人工智能技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，作為復(fù)雜技術(shù)與腦力相結(jié)合的建筑設(shè)計(jì)行業(yè)面臨諸多挑戰(zhàn)，急需通過(guò)新興技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，以更好地滿(mǎn)足用戶(hù)需求。人工智能技術(shù)作為一種前沿技術(shù)，在農(nóng)業(yè)、通信、金融、醫(yī)療等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，已逐漸融入大眾的工作和生活，帶動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，給人們的衣食住行帶來(lái)了諸多便利。對(duì)此，可將人工智能技術(shù)應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)中，以此完善設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)效率，推動(dòng)建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。

一、人工智能技術(shù)引發(fā)的建筑設(shè)計(jì)變革

人工智能最早于1956年被提出，被定義為一門(mén)研究、開(kāi)發(fā)用于模擬和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)以及應(yīng)用系統(tǒng)的科學(xué)。同時(shí)，人工智能包含一系列技術(shù)和工具，是一門(mén)融合不同領(lǐng)域知識(shí)（數(shù)學(xué)、心理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、語(yǔ)言學(xué)等）的交叉學(xué)科，旨在讓機(jī)器具有模擬人類(lèi)認(rèn)知思考和自我學(xué)習(xí)的能力，從而讓機(jī)器能夠替代人類(lèi)做復(fù)雜煩瑣的工作。而建筑設(shè)計(jì)作為一門(mén)綜合性學(xué)科，需要設(shè)計(jì)師在復(fù)雜的設(shè)計(jì)問(wèn)題中尋找最合理的解決方案。同時(shí)，這一過(guò)程需要統(tǒng)籌規(guī)劃，權(quán)衡利弊，反復(fù)推敲，會(huì)耗費(fèi)設(shè)計(jì)師大量的時(shí)間和精力。人工智能技術(shù)的應(yīng)用，則能輔助設(shè)計(jì)師處理建筑設(shè)計(jì)階段遇到的復(fù)雜問(wèn)題，甚至替代設(shè)計(jì)師直接完成程序化和重復(fù)性的工作。[1]

此外，建筑設(shè)計(jì)是一種腦力勞動(dòng)密集型的傳統(tǒng)行業(yè)，雖然目前設(shè)計(jì)已從以往的尺規(guī)作圖轉(zhuǎn)變?yōu)榛趫D形設(shè)計(jì)和三維建模的電腦制圖，CAD、SketchUp、Rhino等軟件得到廣泛的應(yīng)用，設(shè)計(jì)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了信息化，并且設(shè)計(jì)效率得到提升，但其原有的設(shè)計(jì)方法和流程變化不大，部分設(shè)計(jì)師延續(xù)了從概念方案、初步設(shè)計(jì)、深化設(shè)計(jì)到施工圖設(shè)計(jì)的模式，每個(gè)設(shè)計(jì)階段的成果都離不開(kāi)設(shè)計(jì)師自身的思考和一筆一畫(huà)的電腦制圖。同時(shí)，建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的信息化發(fā)展并未將設(shè)計(jì)師從復(fù)雜繁重的制圖勞動(dòng)中解放出來(lái)，甚至加大了設(shè)計(jì)師的制圖工作強(qiáng)度。而人工智能技術(shù)的應(yīng)用，打破了原有的建筑設(shè)計(jì)流程與模式，極大地提升了設(shè)計(jì)效率。比如，設(shè)計(jì)師通過(guò)應(yīng)用人工智能生成內(nèi)容（AIGC）[2]，可有效縮短建筑設(shè)計(jì)周期，完善設(shè)計(jì)方案，更好地滿(mǎn)足用戶(hù)的個(gè)性化需求。

二、人工智能技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

與人類(lèi)相比，人工智能具備明顯的優(yōu)勢(shì)，其能夠依靠強(qiáng)大的計(jì)算能力處理大量的數(shù)據(jù)和復(fù)雜的問(wèn)題，甚至模擬現(xiàn)實(shí)中的各種場(chǎng)景，為設(shè)計(jì)師開(kāi)展建筑設(shè)計(jì)提供邏輯支撐，從而輔助設(shè)計(jì)師完善建筑設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)效果。

（一）提升設(shè)計(jì)效率

中國(guó)勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，在傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)流程中，設(shè)計(jì)師 60% 的時(shí)間用于重復(fù)性繪圖與規(guī)范校核，導(dǎo)致設(shè)計(jì)創(chuàng)新創(chuàng)意不足。人工智能通過(guò)算法邏輯可生成海量的設(shè)計(jì)方案，并且可根據(jù)用戶(hù)需求快速調(diào)整設(shè)計(jì)方案細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的快速迭代。同時(shí)，現(xiàn)有生成式人工智能技術(shù)與性能優(yōu)化算法可實(shí)現(xiàn)建筑形態(tài)與能耗的協(xié)同創(chuàng)新，突破傳統(tǒng)線(xiàn)性設(shè)計(jì)流程，提升設(shè)計(jì)方案生成效率。[3]

同時(shí)，人工智能技術(shù)不僅能加速建筑設(shè)計(jì)迭代，還可通過(guò)隨機(jī)性參數(shù)設(shè)置（如“建筑風(fēng)格混合”功能）激發(fā)非理性創(chuàng)意，形成“機(jī)器美學(xué)”特征一—幾何復(fù)雜性、參數(shù)化肌理與超現(xiàn)實(shí)空間邏輯。比如，利用人工智能技術(shù)，可將建筑美學(xué)與物理性能（如采光、能耗、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、建造技術(shù)）深度耦合，通過(guò)人工智能算法動(dòng)態(tài)調(diào)整窗墻比與建筑形態(tài)，使美學(xué)表達(dá)與可持續(xù)目標(biāo)達(dá)成平衡，驗(yàn)證“形式追隨算法”的可能性，打破原有形式追隨功能的邏輯。而且建筑設(shè)計(jì)作為一種創(chuàng)造性解決問(wèn)題的過(guò)程，以往高度依賴(lài)設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)與直覺(jué)。然而，面對(duì)復(fù)雜的功能需求、環(huán)境約束與可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)方法逐漸顯現(xiàn)出局限性。人工智能技術(shù)的引入，通過(guò)算法優(yōu)化、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策和自動(dòng)化流程，正在成為推動(dòng)建筑設(shè)計(jì)行業(yè)變革的核心動(dòng)力。

（二）促進(jìn)設(shè)計(jì)美學(xué)的數(shù)字化重構(gòu)

在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用人工智能技術(shù)，通過(guò)重構(gòu)傳統(tǒng)美學(xué)元素，如傳統(tǒng)繪畫(huà)中的山水意象、古代建筑的建造比例，生成兼具文化認(rèn)同與現(xiàn)代性的設(shè)計(jì)語(yǔ)言，將東方山水意境轉(zhuǎn)化為建筑設(shè)計(jì)肌理，可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)文化IP的數(shù)字化轉(zhuǎn)譯，推動(dòng)地域性美學(xué)的發(fā)展和傳播。同時(shí)，傳統(tǒng)建筑美學(xué)追求靜態(tài)和諧（如黃金分割、軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)），對(duì)此設(shè)計(jì)師可開(kāi)展人工智能生成設(shè)計(jì)，增強(qiáng)建筑設(shè)計(jì)的隨機(jī)性與迭代性，從而賦予建筑動(dòng)態(tài)美學(xué)特征。例如，可應(yīng)用實(shí)時(shí)渲染技術(shù)模擬光影變化，使建筑表皮呈現(xiàn)呼吸般的動(dòng)態(tài)視覺(jué)效果。

三、人工智能技術(shù)在不同類(lèi)型建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，人工智能技術(shù)層出不窮，可為建筑設(shè)計(jì)師提供全方位的輔助。同時(shí)，從最開(kāi)始的創(chuàng)意生成到最后的成果呈現(xiàn)，人工智能技術(shù)的應(yīng)用，能極大地提升建筑設(shè)計(jì)效率，降低設(shè)計(jì)門(mén)檻，實(shí)現(xiàn)“人人皆可設(shè)計(jì)”。用戶(hù)可通過(guò)自然語(yǔ)言系統(tǒng)輸入需求，利用人工智能技術(shù)生成個(gè)性化設(shè)計(jì)方案（如家居空間布局），從而實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意設(shè)計(jì)目標(biāo)。

（一）在室內(nèi)裝修中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)室內(nèi)裝修中，流程復(fù)雜、施工低效、成本失控等問(wèn)題一直是行業(yè)痛點(diǎn)。人工智能時(shí)代的到來(lái)，改變了家裝行業(yè)的運(yùn)營(yíng)模式，為亟須升級(jí)的傳統(tǒng)裝修模式提供了更有價(jià)值的解決方案。[5同時(shí)，人工智能技術(shù)在室內(nèi)裝修中的應(yīng)用，可使裝修變得更加簡(jiǎn)便高效，實(shí)現(xiàn)“人人皆可設(shè)計(jì)”，大幅簡(jiǎn)化傳統(tǒng)的裝修對(duì)接流程。

對(duì)于現(xiàn)代消費(fèi)者而言，“設(shè)計(jì)構(gòu)想能否成功落地”是其最關(guān)心的問(wèn)題。面對(duì)需求匹配的獨(dú)特性、設(shè)計(jì)可視化和設(shè)計(jì)可行性等挑戰(zhàn)，利用人工智能技術(shù)賦能建筑設(shè)計(jì)，能打破傳統(tǒng)室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)效果與消費(fèi)者需求的割裂狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)“所想即所見(jiàn)”；利用人工智能技術(shù)賦能家裝產(chǎn)業(yè)鏈，可構(gòu)建“方案即貨架，模型即商品”模式，實(shí)現(xiàn)“所見(jiàn)即所得”。此外，將人工智能技術(shù)應(yīng)用在室內(nèi)裝修中，有利于提升裝修效果，為促進(jìn)家裝產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)帶來(lái)更多新的可能，進(jìn)而推動(dòng)行業(yè)邁向“所想即所見(jiàn)，所見(jiàn)即所得”的新時(shí)代，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)對(duì)未來(lái)室內(nèi)裝修的美好暢想。

（二）在住宅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

住宅設(shè)計(jì)作為一種常見(jiàn)的建筑設(shè)計(jì)類(lèi)型，易出現(xiàn)大量程序化和重復(fù)性的工作。在房地產(chǎn)市場(chǎng)中，傳統(tǒng)住宅設(shè)計(jì)流程包括拿地強(qiáng)排、概念設(shè)計(jì)、深化設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)等。在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)節(jié)奏越來(lái)越快，對(duì)此傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式已無(wú)法滿(mǎn)足市場(chǎng)快節(jié)奏的發(fā)展要求。而應(yīng)用人工智能技術(shù)，能夠有效替代設(shè)計(jì)師完成住宅設(shè)計(jì)中的強(qiáng)排工作。具體而言，通過(guò)人工智能平臺(tái)，設(shè)計(jì)師可輸入設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成符合市場(chǎng)需求和規(guī)范要求的多個(gè)強(qiáng)排方案，以此節(jié)省大量時(shí)間和精力，避免進(jìn)行重復(fù)性的計(jì)算和調(diào)整，只需從多個(gè)生成的強(qiáng)排方案中挑選符合市場(chǎng)需求和成本要求的最佳方案即可。

現(xiàn)階段，雖然人工智能還無(wú)法完全輔助設(shè)計(jì)師完成住宅設(shè)計(jì)各個(gè)流程的工作（其只能初步替代設(shè)計(jì)師完成較為程序化和重復(fù)性的工作，住宅設(shè)計(jì)中的審美和創(chuàng)造性需要設(shè)計(jì)師自己把控和完善），但其在處理復(fù)雜問(wèn)題和數(shù)據(jù)方面具備顯著優(yōu)勢(shì)，大大減少了設(shè)計(jì)師的工作量，有利于設(shè)計(jì)師集中精力從文化性、舒適性和規(guī)范適宜性等方面對(duì)人工智能平臺(tái)生成的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估。未來(lái)，隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，住宅設(shè)計(jì)流程也將迎來(lái)較大的變革，從而提升設(shè)計(jì)效率，保障人們的居住效果。

（三）在公共建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

公共建筑不同于住宅，其類(lèi)型比較多樣化，包括文化建筑、醫(yī)療建筑、體育建筑、交通建筑等。在公共建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)師需利用大量時(shí)間學(xué)習(xí)和掌握每種建筑類(lèi)型的規(guī)范和功能要求，根據(jù)不同建筑的使用功能遵循相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，這一過(guò)程遠(yuǎn)比住宅設(shè)計(jì)復(fù)雜。目前，人工智能技術(shù)在公共建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用相對(duì)較少，一般被用在建筑造型中，例如龍門(mén)山生物多樣性博覽園概念方案競(jìng)賽中出現(xiàn)了人工智能技術(shù)的應(yīng)用。

在公共建筑設(shè)計(jì)中，人工智能技術(shù)能替代人類(lèi)處理大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的設(shè)計(jì)環(huán)境。對(duì)此，設(shè)計(jì)師可以將形式、功能、結(jié)構(gòu)等方面作為設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)，設(shè)置相應(yīng)的規(guī)則和要求，通過(guò)人工智能技術(shù)來(lái)生成公共建筑設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，人工智能技術(shù)依據(jù)大數(shù)據(jù)分析、環(huán)境生成以及最終形態(tài)的空間性能模擬，通過(guò)程序計(jì)算和迭代，可使生成的建筑造型效果符合場(chǎng)地環(huán)境和設(shè)計(jì)要求。例如，在能耗優(yōu)化模型中嵌入碳排放指標(biāo)，能確保建筑美學(xué)與設(shè)計(jì)規(guī)范的雙重合規(guī)，避免建筑造型華而不實(shí)。

在人工智能技術(shù)出現(xiàn)之前，設(shè)計(jì)師需要依靠個(gè)人的審美素養(yǎng)和設(shè)計(jì)邏輯對(duì)公共建筑造型進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且要對(duì)建筑形體效果進(jìn)行建模和反復(fù)修改。而面對(duì)日益復(fù)雜的公共建筑設(shè)計(jì)需求，人工智能技術(shù)的應(yīng)用使得設(shè)計(jì)師有更多的時(shí)間精力考慮其他因素，如人文歷史、文化傳承、創(chuàng)意創(chuàng)新等，從而極大地提升設(shè)計(jì)效率。

四、人工智能技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用策略

建筑設(shè)計(jì)作為一種需要?jiǎng)?chuàng)意的腦力工作，需要考慮眾多的設(shè)計(jì)因素，比如設(shè)計(jì)規(guī)范、周邊環(huán)境、場(chǎng)地信息、功能類(lèi)型、用戶(hù)需求等。因此，面對(duì)各種設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)師需從“操作者”轉(zhuǎn)型為“策略制定者”，重點(diǎn)把控文化敘事、倫理決策與情感共鳴，利用人工智能技術(shù)進(jìn)行方案實(shí)現(xiàn)與迭代，高效處理各種繁雜的設(shè)計(jì)因素和條件，進(jìn)行歸納分析，從而找到一個(gè)最優(yōu)的解決方案。[]

現(xiàn)階段，人工智能技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用逐漸增多，主要用于前期設(shè)計(jì)方案，但建筑設(shè)計(jì)后期的施工階段同樣存在大量程序化和重復(fù)性的工作，具備被人工智能技術(shù)取代的可能性。隨著科技的不斷發(fā)展，未來(lái)建筑施工圖設(shè)計(jì)中的程序化和重復(fù)性的工作可能會(huì)被人工智能技術(shù)取代，并構(gòu)建基于本土法律法規(guī)的施工圖專(zhuān)屬算法。對(duì)此，設(shè)計(jì)師需要及時(shí)轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)思維，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流，積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)人工智能工具，提升自身的技能水平，理解人工智能學(xué)習(xí)原理和數(shù)據(jù)分析方法，熟練掌握各種人工智能技術(shù)。同時(shí)，對(duì)于由人工智能技術(shù)生成的建筑設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)師需認(rèn)真篩選，避免過(guò)度依賴(lài)算法導(dǎo)致設(shè)計(jì)同質(zhì)化，同時(shí)還要避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)分析偏見(jiàn)，確保算法公平性。

人類(lèi)的想象力往往會(huì)受到既往經(jīng)驗(yàn)的限制，難以突破某些建筑設(shè)計(jì)模式，而人工智能技術(shù)恰恰能促使人類(lèi)突破自我限制。建筑設(shè)計(jì)過(guò)程包含人類(lèi)情感和歷史、文化、環(huán)境等各種因素，這些因素是人工智能技術(shù)難以模擬和界定的。建成的建筑是供人使用的，人是評(píng)價(jià)一個(gè)建筑好壞的重要主體，而人工智能技術(shù)難以取代人類(lèi)傳統(tǒng)的審美感知和文化創(chuàng)造性。未來(lái)，隨著人工智能技術(shù)的持續(xù)迭代與深人應(yīng)用，建筑設(shè)計(jì)流程和方式會(huì)發(fā)生改變，對(duì)此設(shè)計(jì)師要學(xué)會(huì)利用人工智能技術(shù)處理各種復(fù)雜的設(shè)計(jì)條件和信息，制定更多具有個(gè)人風(fēng)格和創(chuàng)意的設(shè)計(jì)方案。

五、結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，人工智能技術(shù)正在重塑建筑設(shè)計(jì)的底層邏輯，其核心價(jià)值并非替代人類(lèi)，而在于擴(kuò)展設(shè)計(jì)的可能性邊界。同時(shí)，雖然人工智能技術(shù)不僅是對(duì)建筑設(shè)計(jì)工具的變革，還是對(duì)設(shè)計(jì)思維與行業(yè)生態(tài)的顛覆，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)效率提升、成本控制與可持續(xù)性突破，但其無(wú)法替代設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造力、人文關(guān)懷與倫理判斷。未來(lái)，建筑設(shè)計(jì)行業(yè)將走向“人機(jī)共生”時(shí)代：人工智能技術(shù)負(fù)責(zé)解構(gòu)與重組，人類(lèi)專(zhuān)注于意義賦予與價(jià)值批判。只有堅(jiān)持技術(shù)賦能與人文覺(jué)醒的雙向平衡，才能避免建筑淪為冰冷的算法產(chǎn)物，而是成為承載文明記憶與情感共鳴的精神“容器”。[8為更好地實(shí)現(xiàn)人工智能技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)師需要具備更高的綜合素質(zhì)，學(xué)習(xí)文化歷史、人文審美、設(shè)計(jì)建造等方面的內(nèi)容，以人為本，掌握人工智能技術(shù)的核心價(jià)值，以“人工智能協(xié)作者”身份提升技術(shù)應(yīng)用能力與人文素養(yǎng)，進(jìn)而推動(dòng)建筑設(shè)計(jì)行業(yè)向智能化與人性化方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]何宛余，趙珂，王楚裕，等.給建筑師的人工智能導(dǎo)讀[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2021.

[2]何宛余，楊良崧.生成式人工智能在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的探索：以小庫(kù)AI云為例[J].建筑學(xué)報(bào)，2023（10）：36-41.

[3]何宛余，慕容良一，楊良崧.人工智能技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)場(chǎng)景中的應(yīng)用[J].城市環(huán)境設(shè)計(jì)，2023（4）：332-336.

[4]陳韻蕾.新技術(shù)視角智慧建筑設(shè)計(jì)研究：以人工智能為例[J]互聯(lián)網(wǎng)周刊，2022（24）：28-31.

[5]王超慧.基于人工智能技術(shù)的裝飾裝修行業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2023（11）：119-122.

[6]李遜.人工智能在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用思考與探索實(shí)踐[J].中國(guó)勘察設(shè)計(jì)，2024（5）：40-43.

[7]薛志榮.AI改變?cè)O(shè)計(jì)：人工智能時(shí)代的設(shè)計(jì)師生存手冊(cè)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2018.

[8]楊翊楠.AI介入設(shè)計(jì)對(duì)建筑師負(fù)責(zé)制的推動(dòng)作用[J].建設(shè)科技，2023（21）：81-83.

作者簡(jiǎn)介：

屈永堅(jiān)，廣西南亞熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所工程師。研究方向：建筑設(shè)計(jì)。