بنـیانــو، داســتان بـنـیـــانی نــو، محمد حسین غفاری و سیـد سعـید آقـاپـور

بسیاری از سازندگان بر این باورند که با مصرف زیاد مصالح ساختمانی می‌توانند به سازه‌ای ایمن‌تر و مطمئن‌تر دست یابند در حالیکه مصرف بیشتر این مصالح لزوماً ایمنی ساختمان را افزایش نداده و حتی ممکن است در بسیاری از موارد آن عضو یا اعضای دیگر را غیرایمن‌تر کند. کاهش مصرف مصالح نیز همواره به معنای غیرایمن‌تر کردن نیست. بهینه‌سازی، هنر چینش متناسب اجزای اسکلت است به نحوی که همه اعضا هماهنگ با یکدیگر باشند. شرکت دانش‌ بنیان نوید ساختار بهینه، به‌عنوان بستر تجاری‌سازی فعالیت‌های تحقیقاتی محققان دانشگاه‌های تهران، علم و صنعت و…، با استفاده از هوش مصنوعی و الگوریتم‌های بهینه‌سازی فرا ابتکاری با تلاش‌های چند ساله موفق به تولید پلتفورمی از نرم‌افزارهای سازه‌ای شده که مهمترین بخش آن نرم‌افزارهای بهینه‌سازی سازه‌ها است. این نرم‌افزارها که خدمات آن‌ها در داخل کشور با نام تجاری بنیانو عرضه خواهند شد، توانایی ایجاد صرفه‌جویی در هزینه اسکلت ساختمان را دارند و به صورت متوسط حدود 20 درصد موجب کاهش هزینه در سازه خواهند شد. طبیعتاً مقاطع سبک‌تر می‌توانند در حصول نتایج مناسب در طرح معماری به معمار کمک کنند، چرا که تجربه نشان داده در طرح‌های بهینه عموماً ستون‌ها، تیر و دیوارها، بیشتر در دیوار محو می‌شوند. لازم به ذکر است که نتایج علمی حاصل از الگوریتم‌های نامبرده در بهینه‌سازی سازه، سالیان گذشته در ژورنال‌های معتبر دنیا به چاپ رسید.
هدف طراح برای رسیدن به نقطه آرمانی هر طرح، در هر رسته‌ای از طراحی، با ابزارهای مختلفی قابل حصول است. از مهمترین این ابزارها، در حوزه طراحی ساختمانی، تعامل قدرت نرم‌افزاری و سخت‌افزاری رایانه‌هاست. این تعامل که خود را در قالب کلید واژه‌های هوش مصنوعی، یادگیری عمیق و… نشان می‌دهد، می‌تواند به بررسی هوشمندانه خیل عظیمی از گزینه‌های محتمل بپردازد. در صورتیکه فضای پاسخ محدود باشد، بررسی کلیه گزینه‌ها تنها به یک موتور ساده نرم‌افزاری نیازمند است. در غیر این صورت، مثلاً بین میلیاردها گزینه محتمل، باید ده‌ها هزار گزینه را بررسی نمود که یک طراح در حالت عادی قابلیت کنترل تعداد زیادی طرح را ندارد.
هنر بررسی هوشمندانه این ده‌ها هزار گزینه برای رسیدن به نقطه بهینه، راز هر الگوریتم در هوش مصنوعی است و این راز در هر مسئله به یک نحو تعبیر می‌شود. عموم این الگوریتم‌ها از یک ساختار مبتنی بر نسل و تکرار بهره‌ می‌برند و پس از بررسی پاسخ‌های هر نسل، نسل جدیدی از پاسخ‌ها تولید می‌شوند که مبتنی بر نتایج نسل قدیم هستند و سعی می‌کنند اشتباهاتی که پدران مرتکب شده‌اند را مرتکب نشوند تا به سوی نقطه‌ بهینه رهسپار شوند. همچنین میل رفتن به سوی ناشناخته‌ها نیز در نسل بعد باید به صورت کنترل شده‌ای تبلور یابد و این تعادل بین آموختن از نسل قبل و تجربه فضاهای بکر، بزرگترین وجه تمایز هر الگوریتم در حوزه ی بهینه‌سازی است.
همانگونه که بیان شد، بهینه‌سازی در حوزه طراحی ساختمان، زمانی بسیار مورد نیاز خواهد بود که فضای طراحی شامل گزینه‌های متعدد باشد. در ساختمان‌های متداول که شامل 4 رسته طراحی معماری، سازه، برق و تأسیسات هستند، عموماً این پیچیدگی در 2 دسته‌ی اول، یعنی طراحی معماری و سازه بیشتر نمایان است و بدلیل گزینه‌های محدود در حوزه طراحی برق و تأسیسات، بهینه‌سازی با استفاده از روش‌های ریاضیاتی چندان مورد نیاز نخواهد بود. در حوزه معماری، مهم‌ترین چالش بهینه‌سازی و استفاده از الگوریتم‌های آن، تبدیل متغیرهای کیفی طرح به متغیرهای کمی است. بسیاری از متخصصین حوزه معماری هنوز به باور مشترک در حوزه این تبدیل‌ها نرسیده‌اند و شاید هیچ‌گاه نرسند و این موضوع همان علت حضور معماری در منطقه حائل بین هنر و مهندسی است. هوش مصنوعی چنانچه به خلق آثار معماری بپردازد، باید دارای پارامترهای اولیه قابل توجه باشد که طراح انسانی با توجه به ایدئولوژی هنری-جهان‌شناختی خود آن‌ها را تعریف کند. در حوزه‌ی سازه نیز اصلی‌ترین چالش ذات بسیار پیچیده مسائل و حجم بالای زمان محاسباتی است. این ذات پیچیده که یکی از علت‌های اصلی طراحی لرزه‌ای است، عموماً با تقابل مفهوم سختی و مقاومت بیان می‌شود. به بیان ساده‌تر، عموماً بالا رفتن مقاومت یک عضو، به بالا رفتن سختی آن می‌انجامد و موجب افزایش تقاضای نیروهای داخلی آن می‌شود و معلوم نیست اثر افزایش مقاومت بیشتر است یا اثر افزایش نیروهای داخلی.
شاید صحبت از پیوند دو شاخه جدید از طراحی، که هنوز در مرحله طفولیت به سر می‌برند، چندان به جا نباشد لکن سرعت تغییرات در حوزه‌های مهندسی و از آن مهم‌تر شتاب آن، آن‌چنان غیر قابل پیش‌بینی شده است که هر نوع پیوندی را می‌توان خیلی نزدیک دید. شاید اولین و اصلی‌ترین رویکرد سازه‌ای استفاده از هوش مصنوعی در طراحی، در برج خلیفه تبلور یافته باشد و نام‌ سازندگان بزرگی همچون SOM در آن دیده می‌شود، امروزه سایر رقبا همچون Arup نیز داعیه‌دار استفاده از این تکنولوژی هستند و دیری نخواهد پایید که کارفرمایان، تنها با توصیف ساختمان خود، یک منحنی پرتو (Pareto Front) دریافت خواهند کرد و باید جایی برای خود بین آن بیابند. البته آن‌ها پیش از این نیز بی آنکه خود بدانند در کل زندگی در این منحنی سیر کرده‌اند. این منحنی که تقابل بین دو عامل مؤثر بر بشر، یعنی آسایش و اقتصاد است، به ازای هر هزینه‌ای، گزینه‌‎ای را معرفی می‌کند و پشت هر نقطه‌ای از آن، یک انتخاب معماری و یک انتخاب سازه‌ای بهینه شده برای آن است.
در این بین که فضای تحقیقاتی در دنیا، سریعاً به دنبال استفاده مؤثر از این تکنولوژی است، و هر روز خبر کشف و شهودهای جدیدی در این حوزه به گوش می‌رسد، فضای تحقیقاتی ایران نیز به شدت در پی تولید مداوم مقالات عموماً بی‌کاربرد در این حوزه است. در این بین، ما، عده‌ای از محققان این عرصه، با همکاری متخصصان حوزه نرم‌افزار، عصیان کردیم و پا به عرصه عملیاتی کردن استفاده از هوش مصنوعی در حوزه ساختمان گذاشتیم. کار خود را در عرصه سازه شروع کردیم و چالش‌های بسیار زیادی در این حوزه داشتیم که از مهمترین آن‌ها، چالش نیاز سخت‌افزاری بالا و ارزان بود. پس از چند ماه تلاش مداوم، که این نیاز در عین ناباوری برطرف شد، خبرهای امیدوار کننده‌ای از به هم پیوستن غول‌های نرم‌افزاری دنیا همچون AutoDesk و Amazon در مسیری که ما، ماه‌ها پیش پیموده بودیم، به گوش رسید و ما را امیدوارتر کرد. به لطف خدا پس از آماده شدن اولیه محصولات و معرفی محدود آن در بازار داخلی، سیل مراجعات کارفرمایان خصوصی حوزه ساختمان از شهرهای مختلف ایران، عراق و… ما را به استقبال بین‌المللی از این محصول امیدوارتر کرد و اکنون در آستانه‌ی ارائه محصول به مشتریان جهانی در قالب برند Structure Plus هستیم. به لطف استفاده همزمان از تکنولوژی رایانش ابری و پردازش موازی، در کنار هوش مصنوعی، به‌عنوان اولین پرچمدار این تکنولوژی در دنیا حضور داریم و به طور جدی، در پی عصیان‌گرانی از جنس خود در حوزه معماری برای تکمیل این پازل در صنعت ساختمان برای تعامل با فضای بین‌المللی طراحی سازه هستیم. باشد که بتوانیم از چالش بی‌ارزش شدن پول ملی و ارزان بودن نیروی کار تخصصی، در رقابت با رقیبان بین‌المللی خود بهترین استفاده را داشته باشیم و از عرضه برترین تکنولوژی‌ها در راستای کار‌آفرینی نیروهای متخصص استفاده نماییم.
برخی سوالاتی که ممکن است پیرامون این تکنولوژی بوجود آیند، در ادامه مورد بحث قرار خواهند گرفت:

• طراحی سازه چقدر پیچیده است که طراحان عادی نمی توانند گزینه بسیار بهینه را پیدا کنند؟
بسیاری از سازه‌های متداول، نامعین نامیده می‌شوند و تغییر در مشخصات تعدادی از تیرها و ستون‌ها، نیروهای داخلی بسیاری از اعضا را دستخوش تغییر می‌کند و ممکن است در اثر این تغییر مشخصات عضو و مقاومت آن، دیگر پاسخگوی نیروهای داخلی‌اش نباشد. این مسئله پیچیدگی بسیار زیادی در یافتن طراحی بهینه سازه ایجاد می‌کند.
• آیا طراح انسانی نمی‌تواند همواره با وقت گذاری زیاد به طرح بهینه برسد؟
خیر، به دلیل ساختار پیچیده مسئله، ممکن است طراح فکر کند به پاسخ بهینه رسیده در حالیکه پاسخ‌های بهینه‌تری وجود دارند. عموم طراحان سازه، طرح‌هایی که تمام اعضا در آن نسبت تنش بالا 9/0 دارند (و بنفش رنگ شده‌اند) را به‌عنوان طرح بهینه می‌شناسند، در حالیکه این طرح لزوماً طرح بهینه نبوده و ممکن است به دلایلی از جمله پیچش سازه، بالاتر بودن سختی و… نیروی داخلی اعضا تشدید شده باشد.
• آیا تحلیل و طراحی در این سیستم با نرم‌افزاری غیر از نرم‌افزارهای متداول در مهندسی سازه مانند ETABS انجام می‌شود؟
خیر، در این سیستم کلیه‌ی محاسبات سازه‌ای با نرم‌افزار ETABS انجام می‌شود. برخی کنترل‌های سازه‌ای، هسته هوش مصنوعی، سیستم پردازش موازی و سیستم پردازش ابری توسط نرم‌افزارهای جداگانه با ETABS در ارتباط هستند.
• چه تغییراتی در سازه برای رسیدن به نقطه بهینه صورت می‌پذیرد؟
در حال حاضر، ابعاد و یا چینش مقاطع تغییر می‌کنند. در توسعه نرم‌افزار، جانمایی اتصالات گیردار و محل مهاربندها نیز متناسب با قیود اجرایی، معماری و… تغییر خواهند کرد.
• تغییرات انجام شده در راستای رسیدن به طرح بهینه چه تاثیری در طرح معماری دارد؟
هر تاثیر این فرایند بهینه‌سازی در معماری قابل کنترل بوده و امکان برآورده کردن خواسته‌های معمار، به خوبی وجود دارد. به‌عنوان مثال، بهینه‌سازی را می‌توان با پذیرش محدودیت تعیین شده ابعاد ستون در طراحی معماری به انجام رساند.
• آیا فرایند بهینه سازی بر روی وزن مصالح ساختمانی سازه است یا بر روی قیمت تمام شده آن؟
از آنجایی که وزن مصالح و قیمت تمام شده عموماً نسبت مستقیم دارند، بهینه‌سازی در سازه‌های فلزی روی وزن سازه صورت می‌پذیرد، اما در سازه‌های بتنی، وزن بتن و فولاد با نسبت قیمتی با هم جمع می‌شوند.
• آیا بهینه‌سازی موجب کمتر شدن ایمنی سازه نمی‌شود؟
خیر، با توجه به مکانیزه شدن بسیاری از کنترل‌های انسانی در این سیستم، عموماً معیارهای ایمنی در این سیستم از طراحی انسانی بهتر کنترل شده‌اند. بنابراین استفاده از فرایند بهینه‌سازی مجموعه بنیانو ایمنی سازه را می افزاید.
• آیا نتایج این فرایند تفاوت ساختاری با نتایج طراحی‌های عادی دارد؟
خیر، نتیجه نهایی چه از نظر چینش اعضا و چه از نظر مقاطع به کار رفته، ظاهر متفاوتی با طرح‌های متعارف مهندسان محاسب ندارد و مشابه همان ها هستند.
• آیا این کار مورد قبول مراجع قانونی همچون سازمان نظام مهندسی، شهرداری می‌باشد؟
بله، با توجه به اینکه نتیجه نهایی چه از نظر چینش اعضا و چه از نظر مقاطع به کار رفته، ظاهر متفاوتی با طرح‌های متعارف مهندسان محاسب ندارد، کنترل‌کننده‌ها مشکلی با خروجی‌های این طرح ندارند. ضمناً به دلیل خودکار شدن کامپیوتری بسیاری از فعالیت‌های انسانی روند طراحی سازه، احتمال خطایابی و ایرادگیری کنترل‌کننده‌ها به خروجی‌های این سیستم بسیار کمتر از طراحی‌های انسانی است.
• آیا مشابه این فرایند در سایر نقاط جهان انجام می شود؟
خیر، یکی از اولین استفاده‌های هوش مصنوعی در طراحی سازه، تعامل ابر شرکت‌های بین‌المللی SOM (سازنده برج خلیفه) با دانشگاه DTU دانمارک، در طراحی بلندترین سازه دنیا یعنی برج خلیفه دبی بوده است. پس از آن استاد بنام یونانی حوزه‌ی بهینه‌سازی سازه، دکتر لاگاروس، در اوایل سال 2017، نرم‌افزاری را در این حوزه تولید کردند که فاقد قدرت پردازش موازی و ابری است.
• آیا محصول یا خدمات مشابهی در ایران وجود دارد؟
برخی طراحان در ایران مدعی استفاده از نرم‌افزار بهینه‌سازی هستند، لکن مستنداتی در مورد ریشه علمی این نرم‌افزارها تاکنون مشاهده نشده است. همچنین برخی شرکت‌های داخلی نیز مدعی تولید چنین نرم‌افزاری هستند، ولی آن‌ها نیز پشتوانه علمی معتبری برای اثبات عملکرد بهینه‌سازی خود ندارند و دارای محدودیت‌های فراوانی از قبیل محدود بودن به نرم‌افزار SAP2000 سازه‌های بتنی و حداکثر کردن نسبت تنش در ستون‌ها هستند.
• آیا سازه طراحی شده باید به تیم بنیانو تحویل داده شود؟
خیر، تیم بنیانو می‌تواند از ابتدا مدل‌سازی سازه را بر عهده بگیرد، لکن کارفرما، دیگر معیاری برای سنجش میزان بهینه‌سازی ندارد.

جهت کسب اطلاعات بیشتر و ارتباط با مجموعه ما می‌توانید از طریق سایت‌های زیر با ما در ارتباط باشید:
www.bonYano.com / www.sructure.plus