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余小寅:建筑AI聚焦应用场景,为城市建筑安全护航
《华东科技》     发布时间:2020-01-16 13:35    

Y=余小寅      H=华东科技

放眼全球,人工智能方兴未艾,作为一个价值10万亿美元的产业,建筑行业的数字化、网络化和智能化也正在日益成为行业共识。近年来,我国建筑行业领域关于智能化的呼声越来越高,实践的探索与应用也日趋多元化,建筑正在成为AI开发炙手可热的重要领域。9月在上海举办的第21届中国国际工业博览会更是将“人工智能(AI)+工业”提前锁定为今年的热词之一。

2017年,上海建材集团节能环保科技有限公司、中科院和上海交大在市科委的支持下,联合启动了建筑幕墙智能监测系统项目。两年过去了,该项目进展如何?建筑AI研发,又有哪些路径可循?在今年工博会的科技创新展(STIS)上,“建筑幕墙智能监测系统项目”负责人余小寅接受了记者的专访。作为国内建筑AI安全监测技术与应用研发项目的负责人,余小寅以玻璃幕墙的监测为切入口,探讨了AI技术在建筑安全研发与应用中的个中奥妙。


H:我们应该如何去理解建筑AI?

Y:建筑AI是信息行业与传统建筑行业碰撞产生的结果。所谓建筑AI,就是将AI技术引入到建筑行业,结合物联网技术与建筑信息技术,通过计算机语义分析并表达建筑师与工程师的想法,在传统建筑的设计、施工与运维等多个方面作出自己的判断。

建筑业是典型的传统行业,也是中国国民经济五大支柱产业之一。2018年中国建筑业总产值达23.5万亿元,同比增长9.9%。根据近期的建筑智能中心(CIC)预测,到2022年,全球建筑市场将达到12万亿美元。然而,各种报告表明该行业并不以其效率而闻名,在生产力方面,建筑业是表现比较差的行业,部分原因在于缺乏数字化。建筑AI技术的出现可能成为改善这一方面问题的关键。

相较于医疗、金融、家电产业而言,建筑AI技术起步较晚。AI技术在大量资料的整理、分析、寻找规律上有很强的能力,与传统人力处理相比有极大的优势,因此AI现在也得到工程界的重视。目前,AI主要应用于施工和建筑,大致分四个种类:规划和设计、安全、自动化设备、监控和维护,各方面的相关研究也在有序进行,相信很快建筑AI技术就会进入人们的生活。


H:建筑幕墙智能监测系统项目启动已经两年了,这两年取得了哪些进展与成效?

Y:据统计显示,由于玻璃幕墙(包括支撑结构在内)的重量很小,一般不超过100公斤,相当于传统墙体材料重量的1/8—1/5,约占建筑物总重量的1%,这是传统墙体材料难以做到的。另外玻璃特有的通透性以及美观特征,给建筑外形设计带来了无穷的创造空间。所以,玻璃幕墙在城市建筑中的应用不言而喻。上海市第一幢玻璃幕墙高层建筑——上海联谊大厦迄今已有30多年的历史,它是伴随我国实施改革开放政策而产生的,是当时上海较高的一幢大楼,也是全国第一幢安装有玻璃幕墙的大楼,部分既有玻璃幕墙建筑已进入老化阶段。五金构件锈蚀变形、密封条老化龟裂、受力构件松动、中空玻璃雾化和幕墙玻璃自爆坠落等,均是造成玻璃幕墙存在隐患的重要原因。

作为世界上幕墙生产量、使用量较大并且拥有超高层建筑较多的国家,如何使中国从“幕墙大国”走向“幕墙强国”、保证幕墙建筑在使用过程中的安全,是摆在人们眼前的重要课题,也是我们构建“建筑数字化安全评估系统平台”的缘起。

目前,我们初期的“建筑幕墙智能监测系统项目”伴随着对应用场景的研究深入,已经从起初单纯的玻璃幕墙安全健康智能监测扩大到了室外广告牌和历史保护建筑,可通过传感器实现对应力、应变、振动、风压、倾斜角、温度、湿度等数据的采集,这也意味着监测结果将越来越全面、精准。


H:对于建筑AI技术而言,重要的什么?

Y:对于建筑AI的研发而言,算法与数据是躲不过的话题。没有可靠的算法,拥有再多的数据也是枉然,但没有翔实可靠的数据,算法也将形同虚设。长期以来,对于玻璃幕墙安全隐患的监测主要依靠工作人员的经验和一些简易的手持设备,不但准确率和效率无法得到保证,同时也没有十分明确的标准和数据的积累。因此数据的收集方式、类型、数量等等都是支撑建筑AI研发的关键,也是项目组成员首先要解决的问题。

我们联合了多方技术与资源,在反复研发、实践的基础上,项目最终形成了针对玻璃面板本身、玻璃幕墙连接和玻璃幕墙钢索支撑结构等数据来源的检测方法,通过多元集成传感器实现了数据的实时采集与分析,让幕墙的检测摆脱了过去只能依靠现场采集的窘境,也收集了大量的一手数据。

好的数据值千金,好的算法同样千金难求。如何将收集到的数据通过科学研究,确定其与玻璃幕墙对应的状态以及风险性之间的相关性,同样面临着技术上的难点。所以在这方面,我们与上海交通大学展开了产学研相结合的深度合作,帮助项目组揭开了玻璃幕墙检测的关键参数与安全特性对应关系的面纱。

该系统以多元监测数据为输入,通过搭建人工神经网络,对玻璃幕墙的损伤位置与脱落风险作出分析,已形成拥有自主知识产权的人工智能风险分析软件系统。目前的实验结果显示,约84%的预测结果较为精确。与此同时,该项目申请国家发明专利4项,实用新型专利2项,软著1项,授权发明专利2项,申报的上海市科技委员会的《上海市2017年度“科技创新行动计划”社会发展领域项目指南》也将进入验收阶段。


H:该项目在研发以及落地推广上是否存在难点?

Y:是的,研发和应用都离不开政府与专家的指引。早在2004年,上海市建委、市房地资源局就公布了《关于开展本市玻璃幕墙建筑普查工作的通知》,玻璃幕墙的安全管理初见成效。2011年《上海市建筑玻璃幕墙管理办法》进一步明确了责任主体、确定年检制度,并要求年检申报。虽然上海市的幕墙安全排查和定期维检工作在逐步进行,但国内外现有的监察监测技术依然无法满足上海市未来将面临的幕墙导致的城市建筑安全的管控需求。

2017年,上海市科学技术委员会成立专项科研计划开展区域既有建筑玻璃幕墙和外墙安全管理技术研究及示范。经过两年多的紧张研发,如今的“建筑数字化安全评估系统平台”已经实现了玻璃幕墙安全健康状态的实时在线监测,不仅拥有着友好的可视化客户界面,还可针对单独的某块玻璃进行风压、转动角、频率和温湿度等的查看操作。一旦数据异常或达到设定的预警等级,系统将自动发出预警,提醒相关人员及时处理。

眼下,基于物联网技术的“建筑数字化安全评估系统平台”正在武康大楼交付使用中。回顾建筑AI应用的研发历程,建筑智能的研发与应用都离不开政府与专家的指引,从实际应用场景出发、政府投入、专家主导、技术协同,应该是建筑AI研发的可循模式。“建筑数字化安全评估系统平台”正在为其他建筑AI的研发提供可参考的协同模式。




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