建筑设计在智能时代下的可能性

刘雨萱

（苏州大学，江苏 苏州 215123）

0 引言

一直以来，热爱建筑的设计师总是热衷于探讨建筑的更优解法。面对蓝天组如云朵般梦幻的设计奇思，国际著名结构师Christoph Gengagel曾对此提出质疑：“我们有没有更好的实现方法？有没有可能仅通过一片互动荧幕就营造出相似的感受？”建筑永远没有最优解，人工智能给我们带来更多可能，也迫使我们面临来自“机器”的挑战[1]。

1 初段人工智能对建筑设计的影响

人工智能作为建筑行业革新发展的重要工具，现已直接影响了建筑设计工作的效率和质量。从实践角度来看，人工智能可以让任何建筑项目在各个阶段获取更多效益，具体体现在以下几点：

首先增强建筑设计的潜力。参数化设计是利用人工智能技术进行建筑项目分析最大的优势。AI会将大批量蓝图看作项目研究的基础材料，而后运用这些内容提出自己的设计概念，同时还可以根据预先提出的限制条件，充分发挥自身的设计潜能，并用来评估施工现场的设计方案，以此保证最终获取的内容符合提出条件。比如说，运用人工智能工具测试分析建筑立面中玻璃面板的设计科学性，可以保障所选用方案达到最低成本效益。

其次有助于提升项目安全性。人工智能技术可以根据以往施工建设方案累积经验，对施工现场可能发生的安全事故进行评估分析，并对现有设计方案进行改善。

最后能提升设计精度。建筑设计人员在提出方案之前，要对施工现场进行调查研究，此时可以直接利用无人机对比分析软件蓝图和空中土地，以此准确掌握设计所需的准确数据。

2 建筑学领域人工智能的发展

英国著名建筑理论家尼尔林奇曾在2006年就发表过有关“人工智能会取代建筑师”的设想，他将于2021年出版的书籍《人工智能时代的建筑：建筑师的人工智能入门》与《建筑师之死：AI时代建筑职业的消亡》将汇总近年来他在该领域研究实践所得[1]。前者预示了建筑设计师注定需向智能时代做出与改变，后者残酷地揭露了他们极有可能面临的职业困境。

2.1 人工智能与人类智能

人工智能的概念实际来自于图灵的时代，也就是我们今天所称的“artificial intelligence”，而单词“artificial”往往指“假的、人造的”，人们的初衷是让机器模仿人脑，甚至还由人工智能的概念衍生了“机器学习”这一细化分支。伴随着人工智能一步步的发展，人工智能打败了最专业的象棋手，能打败各种领域内最强的人类，却始终被人类认为没有真正的思想。相反，人类是有意识的，所以尚且能利用人工智能作为想象力的延伸来扩展能力。

五年前，日本著名的计算机建筑领域的设计师渡边诚曾言：“在解决许多条件相互交织的复杂问题上，机器人比人类做得更好，但只有人类能创造出原本不存在的形象，因为机器没有梦想[2]。”没错，人类一直以超凡的创造力自居，然而殊不知，主客关系早已悄然发生转变：人工智能或许并不是人类智力的附属，而是另一种不同的智力形式，在某些方面甚至优于人类智力。因此，我们不排除机器的智力可以逾越人类想象的边界，从而具有独立的创造能力。直到某天，我们意识到是人工智能拓展了人类智能，把人类变成赛博人，为其装上了想象力的假肢。

2.2 现阶段人工智能对建筑设计的影响

我们不免设想：在不远的将来，人工智能可以满足各项复杂条件设计建筑，类似于网易云这样的软件能够推送迎合个人口味的音乐。

现在世界上许多建筑学教育院校和事务所都在进行“利用人工智能技术设计建筑”的实验性实践。这里要从几种人工智能技术说起。

首先是GAN技术，可以简单地将这个技术过程拆解为两部分：“制造赝品”与“识别赝品”。“制造赝品”指的是生成器网络，可用于生成类似于真实样本的随机采样，也就是假样本；“识别赝品”指的是分辨器网络，用于分辨数据是否真实。当对抗网络中生成器质量较高、分辩器判断较强时，机器便能进行成熟的创作与识别。

艺术领域率先运用GAN技术进行创作，由此诞生了“创造性对抗网络”，例如，机器在学习识别鸟类后对可以对“鸟”进行主观创作。随后，GAN技术在建筑界也被尝试性应用，例如“Cycle GAN”和“Style GAN”被应用于自动生成虚拟建筑；普利兹克奖得者汤姆梅恩广泛地实践“形态生成法”，借助参数化工具可创造出100个版本的建筑方案，让设计师据此探索可能产生的选择，由此生成的新形式也更具有说服力；来自土耳其的数字媒体艺术家雷菲克•阿纳多尔在很早的时期便对AI与建筑设计的融合进行了创造性探索：如图1所示，画面中扎哈事务所的建筑作品被抽象成融化后的液体，呈现一系列魔幻动感[3]。

图1 Refik AnadoI 对GAN 技术应用于建筑的初探

现阶段，人工智能除了能够给设计师提供更多形态的可能，还能够通过精密的计算评估建筑的各项性能，使其更加科学美观。

其次，3ds max。在这类软件操作过程中，不管是建筑建模还是人体建模都可以提升实际设计效率。在建筑设计期间，一般会将CAD图纸直接导入到软件中作为底图，不仅操作方便层次清晰，还可以和AutoCAD软件配合运用达到更佳的设计效果。

最后，Photoshop。其作为专业的图像处理软件，是近年来建筑设计最频繁运用的工具之一，不管是平面图和立体图的制作，还是透视效果图的处理，都表现出了积极作用。尤其是对设计建筑施工方案而言，利用这类软件进行操作，可以在保障数据精确性的同时，降低设计人员的工作压力，促使建筑设计人员可以利用软件强大的图像处理功能完成项目设计工作。

3 人工智能是否会替代建筑设计师

从建筑学专业角度来看，我们最关心的首先是人工智能是否具有创造性，人工智能是否能根据人类的描述进行想象与描绘。

机器学习使得机器能够由一张图像识别出图中主体并产生关联发散；如果将人类设计的思维映射到机器的逻辑语言，计算机的创新设计意味着他们能够由设定的主体内容及关联信息反向推导出主体呈现的形态，这种将想象生成具象的过程我们称之为“创造”。

我在一项夏令营工作坊中曾有幸参与人工智能与艺术的交叉学科实践项目，深刻体会到何谓“机器的创造力”。项目的内容是设计一款可以卡接在“绘画机器人”手掌末端的书写装置，设计内容包含装置与机器的卡口部位、与画笔的卡合关系以及绘画工具的选择，接着我们借助建模软件和3D打印机将想法化为实体，最终见证绘画机器人使用“绘画臂”的一刻。项目最有趣的点在于我们需要人为设计图案，机器人将用具“复刻”该图案。我们组并没有采取计算机所擅长的笃定线条，而采用了中国毛笔绘制了一副西方雕像的面庞，模糊流动的墨迹让各位导师都不禁好奇机器人到底会如何思考这个图案（见图2）。最终，典型的国画风被机器人转译为毕加索风格，大家围在一起观看这两幅完全不同的画，“它不是在模仿，它在按照自己的理解创造。”我也把它认知为另一种创造形式，它充满未知，充满可能，超出我们的预期。

图2 绘画机器人的“二次创作”

目前，人工智能已经能做到在不同形态的设计内容之间进行杂交和转换。一方面它加快了设计速度、带给人类新的灵感，另一方面也具有不可回避的威胁性。AI之所以可能比人类更具创造力，在于AI通常是反直觉的，它具有创造无人构想过的方案的潜力，经验丰富的建筑师甚至并没有意识到为什么电脑会建议他们这样做，但当反过来分析它时，却能意识到电脑是多么的聪明。不得不承认，人工智能暴露了人类智能的局限性。

在建筑文化领域，建筑理论家非常擅长解释和理解事物，但不太擅长创造事物；而建筑设计师更擅长创造事物，却不精于建筑理论。如果设计师不作出适应性的改变，那将在近在眼前的将来被淘汰。

科技的变化带来教育者及行业从事者的飞速改变。在建筑学校或事务所里进行的实验并不是人工智能的最终目的，重要的是它如何为未来办公室开发工具。香港大学建筑学教授何宛余女士也曾是尼尔林奇教授的学生，她在中国深圳开发了Xkool这样一种云工具，使设计师可以通过云连接开始生成建筑设计，而她并不认为真正的设计师可以被人工智能替代[3]。设计是有层级的，初级的建筑师负责寻找100种可能性，高级的设计师负责做出百里挑一的决策，因此建筑学的本质是运筹学，何教授坚持：“真正做运筹架构逻辑的建筑师不会被机器替代[4]。”

同样在适应人工智能时代的建筑团队是一家叫Space Maker AI的公司，他们用一种叫作ABC的新技术来生成建筑，而不是BIM（BIM目前还处于一个不成熟阶段），并且同步测试建筑的性能，最重要的是加快了设计过程，促成更高效的项目[4]。因此现在有些项目客户开始主动要求设计师将设计基于人工智能，不但能增加容积率，还能提高建筑性能，最重要的是他们能从项目中赚取更多收益，以实现投资回报最大化，这将改变游戏的规则。就像如今有些建筑师会攀比绿色技术的应用，以后的建筑师会就人工智能的应用程度展开同行竞争。

4 结语

科技作为事物创新发展的主要动力，建筑设计师要在正确认识科技发展所带来的挑战和机遇后，坚守建筑设计发展的初心。同时，根据建筑施工建设的根本要求，充分展现人工智能技术的真正价值，从而保障建筑设计可以在突破传统模式限制的基础上，真正实现长远发展。