建筑学中的 AI：重新定义城市建设方式
了解建筑学中的 AI 如何改善设计、效率和可持续性。我们还将讨论 AI 如何改变建筑师的工作日常。
如果没有建筑学及其背后的杰出建筑师，巴黎埃菲尔铁塔和美国五角大楼等地标性建筑和历史建筑便不会存在。除了为我们的世界增添具有深远意义的基础设施外，全球建筑服务市场也是经济的重要组成部分，预计到 2032 年其规模将达到约 5.5 亿美元。
建筑师们不断致力于解决减少浪费、降低碳足迹以及规划高效设计等挑战。人工智能（AI）工具可以介入并帮助解决建筑领域的许多此类挑战。AI 有助于设计优化、结构分析，并改善项目管理和可视化。在本文中，我们将深入了解 AI 在建筑领域的使用方式。
Link to this sectionAI 在建筑领域是如何应用的？#
AI 在建筑领域的应用正通过让设计更智能、提高能源效率以及助力创造更环保的建筑来改变游戏规则。这些进步在现实项目中得到应用的方式令人惊叹。让我们深入探讨一下这一切是如何发生的。
Link to this section减少浪费并降低碳足迹#
2018 年，美国的建筑和拆除活动产生了 6 亿吨建筑垃圾。建筑领域普遍存在的一个问题是如何减少建筑垃圾和碳排放。AI 可以通过利用先进的算法和数据分析来优化施工过程的每一个阶段，从而在应对这一挑战中发挥重要作用。
For instance, AI techniques like machine learning can analyze large datasets on material performance, supply chain logistics, and environmental impact to recommend the most sustainable materials and construction methods. Machine learning models can predict potential waste based on design choices, and let architects make adjustments earlier to minimize waste.
生成式 AI 可以通过自动创建多种专注于可持续性的设计方案将这一点推向深入。通过设置材料效率、结构完整性和能源使用等参数，生成式 AI 可用于生成各种既符合环境目标又兼具美观的设计。建筑师随后可以选择最能将创造力与可持续性相结合的设计。Spacemaker 就是一个利用生成式 AI 帮助建筑师和城市规划师快速创建和测试不同设计方案的工具示例。
图 1. 使用 Spacemaker 生成的可持续设计示例。
Link to this section将计算机视觉与建筑信息模型 (BIM) 集成#
研究人员正在探索计算机视觉如何与建筑信息模型 (BIM) 结合，以使建筑项目更准确、更高效。BIM 是一种代表建筑物理和功能特征的数字模型。它允许建筑师、工程师和承包商协作制定详细计划，并作为一个包含从建筑结构到系统等所有内容的中心资源。
图 2. 建筑师们正在讨论建筑信息模型。
当计算机视觉添加到 BIM 中时，摄像头和传感器会捕获施工现场的详细图像和 3D 扫描。然后将这些视觉效果与 BIM 模型实时对比，以发现计划设计与实际施工之间的任何差异，例如墙壁对齐偏差或结构位置错误。来自此分析的见解有助于快速修复，并使项目保持在轨道上。
过去，发现这些问题依赖于人工检查，速度缓慢且容易出错。借助计算机视觉，建筑师和项目经理可以在出现与 BIM 模型不符的情况时立即收到警报。小问题可以在变成更大、更昂贵的问题之前得到阻止。将计算机视觉与 BIM 相结合也使相关人员更容易合作。当 BIM 模型中标记出问题时，建筑师、工程师、承包商和客户可以快速审查它们并找到解决方案。
Link to this section建筑领域的独特 AI 应用#
AI 也为建筑领域带来了一些独特的应用。让我们简要看看其中几个：
- 能源效率：AI 可以分析建筑中的能源使用方式，并帮助优化设计以减少消耗并提高可持续性。通过推荐节能材料和设计变更，AI 有助于打造更环保且长远来看更具成本效益的建筑。
- 安全合规：自动化系统可以根据建筑规范和安全法规检查设计，确保合规而无需手动审查。这不仅节省了时间，还减少了出错的几率，确保建筑符合所有必要的安全标准。
- 适应性再利用：AI 可以通过分析现有建筑的结构完整性并建议修改方案以满足新需求，从而帮助建筑师对现有建筑进行再利用。AI 使得在保留历史或文化价值的同时，将旧结构转变为现代功能性空间成为可能。
Link to this section使用 AI 设计的现代建筑项目#
虽然 AI 赋能的建筑项目看起来像是未来的事物，但现实情况是，由 AI 设计的项目已经在进行中，甚至已经完成。让我们来看看其中一些突破性的项目。
Link to this section盖达尔·阿利耶夫中心 (The Heydar Aliyev Center)#
位于阿塞拜疆巴库的盖达尔·阿利耶夫中心由扎哈·哈迪德 (Zaha Hadid) 设计，于 2012 年完工。它展示了生成式设计和 AI 工具如何改变建筑学。该建筑平滑、弯曲的形状与传统的直线截然不同。这种设计反映了阿塞拜疆现代和前瞻性的精神。Autodesk 和 Rhino 的早期生成式设计工具在创造这种复杂建筑方面发挥了关键作用。
图 3。盖达尔·阿利耶夫中心。
Link to this section日本大和房屋工业 (Daiwa House Industry)#
日本拥挤的城市创造了对创新且节省空间的住宅设计的需求。由 AI 驱动的生成式设计正成为大和房屋工业等公司满足这一需求的关键工具。通过设置特定的设计参数，生成式设计可以快速生成各种住宅方案，每个方案都针对小型城市空间进行了优化。与速度较慢且适应性较差的传统方法不同，生成式设计更快且更灵活。生成式 AI 正在重新定义日本人口稠密地区的住宅设计和建造方式。
图 4. 大和房屋工业的城市住房设计（来源：autodesk.com）。
Link to this sectionAutodesk 的多伦多办公室#
Autodesk 的多伦多办公室是一个 AI 如何用于创新建筑设计的绝佳范例。通过使用他们自己的生成式设计工具 Project Discover，该公司能够根据其自身员工的偏好创建无数的办公室布局选项。通过将人类想法与 AI 相结合，Autodesk 能够在没有通常设计失误的情况下设计出完美的工作空间。
图 5。Autodesk 的多伦多技术中心。
Link to this sectionStamhuis 的创新门店设计#
Stamhuis 是一家位于荷兰、专注于零售店施工和翻新的公司，他们已经转向使用生成式设计来加速和改进其设计过程。过去，设计一个零售店布局需要他们花费几个小时。现在，借助生成式 AI 工具，他们能够在短短 15 分钟内生成 40 个优化的设计方案。同时，这使他们的设计师能够专注于更重要的任务，例如建立客户关系和规划施工。
图 6. 使用 AI 创建的 Stamhuis 门店设计（来源：autodesk.com）
Link to this sectionAI 会取代建筑师吗？#
建筑领域的 AI 创新旨在支持而非取代建筑师。虽然 AI 为建筑学带来了许多好处，但重要的是要注意人类的创造力和判断力依然必不可少。通过将人类的创造力与 AI 的数据分析和自动化能力相结合，建筑师能够创造出更好的建筑设计。研究表明，得益于 AI，生产力提高了 30%。大部分繁琐的任务可以由 AI 处理，建筑师可以专注于工作中令人兴奋和具有战略意义的部分。
Link to this section与建筑领域 AI 相关的挑战#
AI 工具在建筑领域变得越来越流行的一个后果是，建筑师需要提升技能并学习这些 AI 创新是如何运作的。理解 AI 和数据的工作方式，有助于他们成功地使用 AI 工具。遗憾的是，这是一个巨大的挑战，因为许多建筑师缺乏必要的培训。据调查显示，60% 的建筑师没有任何正式的 AI 培训。弥合这一差距是建筑师保持竞争力并创造创新现代设计的关键。
图 7。关于建筑师 AI 培训的统计数据。
另一个挑战是实施 AI 所带来的更高成本，包括软件、硬件和培训费用。对于预算有限的小型建筑事务所来说，这些初始投资可能很困难。此外，还有持续的维护和升级成本，这增加了财务压力。为了成功整合 AI，公司需要谨慎管理这些成本。通过良好的规划，公司可以确保 AI 的收益值得初始支出。
Link to this section用 AI 和建筑学构建更美好的未来#
AI 是建筑师手中强大的工具。它能够提供实时信息，帮助按时并在预算内管理项目。它还可以帮助处理耗时的任务，如设计图纸、结构检查和成本估算，让建筑师能够专注于创意构思。拥抱 AI 并探索其众多功能和工具的建筑师，能够保持领先地位并在未来建筑领域引领潮流。
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