人工智能2.0驅(qū)動(dòng)的可持續(xù)設(shè)計(jì)升維路徑研究

高云庭

人工智能2.0驅(qū)動(dòng)的可持續(xù)設(shè)計(jì)升維路徑研究

高云庭

（東南大學(xué) 藝術(shù)學(xué)院，南京 211189）

闡述新一代人工智能驅(qū)動(dòng)下的可持續(xù)設(shè)計(jì)升維路徑，為人工智能技術(shù)的合理設(shè)計(jì)應(yīng)用提供一定的依據(jù)與支持?；谌斯ぶ悄?.0應(yīng)用技術(shù)和大量設(shè)計(jì)實(shí)踐案例調(diào)研，圍繞“人工智能+”技術(shù)思維，通過層次結(jié)構(gòu)與比較分析，研究可持續(xù)理念下設(shè)計(jì)的內(nèi)容、方法、流程、形式、效果等方面所展現(xiàn)出的增值效應(yīng)和新的特征，探索可持續(xù)設(shè)計(jì)的升級(jí)模式與技術(shù)應(yīng)用途徑?？沙掷m(xù)設(shè)計(jì)的發(fā)展演變受新一代人工智能技術(shù)的影響，并存在識(shí)、思、像、構(gòu)四個(gè)升維路徑?？沙掷m(xù)設(shè)計(jì)與人工智能的融合是大勢(shì)所趨，從認(rèn)知、思考、表達(dá)、行動(dòng)四個(gè)向度賦予設(shè)計(jì)及其對(duì)象智能化功能與更多價(jià)值，新的工具和主體會(huì)深刻影響到環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)三個(gè)維度的設(shè)計(jì)價(jià)值創(chuàng)造。

可持續(xù)設(shè)計(jì)；人工智能2.0；技術(shù)應(yīng)用；升維

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是從計(jì)算機(jī)科學(xué)中分支出來的一項(xiàng)正在快速發(fā)展的重要技術(shù)，由此所形成的一系列變化正推動(dòng)著人類社會(huì)步入人工智能時(shí)代。人工智能技術(shù)業(yè)已展現(xiàn)出顛覆各行業(yè)秩序的重構(gòu)性力量，其對(duì)可持續(xù)設(shè)計(jì)（Sustainable Design）的強(qiáng)有力的影響，已是不爭的事實(shí)，正為設(shè)計(jì)端、服務(wù)端和運(yùn)行端提供新的助力。在人口老齡化、城市化、虛擬化、新冠疫情常態(tài)化等復(fù)雜的發(fā)展背景下，可持續(xù)設(shè)計(jì)迫切需要找到新的增長點(diǎn)以夯實(shí)整體行動(dòng)能力基礎(chǔ)。圖像處理、感知技術(shù)、成像技術(shù)、交互技術(shù)、模擬技術(shù)、語音處理、控制技術(shù)、數(shù)據(jù)處理、機(jī)器決策等智能技術(shù)，越來越成為可持續(xù)設(shè)計(jì)中用于設(shè)計(jì)創(chuàng)新、功能升級(jí)的理論方法和應(yīng)用策略。作為一個(gè)代理主體的人工智能，能夠在獨(dú)立或半獨(dú)立的狀態(tài)下，模擬、替代設(shè)計(jì)師或與設(shè)計(jì)師合作，模擬、替代產(chǎn)品或與產(chǎn)品合作，在諸多方面有著系統(tǒng)性、結(jié)構(gòu)化的廣闊應(yīng)用前景。

1 可持續(xù)設(shè)計(jì)的智能化歷程

人工智能是指能夠模擬人類智能活動(dòng)的智能機(jī)器、技術(shù)或系統(tǒng)[1]?？沙掷m(xù)設(shè)計(jì)在20世紀(jì)60年代的萌芽階段，設(shè)計(jì)師們就已嘗試運(yùn)用人工智能，巴克明斯特·富勒是早期的代表人物[2]，具體的應(yīng)用研究可追溯到1970年的形態(tài)語法[3]。一代又一代的可持續(xù)設(shè)計(jì)師們一直在努力將計(jì)算和機(jī)器帶入設(shè)計(jì)。人工智能從1965年誕生到經(jīng)歷兩次低谷之后，終于在2016年迎來了新的爆發(fā)期，在泛化大發(fā)展中走向了2.0階段[4]，國務(wù)院于2017年7月8日印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確了我國人工智能2.0的“五智”總體發(fā)展走向[5-6]。目前，許多國家已將人工智能2.0列為國家發(fā)展戰(zhàn)略，并在其技術(shù)保障、人才培養(yǎng)、法規(guī)建設(shè)、體制完善和發(fā)展環(huán)境等方面提供強(qiáng)力支持[7-10]。設(shè)計(jì)的可持續(xù)化進(jìn)程方興未艾，人工智能的換代進(jìn)化影響是必然的主流趨勢(shì)，見圖1。

人工智能2.0是基于信息新環(huán)境和發(fā)展新目標(biāo)之重大變化的新一代人工智能，是人、計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)三者融合的智能系統(tǒng)。它正在滲入可持續(xù)設(shè)計(jì)的絕大部分領(lǐng)域，并已成為深度影響可持續(xù)設(shè)計(jì)的大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等熱門技術(shù)的發(fā)展指向?？沙掷m(xù)設(shè)計(jì)的各個(gè)方面都將不可避免地被人工智能賦能所改變，并已初步呈現(xiàn)出新的特征：（1）流程協(xié)同化，表現(xiàn)在多類設(shè)計(jì)者和多種機(jī)器算法的協(xié)同創(chuàng)造，多項(xiàng)智能技術(shù)和多款設(shè)計(jì)工具的協(xié)同作用，“人—機(jī)”動(dòng)因互疊交織，在思考和行為關(guān)聯(lián)中共同推進(jìn)設(shè)計(jì)；（2）技術(shù)復(fù)雜化，表現(xiàn)在自組織生成與自適應(yīng)優(yōu)化的信息集成、關(guān)聯(lián)建構(gòu)和決策制定過程中，它變輔助為自主，變單一為多種，變組合為復(fù)合；（3）形態(tài)多元化，表現(xiàn)在形態(tài)的科技感、生態(tài)化和人文性的局部分離和深度融合，面向體量擴(kuò)大和非幾何兩個(gè)演變方向，產(chǎn)品形態(tài)趨于標(biāo)準(zhǔn)化、自由化、簡潔化和自然化的多元特征。

2 智能時(shí)代的可持續(xù)設(shè)計(jì)

若可持續(xù)設(shè)計(jì)與所有要素的網(wǎng)絡(luò)化連接關(guān)系形成，設(shè)計(jì)的可持續(xù)化進(jìn)程才剛剛開始[11]，那么可持續(xù)設(shè)計(jì)與人工智能2.0的泛化連接關(guān)系形成，可持續(xù)設(shè)計(jì)將發(fā)揮的重要作用才剛剛起步。會(huì)聽、會(huì)看、會(huì)說、會(huì)思考、會(huì)學(xué)習(xí)、會(huì)行動(dòng)的人工智能[12]給可持續(xù)設(shè)計(jì)帶來的升維影響必將是史無前例的，智能化使技術(shù)從外部條件轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)要素本身，促進(jìn)設(shè)計(jì)的環(huán)保創(chuàng)新、價(jià)值創(chuàng)新、社會(huì)創(chuàng)新。一方面，可持續(xù)設(shè)計(jì)能夠利用的資源場域正在從物理空間擴(kuò)展到信息空間[13]，另一方面，可持續(xù)設(shè)計(jì)對(duì)環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)三重系統(tǒng)的改造和協(xié)調(diào)作用能力也不斷地增強(qiáng)?？沙掷m(xù)設(shè)計(jì)將具有在一個(gè)復(fù)雜的環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)大系統(tǒng)中識(shí)別、定義、解決問題的能力，從而把環(huán)境置于保護(hù)對(duì)象和發(fā)展要素之間更優(yōu)的平衡位置，釋放經(jīng)濟(jì)價(jià)值在環(huán)境效益基底上的增長潛力，更好地覆蓋多方利益，更有效地應(yīng)對(duì)各層次多方面的社會(huì)問題，見圖2。

圖1 可持續(xù)設(shè)計(jì)與人工智能的融合歷程

圖2 人工智能2.0影響下的可持續(xù)設(shè)計(jì)技術(shù)角色轉(zhuǎn)變

2.1 設(shè)計(jì)訴求特征

人工智能2.0基于對(duì)自然智能奧秘的理解[14]，所依據(jù)的高科技產(chǎn)業(yè)在低碳、環(huán)保方面具有明顯優(yōu)勢(shì)[15]，是可持續(xù)理念的體現(xiàn)。新一代人工智能所擅長的多數(shù)領(lǐng)域恰恰是可持續(xù)設(shè)計(jì)者所不擅長的，許多算法模型已具有了理解世界結(jié)構(gòu)和自主價(jià)值創(chuàng)造的能力[16]。可持續(xù)設(shè)計(jì)對(duì)人工智能這一發(fā)展新動(dòng)能存在非常明確的需求。

2.1.1 設(shè)計(jì)創(chuàng)新的高技術(shù)需求

過往的可持續(xù)設(shè)計(jì)常困于創(chuàng)新不足或缺乏技術(shù)支撐的尷尬境地，人工智能2.0的技術(shù)運(yùn)用能極大程度地扭轉(zhuǎn)這種局面，順應(yīng)基于人本主義的三系統(tǒng)意義創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)，為設(shè)計(jì)引領(lǐng)可持續(xù)創(chuàng)新帶來黃金機(jī)遇。首先，人工智能的高新技術(shù)特點(diǎn)可以從科學(xué)的角度為設(shè)計(jì)提供強(qiáng)大的綠色型技術(shù)支持。其次，眾多的新技術(shù)連接或整合產(chǎn)生了極為豐富的可能性，很容易觸發(fā)新的原始性可持續(xù)設(shè)計(jì)創(chuàng)新。最后，人工智能的多視角、去焦點(diǎn)化觀察特點(diǎn)往往能從系統(tǒng)、信息、計(jì)算、拼接、突變等方面形成顛覆式的新景象，拓展“生態(tài)—人文”的設(shè)計(jì)視野與思維，進(jìn)而生發(fā)機(jī)器的自主創(chuàng)新和某種新啟示下的主觀設(shè)計(jì)創(chuàng)新。

2.1.2 多邊參與的深度性需求

多方的切實(shí)有效參與是設(shè)計(jì)踐行可持續(xù)的重要特征和方法。數(shù)字孿生、虛擬場景、實(shí)時(shí)交互等智能模擬技術(shù)可以按照人的意圖設(shè)想將預(yù)設(shè)方案做實(shí)時(shí)表現(xiàn)，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的可持續(xù)性能映射模型和智能建模軟件更是日漸模糊了設(shè)計(jì)師與參與者的界限，用戶、專家、生產(chǎn)者、管理者、利益相關(guān)者可以就性能、結(jié)構(gòu)、樣式、色彩等方面深度參與“理想對(duì)象”的設(shè)計(jì)[17-19]。人與產(chǎn)品的交互在其生成之前就已開始構(gòu)建多維度的可持續(xù)意義，確保了設(shè)計(jì)結(jié)果與目標(biāo)受眾在日益復(fù)雜的環(huán)境中正向意義的有效匹配，進(jìn)而促進(jìn)了功能范式向更多重價(jià)值的體驗(yàn)范式轉(zhuǎn)向[20]。

2.1.3 大規(guī)模異構(gòu)數(shù)據(jù)處理需求

數(shù)據(jù)已是可持續(xù)設(shè)計(jì)中的重要資產(chǎn)和價(jià)值創(chuàng)造的核心動(dòng)力源，大約80%的可持續(xù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為非結(jié)構(gòu)性“雜”數(shù)據(jù)[21-22]。設(shè)計(jì)師、傳統(tǒng)技術(shù)與環(huán)境等學(xué)科知識(shí)技能的小樣本信息處理能力在體量龐大、種類多樣的數(shù)據(jù)處理需求面前顯然已力不從心，難以應(yīng)對(duì)現(xiàn)代復(fù)雜“生態(tài)—經(jīng)濟(jì)—文化”環(huán)境下的數(shù)字化生存問題[23]。人工智能與大數(shù)據(jù)是天生的一對(duì)搭檔[24]，對(duì)海量的功能、生態(tài)、文化、形態(tài)等各種數(shù)據(jù)，人工智能可以從中提取環(huán)境信息和對(duì)象知識(shí)，并做理性解釋和活性運(yùn)用，這是可持續(xù)設(shè)計(jì)把數(shù)據(jù)價(jià)值真正切入設(shè)計(jì)價(jià)值與功能意義的關(guān)鍵前提。

2.1.4 多樣化精準(zhǔn)功能定位需求

隨著可持續(xù)設(shè)計(jì)理念和方法的不斷發(fā)展與完善，所探索的問題已呈現(xiàn)出超越各種功能的系統(tǒng)化，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)功能的多樣性與個(gè)性化態(tài)勢(shì)。傳統(tǒng)的主觀性、模糊性與抽象性認(rèn)知特征使設(shè)計(jì)者難以獲取對(duì)象的真實(shí)需求，準(zhǔn)確量化的設(shè)計(jì)決策并非易事。多信道判識(shí)、智能傳感、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)能夠更全面確切地獲悉生態(tài)、環(huán)境、資源、系統(tǒng)、平臺(tái)、人等方面的信息，有助于在數(shù)量巨大的“長尾”上建立設(shè)計(jì)指向與真實(shí)訴求的精準(zhǔn)匹配，從根本上解放需求端的功能使用者、系統(tǒng)服務(wù)對(duì)象或資源消費(fèi)者，這是現(xiàn)階段可持續(xù)設(shè)計(jì)滿足使用、生態(tài)、文化等個(gè)性價(jià)值所迫切需要的技術(shù)支持。

2.1.5 設(shè)計(jì)運(yùn)作效率迭代需求

隨著智能化觀念和技術(shù)的深度影響，可持續(xù)設(shè)計(jì)的運(yùn)作模式、工作節(jié)奏、技術(shù)兼容度都不能適應(yīng)新的時(shí)代環(huán)境要求，必須適時(shí)做出調(diào)整，實(shí)現(xiàn)順應(yīng)變化趨勢(shì)的迭代設(shè)計(jì)?？沙掷m(xù)設(shè)計(jì)的這一流程轉(zhuǎn)型有明顯的節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)意義內(nèi)涵。人工智能設(shè)計(jì)本質(zhì)上是基于數(shù)據(jù)、算力、算法的共同運(yùn)作而完成的，相應(yīng)提高或替代的是設(shè)計(jì)者的記憶、反應(yīng)、分析能力。機(jī)器能接手大量煩瑣低效的“體力勞動(dòng)式”的重復(fù)性工作，可有效縮短設(shè)計(jì)周期、大幅提升工作效率、節(jié)約人力物力財(cái)力，同時(shí)釋放設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造力。這種新型人機(jī)適應(yīng)關(guān)系是可持續(xù)設(shè)計(jì)效率提升最有效的推動(dòng)力量。

2.2 升維設(shè)計(jì)的五種技術(shù)類型

根據(jù)人工智能2.0技術(shù)的數(shù)智、群智、合智、混智、自智特征，其在可持續(xù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用相應(yīng)概括為五類技術(shù)體系：大數(shù)據(jù)智能、互聯(lián)網(wǎng)群體智能、跨媒體智能、人機(jī)混合增強(qiáng)智能、自主智能[25]。它們是基于計(jì)算程序和萬聯(lián)網(wǎng)連接起人、物、計(jì)算機(jī)，對(duì)計(jì)算機(jī)視覺、語音處理、自然語言處理、規(guī)劃決策系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)或統(tǒng)計(jì)分析等基礎(chǔ)技術(shù)[26]的組合化與整合化運(yùn)用的新形態(tài)：（1）大數(shù)據(jù)智能（數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫、知識(shí)表示等）是大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和知識(shí)指導(dǎo)相結(jié)合進(jìn)行特點(diǎn)分析與創(chuàng)造輸出的智能技術(shù)；（2）互聯(lián)網(wǎng)群體智能（開源信息系統(tǒng)、使用反饋平臺(tái)、資源調(diào)控平臺(tái)等）是基于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息集成與協(xié)同聯(lián)動(dòng)的群體智能技術(shù)；（3）跨媒體智能（多類傳感整合、多信息轉(zhuǎn)化、全景模擬等）是擬合多信道智能技術(shù)形成信息與行為智能的智能技術(shù)；（4）人機(jī)混合增強(qiáng)智能（智能穿戴設(shè)備、人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)、遠(yuǎn)程操作參與等）是機(jī)器在預(yù)設(shè)條件下增強(qiáng)人的能力的混合型智能技術(shù)；（5）自主智能（性能映射模型、信息建模系統(tǒng)、自主決策等）是能夠自動(dòng)完成設(shè)計(jì)任務(wù)或是執(zhí)行可持續(xù)功能的機(jī)器或程序型智能技術(shù)。

與傳統(tǒng)人工智能技術(shù)相比，2.0階段的人工智能技術(shù)超出了人與機(jī)的關(guān)系范疇，它們是網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)架構(gòu)的全面覆蓋性智能技術(shù)。有關(guān)數(shù)據(jù)維度的智能技術(shù)適用范圍最為廣泛，多個(gè)智能體組合的群智技術(shù)存在傳統(tǒng)性傾向，多通道智能整合技術(shù)對(duì)其他智能技術(shù)的依賴性最高，自主智能技術(shù)雖已無人化但適用范圍比較窄，增強(qiáng)型協(xié)同智能技術(shù)需要人的參與度最高，見圖3。有人參與的窄適用域智能技術(shù)使可持續(xù)設(shè)計(jì)保留某種傳統(tǒng)化特征，無人化的廣適用域智能技術(shù)更容易使可持續(xù)設(shè)計(jì)變得自動(dòng)化。這些特點(diǎn)各異的技術(shù)在環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的三重意義系統(tǒng)中，能以非常復(fù)雜多樣的方式進(jìn)行單獨(dú)或組合運(yùn)用，使可持續(xù)設(shè)計(jì)更好地實(shí)現(xiàn)價(jià)值創(chuàng)造。

3 可持續(xù)設(shè)計(jì)面向人工智能2.0的四重發(fā)展向度

“延展智能”作為一種新的人工智能范式，改變的是理解信息的認(rèn)知程度、關(guān)照世界的思維模式、意圖想象的表達(dá)形式、構(gòu)造意義的行動(dòng)方法，這必然引發(fā)新的可持續(xù)設(shè)計(jì)范式[27]?；谙到y(tǒng)科學(xué)與復(fù)雜性思維，數(shù)據(jù)、計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)的看似單向度的人工智能技術(shù)，增強(qiáng)的并不是某個(gè)單一價(jià)值觀，而是整個(gè)可持續(xù)設(shè)計(jì)的復(fù)雜生態(tài)，總體表現(xiàn)在“識(shí)”“思”“像”“構(gòu)”四重向度。識(shí)，即感識(shí)，是認(rèn)知向度的升維，提升的是信息獲取與數(shù)據(jù)處理的能力；思，即思考，是思維向度的升維，提升的是知識(shí)生產(chǎn)與分析決斷的能力；像，即擬象，是表達(dá)向度的升維，提升的是意義展現(xiàn)與信息傳遞的能力；構(gòu)，即建構(gòu)，是行動(dòng)向度的升維，提升的是設(shè)計(jì)創(chuàng)造與意義價(jià)值生成的能力。

圖3 主要應(yīng)用技術(shù)的分維屬性

新技術(shù)、新工具所衍生的新思維方式，以及一系列新理念、新方法、新要素，在全新關(guān)系中提升著設(shè)計(jì)的思維能力、組織能力及實(shí)現(xiàn)能力。從形而上的角度看，識(shí)與構(gòu)存在虛（非物）與實(shí)（物）的互映關(guān)系，思與像存在質(zhì)（內(nèi)容）與形（形式）的互存關(guān)系，可持續(xù)設(shè)計(jì)對(duì)人工智能的融合就在這種虛實(shí)相映、形質(zhì)相生的二元?jiǎng)討B(tài)關(guān)系中得到自我與對(duì)象化的發(fā)展升級(jí)。識(shí)、思、像、構(gòu)在兩個(gè)層面和兩個(gè)維度上創(chuàng)造出可持續(xù)設(shè)計(jì)升維的價(jià)值意義，識(shí)與構(gòu)是作用在行為層面上，形成依托智能信息獲取的認(rèn)知升維，依托主動(dòng)計(jì)算機(jī)器的行動(dòng)升維；思與像是作用在思想層面上，形成依托分析決斷模型的思維升維，依托信息轉(zhuǎn)化呈現(xiàn)技術(shù)的表達(dá)升維；識(shí)與思是屬性內(nèi)化過程，形成依托于大數(shù)據(jù)識(shí)別技術(shù)的認(rèn)知升維，依托數(shù)據(jù)處理技術(shù)的思維升維；像與構(gòu)是意義外化過程，形成依托交互式實(shí)時(shí)模擬的表達(dá)升維，依托自主創(chuàng)造與執(zhí)行技術(shù)的行動(dòng)升維，見圖4。

各種人工智能技術(shù)驅(qū)動(dòng)的可持續(xù)設(shè)計(jì)變革影響是多層次、多點(diǎn)位、多面向的，既用于垂直領(lǐng)域，也用于橫向面域。具體來說，識(shí)之向度的升維主要基于數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫、開源信息平臺(tái)、使用反饋平臺(tái)、智能穿戴設(shè)備、人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)、多類傳感整合、多信息轉(zhuǎn)化、自主決策等技術(shù)；思之向度的升維主要基于數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫、知識(shí)表示、開源信息平臺(tái)、人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)、遠(yuǎn)程操作參與、自主決策等技術(shù)；像之向度的升維主要基于人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)、遠(yuǎn)程操作參與、多信息轉(zhuǎn)化、全景模擬、信息建模系統(tǒng)、自主決策等技術(shù)；構(gòu)之向度的升維主要基于數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫、資源調(diào)控平臺(tái)、智能穿戴設(shè)備、人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)、遠(yuǎn)程操作參與、性能映射模型、自主決策等技術(shù)，見表1。識(shí)、思、像、構(gòu)既是四個(gè)升維方向，也是一個(gè)交疊有序的循環(huán)發(fā)展過程。這種效應(yīng)既影響到內(nèi)涵表現(xiàn)，也改變著功能意義；既賦能于方案設(shè)計(jì)，也提升著產(chǎn)品功能。四種模式相互影響，交織著推動(dòng)可持續(xù)設(shè)計(jì)往前演進(jìn)。新一代人工智能技術(shù)應(yīng)用在環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)三方面的許多可持續(xù)設(shè)計(jì)實(shí)踐中顯現(xiàn)出設(shè)計(jì)賦能與價(jià)值創(chuàng)造的升維效應(yīng)。

圖4 四重升維路徑的基本性質(zhì)及關(guān)系

4 識(shí)：海量數(shù)據(jù)信息架構(gòu)的認(rèn)知性拓展

識(shí)之向度的人工智能技術(shù)在可持續(xù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，既擴(kuò)大客觀認(rèn)知范圍，也深化主觀認(rèn)知程度，呈現(xiàn)出針對(duì)性轉(zhuǎn)向全環(huán)境、圖文型轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)型、靜態(tài)獲取轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)獲取、物理感知轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)傳感、正確性轉(zhuǎn)向精確性的升維傾向。各種技術(shù)（網(wǎng)絡(luò)爬蟲、云平臺(tái)、多點(diǎn)定位、數(shù)據(jù)計(jì)算等）和設(shè)備（傳感器、攝像頭、智能穿戴等）的組合或整合，能通過看、聽、嗅、觸、識(shí)等信息通道自主獲取長時(shí)間的、連續(xù)的、大量的、全樣本的各種屬性、行為和時(shí)空數(shù)據(jù)，幫助設(shè)計(jì)者和設(shè)計(jì)對(duì)象更多維、更深層地觀察、感知和了解人與環(huán)境，甚至能以可理解的互動(dòng)方式將人的生理、行為、情緒等狀態(tài)和環(huán)境要素的變化集中快速地反映到機(jī)器中[28-29]，見表2。認(rèn)知中的“數(shù)據(jù)、算法”模式正在顛覆“物理、經(jīng)驗(yàn)”模式，使可持續(xù)設(shè)計(jì)走向自然科學(xué)領(lǐng)域的特征?？沙掷m(xù)設(shè)計(jì)中的認(rèn)知性將向垂直化和異質(zhì)性方向擴(kuò)展，并轉(zhuǎn)向細(xì)分化多焦點(diǎn)復(fù)合、全域化多層級(jí)綜合。

在前期調(diào)研和信息收集階段，各種智能認(rèn)知技術(shù)和設(shè)備大大縮短了觀察用戶、環(huán)境分析、案例攝取等工作的耗時(shí)，也減少了個(gè)人理解偏差，為價(jià)值定位和功能展開提供更完整的依據(jù)。大疆飛行眼鏡采用“攝像頭+穿戴式”遠(yuǎn)程同步VR技術(shù)，VR眼鏡背后的頭旋轉(zhuǎn)傳感器可以控制云臺(tái)攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)場景實(shí)時(shí)傳輸，同時(shí)眼鏡還與網(wǎng)絡(luò)知識(shí)庫連接，可隨時(shí)調(diào)取各種資料，便于識(shí)別所見之物并獲悉相關(guān)信息，見圖5（圖片來源根據(jù)設(shè)備影像繪制）。這個(gè)智能穿戴的人機(jī)協(xié)同設(shè)備整合多種傳感和開源信息等技術(shù)，讓設(shè)計(jì)者便于獲取更豐富的對(duì)象數(shù)據(jù)信息。

表1 四重升維路徑的具體內(nèi)容

表2 識(shí)之升維向度的五類技術(shù)典型應(yīng)用

多連接的產(chǎn)品感知技術(shù)可對(duì)環(huán)境與對(duì)象進(jìn)行更全面的感知與監(jiān)測(cè)，為功能輸出即時(shí)調(diào)整提供智能化支持。麻省理工學(xué)院城市科學(xué)研究組研發(fā)的城市智家多功能可變空間，見圖6（圖片來源THECOOLIST）配備有200多個(gè)第三代環(huán)境傳感器（TerMITes），分別置于部件和家具中，用于自主收集帶有時(shí)間和地點(diǎn)標(biāo)記的溫濕度、運(yùn)動(dòng)、環(huán)境光線、CO2等數(shù)據(jù)。TerMITes通過低功耗Wi-Fi將數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳到中央數(shù)據(jù)庫。TerMITes擬合多類傳感技術(shù)獲取環(huán)境特征和用戶使用情況，為改造和迭代設(shè)計(jì)提供有效依據(jù)[31]。

5 思：智能技術(shù)理性映射的思維性重塑

思之向度的人工智能技術(shù)在可持續(xù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，既革新觀念思維結(jié)構(gòu)，也重塑思維模式邏輯，呈現(xiàn)出邏輯式轉(zhuǎn)向程序式、單一主體轉(zhuǎn)向混合主體、經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)轉(zhuǎn)向質(zhì)量結(jié)合、三系統(tǒng)維度轉(zhuǎn)向三空間維度、專業(yè)知識(shí)轉(zhuǎn)向知識(shí)整合的升維傾向?；诙嘣獢?shù)據(jù)集、開源信息系統(tǒng)、人機(jī)協(xié)同技術(shù)等完成的知識(shí)圖譜及自主分析與決策，人工智能通過分析、合成、構(gòu)思、調(diào)整和驗(yàn)證五個(gè)計(jì)算步驟[32]，見表3?？梢岳砬鍞?shù)據(jù)中的模式、趨勢(shì)、相關(guān)性等普遍現(xiàn)象與基本規(guī)律，接管大量經(jīng)驗(yàn)性和總結(jié)性的思考工作或功能，并且其結(jié)果更具系統(tǒng)性、可比性、科學(xué)性和可靠性。相關(guān)的計(jì)算機(jī)科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)和統(tǒng)計(jì)科學(xué)等多領(lǐng)域技術(shù)及觀念向設(shè)計(jì)思維的深度融合，在可持續(xù)理念框架下正在改變?cè)O(shè)計(jì)的底層邏輯，“可持續(xù)AI＋”思維語境將重新定義可持續(xù)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、范式、流程、工具和手段。

圖5 大疆飛行眼鏡應(yīng)用場景

圖6 裝有TerMITes傳感器的城市智家空間及中央數(shù)據(jù)系統(tǒng)

新的算法模型或多算法耦合可以更有效地進(jìn)行學(xué)習(xí)、分析、推理、決策、管理，對(duì)形態(tài)要素、能耗、生態(tài)影響、材料等做全流程、全生命周期的整體性考量。例如，基于網(wǎng)絡(luò)化和云平臺(tái)的多維數(shù)據(jù)處理和算法耦合技術(shù)，運(yùn)用反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（BPNN）與多目標(biāo)進(jìn)化算法（MOEA）展開的多目標(biāo)優(yōu)化計(jì)算，能突破以往算法模型耗時(shí)長的瓶頸，通過各項(xiàng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)值與目標(biāo)值相關(guān)性分析，有效權(quán)衡天然采光和熱舒適性能目標(biāo)與設(shè)備能耗的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化與決策支持，見圖7（圖片來源根據(jù)文獻(xiàn)資料改繪）。

產(chǎn)品內(nèi)置的智能程序組合能自主對(duì)從外界輸入的信息進(jìn)行語義分析，判斷使用者意圖、新的需求點(diǎn)和環(huán)境要素變化，并做出能創(chuàng)造功能價(jià)值的決策反饋。I搭智能搭配系統(tǒng)運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)和模式識(shí)別技術(shù)，根據(jù)用戶此刻的穿衣喜好或是著裝的場景需求，自動(dòng)推薦全身服飾搭配，提高衣物的使用效率，見圖8（圖片來源啟尚科技），同時(shí)，還可將這個(gè)系統(tǒng)連接到慈善網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，讓系統(tǒng)智能搜索平臺(tái)上的公益需求并進(jìn)行匹配，將不需要但尚可利用的衣物通過慈善網(wǎng)站精準(zhǔn)地捐贈(zèng)給有需要的人。

表3 思之升維向度的五類技術(shù)典型應(yīng)用

圖7 耦合MOEA和BPNN的多性能自主分析

圖8 I搭智能搭配軟件及應(yīng)用界面系統(tǒng)

6 像：多維模態(tài)事理轉(zhuǎn)化的表達(dá)性增強(qiáng)

像之向度的人工智能技術(shù)在可持續(xù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，既多維豐富表達(dá)方式，也全面提升表達(dá)能力，呈現(xiàn)出分段單層次轉(zhuǎn)向全生命周期、單向表達(dá)轉(zhuǎn)向?qū)崟r(shí)交互、二維表現(xiàn)轉(zhuǎn)向多維結(jié)合、物質(zhì)性轉(zhuǎn)向非物質(zhì)、軟件界面轉(zhuǎn)向擬態(tài)模型的升維傾向。依托信息建模、數(shù)字孿生、語音合成、圖像生成、交互顯示界面等技術(shù)，可視化、清晰化、立體化的系統(tǒng)性數(shù)字信息和各路信號(hào)具有二維圖像表達(dá)、三維立體表達(dá)、四維動(dòng)態(tài)表達(dá)、N維全息表達(dá)、N＋維實(shí)時(shí)反饋表達(dá)等信息呈現(xiàn)形式，見表4。一方面，它們能實(shí)現(xiàn)從自然與社會(huì)尺度到單個(gè)因素尺度、從生態(tài)性要素到人性化要素的全方位表達(dá)；另一方面，它們能以多種形式進(jìn)行即時(shí)性、交互性的意圖、狀態(tài)和功能表達(dá)。多因素復(fù)合權(quán)衡與多表達(dá)方式耦合預(yù)測(cè)計(jì)算能精確呈現(xiàn)出信息內(nèi)容，作為媒介的多模態(tài)信息載體將成為人、物與環(huán)境交互的重要環(huán)節(jié)，使主客體之間能快速達(dá)成目標(biāo)價(jià)值實(shí)現(xiàn)的最優(yōu)路徑。

設(shè)計(jì)中的智能化表達(dá)系統(tǒng)能準(zhǔn)確細(xì)化地模擬形態(tài)、性能、結(jié)構(gòu)、影響因素等，可以實(shí)現(xiàn)全周期、全要素、參數(shù)化、多情景與互動(dòng)式[34]的設(shè)計(jì)表現(xiàn)，推動(dòng)可持續(xù)設(shè)計(jì)生成評(píng)價(jià)一體化流程轉(zhuǎn)變趨勢(shì)。Desktop Metal公司的Live Parts軟件能根據(jù)用戶正在構(gòu)建的對(duì)象結(jié)構(gòu)限制和輸入的約束條件，見圖9（圖片來源根據(jù)公開資料繪制），使用基于生物靈感的人工智能模型，快速生成帶有性能結(jié)構(gòu)信息的較少材料消耗的三維形態(tài)，并與3D打印系統(tǒng)連接，自主生成實(shí)物模型。Live Parts降低了技術(shù)門檻，也節(jié)約了生成轉(zhuǎn)化成本，能快速生成實(shí)用性較高的設(shè)計(jì)模型。

信息智能傳達(dá)系統(tǒng)能更好地提示產(chǎn)品功能、意圖、狀態(tài)和環(huán)境變化，提升產(chǎn)品的易用性和多層次使用體驗(yàn)，加強(qiáng)智能產(chǎn)品之間的連接互動(dòng)。例如，為漸凍癥患者設(shè)計(jì)輔助表達(dá)產(chǎn)品可以整合腦電捕捉和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，將語音和成像技術(shù)作為新的用戶界面[35]，利用全息投影展現(xiàn)患者的面部表情和情緒，利用語音合成技術(shù)播放患者想表達(dá)的語言，并通過不同顏色的燈閃提示有腦電信號(hào)產(chǎn)生，或是情緒激動(dòng)、需要陪護(hù)、設(shè)備故障等情況，見圖10（圖片來源根據(jù)文獻(xiàn)資料改繪）。這樣既節(jié)省了屏幕設(shè)備的材料消耗，又讓患者能夠像正常人一般有尊嚴(yán)地表達(dá)交流。

表4 像之升維向度的五類技術(shù)典型應(yīng)用

圖10 漸凍癥患者輔助表達(dá)產(chǎn)品及信息模擬系統(tǒng)

7 構(gòu)：二元主體價(jià)值創(chuàng)造的行動(dòng)性提升

構(gòu)之向度的人工智能技術(shù)在可持續(xù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，既二元細(xì)分行動(dòng)主體，也賦能主體行動(dòng)效力，呈現(xiàn)出低效率轉(zhuǎn)向高效率、操作性轉(zhuǎn)向自主性、單一主體轉(zhuǎn)向人機(jī)協(xié)同、技術(shù)支持轉(zhuǎn)向平臺(tái)支持、線性實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向交替生成的升維傾向，見表5。性能映射算法、智能調(diào)控平臺(tái)、自主行動(dòng)機(jī)器、人機(jī)互助設(shè)備、智能穿戴設(shè)備等技術(shù)，使行動(dòng)機(jī)器成為兼具主體性、工具性和客體性的存在，能完成自組織生成與自適應(yīng)優(yōu)化。三系統(tǒng)意義生成的主體性演替正在發(fā)生，“行動(dòng)者”位置必然將存在人與“非人”的疊加、網(wǎng)絡(luò)與身份集合[36]。一方是自上而下的可持續(xù)理念導(dǎo)向，一方是自下而上的三系統(tǒng)數(shù)據(jù)導(dǎo)向；一種基于雙主體協(xié)同聯(lián)動(dòng)的“生物機(jī)制”，在功能價(jià)值生成與實(shí)踐中已建立起“意圖—功能—價(jià)值”的全新連接，可持續(xù)設(shè)計(jì)中新的“創(chuàng)造基因”將充分激活人的智慧和機(jī)器智能，融合發(fā)揮共情、創(chuàng)意、責(zé)任和數(shù)據(jù)、邏輯、計(jì)算等工具優(yōu)勢(shì)，提升設(shè)計(jì)與功能的品質(zhì)和效率。

不斷迭新的算法模型能完成越來越多的重復(fù)性、可計(jì)算、體力型設(shè)計(jì)工作，以及初步設(shè)計(jì)[38]和方案評(píng)價(jià)[39]，算法機(jī)器與人的協(xié)同提升了設(shè)計(jì)效率，讓設(shè)計(jì)者回歸創(chuàng)造本質(zhì)。例如，條件生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（CGAN）能很好地幫助設(shè)計(jì)者處理性能的“結(jié)構(gòu)—形態(tài)”等二元要素設(shè)計(jì)問題[40-41]。CGAN算法對(duì)設(shè)計(jì)者收集的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及成功案例進(jìn)行學(xué)習(xí)分析訓(xùn)練，能自動(dòng)尋找出環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)三方面的重要特征及與形態(tài)的關(guān)聯(lián)，并可據(jù)此結(jié)合設(shè)計(jì)條件快速完成大量符合可持續(xù)性能要求的新方案設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者可篩選較好的方案再進(jìn)行深化細(xì)節(jié)的創(chuàng)作和完善，見圖11。

系統(tǒng)化智能產(chǎn)品的功能價(jià)值輸出主體已不限于靜態(tài)功能，自主機(jī)器或程序也是執(zhí)行功能和意義生產(chǎn)的主體，功能變得更加多元，并可以自主實(shí)現(xiàn)。麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的城市無人智慧車（PEV）系統(tǒng)，見圖12（圖片來源MIT Media Lab）通過智能監(jiān)控中心統(tǒng)一調(diào)控，高峰時(shí)段載人、空閑時(shí)段快遞包裹。運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)讓PEV提前到達(dá)高需求區(qū)域，平衡供給，避免擁堵。騎車人可通過手機(jī)APP召喚最近的PEV自動(dòng)駛來[42]。PEV創(chuàng)造了一種安全、低碳、低成本、共享的能增加城市活力和人際交往的友好出行方式。

表5 構(gòu)之升維向度的五類技術(shù)典型應(yīng)用

圖11 設(shè)計(jì)者與CGAN算法機(jī)器協(xié)同的可持續(xù)設(shè)計(jì)流程

圖12 PEV多用途無人共享車及終端管控系統(tǒng)

8 結(jié)語

在新一代人工智能推動(dòng)可持續(xù)設(shè)計(jì)的升維過程中，雖然以往的數(shù)據(jù)質(zhì)量、倫理安全[43]、經(jīng)驗(yàn)時(shí)效等問題同樣存在，但并不影響人工智能技術(shù)順著識(shí)、思、像、構(gòu)四條路徑逐漸發(fā)展為可持續(xù)設(shè)計(jì)的一種基礎(chǔ)技術(shù)，將設(shè)計(jì)的可持續(xù)內(nèi)容擴(kuò)展為人與自然、人與社會(huì)、人與自我、人與智能的關(guān)系范疇，賦予可持續(xù)設(shè)計(jì)豐富的理論和實(shí)踐能力。闡釋識(shí)、思、像、構(gòu)四重升維路徑，有助于認(rèn)清可持續(xù)設(shè)計(jì)變革所面臨的新環(huán)境、新形勢(shì)、新問題，促進(jìn)人工智能2.0技術(shù)向可持續(xù)設(shè)計(jì)的良性融入。認(rèn)知、思維、表達(dá)、行動(dòng)四重向度的人工智能技術(shù)運(yùn)用，應(yīng)繼續(xù)秉承“變通”與“堅(jiān)守”的辯證思路，發(fā)展出自然與人文、人性與智能的平衡，創(chuàng)造可適用、可解釋、可持續(xù)的智能化設(shè)計(jì)方案。

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Dimension-Raising Path of Sustainable Design Driven by AI 2.0

GAO Yun-ting

(School of Art, Southeast University, Nanjing 211189)

This paper expounds on the dimension-increasing path of sustainable design driven by the new generation of artificial intelligence, and provides a certain basis and support for the rational design and application of artificial intelligence technology. Based on the application technology of artificial intelligence 2.0 and a large number of design practice cases, the value-added effect and new characteristics of design content, method, process, form, effect and other aspects of design under the concept of sustainable design are studied through hierarchical structure and comparative analysis, and the upgrading mode and technical application approach of sustainable design are explored.The development and evolution of sustainable design are affected by the new generation of artificial intelligence technology, and there are four ways to increase the dimension of sustainable design: recognition, thinking, image and construction.The continuous integration of sustainable design and artificial intelligence has become an obvious trend. The intelligent function and multi-meaning value of design and its objects will be given from the four dimensions that cognition, thinking, expression and action. The new tools and subjects will profoundly affect the design value creation of the environment, economy and society.

sustainable Design; artificial intelligence 2.0; technology application; upgrade

TB472

A

1001-3563(2022)02-0200-11

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.02.026

2021-10-24

廣東省重點(diǎn)培育建設(shè)學(xué)科“設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)”項(xiàng)目（粵教研函2012.13號(hào)）；廣東省質(zhì)量工程與教研教改項(xiàng)目（CXQX-ZI201802）；廣東省普通高校重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)ｍ?xiàng)項(xiàng)目（2020ZDZX1017）

高云庭（1986—），男，湖北人，東南大學(xué)藝術(shù)學(xué)院博士生，主要從事可持續(xù)設(shè)計(jì)、藝術(shù)學(xué)理論研究。