AI在建筑设计中的新运用
摘要：建筑设计是个复杂过程，除了需要知识、经验外，还要有想象力和创造力。人工智能技术将
建筑理论和设计经验数字化，提高设计工作效率，同时也为设计提供更多思路。尽管人工智能应用于建筑设计仍面临通用性、标准化等挑战，但AI建筑设计能够自动完成繁琐的初级设计任务，自动对立面进行选型，从而节省时间和成本，使设计师可以专注于设计，可以不再受困于传统的工作流程、可以从与设计关系不大的渲染表现中出来。
关键词：AI设计；设计创新；设计应用；
近几十年来，随着计算机技术的快速发展，数字化设计已经逐渐代替了传统的手工绘图，使得建筑师从繁重的体力劳动中出来，集中精力进行创作。然而，在现阶段的建筑设计过程中，仍有很大一部分精力被投入到重复、低效的工作中，这极大地浪费了建筑设计师的时间和精力。
相比于手工绘图的时代，现在的建筑更加多样和复杂，尺度也越来越大。在实际项目中，建筑设计师需要结合各个专业，同时兼顾业主的诉求，创造最合理的设计方案。设计师寻找可行方案是一个不断试错的过程，其中时间和精力是最主要的因素。特别是在近几年房地产高速发展期间，时间是一个奢侈的概念。人工智能技术的引入可以让建筑师有更多的时间专注于创意本身，从而推动建筑设计的新发展。从更大的维度来看，计算机非常有可能帮助建筑设计师找到新的建筑形式。以前被认为过于复杂、人工无法驾驭的概念或思路，很可能在人工智能的帮助下焕发生机。他可以作为设计师一个优秀的外脑，提高效率，降低成本。
人工智能技术能够用程序化的思维描述设计的过程，使其更加有逻辑性，更容易达到预设的目标。AI能够穷尽大量的可能性，尽可能,尽快的找到最优的结果。通过这种方式，可以极大地提高建筑设计的效率和质量。
建筑设计在AI领域属于一个比较小众的领域，资本涉猎不多，发展相对缓慢。2022年以来，AI在建筑设计上的运用出现了爆炸式的发展。2022年8月，由midjourney创的画作，打败了人类，获得国际大奖，是一个里程碑式的事件。
随着新的软件和技术的出现，极大地提高了建筑创作的效率，拓宽了前期创意人员的思路。目前市场上可以使用的软件有 stable diffusion 和 midjourney，两个软件各有特点。我们创造性地把这两个软件运用到我们的前期概念方案中，产生了良好的效果。建筑设计是一个需要大量创造力和想象力的领域，而AI技术的发展正好可以帮助建筑师们更加高效、精确地进行设计工作、更好地保持前瞻性与竞争力。本文将重点介绍AI在建筑前期方案中的应用，以及建筑立面的快速生成。
1、AI在建筑前期方案中的应用
建筑立面设计是建筑设计中至关重要的一步，也是最具挑战性的一步。立面的创造，需要深厚的审美能力和功能处理能力。传统的立面设计需要特别优秀的设计师才能胜任，并且成功率也不是很高。随着人工智能技术的发展，AI技术已经可以在建筑立面设计中发挥重要作用。AI可以根据用户提供的信息和想法，快速生成出不同类型和风格的立面设计方案，供用户选择。
我们可以通过对市场上流行的项目进行搜集，利用AI技术进行分析和训练模型，从而快速创造出各种类型的建筑立面。随着搜集的数据越来越多，AI算法可以学习到更多的模式和规律，进而提高其创造和创新能力。借助于可控AI，建筑师可以通过对AI生成的建筑立面进行调整、修改和优化，直接排除掉不符合要求的方案。
2、生成高层建筑方案
下面是我本人在项目上的实验，并且成果已经运用到了实际项目中，确实极大的提高到了生产力，节约了大量的时间。AI设计已经深入并改变了传统的设计流程。
图1 高层手绘稿
初始线稿，为了区分水面， 树木和天空，进行了简单的填色
图2 根据大模型训练得到多方案
我们选取了市场上流行的建筑立面，从中抽取了500张，作为大模型的素材。并按照相同的大小，对每张图片进行预处理。在stable diffusion中进行大模型训练，按照AI软件的扩散算法，设置步数为50，经过4个多小时的训练，就得到了住宅的基础大模型。
通过对模型进行进一步训练，便可以得到各种不同风格的建筑立面设计，这为建筑师在短时间内寻找最佳设计方案提供了更多选择。对本项目来说，各类设计元素中顶部起翘是主要的设计特点，AI通过对不同风格的顶部起翘进行训练，能够生成可控的结果供建筑师参考和评判。
AI技术的优势在于其快速、精确、可控等特点。在这个项目中，根据用户需求，AI生成的建筑立面的工作可以在一分钟内完成，且具有较高的准确性和稳定性。由此，建筑师们可以利用这些可控的结果来对他们的下一步工作做出决策。
3、线稿直接生成效果图
图3示范区手绘稿
图4 AI根据手绘稿生成多方案
传统的建筑模型设计流程需要经过相对繁琐的手动设计和渲染流程，这往往需要耗费大量人力和时间成本，而且设计过程中还可能出现各种误差。然而，通过应用AI技术，可以将线稿直接生成效果图，将小场景建筑模型的训练与多方案比选进行结合，大大提升了效率和精准度。
这种方法能够极大地节省沟通时间，避免了因为设计误差或者沟通不畅所造成的浪费。通过运用AI技术，可以直接生成高品质的效果图和多个不同方案的建筑模型，从而让建筑师更加专注于他们的设计和服务，而不用花费太多精力在后期的渲染和调整上。
3、对原方案进行优化
图5 原始幼儿园立面
利用AI技术直接根据现有图片图生图优化方案，训练专属的建筑模型，并进行多方案比选，最终通过优中选优的方式来得到最优方案。且使用AI技术可以分析大量的实时数据，不断调整方案，从而减少错误和不合理设计。
基于此，我们可以训练一个针对幼儿园建筑设计的专属的机器学习模型，选取上百个优秀的幼儿园项目的各角度数据，以便能够从不同方向和角度来生成幼儿园模型，从而快速优化方案并生成多个设计方案。
图8 多方案筛选
在生成的多个设计方案里，我们可以根据幼儿园场所的需要，结合业主预算，考虑用户体验、空间布局、环保能源等因素进行多方案比选。
4、生成彩色总图
图9 原始总图线稿
图10 彩色总图多方案比选
借助AI技术的快速发展，现在确实可以通过将手绘草图输入到AI系统中，然后利用计算机视觉和深度学习技术，自动将其转换为彩色总平图，从而帮助设计师快速生成高质量的数字设计方案。我们首先需要对数字图像进行预处理，识别并清除图像中的噪声、线条等不必要信息。然后进行自动识别和分割：利用计
算机视觉技术和深度学习算法，自动识别和分割图像中各个元素的位置和大小等参数。最终根据设计师的需求和样式，AI系统自动选取合适的颜色填充到相应的区域中。与传统的手工绘制和上色方法相比，AI技术能够大大提高设计效率和准确性，减少出错率，同时还能快速生成多种设计方案供设计师和客户选择。
4、多方案融合
大部分设计师师视觉动物。平时我们都会有自己的设计资料库。这些设计图库对设计起着至关重要的作用。我们很多时候，喜欢A的顶部，B的身段，C的室内，以前我们自己做设计的时候需要按照我们的思维进行组合设计，以期生成更好的想法、扩散更多的思维。现在利用融图工具，我们可以更快更好地实现自己的想法，同时还不需准备复杂的描述词。
“视觉动物”是设计师们经常用来形容自己的一个词汇。因为设计师们的主要工作是创造性地构思出各种美观而实用的设计，他们需要积累不同设计元素以及样式、色彩等方面的知识。同时，设计师还需要尽可能地了解新潮流、新设计趋势，才能更好地完成设计任务。设计图库便成为了设计师进行灵感和素材寻找、风格和品质沉淀的重要途径。
类似midjourney这样的应用程序，能够直接基于用户喜好匹配各类元素，并生成符合用户想法和诉求的图片。设计师将以往将不同元素进行组合以达到自己的设计效果的曲折设计途径，改进为利用融图这样的工具快速、准确地落实自己想法，设计周期也由以往的一周甚至更久缩短至一个小时甚至几分钟。
图11 玻璃金字塔和隈研吾作品
图12 依据图10进行的融合处理方案 4、展望与思考
以前，在没有AI技术辅助的情况下，设计师在设计过程中通常需要花费很多时间在数据分析和信息筛选上，这显然会影响到设计师的效率和思考深度。但是，有了AI技术，设计师可以获得大量的信息和数据，并且可以自动分析这些数据为他们提供更大的创作空间。在快速生成、多方融合的基础上，AI技术还会创造性地产生新的思路和灵感。而我们通过分析大量的视觉资料，可以从中发现和总结一些内在地规律和定理，从而能够更好地理解美和设计的本质。同时，由于AI在概念和方法上的创新，让建筑设计的视觉化表达具有更高的创造性，为设计提供了宝贵的思考角度和灵感参考。
AI技术在设计领域中的应用无疑会为那些富有创造性和创意的设计师带来更大的机会和发展空间。让我们积极拥抱人工智能，让它引领我们在设计领域走得更远。让我们从图板时代，电脑时代，直接跨越到智能时代。
参考文献：
[1] 孙澄，曲大刚，黄茜.人工智能与建筑师的协同方案创作模式研究：以建筑形
态的智能化设计为例.建筑学报 2020 \\ 02
[2] 周子骞，高雯 ，贺秋时，林波荣 ，韩雨乔 建筑设计领域人工智能探索 ——从生成式设计到智能决策 工业建筑 2022 年第 52 卷第 7 期