Architettura / Ingegneria / Edilizia
Arup riduce la simulazione strutturale da ore a minuti con NVIDIA DGX Spark
Obiettivo
Arup è una società di consulenza leader mondiale nell'ambiente costruito che offre servizi di ingegneria, progettazione e consulenza in più di 130 paesi. Poiché il settore dà sempre più priorità alla riduzione del carbonio incorporato, mantenendo al contempo le prestazioni strutturali, gli ingegneri di Arup devono accelerare il ciclo dalla progettazione alla simulazione, senza estendere le tempistiche dei progetti. Le simulazioni tradizionali del metodo degli elementi finiti (FEM) sono ad alta intensità di calcolo, limitando le iterazioni nelle fasi iniziali necessarie per identificare design ottimali e a basse emissioni di carbonio.
Addestrando e distribuendo modelli surrogati basati su reti neurali a grafi (GNN) su NVIDIA DGX Spark™, Arup ha ridotto i tempi di valutazione della simulazione strutturale da ore a minuti, ottenendo al contempo un'accuratezza fino al 95%, consentendo decisioni di progettazione più rapide e basate su dati su vasta scala.
Cliente
Arup
partner
Tsinghua University
Argomento
Simulazione/Modellazione/Design
Punti chiave
Da ore a minuti
- I modelli surrogati GNN hanno ridotto il tempo necessario per le prestazioni strutturali da ore a minuti, consentendo un'iterazione della progettazione quasi in tempo reale nei flussi di lavoro nelle fasi iniziali.
Accuratezza da ~ 90 a 95%
- I modelli surrogati GNN hanno raggiunto un'accuratezza di previsione fino al 95% rispetto alle simulazioni FEM tradizionali, mantenendo una fedeltà a livello ingegneristico.
Fino al 50% più veloce
- DGX Spark ha offerto un'esecuzione e un addestramento dei modelli GNN fino al 50% più veloci rispetto alle piattaforme alternative, accelerando i cicli di sviluppo.
Scalare l'esplorazione della progettazione strutturale
Arup è all'intersezione tra ambizione ingegneristica e responsabilità ambientale, in quanto società di consulenza globale di fiducia per la realizzazione di alcune delle strutture più complesse al mondo, dai grattacieli altissimi ai parchi eolici offshore, in più di 130 paesi e in ogni mercato principale. La sostenibilità non è un vincolo per Arup; è l'obiettivo del progetto. Ciò significa che ogni decisione di progettazione strutturale comporta un duplice mandato: rispettare le specifiche e utilizzare la minor quantità di materiale possibile, generando la minor quantità di carbonio incorporato. Trovare il design in grado di soddisfare entrambe le esigenze richiede l'esplorazione di migliaia di configurazioni. Inoltre, esplorare migliaia di configurazioni richiede la simulazione.
Nell'ingegneria strutturale, il metodo degli elementi finiti (FEM) è lo standard di settore per simulare il comportamento strutturale e garantire la sicurezza. Tuttavia, queste simulazioni sono intensive dal punto di vista computazionale, spesso richiedono da minuti a ore per modello e richiedono un'infrastruttura HPC e le code associate, limitando il numero di cicli dalla progettazione alla simulazione che possono essere valutati nelle tempistiche del progetto. Ciò è particolarmente importante nei flussi di lavoro nelle prime fasi, in cui una rapida iterazione è fondamentale. Poiché i progetti richiedono sempre più un bilanciamento tra prestazioni strutturali, costo dei materiali e carbonio incorporato, questo vincolo diventa un collo di bottiglia significativo.
Gli ingegneri sono spesso costretti a fare affidamento su ipotesi semplificate o a valutare solo un set limitato di opzioni, riducendo la capacità di identificare le soluzioni più performanti e più sostenibili. Per una società di consulenza globale come Arup, che realizza progetti complessi in oltre 130 paesi, questa limitazione influisce sia sull'efficienza che sull'innovazione, rendendo difficile scalare l'esplorazione progettuale e fornire risultati ottimali a basse emissioni di carbonio entro tempistiche di progetto competitive. Ciò di cui Arup aveva bisogno era un modo per esplorare migliaia di opzioni strutturali in tempo reale, senza sacrificare il rigore ingegneristico o estendere le tempistiche dei progetti.
Trasformare la progettazione in fase iniziale con le informazioni quantitative dell'IA
Distribuendo modelli surrogati basati su GNN su NVIDIA DGX Spark, Arup ha trasformato il suo flusso di lavoro di progettazione strutturale in fase iniziale. I tempi di valutazione delle prestazioni strutturali sono diminuiti da centinaia di ore a pochi minuti, consentendo previsioni quasi istantanee durante gli studi di progettazione. I modelli hanno raggiunto un'accuratezza del 90–95% nelle metriche strutturali chiave, garantendo agli ingegneri di poter utilizzare con sicurezza le informazioni basate sull'IA per le decisioni critiche di progettazione.
Nella progettazione in fase iniziale, in cui numerosi parametri generano molti schemi potenziali, gli ingegneri sono spesso limitati a valutazioni qualitative a causa del tempo necessario per l'analisi. In un recente studio, Arup ha generato più opzioni di aggregazione degli edifici attraverso la modellazione parametrica, ognuna delle quali richiedeva una rapida valutazione strutturale per prendere decisioni di progettazione informate nelle prime fasi. Con le previsioni basate su GNN in esecuzione su DGX Spark, è ora possibile valutare migliaia di schemi strutturali in modo efficiente, consentendo compromessi più informati su prestazioni strutturali, costi e carbonio incorporato.
Eseguito localmente, DGX Spark mantiene una gestione sicura dei dati, supportando al contempo una consegna più rapida dei progetti e risultati di progettazione più sostenibili. Gli ingegneri che prima potevano eseguire solo valutazioni qualitative durante le prime fasi di progettazione possono ora sfruttare informazioni quantitative e basate su dati per identificare più rapidamente soluzioni ottimali e a basse emissioni di carbonio.
"L'IA avanzata di Arup, sviluppata in partnership con la Tsinghua University, in combinazione con NVIDIA DGX Spark e l'esperienza nell'ottimizzazione dell'IA, ci consente di progettare strutture complesse più rapidamente, riducendo sia i costi che le emissioni di carbonio, mantenendo al contempo i dati del progetto locali e sicuri".
Will Cavendish,
leader globale dei servizi digitali, Arup
Uno sguardo al futuro
La simulazione fisica è fondamentale per il lavoro di più alto valore di Arup e copre solidi, fluidi e gas in applicazioni come la modellazione del vento, la propagazione dell'inquinamento e degli incendi, gli studi idrologici e l'analisi delle infezioni trasmesse per aria. Due progressi metodologici stanno attualmente guidando questo campo: l'IA agentica, che orchestra flussi di lavoro di ingegneria complessi in modo più efficiente, e i modelli surrogati, che sostituiscono le equazioni classiche con le reti neurali per ottenere un calcolo notevolmente più rapido senza sacrificare l'accuratezza.
Scopri come NVIDIA DGX Spark sta accelerando la simulazione ingegneristica basata sull'IA e la progettazione sostenibile.