AI技術(shù)在人居環(huán)境設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探究

單璐辰　魏澤崧

摘 要：AI是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動(dòng)力量，是研究、開(kāi)發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門(mén)新的技術(shù)科學(xué)。目前，AI技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛。AI技術(shù)應(yīng)用于人居環(huán)境設(shè)計(jì)是人類(lèi)科技成果在建筑環(huán)境中的一種具體表現(xiàn)，還需要不斷創(chuàng)新與完善以營(yíng)造出適宜的人居環(huán)境空間。人居環(huán)境好壞關(guān)系到人們的生活品質(zhì)和身心健康，以及生產(chǎn)活動(dòng)和人際關(guān)系。以南京麗笙精選度假酒店項(xiàng)目為例，論述AI技術(shù)在人居環(huán)境設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用，闡述如何實(shí)現(xiàn)人居環(huán)境設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)師、使用者與環(huán)境三者的有機(jī)結(jié)合。

關(guān)鍵詞：AI；人居環(huán)境；設(shè)計(jì)

AI（Artificial Intelligence）研究的是如何使用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人的某些思維過(guò)程和智能行為，具體而言，包括邏輯推理（也就是編程的順序推理）、問(wèn)題求解、知識(shí)表達(dá)（把復(fù)雜的、模糊的、未知的信息轉(zhuǎn)換成能夠被電腦加工的特定數(shù)據(jù)）、規(guī)劃和學(xué)習(xí)等。

AI研究領(lǐng)域包括計(jì)算機(jī)視覺(jué)、自然語(yǔ)言處理、專(zhuān)家系統(tǒng)、智能機(jī)器人、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)工程等。目前，AI已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，在醫(yī)療、金融等行業(yè)中取得了巨大的成功[1]。

人居環(huán)境設(shè)計(jì)，是在人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的大背景下，從整體上把握人與自然的和諧關(guān)系，將建筑、景觀、室內(nèi)設(shè)施等因素進(jìn)行整合，以營(yíng)造出適宜居住的空間。它包括人類(lèi)實(shí)用器具設(shè)計(jì)、陳設(shè)設(shè)計(jì)、活動(dòng)空間設(shè)計(jì)等。人居環(huán)境設(shè)計(jì)與人類(lèi)生活息息相關(guān)，是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程。隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，人居環(huán)境設(shè)計(jì)也需要不斷創(chuàng)新與完善，為人類(lèi)提供更高品質(zhì)的生活環(huán)境。

一、AI技術(shù)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用前景

從現(xiàn)階段的形勢(shì)來(lái)看，AI技術(shù)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)方面，有著巨大的發(fā)展空間，在優(yōu)化設(shè)計(jì)流程、提升設(shè)計(jì)品質(zhì)、激發(fā)新的思路與觀念等方面都有著重要的意義。隨著AI技術(shù)的進(jìn)一步成熟，將來(lái)會(huì)有愈來(lái)愈多的產(chǎn)品能夠滿(mǎn)足用戶(hù)的個(gè)性化需要。

利用AI技術(shù)，可以對(duì)用戶(hù)的行為進(jìn)行采集、分析，從而提出符合用戶(hù)生活習(xí)慣、美學(xué)偏好的室內(nèi)設(shè)計(jì)方案。在既有的大量應(yīng)用實(shí)踐中，利用AI技術(shù)能夠?qū)Ａ康沫h(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)例展開(kāi)分析與學(xué)習(xí)，從而提出新的設(shè)計(jì)思路與方法。除此以外，利用AI技術(shù)，可以快速地對(duì)不同的設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行仿真，并利用優(yōu)化算法尋找出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案[2]。

（一）國(guó)外AI技術(shù)應(yīng)用

國(guó)外許多設(shè)計(jì)師早就將AI技術(shù)引入設(shè)計(jì)領(lǐng)域，并取得了較好的實(shí)踐效果。美國(guó)的IBM公司開(kāi)發(fā)的“沃森設(shè)計(jì)”（Watson Design）平臺(tái)，可以通過(guò)對(duì)大量數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和分析，輔助設(shè)計(jì)師進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化和選擇。該平臺(tái)已經(jīng)在多個(gè)建筑設(shè)計(jì)項(xiàng)目中得到了應(yīng)用，并取得了不錯(cuò)的效益[3]。英國(guó)建筑研究所研發(fā)出一套以AI技術(shù)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)輔助系統(tǒng)，其可以協(xié)助設(shè)計(jì)者對(duì)建筑物外形進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化。該系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠?qū)ㄖ锿庑芜M(jìn)行建模和渲染，在計(jì)算機(jī)上完成模擬后再通過(guò)3D打印機(jī)制造出模型，然后再將其輸入CAD軟件中進(jìn)行分析。荷蘭的一家公司研發(fā)出一套智能園林規(guī)劃軟件。該軟件能夠適應(yīng)各類(lèi)群體的需要與生活方式，從而實(shí)現(xiàn)多元化的園林景觀規(guī)劃。Autodesk公司的Dreamcatcher基于AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)流程自動(dòng)化控制，可用于設(shè)計(jì)和優(yōu)化產(chǎn)品。Dreamcatcher可在既有的設(shè)計(jì)要求、參數(shù)的基礎(chǔ)上，快速地生成一組滿(mǎn)足各種需求的模型，幫助設(shè)計(jì)師更快速地創(chuàng)建和測(cè)試產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并提供優(yōu)化建議。

（二）國(guó)內(nèi)AI技術(shù)應(yīng)用

在我國(guó)，將AI技術(shù)運(yùn)用于設(shè)計(jì)中，已經(jīng)引起了廣泛的重視，并取得了一定的實(shí)踐成果。

AI有很多研究方向，在過(guò)去幾年里，中國(guó)在這些方向上都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，包括深度學(xué)習(xí)、自然語(yǔ)言處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、語(yǔ)音識(shí)別和機(jī)器人等，而且已經(jīng)建立起了完整的產(chǎn)業(yè)鏈。以互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)為例，阿里巴巴和騰訊是互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中AI研究方面的佼佼者，他們已經(jīng)將AI應(yīng)用于他們所提供的商品和服務(wù)之中。AI技術(shù)作為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的核心力量，正在推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代，驅(qū)動(dòng)“無(wú)人經(jīng)濟(jì)”快速發(fā)展，在智能交通、智能家居、智能醫(yī)療等民生領(lǐng)域產(chǎn)生積極影響。

AI時(shí)代的到來(lái)，使得設(shè)計(jì)師可以從新的角度去審視設(shè)計(jì)，開(kāi)拓出新的設(shè)計(jì)思路。設(shè)計(jì)師可以更容易地使用數(shù)據(jù)，并且可以為復(fù)雜的問(wèn)題提供創(chuàng)新性的解決方案。

二、AI在人居環(huán)境設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

人居環(huán)境，是人類(lèi)居住、工作、休閑活動(dòng)、社交的場(chǎng)所，這里面既包括居室，也包括個(gè)體建筑、建筑群和住宅小區(qū)，以及其他的公共場(chǎng)所。人居環(huán)境涉及自然環(huán)境（包括生態(tài)環(huán)境、氣候環(huán)境、物理環(huán)境等）和人文環(huán)境（包括藝術(shù)環(huán)境、社會(huì)環(huán)境和文化環(huán)境等）兩個(gè)方面，由許多要素構(gòu)成的，概括地說(shuō)包括空間布置、建筑造型、照明燈光、溫濕度、與自然環(huán)境的關(guān)系等等。人居環(huán)境好壞，不但關(guān)系到人們的生活品質(zhì)，而且關(guān)系到人們的身心健康、生產(chǎn)活動(dòng)和人際關(guān)系。

（一）AI賦能下的人居環(huán)境設(shè)計(jì)的意義

AI賦能下的人居環(huán)境設(shè)計(jì)以大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”、云計(jì)算作為技術(shù)支持，以實(shí)現(xiàn)安全、舒適、美觀的人居環(huán)境為目的，協(xié)助設(shè)計(jì)者運(yùn)用更加高效的手段實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。AI技術(shù)賦能已成為人居環(huán)境設(shè)計(jì)的主要趨勢(shì)[4]。

AI可以為人居環(huán)境設(shè)計(jì)的早期分析和整體計(jì)劃提供一些決策支撐。AI通過(guò)對(duì)海量的設(shè)計(jì)信息進(jìn)行深入的研究，幫助設(shè)計(jì)者更好地了解使用者的需要，提升設(shè)計(jì)效率。

在建筑設(shè)計(jì)中，利用AI可以迅速構(gòu)建與優(yōu)化建筑建模。AI在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用，一方面可以通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成各種方案的設(shè)計(jì)，節(jié)省時(shí)間與人力；另一方面還可以根據(jù)不同的情況進(jìn)行相應(yīng)的適應(yīng)性調(diào)節(jié)，以達(dá)到使用者對(duì)環(huán)境的要求。例如，在建筑設(shè)計(jì)中，通過(guò)計(jì)算模型對(duì)采光、通風(fēng)等進(jìn)行模擬，可以根據(jù)數(shù)據(jù)分析進(jìn)行合理規(guī)劃；通過(guò)分析歷史數(shù)據(jù)，還可以在設(shè)計(jì)階段為業(yè)主提供最優(yōu)方案；又或者是在建筑建成之后，通過(guò)對(duì)各種運(yùn)行情況的統(tǒng)計(jì)與分析，為業(yè)主提供最優(yōu)的運(yùn)維建議。AI還可以通過(guò)對(duì)建筑設(shè)備的智能化監(jiān)控與預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，比如利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法對(duì)樓宇設(shè)備的使用年限進(jìn)行預(yù)估，從而及時(shí)進(jìn)行維護(hù)或替換，以規(guī)避潛在的風(fēng)險(xiǎn)。在一定的設(shè)計(jì)條件下，AI賦能下的智能家庭可以對(duì)照明、供暖、空調(diào)等家庭設(shè)施進(jìn)行自主的操控，從而更符合人類(lèi)的日常生活需要，提升居住品質(zhì)，并節(jié)約能源。

綜上，人居環(huán)境設(shè)計(jì)中加入AI技術(shù)后，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)師、使用者、環(huán)境三者有機(jī)結(jié)合，以科技之力對(duì)居住環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，提高居住品質(zhì)，具有不可忽視的重大作用。

（二）AI賦能下的人居環(huán)境設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

隨著AI技術(shù)的不斷發(fā)展，其在人居環(huán)境設(shè)計(jì)工作中的應(yīng)用價(jià)值也逐漸凸顯出來(lái)，相較于傳統(tǒng)的人居環(huán)境設(shè)計(jì)考慮的方面更加全面，能夠統(tǒng)籌更多的設(shè)計(jì)因素。在此背景下，人們的生活需求也在不斷變化，人居環(huán)境設(shè)計(jì)越來(lái)越注重個(gè)性化的表達(dá)，越來(lái)越多元化，人們對(duì)于室內(nèi)設(shè)計(jì)的要求也隨之發(fā)生了變化。針對(duì)這一問(wèn)題，可以基于AI技術(shù)賦能，借助大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)對(duì)客戶(hù)需求進(jìn)行收集和整理，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，從而為客戶(hù)提供更加個(gè)性化、多元化的設(shè)計(jì)方案。

在新時(shí)代背景下，人們對(duì)人居環(huán)境提出了更高的要求。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的環(huán)保節(jié)能意識(shí)越來(lái)越高，越來(lái)越青睞于綠色設(shè)計(jì)，對(duì)環(huán)境品質(zhì)要求越來(lái)越高。比如，人們希望通過(guò)利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等對(duì)環(huán)境空間進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)空間功能優(yōu)化。而AI技術(shù)支持下的太陽(yáng)能集熱器、通風(fēng)系統(tǒng)等設(shè)施，能夠打造舒適的居住環(huán)境，有效降低建筑物能耗，滿(mǎn)足人們的期待[5]。

三、AI賦能下的設(shè)計(jì)——以南京麗笙精選度假酒店項(xiàng)目為例

南京麗笙精選度假酒店（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“麗笙酒店”）屬于南京園博園（一期）項(xiàng)目，位于展園東側(cè)。南京園博園是按照江蘇省園藝博覽會(huì)的要求，配套建設(shè)的園林主題公園，位于南京湯山原廢棄礦區(qū)。麗笙酒店作為園區(qū)重要的支持配套建筑設(shè)施，于2021年6月建成投入使用，設(shè)計(jì)范圍近3.5萬(wàn)平方米。

作為南京園博園的重要配套建筑，麗笙酒店秉承著“山水為鄰，和樂(lè)共生”的理念，將人、自然、建筑、人與人之間的關(guān)系緊密聯(lián)系在一起，希望創(chuàng)造一個(gè)美好的空間環(huán)境。整個(gè)酒店包括度假酒店、會(huì)議中心、特色餐飲等設(shè)施，打造自然與建筑和諧共生的人文環(huán)境，以人為本，以“和合”為核心理念，將中國(guó)傳統(tǒng)文化中“和”的思想與現(xiàn)代設(shè)計(jì)手法相結(jié)合，形成了具有南京地域特色的景觀符號(hào)。

（一）場(chǎng)所設(shè)計(jì)構(gòu)思

在建筑設(shè)計(jì)的前期構(gòu)想中，借鑒了宋朝著名山水畫(huà)家郭熙在《林泉高致》中表達(dá)的藝術(shù)理念，將賓館建筑的主體與周?chē)淖匀画h(huán)境融合在一起，松柏、溫泉與青山環(huán)繞，模糊建筑與自然的邊界，創(chuàng)造出與自然和諧共生的、充滿(mǎn)詩(shī)意的城市景觀。

（二）場(chǎng)地分析中AI的應(yīng)用

麗笙酒店的選址研究，重點(diǎn)是對(duì)選址位置的定位和推測(cè)。為了更加客觀地分析和解讀崖壁、潭面景觀與場(chǎng)地走勢(shì)的相互聯(lián)系，提出了基于GIS的可視化方法。以實(shí)地為基礎(chǔ)，對(duì)“坡，高，坡”三個(gè)基本元素的切矢量和法矢量進(jìn)行了研究，形成復(fù)合向量場(chǎng)，再進(jìn)一步通過(guò)粒子集群智能算法求得粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡[6]。

以顆粒集群的智能化算法為基礎(chǔ)，構(gòu)建既與景觀空間相適應(yīng)的空間增長(zhǎng)形式，又與景觀空間相融合的空間格局。以景為載體，將科技賦能到風(fēng)景園林中，將其運(yùn)用到建筑智能化設(shè)計(jì)中。

建筑設(shè)計(jì)上，將曲線幾何圖形安置在從低到高的斜坡上，使其與山體斜坡相吻合。這不僅在構(gòu)造上是合理的，而且是對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)斜坡屋頂建造方法的繼承和回應(yīng)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地貌特點(diǎn)，考慮到實(shí)際高度的變化，將現(xiàn)場(chǎng)分為三個(gè)分區(qū)。以三大區(qū)塊為依托，按照不同的地理位置，將不同的地塊按照不同的地形進(jìn)行不同的分區(qū)，從而構(gòu)成了一種分層的地塊形式。

設(shè)定五種高差變化，以環(huán)形游園路徑為線索，將客房單元、會(huì)客大廳、公共衛(wèi)生保健、飲食娛樂(lè)和園林景觀五大元素相互聯(lián)系。通過(guò)這種方式，整體上構(gòu)成了一個(gè)與山體肌理相融的體系。它與周邊的園林設(shè)備等產(chǎn)生共振，使建筑物與自然環(huán)境融為一體。

（三）建筑設(shè)計(jì)中AI的應(yīng)用

麗笙酒店在外墻立面上，除開(kāi)對(duì)結(jié)構(gòu)性造型形態(tài)進(jìn)行研究之外，還將重點(diǎn)放在基于性能構(gòu)建的建筑機(jī)器人構(gòu)建模型的研究和應(yīng)用上，以科學(xué)手段重構(gòu)具有本土特色的傳統(tǒng)文化記憶。建筑機(jī)器人構(gòu)建模型可模擬建筑物在不同環(huán)境中的行為，通過(guò)智能算法，使其達(dá)到最佳性能，并在未來(lái)能夠進(jìn)行自主決策，從而使建筑更加安全、節(jié)能和高效。

此外，麗笙酒店建筑外立面設(shè)計(jì)運(yùn)用圖像干擾技術(shù)，控制瓷磚表面的凹凸、陰影、裂縫交錯(cuò)等紋理，對(duì)圖像信息進(jìn)行抽象轉(zhuǎn)換，操縱機(jī)器人進(jìn)行搭建，最終形成“紫金山水”的數(shù)碼表達(dá)方式，重現(xiàn)麗笙酒店初期設(shè)計(jì)理念中“景觀”和“山水”的雙組分圖像。數(shù)字化設(shè)計(jì)和數(shù)字加工工具擺脫了機(jī)械化，能夠以定制生產(chǎn)模式經(jīng)濟(jì)地完成傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的加工，并且模擬工具允許對(duì)節(jié)點(diǎn)連接的傳力機(jī)制和性能進(jìn)行模擬。

本項(xiàng)目采用數(shù)字技術(shù)，結(jié)合AI，對(duì)不同參數(shù)進(jìn)行提取、集成與優(yōu)化，并將其用于實(shí)際工程，以達(dá)到安全、節(jié)能、高效的目的。以AI為基礎(chǔ)的木、磚混結(jié)構(gòu)人機(jī)協(xié)作，在工期、完成精度等方面也有顯著優(yōu)勢(shì)，實(shí)質(zhì)上是在人與機(jī)之間構(gòu)建真實(shí)的互動(dòng)關(guān)系。這一互動(dòng)，讓人對(duì)機(jī)器有了更深刻的認(rèn)識(shí)。后人類(lèi)時(shí)代，人類(lèi)社會(huì)將更加高效、便捷。

四、結(jié)語(yǔ)

在AI技術(shù)的不斷發(fā)展下，其在人居環(huán)境設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值越來(lái)越明顯。在現(xiàn)階段的社會(huì)，大眾對(duì)人居環(huán)境的需求也在不斷地發(fā)生變化，因此，充分利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、AI等技術(shù)，收集并整理顧客的需求，為顧客提供更為個(gè)性化、多樣化的設(shè)計(jì)方案，這是目前以及今后人居環(huán)境設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。

以南京麗笙酒店為例，可見(jiàn)，結(jié)合AI技術(shù)，通過(guò)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、布局規(guī)劃、模擬等多方面的研究，可以盡可能快速地提出場(chǎng)所建筑需求以及建筑外立面設(shè)計(jì)的最佳解決方案，以達(dá)到“山水為鄰，和諧共處”的設(shè)計(jì)目的。在此基礎(chǔ)上，以基于GIS的可視化方法對(duì)其區(qū)位、位置進(jìn)行研究，并將數(shù)字技術(shù)與AI相融合，形成“紫金山水”的數(shù)字化表現(xiàn)形式，使整個(gè)工程得以圓滿(mǎn)完成，使之成為南京園博園中的特色建筑空間。

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作者簡(jiǎn)介：

單璐辰，北京交通大學(xué)碩士研究生。研究方向：人居環(huán)境設(shè)計(jì)。

魏澤崧（通訊作者），博士，北京交通大學(xué)教授。研究方向：環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)。