建筑設計在智能時代下的可能性

劉雨萱

（蘇州大學，江蘇 蘇州 215123）

0 引言

一直以來，熱愛建筑的設計師總是熱衷于探討建筑的更優解法。面對藍天組如云朵般夢幻的設計奇思，國際著名結構師Christoph Gengagel曾對此提出質疑：“我們有沒有更好的實現方法？有沒有可能僅通過一片互動熒幕就營造出相似的感受？”建筑永遠沒有最優解，人工智能給我們帶來更多可能，也迫使我們面臨來自“機器”的挑戰[1]。

1 初段人工智能對建筑設計的影響

人工智能作為建筑行業革新發展的重要工具，現已直接影響了建筑設計工作的效率和質量。從實踐角度來看，人工智能可以讓任何建筑項目在各個階段獲取更多效益，具體體現在以下幾點：

首先增強建筑設計的潛力。參數化設計是利用人工智能技術進行建筑項目分析最大的優勢。AI會將大批量藍圖看作項目研究的基礎材料，而后運用這些內容提出自己的設計概念，同時還可以根據預先提出的限制條件，充分發揮自身的設計潛能，并用來評估施工現場的設計方案，以此保證最終獲取的內容符合提出條件。比如說，運用人工智能工具測試分析建筑立面中玻璃面板的設計科學性，可以保障所選用方案達到最低成本效益。

其次有助于提升項目安全性。人工智能技術可以根據以往施工建設方案累積經驗，對施工現場可能發生的安全事故進行評估分析，并對現有設計方案進行改善。

最后能提升設計精度。建筑設計人員在提出方案之前，要對施工現場進行調查研究，此時可以直接利用無人機對比分析軟件藍圖和空中土地，以此準確掌握設計所需的準確數據。

2 建筑學領域人工智能的發展

英國著名建筑理論家尼爾林奇曾在2006年就發表過有關“人工智能會取代建筑師”的設想，他將于2021年出版的書籍《人工智能時代的建筑：建筑師的人工智能入門》與《建筑師之死：AI時代建筑職業的消亡》將匯總近年來他在該領域研究實踐所得[1]。前者預示了建筑設計師注定需向智能時代做出與改變，后者殘酷地揭露了他們極有可能面臨的職業困境。

2.1 人工智能與人類智能

人工智能的概念實際來自于圖靈的時代，也就是我們今天所稱的“artificial intelligence”，而單詞“artificial”往往指“假的、人造的”，人們的初衷是讓機器模仿人腦，甚至還由人工智能的概念衍生了“機器學習”這一細化分支。伴隨著人工智能一步步的發展，人工智能打敗了最專業的象棋手，能打敗各種領域內最強的人類，卻始終被人類認為沒有真正的思想。相反，人類是有意識的，所以尚且能利用人工智能作為想象力的延伸來擴展能力。

五年前，日本著名的計算機建筑領域的設計師渡邊誠曾言：“在解決許多條件相互交織的復雜問題上，機器人比人類做得更好，但只有人類能創造出原本不存在的形象，因為機器沒有夢想[2]。”沒錯，人類一直以超凡的創造力自居，然而殊不知，主客關系早已悄然發生轉變：人工智能或許并不是人類智力的附屬，而是另一種不同的智力形式，在某些方面甚至優于人類智力。因此，我們不排除機器的智力可以逾越人類想象的邊界，從而具有獨立的創造能力。直到某天，我們意識到是人工智能拓展了人類智能，把人類變成賽博人，為其裝上了想象力的假肢。

2.2 現階段人工智能對建筑設計的影響

我們不免設想：在不遠的將來，人工智能可以滿足各項復雜條件設計建筑，類似于網易云這樣的軟件能夠推送迎合個人口味的音樂。

現在世界上許多建筑學教育院校和事務所都在進行“利用人工智能技術設計建筑”的實驗性實踐。這里要從幾種人工智能技術說起。

首先是GAN技術，可以簡單地將這個技術過程拆解為兩部分：“制造贗品”與“識別贗品”。“制造贗品”指的是生成器網絡，可用于生成類似于真實樣本的隨機采樣，也就是假樣本；“識別贗品”指的是分辨器網絡，用于分辨數據是否真實。當對抗網絡中生成器質量較高、分辯器判斷較強時，機器便能進行成熟的創作與識別。

藝術領域率先運用GAN技術進行創作，由此誕生了“創造性對抗網絡”，例如，機器在學習識別鳥類后對可以對“鳥”進行主觀創作。隨后，GAN技術在建筑界也被嘗試性應用，例如“Cycle GAN”和“Style GAN”被應用于自動生成虛擬建筑；普利茲克獎得者湯姆梅恩廣泛地實踐“形態生成法”，借助參數化工具可創造出100個版本的建筑方案，讓設計師據此探索可能產生的選擇，由此生成的新形式也更具有說服力；來自土耳其的數字媒體藝術家雷菲克?阿納多爾在很早的時期便對AI與建筑設計的融合進行了創造性探索：如圖1所示，畫面中扎哈事務所的建筑作品被抽象成融化后的液體，呈現一系列魔幻動感[3]。

圖1 Refik AnadoI 對GAN 技術應用于建筑的初探

現階段，人工智能除了能夠給設計師提供更多形態的可能，還能夠通過精密的計算評估建筑的各項性能，使其更加科學美觀。

其次，3ds max。在這類軟件操作過程中，不管是建筑建模還是人體建模都可以提升實際設計效率。在建筑設計期間，一般會將CAD圖紙直接導入到軟件中作為底圖，不僅操作方便層次清晰，還可以和AutoCAD軟件配合運用達到更佳的設計效果。

最后，Photoshop。其作為專業的圖像處理軟件，是近年來建筑設計最頻繁運用的工具之一，不管是平面圖和立體圖的制作，還是透視效果圖的處理，都表現出了積極作用。尤其是對設計建筑施工方案而言，利用這類軟件進行操作，可以在保障數據精確性的同時，降低設計人員的工作壓力，促使建筑設計人員可以利用軟件強大的圖像處理功能完成項目設計工作。

3 人工智能是否會替代建筑設計師

從建筑學專業角度來看，我們最關心的首先是人工智能是否具有創造性，人工智能是否能根據人類的描述進行想象與描繪。

機器學習使得機器能夠由一張圖像識別出圖中主體并產生關聯發散；如果將人類設計的思維映射到機器的邏輯語言，計算機的創新設計意味著他們能夠由設定的主體內容及關聯信息反向推導出主體呈現的形態，這種將想象生成具象的過程我們稱之為“創造”。

我在一項夏令營工作坊中曾有幸參與人工智能與藝術的交叉學科實踐項目，深刻體會到何謂“機器的創造力”。項目的內容是設計一款可以卡接在“繪畫機器人”手掌末端的書寫裝置，設計內容包含裝置與機器的卡口部位、與畫筆的卡合關系以及繪畫工具的選擇，接著我們借助建模軟件和3D打印機將想法化為實體，最終見證繪畫機器人使用“繪畫臂”的一刻。項目最有趣的點在于我們需要人為設計圖案，機器人將用具“復刻”該圖案。我們組并沒有采取計算機所擅長的篤定線條，而采用了中國毛筆繪制了一副西方雕像的面龐，模糊流動的墨跡讓各位導師都不禁好奇機器人到底會如何思考這個圖案（見圖2）。最終，典型的國畫風被機器人轉譯為畢加索風格，大家圍在一起觀看這兩幅完全不同的畫，“它不是在模仿，它在按照自己的理解創造。”我也把它認知為另一種創造形式，它充滿未知，充滿可能，超出我們的預期。

圖2 繪畫機器人的“二次創作”

目前，人工智能已經能做到在不同形態的設計內容之間進行雜交和轉換。一方面它加快了設計速度、帶給人類新的靈感，另一方面也具有不可回避的威脅性。AI之所以可能比人類更具創造力，在于AI通常是反直覺的，它具有創造無人構想過的方案的潛力，經驗豐富的建筑師甚至并沒有意識到為什么電腦會建議他們這樣做，但當反過來分析它時，卻能意識到電腦是多么的聰明。不得不承認，人工智能暴露了人類智能的局限性。

在建筑文化領域，建筑理論家非常擅長解釋和理解事物，但不太擅長創造事物；而建筑設計師更擅長創造事物，卻不精于建筑理論。如果設計師不作出適應性的改變，那將在近在眼前的將來被淘汰。

科技的變化帶來教育者及行業從事者的飛速改變。在建筑學校或事務所里進行的實驗并不是人工智能的最終目的，重要的是它如何為未來辦公室開發工具。香港大學建筑學教授何宛余女士也曾是尼爾林奇教授的學生，她在中國深圳開發了Xkool這樣一種云工具，使設計師可以通過云連接開始生成建筑設計，而她并不認為真正的設計師可以被人工智能替代[3]。設計是有層級的，初級的建筑師負責尋找100種可能性，高級的設計師負責做出百里挑一的決策，因此建筑學的本質是運籌學，何教授堅持：“真正做運籌架構邏輯的建筑師不會被機器替代[4]。”

同樣在適應人工智能時代的建筑團隊是一家叫Space Maker AI的公司，他們用一種叫作ABC的新技術來生成建筑，而不是BIM（BIM目前還處于一個不成熟階段），并且同步測試建筑的性能，最重要的是加快了設計過程，促成更高效的項目[4]。因此現在有些項目客戶開始主動要求設計師將設計基于人工智能，不但能增加容積率，還能提高建筑性能，最重要的是他們能從項目中賺取更多收益，以實現投資回報最大化，這將改變游戲的規則。就像如今有些建筑師會攀比綠色技術的應用，以后的建筑師會就人工智能的應用程度展開同行競爭。

4 結語

科技作為事物創新發展的主要動力，建筑設計師要在正確認識科技發展所帶來的挑戰和機遇后，堅守建筑設計發展的初心。同時，根據建筑施工建設的根本要求，充分展現人工智能技術的真正價值，從而保障建筑設計可以在突破傳統模式限制的基礎上，真正實現長遠發展。