论文部分内容阅读
摘要：简要回顾了自20世纪初以来建筑设计思想、方法和设计工具受机器、计算机和人工智能等各种先进技术影响的发展历程。针对当前“新基建”“新城建”背景下城市规划和建筑设计如何面对和应用人工智能及云计算等先进技术提出了一些思考。指出了设计师在人、设施（建筑）和环境这一体系中所扮演的角色的演变。
关键词：建筑机器;设计理念;人工智能;智慧城市
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-04-316
20世纪初，柯布西耶在《走向新建筑》一书中提出了“住宅是居住的机器”的口号，表明建筑先驱们开始洞察到建筑已经逐渐变得越来越复杂。设计师再也不能闭门造车，而需要从社会其他行业和领域汲取养料。在当时的背景和条件下，建筑大师们给出了自己的答案，如柯布西耶的机器美学，光明城市，密斯的“少即是多”等。一个世纪以后的今天，城市和建筑设计面临的问题比以往更为复杂：快速城镇化、环境问题、多样化的需求、高技术的冲击、审美观的变化……
为了应对城市发展中的问题，国家在宏观层面提出了新型基础设施建设和新型城镇化建设的构想。在此背景下，在5G、物联网、人工智能、云计算、大数据等技术迅猛发展的今天，如何实现集约高效、经济适用、绿色智能的建筑，既是一种挑战，也是一种机遇。然而，目前看来，绝大部分的设计师或设计单位是处于一种被动应对的状态，甚至有些尚未意识到这个问题。比如，对绿色建筑、智能建筑的理解更多是专注于技术本身而对技术的内在逻辑的思考比较少;或是集中在具体设备设施的设计应用上而对其如何影响建筑设计的思考比较少。要真正实现人、设施（建筑）和环境的整合，仅考虑某一方面或仅局限于具体的技术是远远不够的，需要从理念、方法等入手，以更加整体的思维方式去把握设计。传统设计中，把建筑比喻为皮和肉、结构比喻为骨和筋，设备比喻为组织和器官，今天，人工智能又为建筑增加了大脑。从一个世纪以来建筑先贤们把建筑视为复杂的机器，到今天这部复杂的机器又逐渐进化成了半人半机器或“人机复合体”。这种变化，一方面是由于技术的进步，另一方面也源于需求的推动。实际上反映的是人的需求的不断外延。需求在进步，设计手段和方法却依然落后，这是非常不合理的。
1.建筑设计理念和设计方法的发展历程
建筑设计某种意义上可以看成是一个对话的过程。在人、设施（建筑）、环境这一体系中，设计师究竟扮演着什么样的角色？决定设计成果的又是什么？这其中，既包括了设计师的个人经验和喜好，更重要的是人的需求以及文化、艺术、经济、社会和科技等因素的影响。建筑更像是长远需求和现实条件碰撞的产物。
没有计算机或者计算机技术不发达的年代。设计师是通过手繪来完成设计的。最后的成果是一张张纸质的蓝图。这在面对功能和造型比较简单的建筑时或者建筑虽然复杂但设计总需求量小时间要求不高时问题不大。但是随着工业革命的兴起，机器逐渐取代了手工业。各行各业的生产效率极大提高。这时，传统的设计思想和设计模式已经越来越不能适应现实的要求。
二战期间军事计算的要求催生了电子计算机。随着战争的结束，电子计算机又被应用于民用领域以应对高速发展的需求。20世纪60年代，建筑电讯派的“插入城市”“行走城市”、建筑机器组的“建筑机器”等的设计理念和思想反映了设计师们对当时各种社会和建筑问题的思考。古老的建筑学与新兴的计算机科学所面临的问题是相似的，某些理念也相互影响。到了20世纪70年代，基于对城市和建筑等一系列问题的不断思考和研究，比尔·希列尔提出了空间句法的概念，亚历山大提出了建筑模式语言的理论[1]等。这些都反映了当时的建筑师们试图借助计算技术和人工智能技术来解决日益复杂的城市和建筑问题的努力。正是这些需求的发展推动着技术的不断进步。如今空间句法已形成一套完整的理论体系、成熟的方法论，并出现了以其理论为指导的分析软件[2]。如CPlan发布的基于空间句法的城市生成软件DeCodingSpaces Toolbox for Grasshopper。此外，还有Depthmap、Axwoman等城市规划方面的软件。这些软件是人工智能在城市规划和建筑设计领域的初级应用形态，部分具备了判断、推理和决策的功能。可见，利用先进的技术来改革传统的设计手段和设计方法一直是设计师的探索方向。
20世纪80年代，计算机图形技术的发展导致了工业设计领域图形软件的出现，进而又扩展到建筑领域并推动着建筑设计和制图方式逐渐发生了变化。其中较早普遍应用的软件是二维图形化软件如AutoCAD等。1975年，查克·伊士曼借鉴制造业的产品信息模型，首次提出了BIM的概念。而BIM技术的兴起，以及Revit、ArchiCAD等三维模型软件的出现又进一步推动了建筑设计方式的变化。然而，尽管这些三维软件的应用只是起到辅助设计的作用，其集成的信息所导致的复杂程度已经超出了相当一部分传统从业者（包括设计师、施工方、甲方等）所能驾驭的范畴。因此，AutoCAD目前依旧是建筑设计公司的主流设计软件。Revit、ArchiCAD等BIM软件在推行十几年后仍然未能得到普及。作为正向设计仅被用于某些复杂的公共建筑、绿色建筑和装配式建筑中。以及在二维软件无法实现的日照、采光、结构计算等建筑技术分析中。其余都只是起到施工图完成后的翻模作用。从2D到3D+的鸿沟为什么如此巨大难以跨越？软件自身的完善性和易操作性不够好是一个原因，另一方面也非常重要，那就是建筑业各环节对设计成果交付方式的需求止步不前。2D软件可以通过打印机直接输出最终的蓝图，对于不复杂的项目，效率非常高，施工方使用也比较方便。但对于复杂的建筑如商业综合体、地库、体育馆或者是博物馆等，如果仅仅采用二维蓝图交付的话，无论是设计还是施工都非常不方便，而且也很容易出错，导致大量的变更和返工情况，效率下去了，成本提高了。这时，利用BIM技术交付成果成为了一个必然的选择。BIM技术在设计领域的推行如此不易，而相关技术在其它行业和领域的发展又是日新月异，这就逼的政府部门不断出台相关政策，来鼓励和促使建筑设计公司进行改革。近年来，不少地方相继出台了BIM审图相关政策要求，再加上原有的BIM相关政策也陆续进入实施期，使得外部对交付成果的要求逐渐发生变化，这将在一定程度上促使建筑设计企业转变观念，开始注重BIM技术的应用。 从二维到三维的转变已经是如此艰难，那么基于人工智能的设计理念和设计工具会有不同吗？理论上讲，人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门的技术科学。它可以借助计算机的某些优势部分取代人的工作，因而可以将设计师从枯燥繁重的劳动中部分解脱出来，从事一些更加重要的工作。如果软件能做到这一点或者是接近做到这一点，那么对设计师将是非常有益的。事实上，目前基于人工智能的软件还有很多局限性。人工智能应用于城市规划和建筑设计的一个主要障碍是城市规划和建筑设计是具有高度复杂性的活动，其影响因素较多。要比较完善的解决这些问题是不现实的，特别是对于其中的艺术、文化等难以量化的因素。
2.新设计思想和设计工具评价
当前，智慧建筑和智慧城市建设即将进入快速发展阶段。“新基建”战略的提出正是为即将到来的智慧城市和数字经济打下软件和硬件基础。智慧建筑和智慧城市要得到高质量的发展，需要智能信息化系统和相关设备的支持。同时，这些系统和设备的稳定高效运行，离不开5G、人工智能、大数据中心等“新基建”的支持。
人工智能、云计算、大数据等先进技术既可以应用于建筑设计产品也可以用于建筑设计工具。比如，人工智能目前在建筑领域的主要应用是在各种智能软件系统和智能设备如智能建筑集成管理平台、3A系统等的设计应用[3]，以及基于各种人工智能算法的分析模型等[4]。而将人工智能相关技术应用于城市规划和建筑设计软件或工具的则比较少。除了前述的一些规划软件外，目前国内相对比较领先的有小库科技智能设计云平台的智能规划和智能单体模块。通过智能设计软件，可以在较短的时间内生成几十上百种符合设定规则的布局或造型，设计师可以根据业主或自身的要求来选择其中一个或几个进行进一步完善。由此可以大大减少方案设计的时间，提高效率。
智能规划或设计作为一种设计模式和方法在如今的设计行业中已逐渐兴起，但是如何合理有效的使用这些工具以及如何评价其“设计”结果却仍然是一个待解决的问题。在这些几十甚至上百种令人眼花缭乱的可能性或生成结果前，如何判断其“好”与“坏”，或者“合理”与“不合理”并进行选择？是否需要人工干预以及在何种程度上进行人工干预？都成为了城市规划师和建筑设计师不得不深入思考的重大问题。随着人工智能的进步，机器“思考”部分代替了人的思考，设计关注的重点从“该怎么设计”变为“该怎么选择”。从这一点上来说，业界有必要及时做出响应，尽早建立与这一转变相匹配的设计模式和评价体系。
3.结论
建筑可以看成是人的长远需求和现实条件碰撞的产物。随着社会的发展以及人的需求的不断提高，城市和建筑设计所面临的问题日益复杂。传统的设计思想和设计模式已经越来越不能适应现实的要求。因此，利用人工智能、云计算等先进技术来改革传统的设计手段和设计方法越来越具有重要的意义。与此同时，设计思想和设计理念也需要顺应乃至超前于这一趋势。在人、设施（建筑）、环境这一体系中，设计师将从传统的创造者逐渐演变为一个参与者和对话者。只有深刻的理解到這一点，才能准确的把握时代进步和行业发展的脉搏。
参考文献
[1]C·亚历山大等，建筑模式语言[M]，知识产权出版社，北京，2002
[2]杨滔，可持续空间形态的复杂性——空间句法的理念发展[J]，城市设计，2018，03：26-35
[3]张米燕，吕辉，罗靓，冯超，刘澎，刘志鑫，智慧建筑的发展与应用研究，，第二十届全国现代结构工程学术研讨会，2020，347-352
[4]田玮，魏来，李占勇，孟庆新，宋继田，杨 松，基于机器学习的建筑能耗模型适用性研究[J]，天津科技大学学报，2016，31（3）：54-59.
作者单位：中哲国际工程设计有限公司
关键词：建筑机器;设计理念;人工智能;智慧城市
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-04-316
20世纪初，柯布西耶在《走向新建筑》一书中提出了“住宅是居住的机器”的口号，表明建筑先驱们开始洞察到建筑已经逐渐变得越来越复杂。设计师再也不能闭门造车，而需要从社会其他行业和领域汲取养料。在当时的背景和条件下，建筑大师们给出了自己的答案，如柯布西耶的机器美学，光明城市，密斯的“少即是多”等。一个世纪以后的今天，城市和建筑设计面临的问题比以往更为复杂：快速城镇化、环境问题、多样化的需求、高技术的冲击、审美观的变化……
为了应对城市发展中的问题，国家在宏观层面提出了新型基础设施建设和新型城镇化建设的构想。在此背景下，在5G、物联网、人工智能、云计算、大数据等技术迅猛发展的今天，如何实现集约高效、经济适用、绿色智能的建筑，既是一种挑战，也是一种机遇。然而，目前看来，绝大部分的设计师或设计单位是处于一种被动应对的状态，甚至有些尚未意识到这个问题。比如，对绿色建筑、智能建筑的理解更多是专注于技术本身而对技术的内在逻辑的思考比较少;或是集中在具体设备设施的设计应用上而对其如何影响建筑设计的思考比较少。要真正实现人、设施（建筑）和环境的整合，仅考虑某一方面或仅局限于具体的技术是远远不够的，需要从理念、方法等入手，以更加整体的思维方式去把握设计。传统设计中，把建筑比喻为皮和肉、结构比喻为骨和筋，设备比喻为组织和器官，今天，人工智能又为建筑增加了大脑。从一个世纪以来建筑先贤们把建筑视为复杂的机器，到今天这部复杂的机器又逐渐进化成了半人半机器或“人机复合体”。这种变化，一方面是由于技术的进步，另一方面也源于需求的推动。实际上反映的是人的需求的不断外延。需求在进步，设计手段和方法却依然落后，这是非常不合理的。
1.建筑设计理念和设计方法的发展历程
建筑设计某种意义上可以看成是一个对话的过程。在人、设施（建筑）、环境这一体系中，设计师究竟扮演着什么样的角色？决定设计成果的又是什么？这其中，既包括了设计师的个人经验和喜好，更重要的是人的需求以及文化、艺术、经济、社会和科技等因素的影响。建筑更像是长远需求和现实条件碰撞的产物。
没有计算机或者计算机技术不发达的年代。设计师是通过手繪来完成设计的。最后的成果是一张张纸质的蓝图。这在面对功能和造型比较简单的建筑时或者建筑虽然复杂但设计总需求量小时间要求不高时问题不大。但是随着工业革命的兴起，机器逐渐取代了手工业。各行各业的生产效率极大提高。这时，传统的设计思想和设计模式已经越来越不能适应现实的要求。
二战期间军事计算的要求催生了电子计算机。随着战争的结束，电子计算机又被应用于民用领域以应对高速发展的需求。20世纪60年代，建筑电讯派的“插入城市”“行走城市”、建筑机器组的“建筑机器”等的设计理念和思想反映了设计师们对当时各种社会和建筑问题的思考。古老的建筑学与新兴的计算机科学所面临的问题是相似的，某些理念也相互影响。到了20世纪70年代，基于对城市和建筑等一系列问题的不断思考和研究，比尔·希列尔提出了空间句法的概念，亚历山大提出了建筑模式语言的理论[1]等。这些都反映了当时的建筑师们试图借助计算技术和人工智能技术来解决日益复杂的城市和建筑问题的努力。正是这些需求的发展推动着技术的不断进步。如今空间句法已形成一套完整的理论体系、成熟的方法论，并出现了以其理论为指导的分析软件[2]。如CPlan发布的基于空间句法的城市生成软件DeCodingSpaces Toolbox for Grasshopper。此外，还有Depthmap、Axwoman等城市规划方面的软件。这些软件是人工智能在城市规划和建筑设计领域的初级应用形态，部分具备了判断、推理和决策的功能。可见，利用先进的技术来改革传统的设计手段和设计方法一直是设计师的探索方向。
20世纪80年代，计算机图形技术的发展导致了工业设计领域图形软件的出现，进而又扩展到建筑领域并推动着建筑设计和制图方式逐渐发生了变化。其中较早普遍应用的软件是二维图形化软件如AutoCAD等。1975年，查克·伊士曼借鉴制造业的产品信息模型，首次提出了BIM的概念。而BIM技术的兴起，以及Revit、ArchiCAD等三维模型软件的出现又进一步推动了建筑设计方式的变化。然而，尽管这些三维软件的应用只是起到辅助设计的作用，其集成的信息所导致的复杂程度已经超出了相当一部分传统从业者（包括设计师、施工方、甲方等）所能驾驭的范畴。因此，AutoCAD目前依旧是建筑设计公司的主流设计软件。Revit、ArchiCAD等BIM软件在推行十几年后仍然未能得到普及。作为正向设计仅被用于某些复杂的公共建筑、绿色建筑和装配式建筑中。以及在二维软件无法实现的日照、采光、结构计算等建筑技术分析中。其余都只是起到施工图完成后的翻模作用。从2D到3D+的鸿沟为什么如此巨大难以跨越？软件自身的完善性和易操作性不够好是一个原因，另一方面也非常重要，那就是建筑业各环节对设计成果交付方式的需求止步不前。2D软件可以通过打印机直接输出最终的蓝图，对于不复杂的项目，效率非常高，施工方使用也比较方便。但对于复杂的建筑如商业综合体、地库、体育馆或者是博物馆等，如果仅仅采用二维蓝图交付的话，无论是设计还是施工都非常不方便，而且也很容易出错，导致大量的变更和返工情况，效率下去了，成本提高了。这时，利用BIM技术交付成果成为了一个必然的选择。BIM技术在设计领域的推行如此不易，而相关技术在其它行业和领域的发展又是日新月异，这就逼的政府部门不断出台相关政策，来鼓励和促使建筑设计公司进行改革。近年来，不少地方相继出台了BIM审图相关政策要求，再加上原有的BIM相关政策也陆续进入实施期，使得外部对交付成果的要求逐渐发生变化，这将在一定程度上促使建筑设计企业转变观念，开始注重BIM技术的应用。 从二维到三维的转变已经是如此艰难，那么基于人工智能的设计理念和设计工具会有不同吗？理论上讲，人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门的技术科学。它可以借助计算机的某些优势部分取代人的工作，因而可以将设计师从枯燥繁重的劳动中部分解脱出来，从事一些更加重要的工作。如果软件能做到这一点或者是接近做到这一点，那么对设计师将是非常有益的。事实上，目前基于人工智能的软件还有很多局限性。人工智能应用于城市规划和建筑设计的一个主要障碍是城市规划和建筑设计是具有高度复杂性的活动，其影响因素较多。要比较完善的解决这些问题是不现实的，特别是对于其中的艺术、文化等难以量化的因素。
2.新设计思想和设计工具评价
当前，智慧建筑和智慧城市建设即将进入快速发展阶段。“新基建”战略的提出正是为即将到来的智慧城市和数字经济打下软件和硬件基础。智慧建筑和智慧城市要得到高质量的发展，需要智能信息化系统和相关设备的支持。同时，这些系统和设备的稳定高效运行，离不开5G、人工智能、大数据中心等“新基建”的支持。
人工智能、云计算、大数据等先进技术既可以应用于建筑设计产品也可以用于建筑设计工具。比如，人工智能目前在建筑领域的主要应用是在各种智能软件系统和智能设备如智能建筑集成管理平台、3A系统等的设计应用[3]，以及基于各种人工智能算法的分析模型等[4]。而将人工智能相关技术应用于城市规划和建筑设计软件或工具的则比较少。除了前述的一些规划软件外，目前国内相对比较领先的有小库科技智能设计云平台的智能规划和智能单体模块。通过智能设计软件，可以在较短的时间内生成几十上百种符合设定规则的布局或造型，设计师可以根据业主或自身的要求来选择其中一个或几个进行进一步完善。由此可以大大减少方案设计的时间，提高效率。
智能规划或设计作为一种设计模式和方法在如今的设计行业中已逐渐兴起，但是如何合理有效的使用这些工具以及如何评价其“设计”结果却仍然是一个待解决的问题。在这些几十甚至上百种令人眼花缭乱的可能性或生成结果前，如何判断其“好”与“坏”，或者“合理”与“不合理”并进行选择？是否需要人工干预以及在何种程度上进行人工干预？都成为了城市规划师和建筑设计师不得不深入思考的重大问题。随着人工智能的进步，机器“思考”部分代替了人的思考，设计关注的重点从“该怎么设计”变为“该怎么选择”。从这一点上来说，业界有必要及时做出响应，尽早建立与这一转变相匹配的设计模式和评价体系。
3.结论
建筑可以看成是人的长远需求和现实条件碰撞的产物。随着社会的发展以及人的需求的不断提高，城市和建筑设计所面临的问题日益复杂。传统的设计思想和设计模式已经越来越不能适应现实的要求。因此，利用人工智能、云计算等先进技术来改革传统的设计手段和设计方法越来越具有重要的意义。与此同时，设计思想和设计理念也需要顺应乃至超前于这一趋势。在人、设施（建筑）、环境这一体系中，设计师将从传统的创造者逐渐演变为一个参与者和对话者。只有深刻的理解到這一点，才能准确的把握时代进步和行业发展的脉搏。
参考文献
[1]C·亚历山大等，建筑模式语言[M]，知识产权出版社，北京，2002
[2]杨滔，可持续空间形态的复杂性——空间句法的理念发展[J]，城市设计，2018，03：26-35
[3]张米燕，吕辉，罗靓，冯超，刘澎，刘志鑫，智慧建筑的发展与应用研究，，第二十届全国现代结构工程学术研讨会，2020，347-352
[4]田玮，魏来，李占勇，孟庆新，宋继田，杨 松，基于机器学习的建筑能耗模型适用性研究[J]，天津科技大学学报，2016，31（3）：54-59.
作者单位：中哲国际工程设计有限公司