1. Dẫn nhập
1.1. Tổng quan về AI và ứng dụng của AI trong thiết kế kiến trúc
Trí tuệ nhân tạo hay trí thông minh nhân tạo (AI) là lĩnh vực nghiên cứu và phát triển các hệ thống máy tính có khả năng thực hiện các nhiệm vụ yêu cầu trí thông minh của con người, chẳng hạn như nhận thức, học tập, suy luận và ra quyết định. [1]. AI được ứng dụng nhiều trong công việc và đời sống hiện nay, trong đó có lĩnh vực thiết kế với một số công nghệ nền tảng như sau:
• Học máy (Machine Learning): học từ dữ liệu mà không cần lập trình rõ ràng cho từng nhiệm vụ, cải thiện hiệu suất làm việc dựa trên kinh nghiệm từ dữ liệu đầu vào [2].
• Thị giác máy tính (Computer Vision): tập trung vào việc phát triển các phương pháp và hệ thống để cho máy tính có thể hiểu và giải thích thông tin từ hình ảnh và video [3].
• Học sâu (Deep Learning): cho phép các mô hình học từ dữ liệu mà không cần sự can thiệp của con người trong quá trình trích xuất đặc trưng, hiệu quả với các dữ liệu lớn và phức tạp như hình ảnh, văn bản và âm thanh [4].
Bên cạnh đó, AI được áp dụng nhiều trong thiết kế kiến trúc, nổi bật là việc sử dụng AI tạo sinh trong thiết kế ý tưởng khi tạo ra nhiều phương án thiết kế ấn tượng dựa trên các yêu cầu đầu vào cụ thể [5]. AI còn phát triển nhiều ứng dụng để phục vụ các khía cạnh khác trong các giai đoạn thiết kế kiến trúc như: thiết kế mặt bằng, kết xuất hình ảnh và video. AI có thể dự báo và quản lý rủi ro bằng cách phân tích dữ liệu thời tiết, điều kiện đất đai và lịch sử dự án… Các khả năng hỗ trợ của AI trong thiết kế kiến trúc được thể hiện trong Bảng 1.
Hiện nay có nhiều nghiên cứu về tiềm năng và thách thức trong việc ứng dụng AI trong thiết kế kiến trúc. Các tài liệu, bài báo khoa học và các dự án nghiên cứu đã chỉ ra các lý thuyết cốt lõi và kinh nghiệm thực tiễn. Ví dụ tác giả Chengyuan Li và các cộng sự đã nghiên cứu về AI tạo sinh (Generative AI) trong thiết kế kiến trúc với 6 bước chính trong quá trình thiết kế kiến trúc như sau: 3D sơ bộ, bố trí không gian, hệ thống kết cấu, tối ưu hóa 3D chi tiết, thiết kế mặt tiền và biểu diễn hình ảnh [6]. Một số sách chuyên khảo tập trung vào yếu tố công nghệ của AI trong ứng dụng vào kiến trúc, trong đó nhấn mạnh vai trò của AI như một công cụ sáng tạo và cải tiến [7].
Bảng 1 – Khả năng hỗ trợ của AI trong thiết kế kiến trúc:
Tại Việt Nam đã có nhiều hội thảo và chuyên đề khoa học dành riêng cho AI trong kiến trúc và xây dựng. Ví dụ, tại hội thảo “Đâu là xu hướng dẫn đầu ngành kiến trúc và xây dựng trong tương lai” năm 2023, các tác giả đã thảo luận về vai trò của AI trong việc cải thiện hiệu suất, độ chính xác và sự sáng tạo trong thiết kế [8]. Các tác giả Trịnh Hồng Việt và Phạm Hoàng Phương đã nghiên cứu về việc ứng dụng AI như Spacemaker và Architechtures trong tối ưu hóa quy hoạch đô thị và thiết kế công trình [9].
1.2. Quá trình thiết kế kiến trúc
Thiết kế kiến trúc là quá trình sáng tạo và quy hoạch không gian, bao gồm việc hình thành, phát triển và diễn giải các yếu tố công năng, thẩm mỹ và kỹ thuật của một công trình xây dựng nhằm tạo ra các không gian đáp ứng nhu cầu sử dụng của con người, đảm bảo tính bền vững và hiệu quả năng lượng, đồng thời thể hiện giá trị văn hóa và nghệ thuật [10]. Quá trình thiết kế kiến trúc là một chuỗi các bước có hệ thống mà các kiến trúc sư thực hiện từ khi tiếp cận dữ liệu thiết kế đến khi hoàn thành bản thiết kế cuối cùng. Tại Việt Nam, quá trình thiết kế kiến trúc thường bao gồm 4 giai đoạn chính với các yêu cầu thiết kế cụ thể (Bảng 2).
Bảng 2 – Các yêu cầu thiết kế theo các giai đoạn chính của thiết kế kiến trúc:
Quá trình thiết kế kiến trúc truyền thống đặt ra các yêu cầu về khối lượng và chất lượng hồ sơ thiết kế theo từng giai đoạn với các nhiệm vụ, mục tiêu và kết quả mong đợi. Việc áp dụng AI vào quá trình thiết kế kiến trúc vẫn phải dựa trên các đặc trưng trên. Khi đó, AI có thể được khai thác theo các yêu cầu công việc như: khai thác dữ liệu, tăng hiệu suất thiết kế và sáng tạo – tự động hóa (Bảng 3).
Bảng 3 – Yêu cầu công việc của AI trong thiết kế kiến trúc:
Khảo sát của Viện Kiến trúc sư Hoàng gia Anh cho thấy 41% kiến trúc sư đã sử dụng AI, 43% trong số họ cho rằng AI đã giúp quá trình thiết kế trở nên hiệu quả hơn, 36% coi AI là mối đe dọa đối với nghề nghiệp. Vấn đề bản quyền cũng được các nhà thiết kế quan tâm với 58% lo ngại rằng AI có thể sao chép và vi phạm bản quyền.
Báo cáo của Viện Kiến trúc sư Hoa Kỳ cho thấy 55% kiến trúc sư tin rằng AI sẽ có tác động tích cực đến ngành kiến trúc, giúp tối ưu hóa thiết kế và nâng cao chất lượng quản lý dự án, 45% lo ngại rằng AI có thể làm giảm tính sáng tạo và độc đáo trong thiết kế và vi phạm bản quyền.
Nhóm tác giả đã thực hiện cuộc khảo sát tại Việt Nam, kết quả cho thấy khoảng 70% người được hỏi đã từng dùng AI cho thiết kế, 35% cho rằng AI có thể hỗ trợ công việc, 57% cho rằng AI hỗ trợ cho thiết kế sáng tạo và đề xuất concept, 2/3 cho rằng AI hiệu quả trong tiến độ, nhân lực và sáng tạo, hầu hết đồng ý rằng AI sẽ phù hợp cho công tác thiết kế kiến trúc hiện tại và tương lai.
Các kiến trúc sư đa phần cho rằng AI gặp nhiều thách thức về nguồn lực, cơ sở hạ tầng và hỗ trợ. Các số liệu này cho thấy phần lớn kiến trúc sư nhận thấy lợi ích tiềm năng của AI, nhưng cũng không ít người lo ngại về chất lượng thiết kế và tác động tiêu cực cho hoạt động thiết kế của kiến trúc sư.
2. Phương pháp nghiên cứu
Bài báo sử dụng các phương pháp nghiên cứu như sau: thu thập thông tin, phân tích – tổng hợp, khảo sát, thống kê và sơ đồ hóa. Các phương pháp trên phù hợp với đề tài và mục tiêu nghiên cứu. Kết quả của bài báo dựa trên cơ sở khoa học mang tính tổng hợp về các nội dung chính sau:
• Đặc trưng sử dụng của công nghệ AI.
• Thực tiễn ứng dụng AI trong thiết kế kiến trúc với các tiềm năng và thách thức.
• Đặc trưng của thiết kế kiến trúc và quá trình thiết kế kiến trúc.
• Cơ chế phối hợp giữa AI và kiến trúc sư trong quá trình thiết kế kiến trúc.
• Tính hiệu quả của thiết kế kiến trúc với sự tham gia của AI.
Việc phân tích – đánh giá về vai trò của AI và kiến trúc sư trong quá trình thiết kế là bước thực hiện quan trọng. Việc này xác định mức độ và phương pháp sử dụng AI trong quá trình thiết kế kiến trúc. Các thông tin, đánh giá và nhận định được thống kê nhằm thấy rõ vị trí, vai trò và mối tương quan giữa chúng. Mô hình đề xuất được thể hiện thông qua các sơ đồ nhằm chỉ rõ vị trí và đóng góp của các bên liên quan, trong đó AI có thể xem như một bên liên quan mới hoặc một trợ lý cho kiến trúc sư.
3. Kết quả và bàn luận
3.1. Mô hình ứng dụng AI vào quá trình thiết kế kiến trúc
Mô hình ứng dụng AI vào quá trình thiết kế kiến trúc tại Việt Nam cần dựa trên quá trình thiết kế kiến trúc truyền thống, trong đó AI sẽ hỗ trợ cho kiến trúc sư trong các nhiệm vụ khác nhau. Việc hỗ trợ nhằm nâng cao hiệu quả thiết kế theo các yếu tố: nhanh chóng, đồng bộ và sáng tạo. Trong mô hình trên, vai trò của AI được phát huy trong quá trình thực hiện với các ưu điểm về số lượng, thời gian, sáng tạo và tính hiệu quả, trong khi đó vai trò của kiến trúc sư là chủ đạo, là người ra quyết định cho các yếu tố: lựa chọn nguồn dữ liệu, lựa chọn phương án, xác định tiêu chí thiết kế và đưa ra các kết luận (Hình 1).
Thực tiễn về tỉ lệ khai thác AI trong các nhiệm vụ thiết kế khác nhau trong quá trình thiết kế kiến trúc cho thấy vai trò về xử lý hình ảnh và dữ liệu là thế mạnh của AI. Các đặc điểm này cũng được áp dụng nhiều nhất trong thực tiễn hành nghề thiết kế kiến trúc hiện nay, do đó yếu tố này cần được khai thác và phát huy trong quá trình thiết kế kiến trúc.
3.2. Vai trò của AI và kiến trúc sư trong quá trình thiết kế kiến trúc
Trong mô hình ứng dụng AI vào quá trình thiết kế kiến trúc, có thể nhận thấy hai hướng phát triển vai trò của AI và kiến trúc sư. Vai trò của AI sẽ giảm theo thời gian, từ giai đoạn đầu đến cuối và ngược lại, vai trò của kiến trúc sư sẽ tăng dần. Ngoài ra, tính sáng tạo, khả năng tạo hình sẽ giảm, còn tính kỹ thuật và các yêu cầu về tiêu chuẩn thiết kế sẽ tăng dần khi hồ sơ thiết kế yêu cầu các bản vẽ kỹ thuật và khai triển chi tiết. Trong các giai đoạn sau của thiết kế, sự tham gia của các bên liên quan khác sẽ nhiều hơn, do đó yêu cầu về sự chính xác và thực tế của phương án thiết kế sẽ tăng dần (Bảng 4).
Bảng 4 – Vai trò và cơ chế phối hợp giữa AI và kiến trúc sư:
Ngoài ra, với dự đoán về sự phát triển và thay đổi nhanh chóng của các ứng dụng AI vào thiết kế kiến trúc, các hỗ trợ của AI về cung cấp dữ liệu kỹ thuật, chi tiết cấu tạo, kiểm tra thiết kế, xuất bản hồ sơ chi tiết… sẽ được phát huy. Trong tương lai, tỉ lệ tham gia của AI vào quá trình thiết kế kiến trúc sẽ được nâng cao, tuy nhiên vai trò quyết định vẫn thuộc về kiến trúc sư, AI vẫn sẽ là người trợ lý.
Trong các quá trình thiết kế, sự phối hợp rất quan trọng, khi có sự tham gia của AI, cần có sự thích nghi và điều chỉnh của các bộ môn thiết kế. Do đó, việc xác định cơ chế phối hợp giữa AI và kiến trúc sư góp phần xác định mức độ và phương pháp ứng dụng AI vào quá trình thiết kế kiến trúc (Hình 2).
Trong thiết kế kiến trúc, thiết kế tích hợp có nhiều ưu điểm trong việc nâng cao hiệu quả và chất lượng thiết kế. Đây là quá trình kết hợp các hệ thống và yếu tố khác nhau một cách hài hòa và hiệu quả, nhằm tối ưu hóa chức năng và giá trị của công trình kiến trúc [11]. Thiết kế tích hợp sẽ phát huy hơn nữa ưu thế so với các quá trình thiết kế thông thường nếu được kết hợp với các ứng dụng AI.
3.3. Hiệu quả của ứng dụng AI vào quá trình thiết kế kiến trúc
Việc phát triển mạnh của AI trong thiết kế kiến trúc đến từ yêu cầu của dịch vụ tư vấn thiết kế kiến trúc về tính sáng tạo, chất lượng và hiệu quả. Theo một báo cáo của McKinsey & Company năm 2020, việc ứng dụng AI trong xây dựng có thể giảm chi phí xây dựng lên đến 20% và rút ngắn thời gian hoàn thành dự án khoảng 30% [12]. Do đó, cần khai thác hiệu quả của AI trong các nhiệm vụ sau:
• Nâng cao hiệu quả quá trình thiết kế: AI giúp tự động hóa các nhiệm vụ lặp đi lặp lại, giảm thiểu thời gian và công sức, điều chỉnh thiết kế, thậm chí là thay đổi phương án một cách nhanh chóng. Nghiên cứu từ Trường sau đại học về thiết kế Harvard ( GSD ) cho thấy AI có thể tăng tốc quá trình thiết kế từ 30-50% [13].
• Tăng cường sáng tạo: AI có thể cung cấp thông tin và dữ liệu chính xác, giúp đưa ra các quyết định thiết kế và quản lý dự án hiệu quả hơn, giảm thiểu rủi ro và tăng cường tính khả thi. Theo một bài nghiên cứu của MIT, AI hỗ trợ kiến trúc sư khám phá các hình dạng và cấu trúc mới mà con người có thể không nghĩ tới [14].
• Nâng cao hiệu quả sử dụng công trình: AI giúp dự đoán và tối ưu hóa hiệu suất năng lượng của tòa nhà, từ đó giảm chi phí vận hành và tác động môi trường, mô phỏng và dự đoán giúp kiểm tra và cải thiện thiết kế. Báo cáo từ cơ quan International Energy Agency: IEA nêu rõ AI có thể cải thiện hiệu quả năng lượng công trình lên đến 20-30% [15].
Ngoài ra, cần lưu ý đến độ tin cậy của chất lượng thiết kế từ AI nhằm tạo cơ sở cho việc nhân rộng vào quá trình thiết kế. Các vấn đề có thể bao gồm: tính chính xác của dữ liệu; độ tin cậy của sự sáng tạo; tính bảo mật và riêng tư; tính bản sắc và tính cá nhân hóa.
Các thông tin, hình ảnh và đề xuất của AI mang đến cho thiết kế kiến trúc cần sự đánh giá, chọn lọc và kiểm chứng, trong đó vai trò của kiến trúc sư và các bên liên quan là chìa khóa. Ví dụ, Zhihui Zhang và các cộng sự so sánh các tác phẩm của kiến trúc sư nổi tiếng Antoni Gaudí với các thiết kế do AI tạo ra. Kết quả cho thấy các thiết kế do AI tạo ra có tiềm năng về tính hấp dẫn và sáng tạo, nhưng AI vẫn có những hạn chế trong việc sao chép các thuộc tính độc đáo của thiết kế của con người, cụ thể là về tính xác thực và hài hòa [16].
Bên cạnh đó, việc ứng dụng AI vào quá trình thiết kế kiến trúc tại Việt Nam cũng đối mặt với nhiều thách thức cho quá trình thiết kế kiến trúc. Một trong những thách thức lớn nhất là sự thiếu hụt về nhân lực có kỹ năng chuyên môn trong việc vận dụng AI vào thiết kế kiến trúc. Để khai thác hết tiềm năng của AI, cần đảm bảo:
• Đào tạo kỹ năng sử dụng AI cho các nhà thiết kế.
• Chi phí đầu tư ban đầu cho phần cứng và phần mềm sử dụng AI.
• Nâng cao hiệu quả quản lý và bảo mật dữ liệu.
Các vấn đề trên gây khó khăn trong việc mở rộng quy mô áp dụng AI trong tất cả các giai đoạn thiết kế. Việc đầu tư cho việc ứng dụng AI vào tất cả các giai đoạn thiết kế một cách đồng nhất là cần thiết.
4. Kết luận
AI mở ra tiềm năng lớn cho thiết kế kiến trúc tại Việt Nam. Việc nắm bắt và ứng dụng AI một cách hiệu quả sẽ giúp các kiến trúc sư nâng cao năng lực sáng tạo, tối ưu hóa quá trình thiết kế nhằm đưa ra phương án và hồ sơ thiết kế nhanh chóng, hiệu quả và chất lượng.
Mô hình áp dụng AI vào quá trình thiết kế kiến trúc tại Việt Nam có nhiều tiềm năng mở rộng và tối ưu hóa. Vai trò của AI được khai thác mạnh mẽ trong sự phối hợp với công tác thiết kế của kiến trúc sư và các bên liên quan.
Trong mô hình trên, AI không phá vỡ quá trình thiết kế kiến trúc truyền thống, mà tham gia hỗ trợ cho kiến trúc sư hoàn thiện thiết kế theo các tiêu chí: tiến độ, sáng tạo và đồng bộ. Khi đó, vai trò của kiến trúc sư và các bên liên quan cần được đặt đúng vị trí, trong đó vai trò ra quyết định là bắt buộc. Các nhà thiết kế phải nắm rõ cơ chế hoạt động của AI được ứng dụng để kiểm soát việc đánh giá, điều chỉnh và lựa chọn phương án thiết kế.
Tóm lại, việc vận dụng AI trong thiết kế kiến trúc tại Việt Nam mang lại nhiều cơ hội phát triển nhưng cũng đặt ra nhiều thách thức cần phải vượt qua. Để khai thác tối đa tiềm năng của AI, cần có sự hợp tác chặt chẽ giữa các cơ quan quản lý, các đơn vị tư vấn thiết kế và các cơ sở đào tạo để xây dựng mô hình thiết kế kiến trúc giàu tính khoa học và hiệu quả.
TS.KTS Nguyễn Hồng Loan – Khoa Kiến trúc, Trường ĐH Kiến trúc TP.HCM
TS.KTS Nguyễn Văn Tín – Khoa Kiến trúc nội thất, Trường ĐH Kiến trúc TP.HCM
KTS Trần Nhật Minh – Học viên cao học Viện Đào tạo sau đại học, Trường ĐH Kiến trúc TP.HCM
