Научные статьи Том 21 № 1 (2025): International Journal for Computational Civil and Structural Engineering

ОБЗОР ПРИМЕНЕНИЯ ГЛУБИННОГО ОБУЧЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ: ПРОБЛЕМЫ И БУДУЩИЕ НАПРАВЛЕНИЯ

PDF (английский)
Как цитировать

ОБЗОР ПРИМЕНЕНИЯ ГЛУБИННОГО ОБУЧЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ: ПРОБЛЕМЫ И БУДУЩИЕ НАПРАВЛЕНИЯ

Авторы

  • Манаф Раид Салман Кафедра строительства и инженерной техники, Университетский колледж Мадент Алем, г. Багдад, ИРАК
  • Марван Аль-Шайхли Кафедра инженерных технологий строительства зданий и сооружений, Средний технический университет, г. Багдад, ИРАК
  • Хасан Али Аббас Кафедра инженерных технологий строительства зданий и сооружений, Средний технический университет, г. Багдад, ИРАК
  • Хусейн Хамед Ахмад Кафедра строительства и инженерной техники, Университетский колледж Мадент Алем, г. Багдад, ИРАК
  • Сахия Абдул Кудус Школа гражданского строительства, Инженерный колледж, Университет Текнологии МАРА, г. Селангор, МАЛАЙЗИЯ

DOI:

https://doi.org/10.22337/2587-9618-2025-21-1-146-156

Ключевые слова:

глубинное обучение, машинное обучение, нейронные сети, проектирование конструкций, мониторинг состояния конструкций, оптимизация конструкций

Аннотация

Глубинное обучение (DL), основная часть искусственного интеллекта (AI), рассматривается как технология трансформации в различных областях науки, таких как строительное проектирование. Данный критический обзор раскрывает потенциальный вклад глубинного обучения в решение сложных проблем, стоящих перед строительным проектированием, таких как оптимизация конструкции, прогнозирование и мониторинг поведения материалов, а также мониторинг состояния конструкции в режиме реального времени. Благодаря разработанным архитектурам нейронных сетей, таким как генеративные адверсивные сети (GAN), рекуррентные нейронные сети (RNN) и конволюционные нейронные сети (CNN), инженеры могут находить решения на основе традиционного детерминированного извлечения данных. Однако при этом широко распространены такие проблемы, как вычислительные требования, интерпретируемость моделей и нехватка данных. В данном обзоре освещаются последние достижения, практические применения и ограничения глубинного обучения в строительном проектировании, предлагаются пути будущих исследований для повышения его эффективности и интеграции в реальные практические задачи.

2243 353

Биографии авторов

  • Марван Аль-Шайхли, Кафедра инженерных технологий строительства зданий и сооружений, Средний технический университет, г. Багдад, ИРАК

    Lecturer, Department of Building and Construction Engineering Techniques,

    Middle Technical University, Baghdad, Iraq.

  • Хусейн Хамед Ахмад, Кафедра строительства и инженерной техники, Университетский колледж Мадент Алем, г. Багдад, ИРАК

    Assistant Prof., Department of Building and Construction Techniques Engineering, Madenat Alelem University College (MAUC), 10006, Baghdad, Iraq.

Библиографические ссылки

Ereiz, S., I. Duvnjak, and J.F. Jiménez-Alonso.(2022) Review of finite element model updating methods for structural applications. in Structures. Elsevier. of Conference.

Liu, W.K., S. Li, and H.S. Park,(2022) Eighty years of the finite element method: Birth, evolution, and future Archives of Computational Methods in Engineering, 29, no.6, p.p 4431-4453.

Wu, B., S. Luo, and C.S. Suh,(2024) A Comprehensive Review of Propagation Models in Complex Networks: From Deterministic to Deep Learning Approaches arXiv preprint arXiv:2410.02118.

Fujinuma, N., et al.,(2022) Why big data and compute are not necessarily the path to big materials science Communications Materials, 3, no.1, p.p 59.

Ditlevsen, O. and H.O. Madsen, Structural reliability methods. Vol. 178. 1996: Wiley New York.

Ghosn, M., et al.,(2016) Reliability-based performance indicators for structural members Journal of Structural Engineering, 142, no.9, p.p F4016002.

Etim, B., et al.,(2024) Machine Learning-Based Modeling for Structural Engineering: A Comprehensive Survey and Applications Overview Buildings, 14, no.11, p.p 3515.

Li, Q., et al.,(2024) Classification and Application of Deep Learning in Construction Engineering and Management–A Systematic Literature Review and Future Innovations Case Studies in Construction Materials, p.p e04051.

Sarker, I.H.,(2021) Deep learning: a comprehensive overview on techniques, taxonomy, applications and research directions SN computer science, 2, no.6, p.p 420.

McCulloch, W.S. and W. Pitts,(1943) A logical calculus of the ideas immanent in nervous activity The bulletin of mathematical biophysics, 5, p.p 115-133.

Rosenblatt, F.,(1958) The perceptron: a probabilistic model for information storage and organization in the brain Psychological review, 65, no.6, p.p 386.

Rumelhart, D.E., G.E. Hinton, and R.J. Williams,(1986) Learning representations by back-propagating errors nature, 323, no.6088, p.p 533-536.

Zhao, X., et al.,(2024) A review of convolutional neural networks in computer vision Artificial Intelligence Review, 57, no.4, p.p 99.

Sundaray, S. History of Deep Learning. 2023; Available from: https://medium.com/@sreyan806/history-of-deep-learning-c176e2d3cddf.

Akinosho, T.D., et al.,(2020) Deep learning in the construction industry: A review of present status and future innovations Journal of Building Engineering, 32, p.p 101827.

Khoa, N.L., et al.,(2014) Robust dimensionality reduction and damage detection approaches in structural health monitoring Structural Health Monitoring, 13, no.4, p.p 406-417.

Abbas, H.A., Z. Mohamed, and S.A. Kudus,(2023) Deformation behaviour, crack initiation and crack damage of weathered composite sandstone-shale by using the ultrasonic wave and the acoustic emission under uniaxial compressive stress International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 170, p.p 105497.

Dorafshan, S., R.J. Thomas, and M. Maguire,(2018) Comparison of deep convolutional neural networks and edge detectors for image-based crack detection in concrete Construction and Building Materials, 186, p.p 1031-1045.

Gao, Y. and K.M. Mosalam,(2018) Deep transfer learning for image‐based structural damage recognition Computer‐Aided Civil and Infrastructure Engineering, 33, no.9, p.p 748-768.

Deng, Y., et al.,(2024) Abnormal data recovery of structural health monitoring for ancient city wall using deep learning neural network International Journal of Architectural Heritage, 18, no.3, p.p 389-407.

Zhang, R., et al.,(2019) Deep long short-term memory networks for nonlinear structural seismic response prediction Computers & Structures, 220, p.p 55-68.

Wang, Z., T. Hong, and M.A. Piette,(2020) Building thermal load prediction through shallow machine learning and deep learning Applied Energy, 263, p.p 114683.

Lv, R., et al.,(2022) Building thermal load prediction using deep learning method considering time-shifting correlation in feature variables Journal of Building Engineering, 61, p.p 105316.

Raju, M.R., et al.,(2023) Estimation of concrete materials uniaxial compressive strength using soft computing techniques Heliyon, 9, no.11.

Deng, F., et al.,(2018) Compressive strength prediction of recycled concrete based on deep learning Construction and Building Materials, 175, p.p 562-569.

Ahmed, B., T. Park, and J.-S. Jeon,(2023) Blast response and damage assessment of reinforced concrete slabs using convolutional neural networks International Journal of Damage Mechanics, p.p 10567895231204640.

Vafa, M., Optimization of the Profiled Steel Sheeting Dry Board (PSSDB) floor system, in Civil Engineering 2018, Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM): Malaysia.

Abueidda, D.W., S. Koric, and N.A. Sobh,(2020) Topology optimization of 2D structures with nonlinearities using deep learning Computers & Structures, 237, p.p 106283.

Almasri, W., et al.(2021) Deep learning architecture for topological optimized mechanical design generation with complex shape criterion. in International Conference on Industrial, Engineering and Other Applications of Applied Intelligent Systems. Springer. of Conference.

Long, T., Y. Zhang, and H. Zhang,(2024) Generative deep learning for the inverse design of materials arXiv preprint arXiv:2409.19124.

Ferreiro-Cabello, J., et al.,(2018) Metamodel-based design optimization of structural one-way slabs based on deep learning neural networks to reduce environmental impact Engineering Structures, 155, p.p 91-101.

Mai, H.T., et al.,(2023) A novel deep unsupervised learning-based framework for optimization of truss structures Engineering with Computers, 39, no.4, p.p 2585-2608.

Nandy, A., C. Duan, and H.J. Kulik,(2022) Audacity of huge: overcoming challenges of data scarcity and data quality for machine learning in computational materials discovery Current Opinion in Chemical Engineering, 36, p.p 100778.

Rather, I.H., S. Kumar, and A.H. Gandomi,(2024) Breaking the data barrier: a review of deep learning techniques for democratizing AI with small datasets Artificial Intelligence Review, 57, no.9, p.p 226.

Qamar, T. and N.Z. Bawany,(2023) Understanding the black-box: towards interpretable and reliable deep learning models PeerJ Computer Science, 9, p.p e1629.

Ying, X.(2019) An overview of overfitting and its solutions. in Journal of physics: Conference series. IOP Publishing. of Conference.

Giabbanelli, P.J.,(2022) Hybrid Models That Combine Machine Learning and Simulations Computing in Science & Engineering, 24, no.5, p.p 72-76.

Rane, N., et al.,(2024) Artificial intelligence, machine learning, and deep learning for enabling smart and sustainable cities and infrastructure Artificial Intelligence and Industry in Society, 5, p.p 2-25.

Опубликован

30.06.2025

Как цитировать

Салман, М. Р., Аль-Шайхли, М., Али Аббас, Х., Ахмад, Х. Х., & Кудус, С. А. (2025). ОБЗОР ПРИМЕНЕНИЯ ГЛУБИННОГО ОБУЧЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ: ПРОБЛЕМЫ И БУДУЩИЕ НАПРАВЛЕНИЯ. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering, 21(1), 146-156. https://doi.org/10.22337/2587-9618-2025-21-1-146-156

Ключевые слова

глубинное обучение, машинное обучение, нейронные сети, проектирование конструкций, мониторинг состояния конструкций, оптимизация конструкций