успешной интеграции ИИ компаниям необходимо тщательно разработать и реализовать стратегию внедрения ИИ (табл. 3).

Таблица 3. Внедрение ИИ в строительстве: рекомендации для компаний

Следуя этим рекомендациям, строительные компании смогут успешно интегрировать ИИ в свои процессы, повысить эффективность, снизить затраты и улучшить качество/безопасность строительства.

Краткие выводы

Внедрение ИИ в строительную отрасль – это сложный, но перспективный процесс. Компании, которые смогут успешно внедрить ИИ, получат значительные конкурентные преимущества и внести свой вклад в создание более эффективной, устойчивой и безопасной строительной отрасли. Несмотря на вызовы, такие как высокая стоимость и нехватка специалистов, перспективы широкого внедрения ИИ в строительстве огромны. Автоматизация, улучшенное управление данными и интеграция с другими технологиями станут ключевыми тенденциями [7]. Строительным компаниям рекомендуется начинать с пилотных проектов, четко формулировать бизнес-цели и инвестировать в обучение специалистов для обеспечения конкурентоспособности и устойчивого развития/безопасности.

[1] PlanGrid (Autodesk) – приложение для управления строительством, которое оптимизирует документацию и коммуникацию проекта.