基于建筑信息技术的智能设计

一、人类生产方式的变革引领人类社会的发展

建筑是由一定的生产方式和生活方式决定的，同时又影响着人类的生产与生活方式。

从建筑设计行业出现，建筑设计的所有变革都属于生产工具的变革，从手工绘制图纸，计算机辅助设计CAD，到如今的建筑信息模型BIM，都属于生产工具发生变化，其不变的本质仍是设计人员使用工具完成设计成果，成果都是由设计师直接创造的，总而言之，生产方式不曾改变。

随着科学技术的发展，已经有传统行业消亡与转变，其本质就是生产方式发生了变革。其过程是人创造了更高级的工具，高级工具按照人的意志制造完成产品，那些原先直接创造产品的职业由工具替代了，如接线员、说书艺人、掏粪工、纤夫等等。

基于互联网与人工智能技术，一些原来依赖人工操作的技能岗位也迎来了人工智能时代，如自动驾驶与导航技术出现了突破性的发展，2014年12月21日，谷歌宣布，其首款成型的无人驾驶原型车制造完毕，将会在2015年正式进行路测。该项技术目前已经进入实际道路实验阶段，相信在不久的将来，自动驾驶功能的汽车将会进入市场，进入我们的生活。

信息与互联网技术的发展，超越了一切传统技术的发展，对人类生产与生活方式产生巨大的影响。同样建筑产品设计过程的生产方式也将面临变革，BIM技术的迅猛发展就是工程领域步入信息与网络系统的最好佐证。只是BIM技术仅仅是工程领域涉足互联网与信息技术的开始，未来的发展一定会根本改变工程建设的生产方式，智能设计系统就是一种方向。

二、建筑设计依赖于设计师个体与有限群体的经验学识

从建筑师职业出现开始，建筑设计一直是建筑师主导的，建筑创作也成为建筑师的职业特征。现代建筑学专业的职业教育体系自上世纪20年代引入我国，其专业设置框架至今基本保持不变，包括建筑艺术与建筑技术两部分。一个成熟的建筑师仅具备建筑学教育背景是不够的，足够的设计实践是必须的。

建筑从构思到设计完成与主创建筑师的经验学识有相当密切的关系，即便现代设计企业生产流水线完成的建筑设计成果，也不过是有限的设计群体的经验学识的结晶，所谓质量管理体系也是人为的系统。设计师的经验学识对建筑设计起决定性作用，所以设计界一致认为40岁的建筑师才是职业生涯的开始。

即便是有经验与学识的建筑师，其工程设计在实施过程中（施工建造阶段）仍会出现各类问题需要处理，当前运用BIM技术也只是降低了出错率，也并不能避免因为人为因素导致的设计缺陷，这是人的经验与学识的局限性造成的。这就像无论多么有经验的驾驶员也有可能出现交通事故一样。

建筑工程的设计过程又是一个多专业综合协调与平衡的结果，一个普通的民用建筑项目涉及的专业就包括规划、建筑、结构、水、电、暖通、弱电、室内、幕墙、景观等近十个专业门类，通过人为协调如此多的专业平衡着实不是一件易事，专业间的实施碰撞一直是工程领域的常态。上世纪90年代以来，随着计算机技术的发展，许多专业的计算工作已经由人变为计算机。整体性与系统性的智能设计系统随着互联网与云技术的发展已经具备了物质基础。

三、基于建筑信息技术的智能设计构架

建筑设计的变革一定是生产方式的转变，我们姑且将建筑作为产品，目前建构过程已经发生了重大变革，工业化生产安装方式就是典型的从人工现场施工转变为机器工厂制造，机器现场安装。三维打印技术的发展，使得建筑物能够被现场打印出来。设计成果作为一种产品（现在国内设计行业的发展，也越来越将设计成果推向产品的行列），原本是由设计师直接创造的，基于建筑信息技术的智能设计系统就是将设计师的工作交由智能设计工具完成，将设计师从纷繁杂乱的事务性与体力性劳动中解放出来，专门从事创造性与决策性判断。

以计算机与互联网为基石，建立可视化信息处理平台，将各类建筑设计信息编制成计算机语言，构筑组件，并以一定逻辑关系建立组建架构原件（Architecture Component），信息组件按照属性分为项目原始信息、项目规范与标准信息、设计目标信息、同类项目信息等等，可按照限制程度将信息分为限制性信息与非限制性信息，可按照专业将信息分为规划信息、建筑信息、结构信息、机电信息等。根据设计深度要求，信息分为5个层级，概念设计需要输入的信息为第一层级，依次方案阶段为第二层级，初步设计阶段为第三层级，施工图阶段为第四层级，竣工图为第五层级。信息随着设计的深化从宏观、定性逐步递进到具体、定量。

整个智能系统按照信息输入、信息联结、成果输出、成果判断构建软件架构，信息输入就是构架原件，信息联结相当于联结器（Connector），输出与判断属于任务流（TASK-flow）。经计算机判断的成果提交业主或业主委托的建筑师做最终决策。

架构设计主要达到可扩展性（Extensible），可定制化（CuSTomizable），可维护性（MAIntainable）以及客户体验（Customer Experience）目标。

如今所谓参数化设计，已经具有智能设计的雏形。Rhino软件的Grasshopper插件，Revit搭配的Dynamo工具运用图形化的命令或命令组创造空间形体；Archicad内核GDL语言轻量化参数设计；CityEngine软件运用CGA文件描述建筑，这些技术已经为智能化设计提供了一定的基础。该项技术将成为未来建筑的设计创造工具，替代大量设计人员的工作，但并不意味着适合所有的建筑创作。随着人类社会的发展，总是有新功能需求的建筑，而这就需要类似传统建筑师的创造性脑力劳动完成。

四、未来展望与实现路径

未来的建筑设计职业将发生变革，传统的制图、设计、校对、审核等岗位将交由计算机智能完成，并一站式满足政策性与技术性审查。基于建筑信息技术处理的建筑设计将是一个人工智能系统，也可以理解为一个软件平台，未来的设计岗位只需要信息录入员与受委托的“建筑师”两类，之所以将建筑师在此处打引号是有别于传统建筑师。未来的“建筑师”所需要的知识体系与职责范围将发生变化，某种意义上更类似于法律体系的法官，因为他所做的就是站在公众利益角度做出价值判断，做出裁决。传统意义的建筑师及传统设计职业将发生变化，甚至消失！与此同时会出现设计信息语言编制录入人员（岗位）。

实现智能设计将极大地提高设计产品质量，极大地提升全行业的生产率，减少环境资源消耗；有利于促进生态文明建设，对未来人类社会发展做出巨大贡献。目前计算机技术（软、硬件）的发展已经完全具备了对于海量数据的信息处理能力，实现这一技术的路径初步归纳为三个步骤：第一步，集中设计与计算机技术人员解决设计相关信息与计算机语言的互通，这是相对关键的环节，一方面国内跨界的人才匮乏，两个专业领域技术人员的知识架构都存在严重的相互空白；第二步，研发智能设计平台（具备自主知识产权），可以理解为超级设计软件，该软件将突破国内软件行业对国外软件平台的依赖；第三步，运行试验软件平台，完善软件架构，实现智能设计实际应用。

智能设计的成果是符合BIM标准的信息模型，而当今的BIM却与智能设计构想不着边际。因为不但BIM设计是设计师直接生产的，连建筑信息模型都是建模师按照图纸搭建的。所以基于信息的智能设计任重而道远。

该项技术在国外已经引起关注，我国目前尚未开始相关研发工作，集中一定的人力与财力进行该技术的突破性研究将是一项造福人类的事业。它将改变建筑的生产方式，而建筑是人类赖以生存的重要物质环境，未来的建筑就像如今的许多工业化产品，不但工厂化生产，而且智能设计，既环保，又能绿色回收。随着我们生活方式的需要，更新换代建筑如同今天我们换一部车，或是换一部手机一样。

建筑与软件似乎有着天然的联系，软件架构师（Architects）与建筑师在英文中是同一个词。编制软件相当于建造系统，几乎所有的软件设计理念都可以在浩如烟海的建筑学历史中找到更为遥远的历史回响。我冥冥之中感觉到，传统的建筑师将会消失，未来的建筑师将会在计算机与互联网系统中的找到新的定位。智能设计系统将替代设计师承担枯燥、繁琐、机械以及技术规范核查的工作，承担分析模拟与推演的工作，让设计师真正回归创意与创新。（牛寿雁）

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