趙楠

摘 要：隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，人工智能時(shí)代不斷到來(lái)。在這個(gè)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步推動(dòng)了人居環(huán)境系統(tǒng)的信息化轉(zhuǎn)型。本文在對(duì)建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行分析的技術(shù)上，從三個(gè)方面提出了面向人工智能的建設(shè)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用。最后，對(duì)建設(shè)計(jì)算性設(shè)計(jì)的發(fā)展進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：人工智能；建筑計(jì)算性；應(yīng)用；發(fā)展

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，其共同構(gòu)成了人工智能時(shí)代的基本舞臺(tái)，加深了科學(xué)技術(shù)和哲學(xué)思想的密切融合，更好的促進(jìn)了人居環(huán)境系統(tǒng)信息化轉(zhuǎn)型[1]。折舊出現(xiàn)了建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)思想以及流程和技術(shù)系統(tǒng)，讓其成為了突破科學(xué)的問(wèn)題，解決工程難題提供了有效途徑。建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)的出現(xiàn)不但受到了人工智能技術(shù)的影響，也受到復(fù)雜性以及系統(tǒng)性科學(xué)思想的促進(jìn)。本文在對(duì)建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行分析的技術(shù)上，從三個(gè)方面提出了面向人工智能的建設(shè)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用。最后，對(duì)建設(shè)計(jì)算性設(shè)計(jì)的發(fā)展進(jìn)行了闡述。

1 建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)思維的特征分析

1.1 系統(tǒng)化和動(dòng)態(tài)化特征

建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)在發(fā)展過(guò)程當(dāng)中受到了科學(xué)思想的影響，融合了復(fù)雜性科學(xué)和系統(tǒng)科學(xué)的思想，形成了系統(tǒng)化思維系統(tǒng)[2]。在系統(tǒng)科學(xué)和復(fù)雜性科學(xué)思想的基礎(chǔ)上，建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)思維將人們居住環(huán)境系統(tǒng)分成了環(huán)境子系統(tǒng)和建筑子系統(tǒng)。天空亮度、溫濕度以及日照的輻射改變等環(huán)境的影響對(duì)人們居住環(huán)境系統(tǒng)的平衡情況帶來(lái)影響，并且利用兩個(gè)系統(tǒng)間的物質(zhì)以及能量交互而回到平衡的狀態(tài)當(dāng)中[3]。所以，建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)思維有著比較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)化以及系統(tǒng)化特征。系統(tǒng)化特征促進(jìn)了建筑設(shè)計(jì)過(guò)程要從建筑系統(tǒng)主導(dǎo)向建筑環(huán)境向著雙系統(tǒng)的協(xié)同進(jìn)行轉(zhuǎn)變，繼而加深了建筑設(shè)計(jì)對(duì)人們居住環(huán)境系統(tǒng)的平衡。動(dòng)態(tài)化特征推動(dòng)了建筑設(shè)計(jì)決策的時(shí)候從自上而下主觀決策變成自下而上組織導(dǎo)向相協(xié)同的建筑環(huán)境雙系統(tǒng)動(dòng)態(tài)進(jìn)行耦合的一個(gè)過(guò)程。

1.2 自適應(yīng)和自組織的特征

建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)對(duì)“過(guò)程”進(jìn)行關(guān)注，而不是對(duì)“結(jié)果”進(jìn)行關(guān)注。它是在計(jì)算機(jī)程序的基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)自組織的生成。在建筑性能的指導(dǎo)下來(lái)對(duì)參量數(shù)值進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而能夠達(dá)到自適應(yīng)的優(yōu)化。從下到上的自組織變?yōu)楹托阅軐?dǎo)向的自適應(yīng)優(yōu)化是建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)在流程方面的特征。自下而上的自組織生成是建筑設(shè)計(jì)元素根據(jù)設(shè)計(jì)的規(guī)則來(lái)對(duì)建設(shè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行形成的一個(gè)過(guò)程。性能導(dǎo)向自適應(yīng)優(yōu)化是在自組織生成方案的基礎(chǔ)上，在建筑性能目標(biāo)的指導(dǎo)下對(duì)建設(shè)設(shè)計(jì)的參數(shù)值進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整，進(jìn)而不斷對(duì)建筑多性能目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。在自適應(yīng)和自組織流程的特征下，建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)將建筑設(shè)計(jì)的決策主體從建筑師變成了人工智能體，進(jìn)而更好的對(duì)計(jì)算機(jī)較強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算水平進(jìn)行發(fā)揮出來(lái)。

1.3 信息化和智能化特征

人們居住環(huán)境系統(tǒng)的子系統(tǒng)就是建筑。它的自適應(yīng)和自組織的演變受到建筑性能的要求而促進(jìn)了和人們居住環(huán)境系統(tǒng)的約束。建筑計(jì)算性的設(shè)計(jì)要分析和集成人們居住環(huán)境的大數(shù)據(jù)，并且程序化和自動(dòng)化的進(jìn)行性能的優(yōu)化和方案生成。在建筑計(jì)算性的設(shè)計(jì)思維特點(diǎn)要求之下，建筑環(huán)境系統(tǒng)的信息集成以及性能導(dǎo)向決策支撐是建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要技術(shù)問(wèn)題。

2 建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)過(guò)程中人工智能技術(shù)的應(yīng)用分析

2.1 人工智能環(huán)境下建筑環(huán)境的信息集成應(yīng)用

建筑環(huán)境系統(tǒng)的信息集成是在人們的居住環(huán)境系統(tǒng)當(dāng)中，環(huán)境和建筑相互進(jìn)行作用，根據(jù)建筑子系統(tǒng)的形態(tài)空間建立邏輯，構(gòu)建建筑環(huán)境的信息參數(shù)化關(guān)系的一個(gè)過(guò)程。它讓環(huán)境和建筑子系統(tǒng)信息翻譯成能夠進(jìn)行計(jì)算的數(shù)據(jù)，進(jìn)而給工程的實(shí)踐問(wèn)題提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。除此之外，構(gòu)建的關(guān)聯(lián)關(guān)系能夠確保建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中環(huán)境和建筑子系統(tǒng)信息的協(xié)同轉(zhuǎn)變。因此我們可以看出，建筑環(huán)境系統(tǒng)信息集成是開(kāi)展建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和前提條件。

在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的發(fā)展過(guò)程中，人工智能造成了建筑環(huán)境信息集成新的研究，陸續(xù)出現(xiàn)了動(dòng)態(tài)建筑環(huán)境信息建模以及建筑信息云管理等研究成果。動(dòng)態(tài)建筑環(huán)境信息建模的技術(shù)是在動(dòng)態(tài)建筑信息建模的技術(shù)方面新的發(fā)現(xiàn)。它利用云計(jì)算以及參數(shù)化的編程，能夠更好的實(shí)現(xiàn)環(huán)境、建筑和性能等多個(gè)層次的信息參數(shù)化關(guān)聯(lián)，繼而實(shí)現(xiàn)氣候數(shù)據(jù)、建筑建模分析以及仿真工具平臺(tái)當(dāng)中存在數(shù)據(jù)的協(xié)同交互。

2.2 人工智能環(huán)境下建筑性能映射建模的應(yīng)用

建筑性能映射建模是指建構(gòu)建筑設(shè)計(jì)參量與建筑性能設(shè)計(jì)目標(biāo)之間數(shù)值關(guān)聯(lián)關(guān)系的過(guò)程。建筑設(shè)計(jì)參量與建筑性能之間的映射模型是建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)自組織生成邏輯和自適應(yīng)優(yōu)化適應(yīng)度評(píng)價(jià)函數(shù)的制定依據(jù)。如建筑性能仿真模擬、建筑設(shè)計(jì)參量與性能回歸模型建構(gòu)等都是建筑性能映射建模技術(shù)。同時(shí)，建筑形態(tài)空間、材料構(gòu)造、設(shè)備工況、局地氣候、使用者行為等設(shè)計(jì)參量與建筑節(jié)能、熱舒適、光舒適、造價(jià)等性能之間的映 射關(guān)系具有非線性特征，建模難度較高。面對(duì)建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)的大數(shù)據(jù)量、高效率處理需求，基于物理建模的建筑性能與設(shè)計(jì)參量映射建模技術(shù)局限日趨突顯，難以滿足建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)對(duì)海量數(shù)據(jù)的分析處理需求。

2.3 人工智能語(yǔ)境下的性能導(dǎo)向決策支持

性能導(dǎo)向決策支持是基于建筑性能優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過(guò)數(shù)據(jù)、 模型和策略反饋，支撐設(shè)計(jì)者完成設(shè)計(jì)決策制定的過(guò)程。數(shù)據(jù)挖掘、聯(lián)機(jī)分析處理、優(yōu)化搜索等均屬于決策支持技術(shù)。建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)的自組織與自適應(yīng)流程特征要求決策支持過(guò)程需權(quán)衡建筑多性能目標(biāo)要求。近年來(lái)，多目標(biāo)進(jìn)化搜索和深度學(xué)習(xí)建模等人工智能技術(shù)逐步應(yīng)用于建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)的性能導(dǎo)向決策支持研究中，衍生出多目標(biāo)優(yōu)化決策支持和深度學(xué)習(xí)決策支持兩方面研究熱點(diǎn)。

3 結(jié)論和展望

建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)是早工程實(shí)踐的需求和科學(xué)的進(jìn)步共同發(fā)展而來(lái)的。在人工智能的環(huán)境下，它正在持續(xù)健康的發(fā)展，其變?yōu)榻鉀Q目前復(fù)雜工程設(shè)計(jì)問(wèn)題的一個(gè)重要建筑設(shè)計(jì)方法以及思想。和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相對(duì)比，建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)融合了計(jì)算機(jī)科學(xué)、建筑學(xué)以及環(huán)境科學(xué)等知識(shí)體系，將先進(jìn)的計(jì)算工程和算法融入到建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，有利于提高建筑設(shè)計(jì)信息化更好的水平。

最近幾年，國(guó)外一些高校研究團(tuán)隊(duì)都陸續(xù)進(jìn)行了建筑計(jì)算性的設(shè)計(jì)探討，力求進(jìn)一步推動(dòng)建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)的思維、技術(shù)以及流程的發(fā)展。在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，建筑計(jì)算性設(shè)計(jì)將會(huì)在人工智能環(huán)境下，融入惡劣先進(jìn)的技術(shù)理論，面向建筑工業(yè)化以及持續(xù)發(fā)展的建筑產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略，從建筑設(shè)計(jì)方面不斷發(fā)展到城市設(shè)計(jì)和區(qū)域規(guī)劃等領(lǐng)域中來(lái)。

參考文獻(xiàn)

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