AI per la riqualificazione edilizia: un’alleata per efficienza e retrofit

Le opportunità offerte dall’adozione dell’AI per la riqualificazione edilizia sono notevoli, se si considera che architettura, ingegneria e costruzioni rappresentano uno dei settori industriali più grandi al mondo, ma storicamente uno dei più lenti a digitalizzare e innovare.

Gli analisti sono convinti del rapido incremento di impiego dell’intelligenza artificiale, anche nel mondo delle costruzioni. Secondo Business Research Company, il valore di mercato globale dell’AI in edilizia passerà da 1,76 miliardi di dollari nel 2024 a 2,29 miliardi di dollari nel 2025.

Dall’efficientamento energetico all’automazione nei processi di costruzione fino al miglioramento della sicurezza, i sistemi di artificial intelligence sono destinati ad avere sempre più spazio, soprattutto nella fase di progettazione concettuale, che ha il maggiore impatto sulla qualità, sui costi e sul carbonio incorporato di un progetto, coprendo fino all’80% delle risorse coinvolte per esso. (Fonte: How does conceptual design impact the cost and carbon footprint of structures?).

Il valore dell’AI per la riqualificazione edilizia

L’intelligenza artificiale

«è una tecnologia che permette ai computer e alle macchine di simulare l’intelligenza umana e le capacità di risoluzione dei problemi. Grazie ai dati forniti dall’uomo, riesce a predire, ottimizzare, classificare, generare (informazioni, disegni, relazioni…). Al centro c’è l’importanza dei dati: la loro quantità e qualità è fondamentale per far funzionare un AI».

Lo ha spiegato Alper Kanyilmaz, professore del Dipartimento ABC presso il Politecnico di Milano ed esperto di applicazione dell’AI in architettura e costruzioni, durante il convegno organizzato da Prospecta Formazione – Infoweb – sulle tecnologie innovative, fra queste l’AI, per la riqualificazione edilizia.

Dove entra in gioco l’intelligenza artificiale? «Nella progettazione, nella pianificazione di cantiere, nella predizione, in base alle informazioni che impara dall’essere umano. Combinando mano d’opera e professionisti con tecniche di AI riusciamo a ottenere risultati efficaci anche in termini di costi e di impatto ambientale».

Intelligenza artificiale alleata della sostenibilità

Proprio in tema di sostenibilità, uno studio condotto da un team del Lawrence Berkeley National Laboratory (pubblicato su Nature) ha messo in evidenza il ruolo dell’AI in edilizia. Focalizzandosi in particolare, su edifici uso commerciale, l’adozione dell’intelligenza artificiale potrebbe ridurre il consumo energetico e le emissioni di CO₂ di circa l’8-19% entro il 2050. In combinazione con politiche energetiche e la produzione di energia a basse emissioni di carbonio, si potrebbe ridurre il consumo energetico di circa il 40% e le emissioni di CO₂ del 90% rispetto agli scenari business-as-usual nel 2050. Un grafico mostra che se si inizia a incorporare l’intelligenza artificiale nella progettazione c’è un drastico calo stimato, in termini di emissioni.

Tutto ciò pone in evidenza il ruolo dell’AI nella riqualificazione edilizia, specie per conseguire gli obiettivi attesi al 2050 in termini di decarbonizzazione di uno dei settori più impattanti.

Il ruolo dell’AI per la sostenibilità dell’edilizia

Ma in che modo l’AI può giocare un ruolo chiave nella riduzione delle emissioni e del risaldamento globale? Kanyilmaz ha messo in luce, in particolare, tre aspetti:

• efficienza energetica e retrofit
• computer vision per la valutazione dei danni
• progettazione generativa per la pianificazione delle ristrutturazioni

Efficienza energetica e retrofit

In questo specifico caso applicativo di AI per la riqualificazione edilizia, l’adozione di sistemi di intelligenza artificiale potrebbe essere impiegata per svolgere audit basati sui dati, nell’analisi rapida dei dati energetici degli edifici (per esempio, utilizzo delle utenze o temperatura) per rilevare le inefficienze.

Un altro esempio applicativo può essere il controllo HVAC ottimizzato, in modo da ottimizzare dinamicamente le impostazioni degli impianti di riscaldamento e raffrescamento in base all’occupazione e alle previsioni meteorologiche.

Inoltre, può fornire il suo contributo nella modellazione di scenari di retrofit, per valutare rapidamente varie opzioni di riqualificazione, come i materiali isolanti, pannelli fotovoltaici e altro. «Se, normalmente, un ingegnere senior riesce a valutare una o due opzioni al giorno, utilizzando intelligenza artificiale è possibile valutare anche una decina di opzioni in qualche ora», ha sottolineato il docente del Politecnico di Milano, portando l’esempio di Brainbox AI.

La società riporta il caso riguardante un edificio commerciale di New York, in cui è stato possibile ridurre del 15,8% il consumo energetico relativo all’HVAC, evitando emissioni per 37 tonnellate di CO2e. In pratica, il sistema messo a punto da Brainbox AI si connette al sistema HVAC esistente, mappa i punti e normalizza i dati. Seleziona poi algoritmi ottimali e regola l’impianto ogni 5 minuti con meteo e tariffe. Infine, apprende in continuo e monitora 24/7 allarmi e prestazioni.

Computer vision per la valutazione

In questo caso, l’AI può fornire un prezioso contributo mediante ispezioni automatizzate, rilevamento di danni alla facciata e per la conservazione storica. Nel primo caso l’AI – attraverso telecamere o droni – analizza le immagini per rilevare i difetti strutturali, nel secondo individua i problemi in anticipo, riducendo la necessità di ispezioni delle impalcature e, infine, consente di evidenziare piccoli problemi prima che diventino gravi.

Un esempio è la piattaforma T2D2 (di Thornton Tomasetti), un software di ispezione delle risorse che utilizza deep learning su migliaia di immagini di facciate per identificare oltre 80 tipi di danni (crepe, ruggine, infiltrazioni d’acqua ecc.) all’esterno dell’edificio.

Questo rilevatore di danni, mediante la computer vision addestrata da centinaia di migliaia di immagini forensi, può riconoscere in anticipo il deterioramento e catalogare i dati delle ispezioni esterne in modo più rapido, accurato e con livelli di conoscenza più approfonditi.

Il gruppo di ricerca di cui fa parte lo stesso Kanyilmaz sta sviluppando un sistema di analisi di strutture metalliche. In particolare, sta implementiamo un algoritmo che, dalle immagini analizzate, è in grado di comprendere il collegamento in acciaio e i dettagli costruttivi (per esempio, le saldature), quale sia la situazione e l’eventuale presenza di corrosione o di danni strutturali, in modo da prendere decisioni avvedute.

Progettazione generativa per la pianificazione delle ristrutturazioni

In questo ambito applicativo dell’AI per la riqualificazione edilizia, è possibile utilizzare tecniche di intelligenza artificiale per l’ottimizzazione parametrica, così da trovare il miglior equilibrio tra costo e impatto ambientale, e nell’esplorazione rapida nella fase iniziale di progettazione, così da creare e valutare automaticamente più alternative di progettazione in base all’input del progetto preliminare dell’utente.

L’esempio applicativo portato dal docente e relatore ha riguardato un caso di riqualificazione immobiliare, finalizzato a convertire un vecchio edificio industriale in un data center. L’edificio in questione era la tipografia Kansas City Star (37mila metri quadrati), da riconvertire in un centro dati da oltre 100 MW. È stato realizzato un digital twin per fare simulazioni elettriche, termiche e meccaniche del nuovo edificio. «In questo caso, sono stati creati diversi scenari di distribuzione dell’energia per progettare l’infrastruttura più adatta per questa nuova tipologia di edificio», ha spiegato il professore del Dipartimento ABC del Politecnico milanese.

Uso dell’AI: le opportunità…

Le possibilità applicative dei modelli di AI nella riqualificazione edilizia sono diverse, ponendosi come uno strumento di aiuto dalle notevoli potenzialità.

«Contrariamente a ciò che spesso si pensa, l’AI non intende togliere posti di lavoro; credo, invece, che le possibilità offerte siano molteplici per creare opportunità anche per l’aumento della forza di lavoro, sia in termini di quantità sia di qualità. Per architetti e ingegneri, permette di evitare lavori ripetitivi e di concentrarsi sulle scelte creative», ha prospettato Kaniylmaz.

Ci sono nuove figure professionali nate e che nasceranno proprio grazie all’impiego dell’intelligenza artificiale.

… e sfide aperte

L’applicazione dell’intelligenza artificiale ha anche elementi complessi e sfide da affrontare, spaziando dalla qualità dei dati alla questione della privacy. Anche i costi legati all’implementazione dell’AI sono ancora difficili da quantificare e le stesse aziende fanno fatica a comprendere se è opportuno investire o meno. Vanno considerate anche le complessità normative di conformità. «Ci sono preoccupazioni, c’è ancora scetticismo – ha ammesso l’esperto –. Ora non abbiamo soluzioni per queste sfide, ma di sicuro si può lavorare per arrivare a uno sviluppo futuro che permetta di aumentare la sostenibilità nell’edilizia, offrendo soluzioni che possano aprire alle prospettive future».

Queste prospettive dovranno andare nella direzione della sostenibilità – l’intelligenza artificiale è fondamentale per raggiungere gli obiettivi climatici – dell’integrazione, potendo contare su sistemi senza soluzione di continuità in grado di lavorare insieme, e di edifici intelligenti, ovvero strutture che imparano e si adattano.

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