Between Heritage and Technology: The Use of Artificial Intelligence in Climate Modeling to Support the Sustainability of Cultural Tourism at Archaeological Sites

In het hart van historisch Caïro, waar de zon op de eeuwenoude stenen brandt en de lucht trilt van de hitte, vindt een stille strijd plaats tussen twee vitale behoeften: het behoud van het verleden en het verwelkomen van het heden. Eeuwenlang hebben de grote monumenten van de islamitische wereld gestaan als getuigen van menselijke vindingrijkheid, ontworpen met dikke muren en open binnenplaatsen die de lucht natuurlijk koelden lang voordat elektriciteit bestond. Vandaag de dag worden deze zelfde locaties echter geconfronteerd met een nieuwe uitdaging. Terwijl de wereldwijde temperaturen stijgen en er meer bezoekers arriveren, verschuift het delicate evenwicht van het binnenklimaat. Te veel hitte kan kwetsbare artefacten beschadigen en toeristen afschrikken, terwijl de mechanische airconditioninginstallaties die worden gebruikt om het probleem op te lossen, juist de geschiedenis kunnen vernietigen die ze bedoeld zijn te beschermen. De oplossing ligt niet in het kiezen tussen oud en nieuw, maar in het vinden van een manier waarop ze samen kunnen werken. Dit is het domein van microklimaatbeheer, een vakgebied dat zich wijdt aan het begrijpen van specifieke weerspatronen binnen en rondom gebouwen, en het is hier dat een nieuw instrument opkomt: kunstmatige intelligentie. Door computers te leren leren van het gedrag uit het verleden, ontdekken onderzoekers hoe ze historische plaatsen comfortabel kunnen maken voor moderne mensen zonder een enkele steen te veranderen.

Een onderzoeker onder leiding van Huda Al Baz van Horus University Egypt heeft deze denkwijze toegepast op een van de meest significante monumenten van Caïro, het Sultan Qalawun Complex. Gebouwd in de dertiende eeuw, omvat deze uitgestrekte locatie een school, een ziekenhuis en een mausoleum, die allemaal gecentreerd zijn rond een prachtige open binnenplaats. Het complex is een meesterwerk van Mamluk-architectuur, maar het open ontwerp, dat ooit koele briesjes doorliet, worstelt nu tegen de intense zomerhitte en de menigten van duizenden bezoekers. De onderzoeker wilde weten of zij moderne technologie konden gebruiken om het comfort van deze ruimtes te verbeteren zonder de historische integriteit in gevaar te brengen. Ze zetten zich scharpe schijf op om een digitale tweeling van de locatie te creëren, een nauwkeurig driedimensionaal computermodel dat het real-world gedrag van wind, zon en hitte kon nabootsen. In plaats van uitsluitend te vertrouwen op traditionele, traag bewegende computersimulaties die dagen nodig hebben om te draaien, introduceerden zij een laag van kunstmatige intelligentie om het proces te versnellen en de beste oplossingen sneller te vinden.

De onderzoeker begon met het verzamelen van real-world data. Zij plaatsten sensoren in de binnenplaats van de school en de omliggende gebieden om de werkelijke temperatuur- en vochtigheidsniveaus gedurende de dag te meten. Zij analyseerden ook bezettingspatronen en gebruikten deze als variabelen om te modelleren hoe menselijke aanwezigheid de lucht zou kunnen beïnvloeden, wetende dat bezoekersgedrag niet direct werd gemeten in de huidige studie en daarom wordt beschouwd als een geprojecteerde uitkomst. Met deze basisgegevens in handen bouwden zij een gedetailleerd digitaal model van het complex, waarbij de vorm van de muren, de positie van de ramen en de textuur van de steen werden vastgelegd. Vervolgens gebruikten zij een gespecialiseerd milieusimulatieprogramma om duizenden scenario's te draaien, waarbij werd getest hoe verschillende factoren zoals natuurlijke ventilatie, de plaatsing van bomen en de toevoeging van tijdelijke schaduw de luchttemperatuur zouden beïnvloeden. Om deze enorme hoeveelheid gegevens te begrijpen, trainden zij machine learning-algoritmen om als een snelkoppeling te fungeren. Deze algoritmen leerden de patronen uit de trage, gedetailleerde simulaties en konden vervolgens de uitkomst van nieuwe ontwerpideeën voorspellen in seconden in plaats van uren.

De resultaten van dit digitale experiment waren opmerkelijk. De onderzoeker ontdekte dat zij het thermisch comfort van de locatie aanzienlijk konden verbeteren door simpelweg aan te passen hoe de lucht door de ruimte bewoog en door tijdelijke, omkeerbare elementen toe te voegen. Zij ontdekten dat de strategische plaatsing van tijdelijke stoffen schaduwstructuren de harde middagzon kon blokkeren zodat deze de stenen vloeren en muren niet raakt, terwijl zorgvuldig geplaatste vegetatie hielp de lucht te koelen door verdamping. Door de manier waarop ramen en openingen werden gebruikt om de wind te vangen te optimaliseren, konden zij natuurlijke briesjes creëren die de hitte wegvoerden van de bezoekers. De studie toonde aan dat deze passieve strategieën het aantal uren waarin bezoekers zich oncomfortabel warm voelden met een substantiële marge konden verminderen, waardoor het milieu dichter bij een neutrale, aangename staat kwam. Cruciaal was dat al deze veranderingen zo ontworpen waren dat ze tijdelijk en niet-invasief waren, wat betekent dat ze op elk moment verwijderd konden worden zonder een spoor achter te laten op de historische structuur van het gebouw.

Een van de meest significante bevindingen was de snelheid en efficiëntie van de nieuwe methode. Door kunstmatige intelligentie te gebruiken om de simulatie te begeleiden, was de onderzoeker in staat om de rekentijd die nodig is om deze scenario's te analyseren met ongeveer veertig procent te verkorten vergeleken met traditionele methoden. Deze efficiëntie is essentieel voor erfgoedbeheerders die snelle, geïnformeerde beslissingen moeten nemen over hoe zij hun locaties moeten verzorgen. De studie bevestigde dat de computermodellen zeer accuraat waren en de real-world sensordata met een hoge mate van precisie maten. Deze validatie gaf de onderzoeker het vertrouwen dat hun digitale voorspellingen stand zouden houden in de fysieke wereld. Zij ontdekten dat de beste aanpak een combinatie van maatregelen was: het gebruik van de diepe schaduwen van de binnenplaatsmuren, het toevoegen van tijdelijke schaduw waar de zon het meest intens was, en ervoor zorgen dat de lucht vrij door de gangen kon stromen. Deze interventies vereisten geen het afbreken van muren of het installeren van zware machines; het waren subtiele aanpassingen die het oorspronkelijke ontwerp respecteerden terwijl ze het aanpasden aan een warmere, drukkere toekomst.

De implicaties van dit werk reiken veel verder dan een enkele school in Caïro. De onderzoeker heeft een digitaal kader ontwikkeld dat kan worden toegepast op andere historische locaties in warme, droge klimaten, van de woestijnen in het Midden-Oosten tot de oude steden in het Middellandse Zeegebied. Door te bewijzen dat kunstmatige intelligentie kan helpen bij het balanceren van de behoeften van conservering met de eisen van toerisme, biedt de studie een nieuwe weg voorwaarts voor de bescherming van ons gedeelde erfgoed. Het suggereert dat we niet hoeven te kiezen tussen het bewaren van een locatie als een bevroren museum of het veranderen ervan in een moderne attractie. In plaats daarvan kunnen we, met de juiste instrumenten, omgevingen creëren waarin bezoekers zich comfortabel genoeg voelen om langer te blijven en meer te leren, terwijl de oude stenen veilig en ongestoord blijven. Het succes van het Sultan Qalawun-project demonstreert dat de toekomst van erfgoedbeheer ligt in deze stille samenwerking tussen de wijsheid van het verleden en de intelligentie van het heden, waardoor wordt gewaarborgd dat deze prachtige plaatsen nog generaties lang kunnen blijven floreren.