建筑設(shè)計在智能時代下的可能性

劉雨萱

（蘇州大學(xué)，江蘇 蘇州 215123）

0 引言

一直以來，熱愛建筑的設(shè)計師總是熱衷于探討建筑的更優(yōu)解法。面對藍天組如云朵般夢幻的設(shè)計奇思，國際著名結(jié)構(gòu)師Christoph Gengagel曾對此提出質(zhì)疑：“我們有沒有更好的實現(xiàn)方法？有沒有可能僅通過一片互動熒幕就營造出相似的感受？”建筑永遠沒有最優(yōu)解，人工智能給我們帶來更多可能，也迫使我們面臨來自“機器”的挑戰(zhàn)[1]。

1 初段人工智能對建筑設(shè)計的影響

人工智能作為建筑行業(yè)革新發(fā)展的重要工具，現(xiàn)已直接影響了建筑設(shè)計工作的效率和質(zhì)量。從實踐角度來看，人工智能可以讓任何建筑項目在各個階段獲取更多效益，具體體現(xiàn)在以下幾點：

首先增強建筑設(shè)計的潛力。參數(shù)化設(shè)計是利用人工智能技術(shù)進行建筑項目分析最大的優(yōu)勢。AI會將大批量藍圖看作項目研究的基礎(chǔ)材料，而后運用這些內(nèi)容提出自己的設(shè)計概念，同時還可以根據(jù)預(yù)先提出的限制條件，充分發(fā)揮自身的設(shè)計潛能，并用來評估施工現(xiàn)場的設(shè)計方案，以此保證最終獲取的內(nèi)容符合提出條件。比如說，運用人工智能工具測試分析建筑立面中玻璃面板的設(shè)計科學(xué)性，可以保障所選用方案達到最低成本效益。

其次有助于提升項目安全性。人工智能技術(shù)可以根據(jù)以往施工建設(shè)方案累積經(jīng)驗，對施工現(xiàn)場可能發(fā)生的安全事故進行評估分析，并對現(xiàn)有設(shè)計方案進行改善。

最后能提升設(shè)計精度。建筑設(shè)計人員在提出方案之前，要對施工現(xiàn)場進行調(diào)查研究，此時可以直接利用無人機對比分析軟件藍圖和空中土地，以此準(zhǔn)確掌握設(shè)計所需的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

2 建筑學(xué)領(lǐng)域人工智能的發(fā)展

英國著名建筑理論家尼爾林奇曾在2006年就發(fā)表過有關(guān)“人工智能會取代建筑師”的設(shè)想，他將于2021年出版的書籍《人工智能時代的建筑：建筑師的人工智能入門》與《建筑師之死：AI時代建筑職業(yè)的消亡》將匯總近年來他在該領(lǐng)域研究實踐所得[1]。前者預(yù)示了建筑設(shè)計師注定需向智能時代做出與改變，后者殘酷地揭露了他們極有可能面臨的職業(yè)困境。

2.1 人工智能與人類智能

人工智能的概念實際來自于圖靈的時代，也就是我們今天所稱的“artificial intelligence”，而單詞“artificial”往往指“假的、人造的”，人們的初衷是讓機器模仿人腦，甚至還由人工智能的概念衍生了“機器學(xué)習(xí)”這一細化分支。伴隨著人工智能一步步的發(fā)展，人工智能打敗了最專業(yè)的象棋手，能打敗各種領(lǐng)域內(nèi)最強的人類，卻始終被人類認為沒有真正的思想。相反，人類是有意識的，所以尚且能利用人工智能作為想象力的延伸來擴展能力。

五年前，日本著名的計算機建筑領(lǐng)域的設(shè)計師渡邊誠曾言：“在解決許多條件相互交織的復(fù)雜問題上，機器人比人類做得更好，但只有人類能創(chuàng)造出原本不存在的形象，因為機器沒有夢想[2]?！睕]錯，人類一直以超凡的創(chuàng)造力自居，然而殊不知，主客關(guān)系早已悄然發(fā)生轉(zhuǎn)變：人工智能或許并不是人類智力的附屬，而是另一種不同的智力形式，在某些方面甚至優(yōu)于人類智力。因此，我們不排除機器的智力可以逾越人類想象的邊界，從而具有獨立的創(chuàng)造能力。直到某天，我們意識到是人工智能拓展了人類智能，把人類變成賽博人，為其裝上了想象力的假肢。

2.2 現(xiàn)階段人工智能對建筑設(shè)計的影響

我們不免設(shè)想：在不遠的將來，人工智能可以滿足各項復(fù)雜條件設(shè)計建筑，類似于網(wǎng)易云這樣的軟件能夠推送迎合個人口味的音樂。

現(xiàn)在世界上許多建筑學(xué)教育院校和事務(wù)所都在進行“利用人工智能技術(shù)設(shè)計建筑”的實驗性實踐。這里要從幾種人工智能技術(shù)說起。

首先是GAN技術(shù)，可以簡單地將這個技術(shù)過程拆解為兩部分：“制造贗品”與“識別贗品”?！爸圃熠I品”指的是生成器網(wǎng)絡(luò)，可用于生成類似于真實樣本的隨機采樣，也就是假樣本；“識別贗品”指的是分辨器網(wǎng)絡(luò)，用于分辨數(shù)據(jù)是否真實。當(dāng)對抗網(wǎng)絡(luò)中生成器質(zhì)量較高、分辯器判斷較強時，機器便能進行成熟的創(chuàng)作與識別。

藝術(shù)領(lǐng)域率先運用GAN技術(shù)進行創(chuàng)作，由此誕生了“創(chuàng)造性對抗網(wǎng)絡(luò)”，例如，機器在學(xué)習(xí)識別鳥類后對可以對“鳥”進行主觀創(chuàng)作。隨后，GAN技術(shù)在建筑界也被嘗試性應(yīng)用，例如“Cycle GAN”和“Style GAN”被應(yīng)用于自動生成虛擬建筑；普利茲克獎得者湯姆梅恩廣泛地實踐“形態(tài)生成法”，借助參數(shù)化工具可創(chuàng)造出100個版本的建筑方案，讓設(shè)計師據(jù)此探索可能產(chǎn)生的選擇，由此生成的新形式也更具有說服力；來自土耳其的數(shù)字媒體藝術(shù)家雷菲克?阿納多爾在很早的時期便對AI與建筑設(shè)計的融合進行了創(chuàng)造性探索：如圖1所示，畫面中扎哈事務(wù)所的建筑作品被抽象成融化后的液體，呈現(xiàn)一系列魔幻動感[3]。

圖1 Refik AnadoI 對GAN 技術(shù)應(yīng)用于建筑的初探

現(xiàn)階段，人工智能除了能夠給設(shè)計師提供更多形態(tài)的可能，還能夠通過精密的計算評估建筑的各項性能，使其更加科學(xué)美觀。

其次，3ds max。在這類軟件操作過程中，不管是建筑建模還是人體建模都可以提升實際設(shè)計效率。在建筑設(shè)計期間，一般會將CAD圖紙直接導(dǎo)入到軟件中作為底圖，不僅操作方便層次清晰，還可以和AutoCAD軟件配合運用達到更佳的設(shè)計效果。

最后，Photoshop。其作為專業(yè)的圖像處理軟件，是近年來建筑設(shè)計最頻繁運用的工具之一，不管是平面圖和立體圖的制作，還是透視效果圖的處理，都表現(xiàn)出了積極作用。尤其是對設(shè)計建筑施工方案而言，利用這類軟件進行操作，可以在保障數(shù)據(jù)精確性的同時，降低設(shè)計人員的工作壓力，促使建筑設(shè)計人員可以利用軟件強大的圖像處理功能完成項目設(shè)計工作。

3 人工智能是否會替代建筑設(shè)計師

從建筑學(xué)專業(yè)角度來看，我們最關(guān)心的首先是人工智能是否具有創(chuàng)造性，人工智能是否能根據(jù)人類的描述進行想象與描繪。

機器學(xué)習(xí)使得機器能夠由一張圖像識別出圖中主體并產(chǎn)生關(guān)聯(lián)發(fā)散；如果將人類設(shè)計的思維映射到機器的邏輯語言，計算機的創(chuàng)新設(shè)計意味著他們能夠由設(shè)定的主體內(nèi)容及關(guān)聯(lián)信息反向推導(dǎo)出主體呈現(xiàn)的形態(tài)，這種將想象生成具象的過程我們稱之為“創(chuàng)造”。

我在一項夏令營工作坊中曾有幸參與人工智能與藝術(shù)的交叉學(xué)科實踐項目，深刻體會到何謂“機器的創(chuàng)造力”。項目的內(nèi)容是設(shè)計一款可以卡接在“繪畫機器人”手掌末端的書寫裝置，設(shè)計內(nèi)容包含裝置與機器的卡口部位、與畫筆的卡合關(guān)系以及繪畫工具的選擇，接著我們借助建模軟件和3D打印機將想法化為實體，最終見證繪畫機器人使用“繪畫臂”的一刻。項目最有趣的點在于我們需要人為設(shè)計圖案，機器人將用具“復(fù)刻”該圖案。我們組并沒有采取計算機所擅長的篤定線條，而采用了中國毛筆繪制了一副西方雕像的面龐，模糊流動的墨跡讓各位導(dǎo)師都不禁好奇機器人到底會如何思考這個圖案（見圖2）。最終，典型的國畫風(fēng)被機器人轉(zhuǎn)譯為畢加索風(fēng)格，大家圍在一起觀看這兩幅完全不同的畫，“它不是在模仿，它在按照自己的理解創(chuàng)造。”我也把它認知為另一種創(chuàng)造形式，它充滿未知，充滿可能，超出我們的預(yù)期。

圖2 繪畫機器人的“二次創(chuàng)作”

目前，人工智能已經(jīng)能做到在不同形態(tài)的設(shè)計內(nèi)容之間進行雜交和轉(zhuǎn)換。一方面它加快了設(shè)計速度、帶給人類新的靈感，另一方面也具有不可回避的威脅性。AI之所以可能比人類更具創(chuàng)造力，在于AI通常是反直覺的，它具有創(chuàng)造無人構(gòu)想過的方案的潛力，經(jīng)驗豐富的建筑師甚至并沒有意識到為什么電腦會建議他們這樣做，但當(dāng)反過來分析它時，卻能意識到電腦是多么的聰明。不得不承認，人工智能暴露了人類智能的局限性。

在建筑文化領(lǐng)域，建筑理論家非常擅長解釋和理解事物，但不太擅長創(chuàng)造事物；而建筑設(shè)計師更擅長創(chuàng)造事物，卻不精于建筑理論。如果設(shè)計師不作出適應(yīng)性的改變，那將在近在眼前的將來被淘汰。

科技的變化帶來教育者及行業(yè)從事者的飛速改變。在建筑學(xué)?；蚴聞?wù)所里進行的實驗并不是人工智能的最終目的，重要的是它如何為未來辦公室開發(fā)工具。香港大學(xué)建筑學(xué)教授何宛余女士也曾是尼爾林奇教授的學(xué)生，她在中國深圳開發(fā)了Xkool這樣一種云工具，使設(shè)計師可以通過云連接開始生成建筑設(shè)計，而她并不認為真正的設(shè)計師可以被人工智能替代[3]。設(shè)計是有層級的，初級的建筑師負責(zé)尋找100種可能性，高級的設(shè)計師負責(zé)做出百里挑一的決策，因此建筑學(xué)的本質(zhì)是運籌學(xué)，何教授堅持：“真正做運籌架構(gòu)邏輯的建筑師不會被機器替代[4]。”

同樣在適應(yīng)人工智能時代的建筑團隊是一家叫Space Maker AI的公司，他們用一種叫作ABC的新技術(shù)來生成建筑，而不是BIM（BIM目前還處于一個不成熟階段），并且同步測試建筑的性能，最重要的是加快了設(shè)計過程，促成更高效的項目[4]。因此現(xiàn)在有些項目客戶開始主動要求設(shè)計師將設(shè)計基于人工智能，不但能增加容積率，還能提高建筑性能，最重要的是他們能從項目中賺取更多收益，以實現(xiàn)投資回報最大化，這將改變游戲的規(guī)則。就像如今有些建筑師會攀比綠色技術(shù)的應(yīng)用，以后的建筑師會就人工智能的應(yīng)用程度展開同行競爭。

4 結(jié)語

科技作為事物創(chuàng)新發(fā)展的主要動力，建筑設(shè)計師要在正確認識科技發(fā)展所帶來的挑戰(zhàn)和機遇后，堅守建筑設(shè)計發(fā)展的初心。同時，根據(jù)建筑施工建設(shè)的根本要求，充分展現(xiàn)人工智能技術(shù)的真正價值，從而保障建筑設(shè)計可以在突破傳統(tǒng)模式限制的基礎(chǔ)上，真正實現(xiàn)長遠發(fā)展。