Inteligencia artificial y sustentabilidad: un abordaje pedagógico

Ramiro Saludas

Problemáticas y consideraciones de la arquitectura y el urbanismo, desde su estudio hasta la labor profesional, a partir de las nuevas posibilidades y potencialidades del desarrollo tecnológico, y particularmente de la inteligencia artificial.

Figura 1. Imagen creada por DALL (IA) al ingresar los comandos IA y sustentabilidad en arquitectura y urbanismo. 

Necesitamos trascender la fantasía básica de que el avance tecnológico reemplazará al hombre en todas las tareas de producción y actividades laborales. Pero, en su lugar, podemos poner el énfasis en las posibilidades que permiten los nuevos avances, y postular que valores y principios ordenadores son aquello que le dan sentido a la profesión en esta nueva realidad que habitamos, donde el calentamiento global y la crisis medioambiental evidencian un futuro muy complejo y dramático. 

Por eso es importante abordar el estudio y la reflexión de estas cuestiones desde la etapa de formación de los futuros/as arquitectos/as. Que puedan plantear sus limitaciones, potencialidades y a la vez reconocer y concientizar el rol activo del profesional de la arquitectura con estas nuevas herramientas. 

La experiencia pedagógica
En la asignatura SRG (Sistemas de Representación Geométrica, en primer año de arquitectura de la UBA) trabajamos para concientizar sobre la problemática del asoleamiento y la proyección de sombras. Se busca que alumnos/as se apropien de cuestiones básicas y muy relevantes, y orientarles a poner en pantalla la sustentabilidad en arquitectura y urbanismo, la integración de sistemas pasivos de diseño, atendiendo a la ganancia solar directa, orientación y trayectoria solar, etc. Introducir estos aspectos desde sus primeros pasos en la carrera potencia una base sólida en su formación.

En la experiencia docente 2022-2023, se hizo hincapié en el uso de programas de simulación, como el heliodón virtual de Marsh o el Climate Consultant, que brinda datos microclimáticos del lugar seleccionado y propone estrategias pasivas para incorporar en el proyecto. Como complemento hemos realizado visitas al Centro de Investigación Hábitat y Energía (CIHE-FADU-UBA) y los alumnos han trabajado en el Laboratorio de Estudios Bioambientales (LEB) con el heliodión físico de múltiples soles. Realizaron ensayos y estudios de simulación física con maquetas reales, haciendo los mismos análisis que con programas de simulación virtual, y complementándolos. 

En este marco, las oportunidades que ofrecen los nuevos avances de programas de simulación virtual, y el desarrollo de la inteligencia artificial, han cambiado radicalmente nuestra vida en los últimos tiempos y, sin duda, implicarán cambios exponenciales aún imposibles de predecir o vislumbrar en el futuro cercano. Las nuevas tecnologías tienen un potencial y una variedad en sus posibilidades que tiempo atrás eran impensados, como por ejemplo analizar el asoleamiento en cualquier parte del planeta de forma inmediata. Pero la experiencia del proceso realizado por los alumnos nos ha demostrado la importancia del vínculo entre avances tecnológicos, conceptos de sustentabilidad en arquitectura y urbanismo, y el abordaje de estas problemáticas desde la formación en arquitectura.

La experiencia también nos ha demostrado que hace falta un uso correcto del alumno/usuario para resolver los problemas que se presentan, además de la necesidad de un eficiente análisis previo. Y, sobre todo, la necesidad de un sentido que trascienda al desarrollo tecnológico en sí, el más alto estímulo al que se intenta acceder desde la propuesta proyectual. Por ejemplo, el estudio de asoleamiento no sería útil si no estuviera integrado al uso eficiente de los materiales y a la generación de una buena inercia térmica, o al uso coherente del agua y su reutilización, o a qué estrategia de proyecto se materializará según lo analizado.

Tampoco podría entenderse esta situación si no se comprende la crisis por el calentamiento global. Y aquí es necesario reivindicar las técnicas de diseño que buscan innovar en la generación del menor impacto ambiental en el hábitat construido, mientras se potencia el uso eficiente de la energía solar.

Por otro lado, si partimos de un análisis previo deficiente, o un uso incorrecto de las herramientas tecnológicas, tampoco será posible abordar a un resultado que pueda integrar correctamente los problemas implicados. 

La influencia de la experiencia física

Figura 2. El heliodón de múltiples soles del CIHE con la posibilidad de ajustar la latitud del sitio, la hora del día, la estación del año.

Figura 3. Alumnos de SRG 2023 experimentando sus maquetas en el heliodón del CIHE.

Figura 4. Uso de heliodón virtual y del CIHE por Sofía Merlo en el año 2022, que demuestra la integración de ambas técnicas.

La búsqueda en estos dos años con los alumnos de SRG ha sido incorporar el impacto ambiental en el proceso proyectual, considerando qué generará una construcción a su alrededor y cómo se verá afectada por él, y lograr un diseño que permita desde el campo de la forma responder adecuada y eficientemente a las condiciones locales y recursos naturales del sitio, el clima y la geografía. ^[1]

Desde esta perspectiva, cobra importancia la calidad ambiental del hábitat construido además de las cuestiones estéticas, ya sean espacios interiores, intermedios o exteriores en distintas escalas. Y también, invita a reflexionar sobre cómo pueden estructurarse estos espacios desde el proyecto para requerir la menor dependencia energética en la refrigeración, calefacción y la necesidad de iluminación diurna. 
Al ser alumnos de primer año, estas cuestiones se abordan desde lo más elemental,  el vínculo de la obra con el sol y la luz, pero no solo desde la geometría de las sombras y su representación bi y tridimensional. No se trata de un proceso fijo, sino variable y ajustable a lo largo del día y a lo largo del año, especialmente en cada estación, la trayectoria solar y las variaciones del lugar particular responden a distintas condiciones climáticas acordes con la ubicación geográfica y las zonas bioambientales del país y la región. 

En el ejercicio realizado en 2022, partían de distintas tipologías sencillas (muelle, embarcadero y casilla de guardavidas), y debían realizar un repertorio de referentes para luego proponer una resolución propia. En la experiencia realizada en 2023 –que todavía está desarrollándose mientras se escribe este articulo– la propuesta es más compleja ya que se aborda el estudio de obras de Claude Ledoux, lo que da paso a generar relecturas morfológicas elaboradas por los estudiantes, para desarrollar una propuesta de reformulación geométrica. En ambos casos, en la última etapa del proceso, cuando debían desarrollar su propuesta, se incorpora la problemática del sitio y el vínculo con el sol.
 

Figura 5. Maquetas de estudio de obras de Ledoux por parte de los alumnos de 2023.
 

Figura 6. Maquetas de estudio de obras de Ledoux por parte de los alumnos de 2023.

El sitio planteaba tres opciones: Bariloche, Posadas y Buenos Aires, buscando, con esos tres casos, exponer tres condiciones ambientales distintas: gran necesidad de ganancia solar,  gran necesidad de protección solar y una situación intermedia. Debían establecer una orientación óptima para su obra, indicando el norte, y representarlas con sus respectivas sombras en Monge y axonometrías, según la estación, día del año y la hora del día en la que se veía dicha sombra. De este modo, demostraban cómo respondía su propuesta en los distintos momentos y evidenciaban su eficiencia o sus carencias. 

Esta propuesta didáctica introduce la complejidad del espacio-tiempo dentro de la problemática morfológica, con un enfoque de sustentabilidad, buenas prácticas de diseño y la posibilidad de integrar los sistemas pasivos para generar espacios confortables y de calidad con el menor requerimiento de consumo energético posible. Al ser alumnos de primer año, profundizan sobre la problemática del asoleamiento al mismo tiempo que reflexionan sobre el uso del agua, la ventilación natural, la geotermia, la aislación térmica, etc. Estos conceptos, que requieren tiempo para ser abordados en profundidad, y pueden ser incorporados en detalle en el futuro, muestran que lo realmente importante es desarrollar la inquietud de reflexionar acerca del asoleamiento y el impacto ambiental de las obras.

A esto se suman las nuevas tecnologías, que simplifican y potencian procesos que en otros tiempos eran muy engorrosos, complejos y demandantes. Y así, cobra importancia la capacidad de integrar la experiencia que pueden brindar las nuevas inteligencias artificiales con la realidad. Poder explicar el uso del heliodón virtual junto con la experiencia del uso del heliodón físico en el CIHE, es fundamental para que no quede en un ámbito digital y puedan complementar una experiencia con otra. A su vez, en el mismo proceso se realiza una recorrida por la facultad, poniendo atención en el ingreso del sol y su recorrido durante la mañana, también proyectando su movimiento en otros momentos. Un juego de cajas de pandora, una caja que contiene otra: de la computadora al laboratorio, del laboratorio al exterior, y del exterior a la computadora, etc. La necesidad de integrar estas distintas posibilidades de abordar el tema, tomando todas las potencialidades de la simulación y de reincorporar las experiencias del laboratorio y la computadora con la realidad ambiental en el marco del desarrollo proyectual.

Una aproximación a las inteligencias artificiales desde la arquitectura y urbanismo
Las imágenes 1, 7 y 8 fueron confeccionadas por un generador de imágenes de IA, llamado DALL, al introducir el comando “una fotografía realista que muestre cómo la inteligencia artificial y la sustentabilidad pueden trabajar juntas en arquitectura y urbanismo”. ^[2]

Figura 7. Otra propuesta que generó el programa de IA DALL.
 

Figura 8. Otra propuesta que generó el programa de IA DALL.

Al introducir el comando “cómo la inteligencia artificial y la sustentabilidad pueden trabajar juntas en arquitectura y urbanismo” en Chat GPT, responde: 

“La inteligencia artificial (IA) y la sostenibilidad pueden trabajar juntas para mejorar la arquitectura y el urbanismo. A continuación se muestran varias formas en que la IA puede contribuir a la sostenibilidad en estos campos:

• Eficiencia energética: la IA puede optimizar el consumo de energía en edificios y ciudades analizando datos de sensores, pronósticos meteorológicos y patrones de ocupación. Puede ajustar dinámicamente los sistemas de calefacción, refrigeración e iluminación para minimizar el desperdicio de energía y reducir la huella de carbono.
• Eficiencia energética: la IA puede optimizar el consumo de energía en edificios y ciudades analizando datos de sensores, pronósticos meteorológicos y patrones de ocupación. Puede ajustar dinámicamente los sistemas de calefacción, refrigeración e iluminación para minimizar el desperdicio de energía y reducir la huella de carbono.
• Redes inteligentes: la IA puede facilitar la integración de fuentes de energía renovables en la infraestructura urbana. Puede optimizar la distribución de energía analizando patrones de demanda, prediciendo cargas máximas y gestionando sistemas de almacenamiento de energía. Esto permite un uso más eficiente y sostenible de los recursos energéticos.
• Planificación urbana: la IA puede ayudar en la planificación urbana mediante el análisis de grandes conjuntos de datos, incluidos datos demográficos, patrones de tráfico y factores ambientales. Puede simular diferentes escenarios y proporcionar información sobre cómo optimizar los diseños urbanos, las redes de transporte y la asignación de recursos para crear ciudades sostenibles y habitables.
• Diseño y optimización de edificios: la IA puede ayudar a arquitectos e ingenieros a diseñar edificios energéticamente eficientes. Puede generar y evaluar miles de opciones de diseño, teniendo en cuenta factores como la iluminación natural, el rendimiento térmico y la selección de materiales. Los algoritmos de IA también pueden optimizar las operaciones y los procesos de mantenimiento de los edificios para minimizar el consumo de energía y el desperdicio de recursos.
• Materiales sostenibles: la IA puede contribuir al desarrollo y utilización de materiales de construcción sostenibles. Al analizar las propiedades de los materiales y los datos de rendimiento, los algoritmos de IA pueden identificar materiales novedosos que sean ecológicos, duraderos y energéticamente eficientes. Además, la IA puede ayudar en los procesos de reciclaje y gestión de residuos, optimizando el uso de recursos y reduciendo el impacto ambiental.
• Movilidad inteligente: la IA puede mejorar los sistemas de transporte, reduciendo la congestión y las emisiones. Los algoritmos impulsados por IA pueden optimizar el flujo de tráfico, coordinar las redes de transporte público y respaldar el desarrollo de vehículos autónomos. Esto puede conducir a opciones de movilidad más sostenibles y eficientes, promoviendo el uso del transporte público, la bicicleta y caminar.
• Monitoreo ambiental: la IA puede ayudar a monitorear y gestionar los factores ambientales en áreas urbanas. Los sensores y los algoritmos de inteligencia artificial pueden recopilar y analizar datos sobre la calidad del aire, la contaminación acústica y la gestión de residuos. Esta información puede informar los procesos de toma de decisiones y permitir medidas proactivas para abordar los desafíos de sostenibilidad.

Es importante señalar que, si bien la IA ofrece un potencial significativo, su implementación debe realizarse con cuidado, considerando consideraciones éticas y garantizando la transparencia, la rendición de cuentas y la supervisión humana. La colaboración entre arquitectos, urbanistas, expertos en inteligencia artificial y formuladores de políticas es crucial para aprovechar el poder de la inteligencia artificial para la arquitectura y el urbanismo sostenibles y al mismo tiempo priorizar el bienestar humano y el medio ambiente”.

De esta descripción se destaca el énfasis que pone en su implementación y en la “supervisión humana”. Es una conclusión similar a la que condujo la experiencia en el LEB: la necesidad de analizar e interpretar estos avances tecnológicos como herramientas, que pueden colectar y conectar información, estudios, sensores, etc., y brindar respuestas instantáneas con sorprendente grado de eficiencia. 

Aquí es donde cobra vital importancia la inteligencia sustancial de los humanos involucrados, y no caer maravillados esperando por un tiempo en el que ya no sea necesaria la participación humana. Esta inteligencia sustancial es el sentido y la trascendencia que subyacen a estas posibilidades incipientes, y es necesario promoverla entre arquitectos y urbanistas, tanto actuales como en proceso de formación. Incentivar el uso eficiente de estas nuevas tecnologías para lograr ciudades y espacios más sustentables, con una mayor comprensión e información del contexto para poder estructurar desde la arquitectura y urbanismo espacios que respondan mejor a las necesidades del sitio, reduciendo la contaminación y el consumo innecesario de energía, para mejorar el bienestar y salud humana y nuestras ciudades.

Muchas veces estos enfoques quedan relegados ante otro tipo de primicias. No debemos permitir que los nuevos avances tecnológicos nos disocien de la naturaleza y del contexto que nos rodea y del cual somos parte, sino justamente que nos permita comprenderlo y transformarlo para potenciar la calidad urbana y arquitectónica con las posibilidades que nos brindan estas herramientas. La sustentabilidad es la responsabilidad ética y moral que trasciende y le da sentido a este intento de transformar el habitar humano en un equilibrio y un vínculo sostenible entre lo económico, lo social y lo ambiental.

Conclusión
El uso del laboratorio, los softwares y la inteligencia artificial ofrecen datos climáticos, entre muchos otros, para analizar, y constituyen bases cuantificables sobre las cuales argumentar y justificar decisiones proyectuales, priorizando mejorar la calidad ambiental y la relación de quienes habitan dichos espacios. Desde ese lugar, todas estas herramientas son un gran potenciador para el proceso proyectual y enriquecen la respuesta que brindará el proyecto desde su morfología y orientación. ^[3]

En nuestra investigación, aspiramos a institucionalizar estas y otras formas de cuantificar el impacto que tendrá el diseño tanto en su entorno como en su interior. 

¿Por qué no introducir en los códigos de planificación urbana este tipo de simulaciones? ¿Por qué no incentivar el uso eficiente de recursos y el diseño adecuado al sitio en cuestión? ¿Qué tan presentes tienen hoy en día planificadores y arquitectos a la hora de proyectar cuestiones tan elementales como la relación con el sol?  ¿Por qué no incorporar la  información que puede accederse a través de IA y permitirnos brindar respuestas más integrales y en ciertos casos inmediatas?

Notas al pie

[1] “Los proyectos de arquitectura, generalmente concebidos, desarrollados y definidos como objetos visuales, comunican su forma tridimensional con dibujos y maquetas. El énfasis visual en el proceso de diseño resta importancia a los impactos ambientales del proyecto. Sin embargo, forma arquitectónica y detalles constructivos influyen en las pérdidas de calor en invierno o captación excesiva en verano. Las condiciones ambientales edilicias y el consumo de energía para calefacción, refrigeración e iluminación artificial son el resultado directo de las decisiones de diseño. La calidad ambiental en espacios interiores y exteriores depende de factores no visibles o difíciles de visualizar, de formas edilicias y características tridimensionales del tejido urbano. En este contexto, se plantea la necesidad de desarrollar técnicas de ensayo que permitan visualizar y estudiar los fenómenos ambientales.” (De Schiller, S. y Evans, J., 2005).

[2] Las consultas y respuestas a las IA mencionadas en el artículo fueron realizadas en inglés; aquí se traducen para mejorar la lectura. (N. de la E.)

[3] “Los ensayos, compilados y documentado en fichas, permiten evaluar las decisiones de diseño en las condiciones ambientales de edificios y demuestran la manera en que contribuyeron al desarrollo de proyectos, mejorando la calidad ambiental, controlando impactos climáticos adversos y proporcionando bases cuantificables de apoyo al proceso proyectual. Dado su amplio campo de aplicación, el uso del Laboratorio de Estudios Bioambientales es una herramienta proyectual muy versátil, tanto para práctica de alumnos de grado y cursos de posgrado como para consultas de profesionales. Asimismo, permite evaluar el comportamiento de edificios existentes, para analizar sus logros o para detectar falencias y realizar mejoras. (…) Los ensayos con maquetas de edificios proyectados por grandes maestros de la arquitectura, como Le Corbusier y Mies van der Rohe, demuestran conocimientos y aplicaciones de recursos bioambientales incorporados en sus proyectos. (…) En algunos casos particulares, dado el desarrollo en la definición del proyecto y una tardía consulta con ensayos en el LEB, no fue posible superar los problemas detectados sin producir sustanciales cambios en el proyecto. La relevancia de los ensayos demuestra la importancia de la evaluación de las decisiones de diseño y la capacidad de modificarlas con conocimientos precisos de los impactos que produce el edificio en su entorno y las condiciones que se logran en su interior. En ambos casos,  se contempla prioritariamente la relación entre las condiciones ambientales logradas con el proyecto y la respuesta de los ocupantes y usuarios de los espacios circundantes.” (De Schiller, S. y Evans, J.)

Reconocimientos (docentes, investigadores, alumnos)
Marina Lencinas. Silvia de Schiller. John Martin Evans. Gabriela Casabianca. Mateo María Masllorens. Tiago Melfi. Sofia Alejandra Merlo Moreira. Tomás Meza Leiz. Lautaro Gabriel Miranda. Constanza Sofia Morales. Manuel Moyano. Juan Ignacio Mussi. Jonatan Gonzalo Nava. Tomás Rodrigo Naya. Rocío Guadalupe Nieva. Abril Micaela Pennese. Brian Ojeda. Maria Candela Oliveira. Candela Azul Oliveri Moreno. Yessica Olivero Dorta. Palomino Del Valle. Abril Ingrid Jaramillo. Maria Belen Pamparana Scigliano. Tomás Panattieri. Macarena Passano Crivello. Alan Martín Patiño. Gabriel Andres Pellanda. Lucía Pellegrini. 

Referencias
Evans, J.  y de Schiller, S. (2005). Técnicas de simulación en laboratorio en el proceso de diseño para la calificación de sustentabilidad en arquitectura. ENCAC-ELACAC, 2005. Maceió, Alagoas.

Evans, J. M. y de Schiller, S. (2016). “Sustentabilidad e impacto del hábitat edificado”. AREA, Agenda de Reflexión en Arquitectura, Diseño y Urbanismo, 22, pp. 21-35. SI-FADU-UBA

Evans, J. M. y de Schiller, S. (1988, 1ra edición). Diseño Bioambiental y Arquitectura Solar.  Buenos Aires, Serie Ediciones Previas N°9, EUDEBA / FADU-UBA.

De Schiller, S., et al, eds. (2022). “Hacia la sustentabilidad del hábitat edificado”, AREA, Agenda de Reflexión en Arquitectura, Diseño y Urbanismo, 28, Dossier. SI-FADU-UBA.

Litwin, E. (2008). El oficio de enseñar. Condiciones y contextos, Editorial Paidós.

DALL EIA (creador de imágenes)

Chat GPT. 

Heliodón virtual de Andrew Marsh. Acceso: https://drajmarsh.bitbucket.io/sunpath3d.html

Climate Consultant. Programa de análisis climáticos y propuestas de diseño pasivo.