人工智能技術在建筑設計中的應用研究

隨著信息技術的快速發展，作為復雜技術與腦力相結合的建筑設計行業面臨諸多挑戰，急需通過新興技術手段實現創新，以更好地滿足用戶需求。人工智能技術作為一種前沿技術，在農業、通信、金融、醫療等領域得到廣泛的應用，已逐漸融入大眾的工作和生活，帶動了社會經濟的發展，給人們的衣食住行帶來了諸多便利。對此，可將人工智能技術應用于建筑設計中，以此完善設計方案，提高設計效率，推動建筑設計行業的健康、可持續發展。

一、人工智能技術引發的建筑設計變革

人工智能最早于1956年被提出，被定義為一門研究、開發用于模擬和擴展人的智能的理論、方法、技術以及應用系統的科學。同時，人工智能包含一系列技術和工具，是一門融合不同領域知識（數學、心理學、計算機科學、語言學等）的交叉學科，旨在讓機器具有模擬人類認知思考和自我學習的能力，從而讓機器能夠替代人類做復雜煩瑣的工作。而建筑設計作為一門綜合性學科，需要設計師在復雜的設計問題中尋找最合理的解決方案。同時，這一過程需要統籌規劃，權衡利弊，反復推敲，會耗費設計師大量的時間和精力。人工智能技術的應用，則能輔助設計師處理建筑設計階段遇到的復雜問題，甚至替代設計師直接完成程序化和重復性的工作。[1]

此外，建筑設計是一種腦力勞動密集型的傳統行業，雖然目前設計已從以往的尺規作圖轉變為基于圖形設計和三維建模的電腦制圖，CAD、SketchUp、Rhino等軟件得到廣泛的應用，設計過程實現了信息化，并且設計效率得到提升，但其原有的設計方法和流程變化不大，部分設計師延續了從概念方案、初步設計、深化設計到施工圖設計的模式，每個設計階段的成果都離不開設計師自身的思考和一筆一畫的電腦制圖。同時，建筑設計行業的信息化發展并未將設計師從復雜繁重的制圖勞動中解放出來，甚至加大了設計師的制圖工作強度。而人工智能技術的應用，打破了原有的建筑設計流程與模式，極大地提升了設計效率。比如，設計師通過應用人工智能生成內容（AIGC）[2]，可有效縮短建筑設計周期，完善設計方案，更好地滿足用戶的個性化需求。

二、人工智能技術在建筑設計中的應用優勢

與人類相比，人工智能具備明顯的優勢，其能夠依靠強大的計算能力處理大量的數據和復雜的問題，甚至模擬現實中的各種場景，為設計師開展建筑設計提供邏輯支撐，從而輔助設計師完善建筑設計方案，提高設計效果。

（一）提升設計效率

中國勘察設計協會數據顯示，在傳統建筑設計流程中，設計師 60% 的時間用于重復性繪圖與規范校核，導致設計創新創意不足。人工智能通過算法邏輯可生成海量的設計方案，并且可根據用戶需求快速調整設計方案細節，實現設計方案的快速迭代。同時，現有生成式人工智能技術與性能優化算法可實現建筑形態與能耗的協同創新，突破傳統線性設計流程，提升設計方案生成效率。[3]

同時，人工智能技術不僅能加速建筑設計迭代，還可通過隨機性參數設置（如“建筑風格混合”功能）激發非理性創意，形成“機器美學”特征一—幾何復雜性、參數化肌理與超現實空間邏輯。比如，利用人工智能技術，可將建筑美學與物理性能（如采光、能耗、結構強度、建造技術）深度耦合，通過人工智能算法動態調整窗墻比與建筑形態，使美學表達與可持續目標達成平衡，驗證“形式追隨算法”的可能性，打破原有形式追隨功能的邏輯。而且建筑設計作為一種創造性解決問題的過程，以往高度依賴設計師的經驗與直覺。然而，面對復雜的功能需求、環境約束與可持續發展目標，傳統建筑設計方法逐漸顯現出局限性。人工智能技術的引入，通過算法優化、數據驅動決策和自動化流程，正在成為推動建筑設計行業變革的核心動力。

（二）促進設計美學的數字化重構

在建筑設計中應用人工智能技術，通過重構傳統美學元素，如傳統繪畫中的山水意象、古代建筑的建造比例，生成兼具文化認同與現代性的設計語言，將東方山水意境轉化為建筑設計肌理，可實現傳統文化IP的數字化轉譯，推動地域性美學的發展和傳播。同時，傳統建筑美學追求靜態和諧（如黃金分割、軸線對稱），對此設計師可開展人工智能生成設計，增強建筑設計的隨機性與迭代性，從而賦予建筑動態美學特征。例如，可應用實時渲染技術模擬光影變化，使建筑表皮呈現呼吸般的動態視覺效果。

三、人工智能技術在不同類型建筑設計中的應用

現階段，人工智能技術層出不窮，可為建筑設計師提供全方位的輔助。同時，從最開始的創意生成到最后的成果呈現，人工智能技術的應用，能極大地提升建筑設計效率，降低設計門檻，實現“人人皆可設計”。用戶可通過自然語言系統輸入需求，利用人工智能技術生成個性化設計方案（如家居空間布局），從而實現創意設計目標。

（一）在室內裝修中的應用

在傳統室內裝修中，流程復雜、施工低效、成本失控等問題一直是行業痛點。人工智能時代的到來，改變了家裝行業的運營模式，為亟須升級的傳統裝修模式提供了更有價值的解決方案。[5同時，人工智能技術在室內裝修中的應用，可使裝修變得更加簡便高效，實現“人人皆可設計”，大幅簡化傳統的裝修對接流程。

對于現代消費者而言，“設計構想能否成功落地”是其最關心的問題。面對需求匹配的獨特性、設計可視化和設計可行性等挑戰，利用人工智能技術賦能建筑設計，能打破傳統室內裝修設計效果與消費者需求的割裂狀態，實現“所想即所見”；利用人工智能技術賦能家裝產業鏈，可構建“方案即貨架，模型即商品”模式，實現“所見即所得”。此外，將人工智能技術應用在室內裝修中，有利于提升裝修效果，為促進家裝產業轉型升級帶來更多新的可能，進而推動行業邁向“所想即所見，所見即所得”的新時代，實現用戶對未來室內裝修的美好暢想。

（二）在住宅設計中的應用

住宅設計作為一種常見的建筑設計類型，易出現大量程序化和重復性的工作。在房地產市場中，傳統住宅設計流程包括拿地強排、概念設計、深化設計和施工圖設計等。在建筑設計過程中，設計節奏越來越快，對此傳統設計方式已無法滿足市場快節奏的發展要求。而應用人工智能技術，能夠有效替代設計師完成住宅設計中的強排工作。具體而言，通過人工智能平臺，設計師可輸入設計數據，自動生成符合市場需求和規范要求的多個強排方案，以此節省大量時間和精力，避免進行重復性的計算和調整，只需從多個生成的強排方案中挑選符合市場需求和成本要求的最佳方案即可。

現階段，雖然人工智能還無法完全輔助設計師完成住宅設計各個流程的工作（其只能初步替代設計師完成較為程序化和重復性的工作，住宅設計中的審美和創造性需要設計師自己把控和完善），但其在處理復雜問題和數據方面具備顯著優勢，大大減少了設計師的工作量，有利于設計師集中精力從文化性、舒適性和規范適宜性等方面對人工智能平臺生成的設計方案進行評估。未來，隨著人工智能技術的快速發展，住宅設計流程也將迎來較大的變革，從而提升設計效率，保障人們的居住效果。

（三）在公共建筑設計中的應用

公共建筑不同于住宅，其類型比較多樣化，包括文化建筑、醫療建筑、體育建筑、交通建筑等。在公共建筑設計過程中，設計師需利用大量時間學習和掌握每種建筑類型的規范和功能要求，根據不同建筑的使用功能遵循相應的設計規范，這一過程遠比住宅設計復雜。目前，人工智能技術在公共建筑設計中的應用相對較少，一般被用在建筑造型中，例如龍門山生物多樣性博覽園概念方案競賽中出現了人工智能技術的應用。

在公共建筑設計中，人工智能技術能替代人類處理大量復雜的數據，通過計算機模擬現場復雜的設計環境。對此，設計師可以將形式、功能、結構等方面作為設計出發點，設置相應的規則和要求，通過人工智能技術來生成公共建筑設計方案。同時，人工智能技術依據大數據分析、環境生成以及最終形態的空間性能模擬，通過程序計算和迭代，可使生成的建筑造型效果符合場地環境和設計要求。例如，在能耗優化模型中嵌入碳排放指標，能確保建筑美學與設計規范的雙重合規，避免建筑造型華而不實。

在人工智能技術出現之前，設計師需要依靠個人的審美素養和設計邏輯對公共建筑造型進行設計，并且要對建筑形體效果進行建模和反復修改。而面對日益復雜的公共建筑設計需求，人工智能技術的應用使得設計師有更多的時間精力考慮其他因素，如人文歷史、文化傳承、創意創新等，從而極大地提升設計效率。

四、人工智能技術在建筑設計中的應用策略

建筑設計作為一種需要創意的腦力工作，需要考慮眾多的設計因素，比如設計規范、周邊環境、場地信息、功能類型、用戶需求等。因此，面對各種設計要求，設計師需從“操作者”轉型為“策略制定者”，重點把控文化敘事、倫理決策與情感共鳴，利用人工智能技術進行方案實現與迭代，高效處理各種繁雜的設計因素和條件，進行歸納分析，從而找到一個最優的解決方案。[]

現階段，人工智能技術在建筑設計中的應用逐漸增多，主要用于前期設計方案，但建筑設計后期的施工階段同樣存在大量程序化和重復性的工作，具備被人工智能技術取代的可能性。隨著科技的不斷發展，未來建筑施工圖設計中的程序化和重復性的工作可能會被人工智能技術取代，并構建基于本土法律法規的施工圖專屬算法。對此，設計師需要及時轉變設計思維，順應時代發展潮流，積極主動地學習人工智能工具，提升自身的技能水平，理解人工智能學習原理和數據分析方法，熟練掌握各種人工智能技術。同時，對于由人工智能技術生成的建筑設計方案，設計師需認真篩選，避免過度依賴算法導致設計同質化，同時還要避免出現數據分析偏見，確保算法公平性。

人類的想象力往往會受到既往經驗的限制，難以突破某些建筑設計模式，而人工智能技術恰恰能促使人類突破自我限制。建筑設計過程包含人類情感和歷史、文化、環境等各種因素，這些因素是人工智能技術難以模擬和界定的。建成的建筑是供人使用的，人是評價一個建筑好壞的重要主體，而人工智能技術難以取代人類傳統的審美感知和文化創造性。未來，隨著人工智能技術的持續迭代與深人應用，建筑設計流程和方式會發生改變，對此設計師要學會利用人工智能技術處理各種復雜的設計條件和信息，制定更多具有個人風格和創意的設計方案。

五、結語

現階段，人工智能技術正在重塑建筑設計的底層邏輯，其核心價值并非替代人類，而在于擴展設計的可能性邊界。同時，雖然人工智能技術不僅是對建筑設計工具的變革，還是對設計思維與行業生態的顛覆，可實現設計效率提升、成本控制與可持續性突破，但其無法替代設計師的創造力、人文關懷與倫理判斷。未來，建筑設計行業將走向“人機共生”時代：人工智能技術負責解構與重組，人類專注于意義賦予與價值批判。只有堅持技術賦能與人文覺醒的雙向平衡，才能避免建筑淪為冰冷的算法產物，而是成為承載文明記憶與情感共鳴的精神“容器”。[8為更好地實現人工智能技術在建筑設計中的應用，設計師需要具備更高的綜合素質，學習文化歷史、人文審美、設計建造等方面的內容，以人為本，掌握人工智能技術的核心價值，以“人工智能協作者”身份提升技術應用能力與人文素養，進而推動建筑設計行業向智能化與人性化方向發展。

參考文獻：

[1]何宛余，趙珂，王楚裕，等.給建筑師的人工智能導讀[M].上海：同濟大學出版社，2021.

[2]何宛余，楊良崧.生成式人工智能在建筑設計領域的探索：以小庫AI云為例[J].建筑學報，2023（10）：36-41.

[3]何宛余，慕容良一，楊良崧.人工智能技術在建筑設計場景中的應用[J].城市環境設計，2023（4）：332-336.

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[7]薛志榮.AI改變設計：人工智能時代的設計師生存手冊[M].北京：清華大學出版社，2018.

[8]楊翊楠.AI介入設計對建筑師負責制的推動作用[J].建設科技，2023（21）：81-83.

作者簡介：

屈永堅，廣西南亞熱帶農業科學研究所工程師。研究方向：建筑設計。