超越形式和结构：
生成式设计与 AI 在 AEC 行业中的应用
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当计算机辅助设计 (CAD) 在 20 世纪 80 年代成为主流时，实际上只是作为一种替代人工绘图的工具，并没有在建筑设计方面起到实际的“辅助”作用。现在，随着本地计算能力、3D 图形的进步以及对 3D 建模范式的普及，CAD 终于名副其实。
人工智能 (AI) 和生成式设计是当今引领 CAD 趋势的两项关键技术，它们让 CAD 的作用相较于 20 世纪 80 年代有了质的飞跃。如今，计算机的工作并非只是保存设计文件，而是需要完成繁重的计算工作，生成千百个符合预定义目标的设计方案。然后，设计师将选择符合项目目标的方案，对其完善，打造出功能完善的理想解决方案。相比之下，在传统设计工作流程中，时间和成本限制通常使得设计师不得不谨慎行事，因循守旧。
但这也意味着可能永远也找不到真正的理想设计。生成式设计和 AI 为行业带来了巨大的优势，生成式设计不仅可以提高质量、减少浪费，还能够降低整个行业的成本。这些技术还可以降低复杂建筑的设计和制造风险，让建筑、工程和施工 (AEC) 公司更加确信能够满足项目和客户需求，并按时完成交付。
生成式挑战
21 世纪诞生了许多标志性的建筑，如果没有生成式设计，这些线条流动且特色鲜明的建筑将耗费难以估量的设计和建造成本。其中部分的成本将高到令人咋舌，甚至无法进行沟通。Robert McNeel & Associates 的 Rhino® Grasshopper® 帮助跨国建筑公司 Gensler 解决了上海中心大厦的分离抛物线问题。Buro Happold 的工程团队使用相同的算法建模软件，为新加坡“星耀樟宜”复杂的网格屋顶快速生成了设计方案。
只有通过自定义脚本有效生成多个可选建筑形式，如此令人难以置信的复杂建筑方能成为现实。其几何图形非常复杂，对每个场景进行人工建模根本不具备可行性，就算勉强这么做，项目团队也只能开发一到两个方案。每次迭代都需要强大的电脑来处理模型中表面和元素的重建，而每次对基础控制点进行更改后都会发生重建。
虽然生成式设计的早期应用主要集中在形式和结构上，但现在，重点应用领域正在向其他设计目标和项目特定指标转移。现在，这项技术常被用于优化多个相互制约的指标，如成本、性能、社会学和环境指标，或者用于探索如何充分利用建筑内的空间。
例如，Autodesk® 使用生成式设计来规划其在多伦多的新办公空间，并设定了几个不同的目标，包括工作风格、位置偏好、采光和室外景观。
生成式设计软件非常强大，因为它支持全面自定义，可帮助解决许多不同的设计挑战。但这也成为了这项技术得到广泛采用的阻碍因素之一，特别是对于规模较小的 AEC 公司。然而，2023 年是一个真正的转折点。Autodesk 为普及这项技术所做的努力可能仍会取得成效。在 Project Refinery 的基础上，Autodesk 于 2020 年推出了针对 Revit® 的生成式设计，允许用户选择模板化的设计研究、定义目标，然后使用高性能 PC 的计算能力返回一系列选项。
值得注意的是，生成式设计并不能替代设计师。虽然该软件可以生成千百个设计方案，对数据进行结构化处理，以帮助组织和排序各个方案，但只有设计师才能决定哪些方案比较重要，值得进一步完善。这款软件的目的并不是用计算机代替人，而是让设计师能把时间放在更具战略性的工作上。
Project refinery 图像由 Excitech 提供
图像由 Testfit 提供
AI 未来
现在，计算机开始扮演更加突出的角色。AI 将在建筑或基础设施生命周期的几乎所有阶段为 AEC 行业带来诸多全新的可能性。
随着人工智能的迅猛发展，越来越多的软件开发人员正在探索其潜力。正如 Architizer 对建筑师的 15 大人工智能工具的评论中所述，“人工智能革命并没有敲响我们的大门；它已经踏入，脱下帽子，准备开始工作。”（1） 人工智能在设计的可行性或早期阶段产生了巨大影响，它可用于最大限度地利用场地、住宅容量、采光或获得优质视野。
建筑师也会将 AI 用于消除冗余任务，例如检查建筑是否符合当地法规。它还可用于优化施工调度和管理，或提前向施工规划师发出项目延迟的警告。
TestFit 是一款搭载 AI 技术的场地可行性研究和建筑配置软件。设计师可以创建一个场地边界，软件按照用户给出的规格，利用专有算法生成建筑。
AI 还被应用于视觉计算，将突破性技术引入建筑工地，用于健康和安全、材料追踪和静默图像或视频检查。这将使数字模型和模拟施工流程更加和谐地合二为一，从而进一步推进流程改进，享受数字双胞胎和大数据带来的各种优势。
虽然这个行业从绘图板和铅笔发展到在个人电脑上绘制数字 2D 图纸已花费了数十年的时间，但在前沿设计实践的助力下，向 3D 建模发展的速度正在不断加快。通过创建数字化原型，新一代设计技术为这个行业带来了各种优势。
一方面，设计师可以利用生成式设计工具，通过创造复杂的形式来扩展现代建筑的建筑语汇。另一方面，AI 助手和专家代理还可以随时随地提供分析和建议。从初期的设计简报开始，涵盖建筑的整个生命周期，不断分析智能传感器的数据，优化环境并预测故障。我们终于进入了真正的计算机辅助设计时代。
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1. Architizer, “15 Top AI Tools for Architects and Designers,” accessed January 30, 2024, https://architizer.com/blog/practice/tools/top-ai-tools-for-architects-and-designers/
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