建筑领域的 AI：重新定义城市建设方式

如果没有建筑学领域及其杰出的建筑师，巴黎埃菲尔铁塔和美国五角大楼等地标和历史建筑就不会存在。除了为我们的世界增添重要的基础设施，全球建筑服务市场也是经济的重要组成部分，预计到 2035 年将达到约 6,220 亿美元。

建筑师一直在努力应对减少浪费、降低碳足迹和规划高效设计等挑战。人工智能（AI）工具可以帮助解决建筑领域的许多此类难题。AI 有助于优化设计、进行结构分析，并改进项目管理和可视化。在本文中，我们将探讨如何在建筑领域应用 AI。

AI 如何应用于建筑领域？#

建筑领域的 AI 正让设计更加智能，提高能源效率，并帮助打造更环保的建筑。这些进步已经应用于实际项目。

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 亿吨废料。建筑领域普遍面临的一个问题是减少建筑垃圾和碳排放。AI 可以利用先进算法和数据分析优化施工过程的每个阶段，从而在应对这一挑战中发挥重要作用。

例如，机器学习等 AI 技术可以分析有关材料性能、供应链物流和环境影响的大型数据集，从而推荐最可持续的材料和施工方法。机器学习模型还可以根据设计方案预测潜在的浪费，让建筑师及早调整方案以减少浪费。

生成式 AI还能更进一步，自动生成多个侧重于可持续性的设计方案。通过设定材料效率、结构完整性和能源使用等参数，生成式 AI 可以生成满足环境和美学目标的各种设计。建筑师随后可以选择最能兼顾创意与可持续性的方案。Spacemaker就是一款利用生成式 AI 帮助建筑师和城市规划师快速创建并测试不同设计方案的工具。

图 1. 使用 Spacemaker 生成的可持续设计示例。

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结合，让建筑项目更准确、更高效。BIM 是一种表示建筑物物理特征和功能特征的数字模型。它使建筑师、工程师和承包商能够协作制定详细方案，并作为集中资源，涵盖从建筑结构到各类系统的所有内容。

图 2. 建筑师正在讨论建筑信息模型。

将计算机视觉加入 BIM 后，摄像头和传感器可以采集施工现场的详细图像和 3D 扫描数据。随后，系统会将这些视觉资料与 BIM 模型实时比对，发现规划设计与实际施工之间的差异，例如墙体未对齐或结构位置不当。分析得出的信息有助于快速修正问题并确保项目按计划推进。

过去，发现这些问题依赖速度慢且容易出错的人工检查。借助计算机视觉，建筑师和项目经理可以在实际情况与 BIM 模型不符时收到即时警报。小问题可以在演变成更大、更昂贵的问题之前得到解决。将计算机视觉与 BIM 结合，也能让所有相关人员更容易协作。当问题在 BIM 模型中被标记出来时，建筑师、工程师、承包商和客户都可以快速查看并找到解决方案。

AI 在建筑领域的独特应用#

AI 还为建筑领域带来了一些独特的应用。下面快速了解其中几种：

• 能效：AI 可以分析建筑物的能源使用情况，并帮助优化设计以减少能耗、提升可持续性。通过推荐节能材料和设计改进，AI 有助于打造更环保、长期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，无需人工审核即可确保合规。这不仅节省时间，还能降低出错几率，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提出改造建议，帮助建筑师重新利用这些建筑以满足新的需求。AI 让旧建筑得以改造成现代化、多功能的空间，同时保留其历史或文化价值。

采用 AI 设计的现代建筑项目#

AI 赋能的建筑项目或许看起来像是未来才会出现的事，但实际上，AI 设计的项目已经启动，甚至已经完工。让我们来看看其中一些值得关注的项目。

盖达尔·阿利耶夫中心#

位于阿塞拜疆巴库的盖达尔·阿利耶夫中心由扎哈·哈迪德设计，于 2012 年竣工。它展现了生成式设计和 AI 工具如何改变建筑设计。这座建筑流畅的曲线造型有别于传统的直线设计，体现了阿塞拜疆现代且富有前瞻性的精神。Autodesk 和 Rhino 早期推出的生成式设计工具，在打造这座复杂建筑的过程中发挥了关键作用。

图 3。盖达尔·阿利耶夫中心。

日本大和房屋工业#

日本拥挤的城市催生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重要工具。通过设定具体的设计参数，生成式设计可以快速生成多种住宅方案，每种方案都针对狭小的城市空间进行了优化。传统方法往往速度较慢、适应性较差，而生成式设计则更快、更灵活。生成式 AI 正在重新定义日本人口密集地区的住宅设计与建造方式。

图 4. 大和房屋工业的城市住宅设计（来源：autodesk.com）。

Autodesk 多伦多办公室#

Autodesk 多伦多办公室是 AI 如何用于创新建筑设计的一个绝佳示例。借助 Autodesk 自有的生成式设计工具 Project Discover，公司根据员工的偏好生成了数千种办公室布局方案。通过将人类创意与 AI 相结合，Autodesk 设计出了更符合团队工作方式的办公空间。

图 5。Autodesk 位于多伦多的技术中心。

Stamhuis 的创新门店设计#

荷兰公司 Stamhuis 专门从事零售店铺的建设和翻新。为了加快并改进设计流程，该公司开始采用生成式设计。过去，设计一个零售店布局需要几个小时。如今，借助生成式 AI 工具，他们只需 15 分钟就能生成 40 个优化方案。与此同时，这也让设计师能够腾出时间处理更重要的任务，例如维护客户关系和规划施工。

图 6. 使用 AI 创建的 Stamhuis 店铺设计（来源：autodesk.com）

AI 会取代建筑师吗？#

建筑领域的 AI 创新旨在为建筑师提供支持，而非取代他们。尽管 AI 为建筑领域带来诸多益处，但人的创造力和判断力依然至关重要。将人的创造力与 AI 的数据分析和自动化能力相结合，建筑师就能设计出更好的建筑。研究表明，得益于 AI，生产力提高了 30%。AI 可以处理大多数繁琐任务，让建筑师专注于工作中富有创意和战略性的部分。

AI 在建筑领域面临的挑战#

AI 工具在建筑领域日益普及，也意味着建筑师需要提升技能，了解这些 AI 创新技术的工作原理。理解 AI 和数据的运作方式，有助于他们成功运用 AI 工具。遗憾的是，这是一个重大挑战，因为许多建筑师缺乏必要的培训。调查显示，60%的建筑师没有接受过任何正式的 AI 培训。弥合这一差距是建筑师保持竞争力并打造创新现代设计的关键。

图 7。建筑师 AI 培训情况的统计数据。

另一个挑战是实施 AI 所需的高昂成本，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，这些前期投入可能难以承受。此外，维护和升级还会产生持续成本，进一步加重财务压力。要成功集成 AI，事务所需要谨慎管理这些成本。通过妥善规划，事务所可以确保 AI 带来的收益值得前期投入。

借助 AI 与建筑设计共创更美好的未来#

AI 是建筑师的强大工具。它可以提供实时信息，帮助按时、按预算管理项目。它还可以协助处理设计图纸、结构检查和成本估算等耗时任务，让建筑师能够专注于创意。积极拥抱 AI 并探索其丰富功能和工具的建筑师，可以保持领先，并引领建筑行业的未来发展。

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