Budynki, całe miasta naszpikowane czujnikami i monitoringiem generują coraz większą ilość danych. Im więcej ich będziemy mieć, tym sensowniejsze będzie stosowanie w architekturze uczenia maszynowego – mówi Kacper Radziszewski w rozmowie z Moniką Redzisz
Monika Redzisz: Prowadzi pan pierwsze w Polsce warsztaty z uczenia maszynowego dla architektów. O sztucznej inteligencji w architekturze jeszcze nie słyszałam.
Kacper Radziszewski*: Nic dziwnego, w architekturze bardzo długo wdraża się każdą nową technologię: SI, VR, 3D. Architektura powoli dojrzewa do takich rozwiązań. Potrzebuje czasu, żeby się z tym oswoić.
Dlaczego?
To odpowiedzialna dziedzina. Poza tym architektura jest często uważana przez architektów za jedną z ostatnich ostoi prawdziwego rzemiosła i sztuki. Każda zmiana jest tu na początku witana z nieufnością. Wizualizacje, z których w tej chwili korzysta każdy architekt, też były na początku traktowane wrogo, ponieważ zastępowały rysunek. A mówiono, że tylko odręczny rysunek może w pełni oddać wizję architekta, bo wyraża jego emocje. Dlatego już wszędzie używano wizualizacji, tylko nie w architekturze. Tak samo jest ze sztuczną inteligencją.
Ale sztuczna inteligencja też już nie jest taka młoda.
Nie, ale dopiero od niedawna mamy dostęp do dużych ilości danych ze względu na postęp w innych dziedzinach. Digitalizacja, szybkie procesory, lepsze karty graficzne… Budynki, całe miasta naszpikowane czujnikami i monitoringiem, generują coraz większą ilość danych. Im więcej ich będziemy mieć, tym bardziej sensowne będzie stosowanie w architekturze uczenia maszynowego, bo algorytmy SI muszą operować na ogromnych zbiorach danych. Im więcej będziemy mieć tak zwanych inteligentnych miast, tym bardziej będzie to sensowne.
Ludzie w wielu miastach, na przykład w Londynie, protestują przeciwko monitoringowi na ulicach.
Obywatel może być przeciw, ale w skali całej społeczności to może przynieść ogromne korzyści.
Jakie? Na co w takiej skali pozwala uczenie maszynowe?
Na lepszą organizację. Można testować różne modele rozładowywania korków, wywozu śmieci, gospodarki wodnej czy energetycznej. To oznacza oszczędność energii elektrycznej, bo np. wiadomo, że w danym rejonie jest niższe zapotrzebowanie na klimatyzację.
A w skali jednego obiektu? Jak wykorzystać uczenie maszynowe w projektowaniu domu?
Przede wszystkim do symulacji nasłonecznienia budynku czy zużycia energii. Ale to nie jest kwestia wyłącznie uczenia maszynowego, tylko całej gamy nowych narzędzi programistycznych. Wykorzystujemy także algorytmy ewolucyjne, które optymalizują budynek, by spełniał pewne warunki. Jeżeli mamy na przykład fasadę krzywoliniową, w której mamy około 10 tysięcy paneli, to jest problem – bo każdy panel musiałby być oddzielnie wyfrezowany. Nasz model pogrupuje te 10 tysięcy elementów na 20 typów i ułatwi cały proces.
Jak to się w ogóle zaczęło? Chyba nie uczą tego jeszcze na wydziale architektury?
Od trzech lat uczę tego na wydziale architektury w Gdańsku. Ale pierwszy raz o tym, że kilka słynnych autorskich pracowni architektonicznych na świecie korzysta z programowania, usłyszałem na drugim roku architektury. Projektowali formy złożone z krzywizn często nawiązujące do natury. Futurystyczna architektura, jakby z przyszłości… Zrozumiałem, że by tworzyć takie budynki, potrzeba narzędzi innych niż tradycyjne, których uczymy się na uczelni. Nigdy nie uczyłem się informatyki; w liceum byłem w klasie humanistycznej. Zacząłem sam zgłębiać temat i nauczyłem się programu do projektowania wizualnego. Jestem w tej dziedzinie samoukiem.
Moglibyśmy stworzyć profile użytkowników i odpowiednią dla nich architekturę. Ale czy to użytkownik powinien o tym decydować? Możemy dojść do poziomu disco polo
Założyłem u nas na wydziale koło naukowe i postanowiliśmy rozwiązać wspólnie problem panelizacji fasady za pomocą paneli sześciokątnych, przestrzennych. Napisaliśmy program, który zmodyfikował projekt tak, że można go było zrealizować. Tego nie dałoby się zrobić za pomocą ołówka i kartki papieru, chyba że ktoś jest matematykiem wysokiej klasy. My zrobiliśmy narzędzie, które rozwiązało ten problem za nas.
W jaki sposób ludzie do tej pory sobie z tym radzili?
Nie budowali sześciokątnych krzywizn powierzchniowych.
Aha…
Na trzecim roku stworzyliśmy grupę Architektura Parametryczna.
Co to znaczy: „parametryczna”?
To popularna nazwa projektowania z wykorzystaniem programowania komputerowego. Tak naprawdę powinno się ją nazywać „architekturą algorytmiczną”, czyli taką, która rozwiązuje problemy według pewnego programu: podanie parametrów na początku i otrzymanie wyników na końcu. Ale utarła się nazwa „architektura parametryczna” i tak już zostało.
W tym sensie świątynie greckie też były parametryczne. Tam też był pewien zbiór zasad i zmienne.
W pewnym sensie tak, ale przeciętny architekt zrozumie termin „parametryczna” jako „krzywoliniowa”. Jak dach Złotych Tarasów w Warszawie. Tymczasem efekt równie dobrze mógłby być prostopadłościenny i wyglądać bardzo tradycyjnie. Istotna jest metoda, podejście, a nie kształt budynku. To może być zwykły dom. Na przykład tu, gdzie jesteśmy w tej chwili, to architekt zdecydował na podstawie swojego doświadczenia i wyczucia, jak duże ma być to okno. Ale może to zrobić także specjalnie napisany program, zdolny przeprowadzić szereg symulacji i sprawdzić, jak byłoby optymalnie.
Rozumiem, że to narzędzie pozwala na dużo większą swobodę w projektowaniu.
Tak.
Jak pan ocenia efekty?
Nie zawsze są najlepsze, często powstają dziwaczne rzeczy. Ludzie chcą, by nowe budynki stały się wizytówką ich miasta, jak Big Ben w Londynie, wieża Eiffla w Paryżu czy opera w Sydney. Malmö ma na przykład teraz Turning Torso, taki wykręcony wieżowiec. W dzisiejszych czasach w architekturze poszukujemy przyszłości, czasem na siłę. Najłatwiej to zrobić za pomocą krzywych form, które znamy z filmów science fiction. To ma świadczyć o nowoczesności obiektu. Tymczasem krzywe formy często sprawiają więcej problemów, niż rozwiązują. Nie są tanie, nie są energooszczędne, Bliski Wschód w nich celuje. Ludzie tam są zachwyceni takimi geometrycznymi, skomplikowanymi formami być może dlatego, że one świetnie się wpisują w ich tradycję. Także w Chinach jest wiele obiektów parametrycznych, ale wiele z nich to tylko symbole ego ich właścicieli czy włodarzy miast.
Autorzy: Jan Cudzik, Robert Juchnevic, Kacper Radziszewski.
Czy tak nie było zawsze? Budowa wieżowców na Manhattanie to też był wyścig ego.
Tak, oczywiście, to nieuniknione. Potrzebujemy takich ikon, one budują naszą tożsamość. Dzisiaj architekci nie budują już łuków triumfalnych, tylko obiekty, które będą świadczyć o tym, jak bardzo jesteśmy nowocześni.
A najnowsze narzędzia pozwalają im zaszaleć.
Właśnie. Wolałbym, żeby narzędzia algorytmiczne częściej były stosowane w prostych formach, skromniej, lecz sensowniej. Te narzędzia mają rozwiązać pewien problem. Jeżeli generują więcej problemów, niż rozwiązują, ich użycie mija się z celem.
Jakiś przykład?
Al Bahar Towers w Abu Zabi, bliźniacze wieże. Krzywoliniowe i całkowicie przeszklone. Jak wiadomo, słońca tam nie brakuje. Żeby się przed nim osłonić, zbudowano ruchome panele w kształcie geometrycznych kwiatów, które otwierają się i zamykają automatycznie, w zależności od ilości światła. Zapewniają cień. Pytanie tylko, czy warto było budować całkowicie przeszklony budynek. Ile kosztów to wygenerowało i ile generuje na co dzień, bo przecież chłodzenie tego budynku kosztuje mnóstwo energii.
A przykład pozytywny?
Wydział architektury na uniwersytecie w Szanghaju. Jest prostopadłościenny, skromny. Przed projektowaniem przeprowadzono szereg algorytmicznych analiz terenu, naświetlenia itp. i na tej podstawie zoptymalizowano jego położenie. Dzięki temu nie generuje wysokich kosztów energii, a środowisko naturalne wokół niego mogło zostać zachowane.
Ale przecież od setek lat architekci projektowali prostopadłościenne budynki. Dobry architekt powinien umieć ocenić to wszystko – wielkość okien, ilość światła, położenie – więc program nie wprowadza tu wartości dodanej, tylko wyręcza architekta.
Tak, ale architekt nie był w stanie przewidzieć wszystkiego. Nie brano pod uwagę na przykład komfortu termicznego albo oślepienia światłem, takie pojęcia w ogóle nie występowały. Teraz obowiązują pewne normy, na przykład jeżeli chodzi o dostęp do światła. Różne powierzchnie wewnątrz różnie odbijają światło. By to precyzyjnie przewidzieć, potrzebny jest program.
A koszty? Można sprawdzić, z jakich materiałów zbudować obiekt, by zmieścić się w jakiejś kwocie?
Tak, można zoptymalizować budynek: obniżyć zapotrzebowanie na energię, zoptymalizować elementy konstrukcyjne.
To wszystko bardzo ważne zastosowania, ale bardzo dalekie od spraw estetycznych…
Napisałem kiedyś algorytm, który projektował modele głowic kolumny korynckiej. Dałem mu około 400 przykładów trójwymiarowych modeli głowic, które udało mi się znaleźć w internecie, z różnych krajów, regionów, epok. Algorytm wygenerował nowe. Dostałem katalog z gotowymi rozwiązaniami: 60 stron, a na każdej sześć projektów. Architekt nie musi z nich skorzystać, ale może czymś się zasugeruje, zainspiruje?
Być może w przyszłości model będzie potrafił odczytać projekty prosto z głowy architekta?
Architekt o dużym dorobku i wyrazistym autorskim stylu wrzuca wszystkie swoje projekty do programu. Algorytm przetwarza je i generuje nowy projekt dokładnie w stylu architekta. Czy to możliwe?
Myślę, że nie, ponieważ mamy za mało danych. Ile będzie tych obiektów? 40? 60? 80? A przecież to budynki o różnych funkcjach, różnych wielkościach i w różnym otoczeniu. To nie takie proste.
A czy algorytm potrafiłby przewidywać, czego ludzie sobie życzą, co im się spodoba?
Oczywiście, to zwykłe profilowanie, jak w przypadku muzyki czy reklam. Moglibyśmy stworzyć profile użytkowników i odpowiednią dla nich architekturę. Ale czy to użytkownik powinien o tym decydować? Czy to nie architekci powinni kształtować przestrzeń miejską? Możemy dojść do poziomu disco polo. Zadaniem architekta jest proponować coś nowego, edukować, tłumaczyć, eksperymentować. Nie zawsze się to podoba wszystkim i nie zawsze od razu.
W przyszłości architekci będą musieli kodować?
Architekt nie musi umieć kodować ani nawet z kodowania korzystać, ale powinien mieć wiedzę, że takie narzędzie istnieje. Architektura jako dziedzina wymaga coraz większej specjalizacji: jeden specjalizuje się w obiektach biurowych, inny w sportowych, ale część zajmie się programowaniem, optymalizacją, symulacjami, analizami. Zawód architekta się zmienia. Architekt coraz bardziej staje się kimś kto zarządza całym projektem – rozmawia z inwestorem, konstruktorem, architektem wnętrz, programistą i koordynuje ich pracę.
Autorzy: Jakub Grabowski, Kacper Radziszewski.
Tymczasem narzędzia jego pracy zmieniają się powoli. Zastąpiono co prawda deskę kreślarską rysowaniem na komputerze, ale nadal się rysuje. Myślę, że powinniśmy tworzyć coraz mądrzejsze narzędzia. Chodzi przecież o to, żeby powstawała dobra architektura, więc to, czy architekt będzie pracował nad swoim projektem minutę, czy dziesięć lat, nie ma znaczenia. Ja sam też wolałbym skupić się na ideach, na moich pomysłach architektonicznych. Ale cóż począć, kiedy brakuje narzędzi? Staram się je tworzyć.
Czy w swoich projektach używa pan programowania?
Oczywiście! Jeszcze w trakcie studiów razem z Jakubem Grabowskim wygraliśmy kilka konkursów: na projekt Wzgórza Camelot w Wielkiej Brytanii – Camelot Research & Visitors Center Competition, budynku straży pożarnej w San Francisco, szkoły architektonicznej w Dubaju, mauzoleum w Tokio („Tokyo vertical cemetery”). Uczenia maszynowego wtedy jeszcze nie znałem, ale przy wszystkich tych projektach korzystaliśmy z programowania. Tworzenie sobie narzędzi to dobry sposób, żeby przyspieszyć pracę. Nic nas nie ograniczało. Wyobraźnia podsuwała nam jakiś obraz, pisałem program – i już. Mogliśmy zrobić wszystko, każdą formę wymodelować i zrobić jej wizualizację. Człowiek inaczej projektuje, kiedy nie jest ograniczony narzędziami.
Wizja przyszłości?
Trudne pytanie… Odpowiem futurystycznie. Mamy coraz większy wgląd w funkcjonowanie naszego mózgu, umiemy już na przykład za pomocą elektrod sterować sztuczną ręką. Wkrótce będziemy mieć jeszcze większą wiedzę na temat tego, jak w naszym mózgu rodzą się pomysły, projekty, wizje. Być może w przyszłości model będzie potrafił odczytać projekty prosto z głowy architekta?
*Kacper Radziszewski – architekt wykorzystujący nowe metody projektowe związane z programowaniem, symulacjami oraz cyfrową fabrykacją. Pracownik naukowy na Wydziale Architektury Politechniki Gdańskiej prowadzący badania z zakresu wykorzystania sztucznej inteligencji w dziedzinie projektowania. Współzałożyciel Fundacji Architektury Współczesnej, organizator pięciu edycji szkoły letniej architektury parametrycznej w Gdyni skierowanej dla architektów oraz studentów.