AI技术在人居环境设计中的应用探究

单璐辰　魏泽崧

摘 要：AI是新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量，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新的技术科学。目前，AI技术的应用已经越来越广泛。AI技术应用于人居环境设计是人类科技成果在建筑环境中的一种具体表现，还需要不断创新与完善以营造出适宜的人居环境空间。人居环境好坏关系到人们的生活品质和身心健康，以及生产活动和人际关系。以南京丽笙精选度假酒店项目为例，论述AI技术在人居环境设计当中的应用，阐述如何实现人居环境设计过程中设计师、使用者与环境三者的有机结合。

关键词：AI；人居环境；设计

AI（Artificial Intelligence）研究的是如何使用计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为，具体而言，包括逻辑推理（也就是编程的顺序推理）、问题求解、知识表达（把复杂的、模糊的、未知的信息转换成能够被电脑加工的特定数据）、规划和学习等。

AI研究领域包括计算机视觉、自然语言处理、专家系统、智能机器人、机器学习、数据挖掘和知识工程等。目前，AI已经应用到各个领域，在医疗、金融等行业中取得了巨大的成功[1]。

人居环境设计，是在人类社会发展的大背景下，从整体上把握人与自然的和谐关系，将建筑、景观、室内设施等因素进行整合，以营造出适宜居住的空间。它包括人类实用器具设计、陈设设计、活动空间设计等。人居环境设计与人类生活息息相关，是一个动态变化的过程。随着人类社会的发展，人居环境设计也需要不断创新与完善，为人类提供更高品质的生活环境。

一、AI技术在设计领域的应用前景

从现阶段的形势来看，AI技术在设计领域，特别是在环境艺术设计方面，有着巨大的发展空间，在优化设计流程、提升设计品质、激发新的思路与观念等方面都有着重要的意义。随着AI技术的进一步成熟，将来会有愈来愈多的产品能够满足用户的个性化需要。

利用AI技术，可以对用户的行为进行采集、分析，从而提出符合用户生活习惯、美学偏好的室内设计方案。在既有的大量应用实践中，利用AI技术能够对海量的环境艺术设计实例展开分析与学习，从而提出新的设计思路与方法。除此以外，利用AI技术，可以快速地对不同的设计结果进行仿真，并利用优化算法寻找出最优的设计方案[2]。

（一）国外AI技术应用

国外许多设计师早就将AI技术引入设计领域，并取得了较好的实践效果。美国的IBM公司开发的“沃森设计”（Watson Design）平台，可以通过对大量数据的学习和分析，辅助设计师进行设计方案的优化和选择。该平台已经在多个建筑设计项目中得到了应用，并取得了不错的效益[3]。英国建筑研究所研发出一套以AI技术为基础的设计辅助系统，其可以协助设计者对建筑物外形进行设计与优化。该系统以计算机视觉技术为基础，能够对建筑物外形进行建模和渲染，在计算机上完成模拟后再通过3D打印机制造出模型，然后再将其输入CAD软件中进行分析。荷兰的一家公司研发出一套智能园林规划软件。该软件能够适应各类群体的需要与生活方式，从而实现多元化的园林景观规划。Autodesk公司的Dreamcatcher基于AI技术实现设计流程自动化控制，可用于设计和优化产品。Dreamcatcher可在既有的设计要求、参数的基础上，快速地生成一组满足各种需求的模型，帮助设计师更快速地创建和测试产品设计，并提供优化建议。

（二）国内AI技术应用

在我国，将AI技术运用于设计中，已经引起了广泛的重视，并取得了一定的实践成果。

AI有很多研究方向，在过去几年里，中国在这些方向上都取得了长足的进步，包括深度学习、自然语言处理、计算机视觉、语音识别和机器人等，而且已经建立起了完整的产业链。以互联网产业为例，阿里巴巴和腾讯是互联网领域中AI研究方面的佼佼者，他们已经将AI应用于他们所提供的商品和服务之中。AI技术作为新一轮科技革命和产业变革的核心力量，正在推动传统产业升级换代，驱动“无人经济”快速发展，在智能交通、智能家居、智能医疗等民生领域产生积极影响。

AI时代的到来，使得设计师可以从新的角度去审视设计，开拓出新的设计思路。设计师可以更容易地使用数据，并且可以为复杂的问题提供创新性的解决方案。

二、AI在人居环境设计中的应用

人居环境，是人类居住、工作、休闲活动、社交的场所，这里面既包括居室，也包括个体建筑、建筑群和住宅小区，以及其他的公共场所。人居环境涉及自然环境（包括生态环境、气候环境、物理环境等）和人文环境（包括艺术环境、社会环境和文化环境等）两个方面，由许多要素构成的，概括地说包括空间布置、建筑造型、照明灯光、温湿度、与自然环境的关系等等。人居环境好坏，不但关系到人们的生活品质，而且关系到人们的身心健康、生产活动和人际关系。

（一）AI赋能下的人居环境设计的意义

AI赋能下的人居环境设计以大数据、“互联网+”、云计算作为技术支持，以实现安全、舒适、美观的人居环境为目的，协助设计者运用更加高效的手段实现设计。AI技术赋能已成为人居环境设计的主要趋势[4]。

AI可以为人居环境设计的早期分析和整体计划提供一些决策支撑。AI通过对海量的设计信息进行深入的研究，帮助设计者更好地了解使用者的需要，提升设计效率。

在建筑设计中，利用AI可以迅速构建与优化建筑建模。AI在建筑设计领域的应用，一方面可以通过計算机自动完成各种方案的设计，节省时间与人力；另一方面还可以根据不同的情况进行相应的适应性调节，以达到使用者对环境的要求。例如，在建筑设计中，通过计算模型对采光、通风等进行模拟，可以根据数据分析进行合理规划；通过分析历史数据，还可以在设计阶段为业主提供最优方案；又或者是在建筑建成之后，通过对各种运行情况的统计与分析，为业主提供最优的运维建议。AI还可以通过对建筑设备的智能化监控与预防性养护，比如利用机器学习的方法对楼宇设备的使用年限进行预估，从而及时进行维护或替换，以规避潜在的风险。在一定的设计条件下，AI赋能下的智能家庭可以对照明、供暖、空调等家庭设施进行自主的操控，从而更符合人类的日常生活需要，提升居住品质，并节约能源。

综上，人居环境设计中加入AI技术后，能够实现设计师、使用者、环境三者有机结合，以科技之力对居住环境进行优化，提高居住品质，具有不可忽视的重大作用。

（二）AI赋能下的人居环境设计优势

随着AI技术的不断发展，其在人居环境设计工作中的应用价值也逐渐凸显出来，相较于传统的人居环境设计考虑的方面更加全面，能够统筹更多的设计因素。在此背景下，人们的生活需求也在不断变化，人居环境设计越来越注重个性化的表达，越来越多元化，人们对于室内设计的要求也随之发生了变化。针对这一问题，可以基于AI技术赋能，借助大数据、云计算等技术对客户需求进行收集和整理，并对数据进行分析和处理，从而为客户提供更加个性化、多元化的设计方案。

在新时代背景下，人们对人居环境提出了更高的要求。随着社会经济的不断发展，人们的环保节能意识越来越高，越来越青睐于绿色设计，对环境品质要求越来越高。比如，人们希望通过利用太阳能、风能等对环境空间进行节能设计，实现空间功能优化。而AI技术支持下的太阳能集热器、通风系统等设施，能够打造舒适的居住环境，有效降低建筑物能耗，满足人们的期待[5]。

三、AI赋能下的设计——以南京丽笙精选度假酒店项目为例

南京丽笙精选度假酒店（以下简称“丽笙酒店”）属于南京园博园（一期）项目，位于展园东侧。南京园博园是按照江苏省园艺博览会的要求，配套建设的园林主题公园，位于南京汤山原废弃矿区。丽笙酒店作为园区重要的支持配套建筑设施，于2021年6月建成投入使用，设计范围近3.5万平方米。

作为南京园博园的重要配套建筑，丽笙酒店秉承着“山水为邻，和乐共生”的理念，将人、自然、建筑、人与人之间的关系紧密联系在一起，希望创造一个美好的空间环境。整个酒店包括度假酒店、会议中心、特色餐饮等设施，打造自然与建筑和谐共生的人文环境，以人为本，以“和合”为核心理念，将中国传统文化中“和”的思想与现代设计手法相结合，形成了具有南京地域特色的景观符号。

（一）场所设计构思

在建筑设计的前期构想中，借鉴了宋朝著名山水画家郭熙在《林泉高致》中表达的艺术理念，将宾馆建筑的主体与周围的自然环境融合在一起，松柏、温泉与青山环绕，模糊建筑与自然的边界，创造出与自然和谐共生的、充满诗意的城市景观。

（二）场地分析中AI的应用

丽笙酒店的选址研究，重点是对选址位置的定位和推测。为了更加客观地分析和解读崖壁、潭面景观与场地走势的相互联系，提出了基于GIS的可视化方法。以实地为基础，对“坡，高，坡”三个基本元素的切矢量和法矢量进行了研究，形成复合向量场，再进一步通过粒子集群智能算法求得粒子的运动轨迹[6]。

以颗粒集群的智能化算法为基础，构建既与景观空间相适应的空间增长形式，又与景观空间相融合的空间格局。以景为载体，将科技赋能到风景园林中，将其运用到建筑智能化设计中。

建筑设计上，将曲线几何图形安置在从低到高的斜坡上，使其与山体斜坡相吻合。这不仅在构造上是合理的，而且是对中国传统斜坡屋顶建造方法的继承和回应。

根据现场的地貌特点，考虑到实际高度的变化，将现场分为三个分区。以三大区块为依托，按照不同的地理位置，将不同的地块按照不同的地形进行不同的分区，从而构成了一种分层的地块形式。

设定五种高差变化，以环形游园路径为线索，将客房单元、会客大厅、公共卫生保健、饮食娱乐和园林景观五大元素相互联系。通过这种方式，整体上构成了一个与山体肌理相融的体系。它与周边的园林设备等产生共振，使建筑物与自然环境融为一体。

（三）建筑设计中AI的应用

丽笙酒店在外墙立面上，除开对结构性造型形态进行研究之外，还将重点放在基于性能构建的建筑机器人构建模型的研究和应用上，以科学手段重构具有本土特色的传统文化记忆。建筑机器人构建模型可模拟建筑物在不同环境中的行为，通过智能算法，使其达到最佳性能，并在未来能够进行自主决策，从而使建筑更加安全、节能和高效。

此外，丽笙酒店建筑外立面设计运用图像干扰技术，控制瓷砖表面的凹凸、阴影、裂缝交错等纹理，对图像信息进行抽象转换，操纵机器人进行搭建，最终形成“紫金山水”的数码表达方式，重现丽笙酒店初期设计理念中“景观”和“山水”的双组分图像。数字化设计和数字加工工具摆脱了机械化，能够以定制生产模式经济地完成传统节点的加工，并且模拟工具允许对节点连接的传力机制和性能进行模拟。

本项目采用数字技术，结合AI，对不同参数进行提取、集成与优化，并将其用于实际工程，以达到安全、节能、高效的目的。以AI为基础的木、砖混结构人机协作，在工期、完成精度等方面也有显著优势，实质上是在人与机之间构建真实的互动关系。这一互动，让人对机器有了更深刻的认识。后人类时代，人类社会将更加高效、便捷。

四、结语

在AI技術的不断发展下，其在人居环境设计中的应用价值越来越明显。在现阶段的社会，大众对人居环境的需求也在不断地发生变化，因此，充分利用大数据、云计算、AI等技术，收集并整理顾客的需求，为顾客提供更为个性化、多样化的设计方案，这是目前以及今后人居环境设计的发展方向。

以南京丽笙酒店为例，可见，结合AI技术，通过进行数据分析、布局规划、模拟等多方面的研究，可以尽可能快速地提出场所建筑需求以及建筑外立面设计的最佳解决方案，以达到“山水为邻，和谐共处”的设计目的。在此基础上，以基于GIS的可视化方法对其区位、位置进行研究，并将数字技术与AI相融合，形成“紫金山水”的数字化表现形式，使整个工程得以圆满完成，使之成为南京园博园中的特色建筑空间。

参考文献：

[1]田十方，李彪.基于梯度优化物理信息神经网络求解复杂非线性问题[J].物理学报，2023（10）：15-25．

[2]银宇堕，陈洪，赵海英.人工智能在艺术设计中的应用[J].包装工程，2020（6）：252-261．

[3]张东，徐峰.美国政府统筹推动人工智能发展的政策举措分析[J].全球科技经济瞭望，2022（6）：1-4，23．

[4]陈婷，武文斌，何建军，等.多源空间数据融合的城市人居环境监测模型与应用研究[J].生态学报，2019（4）：1 300-1 308.

[5]陶亮，孟静，李威.第11届江苏省园博园总体规划综述[J].建筑学报，2022（8）：6-11.

[6]袁烽，朱蔚然.数字建筑学的转向：数字孪生与人机协作[J].当代建筑，2020（2）：27-32.

作者简介：

单璐辰，北京交通大学硕士研究生。研究方向：人居环境设计。

魏泽崧（通讯作者），博士，北京交通大学教授。研究方向：环境艺术设计。