AI技術在人居環境設計中的應用探究

單璐辰　魏澤崧

摘 要：AI是新一輪科技革命和產業變革的重要驅動力量，是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。目前，AI技術的應用已經越來越廣泛。AI技術應用于人居環境設計是人類科技成果在建筑環境中的一種具體表現，還需要不斷創新與完善以營造出適宜的人居環境空間。人居環境好壞關系到人們的生活品質和身心健康，以及生產活動和人際關系。以南京麗笙精選度假酒店項目為例，論述AI技術在人居環境設計當中的應用，闡述如何實現人居環境設計過程中設計師、使用者與環境三者的有機結合。

關鍵詞：AI；人居環境；設計

AI（Artificial Intelligence）研究的是如何使用計算機來模擬人的某些思維過程和智能行為，具體而言，包括邏輯推理（也就是編程的順序推理）、問題求解、知識表達（把復雜的、模糊的、未知的信息轉換成能夠被電腦加工的特定數據）、規劃和學習等。

AI研究領域包括計算機視覺、自然語言處理、專家系統、智能機器人、機器學習、數據挖掘和知識工程等。目前，AI已經應用到各個領域，在醫療、金融等行業中取得了巨大的成功[1]。

人居環境設計，是在人類社會發展的大背景下，從整體上把握人與自然的和諧關系，將建筑、景觀、室內設施等因素進行整合，以營造出適宜居住的空間。它包括人類實用器具設計、陳設設計、活動空間設計等。人居環境設計與人類生活息息相關，是一個動態變化的過程。隨著人類社會的發展，人居環境設計也需要不斷創新與完善，為人類提供更高品質的生活環境。

一、AI技術在設計領域的應用前景

從現階段的形勢來看，AI技術在設計領域，特別是在環境藝術設計方面，有著巨大的發展空間，在優化設計流程、提升設計品質、激發新的思路與觀念等方面都有著重要的意義。隨著AI技術的進一步成熟，將來會有愈來愈多的產品能夠滿足用戶的個性化需要。

利用AI技術，可以對用戶的行為進行采集、分析，從而提出符合用戶生活習慣、美學偏好的室內設計方案。在既有的大量應用實踐中，利用AI技術能夠對海量的環境藝術設計實例展開分析與學習，從而提出新的設計思路與方法。除此以外，利用AI技術，可以快速地對不同的設計結果進行仿真，并利用優化算法尋找出最優的設計方案[2]。

（一）國外AI技術應用

國外許多設計師早就將AI技術引入設計領域，并取得了較好的實踐效果。美國的IBM公司開發的“沃森設計”（Watson Design）平臺，可以通過對大量數據的學習和分析，輔助設計師進行設計方案的優化和選擇。該平臺已經在多個建筑設計項目中得到了應用，并取得了不錯的效益[3]。英國建筑研究所研發出一套以AI技術為基礎的設計輔助系統，其可以協助設計者對建筑物外形進行設計與優化。該系統以計算機視覺技術為基礎，能夠對建筑物外形進行建模和渲染，在計算機上完成模擬后再通過3D打印機制造出模型，然后再將其輸入CAD軟件中進行分析。荷蘭的一家公司研發出一套智能園林規劃軟件。該軟件能夠適應各類群體的需要與生活方式，從而實現多元化的園林景觀規劃。Autodesk公司的Dreamcatcher基于AI技術實現設計流程自動化控制，可用于設計和優化產品。Dreamcatcher可在既有的設計要求、參數的基礎上，快速地生成一組滿足各種需求的模型，幫助設計師更快速地創建和測試產品設計，并提供優化建議。

（二）國內AI技術應用

在我國，將AI技術運用于設計中，已經引起了廣泛的重視，并取得了一定的實踐成果。

AI有很多研究方向，在過去幾年里，中國在這些方向上都取得了長足的進步，包括深度學習、自然語言處理、計算機視覺、語音識別和機器人等，而且已經建立起了完整的產業鏈。以互聯網產業為例，阿里巴巴和騰訊是互聯網領域中AI研究方面的佼佼者，他們已經將AI應用于他們所提供的商品和服務之中。AI技術作為新一輪科技革命和產業變革的核心力量，正在推動傳統產業升級換代，驅動“無人經濟”快速發展，在智能交通、智能家居、智能醫療等民生領域產生積極影響。

AI時代的到來，使得設計師可以從新的角度去審視設計，開拓出新的設計思路。設計師可以更容易地使用數據，并且可以為復雜的問題提供創新性的解決方案。

二、AI在人居環境設計中的應用

人居環境，是人類居住、工作、休閑活動、社交的場所，這里面既包括居室，也包括個體建筑、建筑群和住宅小區，以及其他的公共場所。人居環境涉及自然環境（包括生態環境、氣候環境、物理環境等）和人文環境（包括藝術環境、社會環境和文化環境等）兩個方面，由許多要素構成的，概括地說包括空間布置、建筑造型、照明燈光、溫濕度、與自然環境的關系等等。人居環境好壞，不但關系到人們的生活品質，而且關系到人們的身心健康、生產活動和人際關系。

（一）AI賦能下的人居環境設計的意義

AI賦能下的人居環境設計以大數據、“互聯網+”、云計算作為技術支持，以實現安全、舒適、美觀的人居環境為目的，協助設計者運用更加高效的手段實現設計。AI技術賦能已成為人居環境設計的主要趨勢[4]。

AI可以為人居環境設計的早期分析和整體計劃提供一些決策支撐。AI通過對海量的設計信息進行深入的研究，幫助設計者更好地了解使用者的需要，提升設計效率。

在建筑設計中，利用AI可以迅速構建與優化建筑建模。AI在建筑設計領域的應用，一方面可以通過計算機自動完成各種方案的設計，節省時間與人力；另一方面還可以根據不同的情況進行相應的適應性調節，以達到使用者對環境的要求。例如，在建筑設計中，通過計算模型對采光、通風等進行模擬，可以根據數據分析進行合理規劃；通過分析歷史數據，還可以在設計階段為業主提供最優方案；又或者是在建筑建成之后，通過對各種運行情況的統計與分析，為業主提供最優的運維建議。AI還可以通過對建筑設備的智能化監控與預防性養護，比如利用機器學習的方法對樓宇設備的使用年限進行預估，從而及時進行維護或替換，以規避潛在的風險。在一定的設計條件下，AI賦能下的智能家庭可以對照明、供暖、空調等家庭設施進行自主的操控，從而更符合人類的日常生活需要，提升居住品質，并節約能源。

綜上，人居環境設計中加入AI技術后，能夠實現設計師、使用者、環境三者有機結合，以科技之力對居住環境進行優化，提高居住品質，具有不可忽視的重大作用。

（二）AI賦能下的人居環境設計優勢

隨著AI技術的不斷發展，其在人居環境設計工作中的應用價值也逐漸凸顯出來，相較于傳統的人居環境設計考慮的方面更加全面，能夠統籌更多的設計因素。在此背景下，人們的生活需求也在不斷變化，人居環境設計越來越注重個性化的表達，越來越多元化，人們對于室內設計的要求也隨之發生了變化。針對這一問題，可以基于AI技術賦能，借助大數據、云計算等技術對客戶需求進行收集和整理，并對數據進行分析和處理，從而為客戶提供更加個性化、多元化的設計方案。

在新時代背景下，人們對人居環境提出了更高的要求。隨著社會經濟的不斷發展，人們的環保節能意識越來越高，越來越青睞于綠色設計，對環境品質要求越來越高。比如，人們希望通過利用太陽能、風能等對環境空間進行節能設計，實現空間功能優化。而AI技術支持下的太陽能集熱器、通風系統等設施，能夠打造舒適的居住環境，有效降低建筑物能耗，滿足人們的期待[5]。

三、AI賦能下的設計——以南京麗笙精選度假酒店項目為例

南京麗笙精選度假酒店（以下簡稱“麗笙酒店”）屬于南京園博園（一期）項目，位于展園東側。南京園博園是按照江蘇省園藝博覽會的要求，配套建設的園林主題公園，位于南京湯山原廢棄礦區。麗笙酒店作為園區重要的支持配套建筑設施，于2021年6月建成投入使用，設計范圍近3.5萬平方米。

作為南京園博園的重要配套建筑，麗笙酒店秉承著“山水為鄰，和樂共生”的理念，將人、自然、建筑、人與人之間的關系緊密聯系在一起，希望創造一個美好的空間環境。整個酒店包括度假酒店、會議中心、特色餐飲等設施，打造自然與建筑和諧共生的人文環境，以人為本，以“和合”為核心理念，將中國傳統文化中“和”的思想與現代設計手法相結合，形成了具有南京地域特色的景觀符號。

（一）場所設計構思

在建筑設計的前期構想中，借鑒了宋朝著名山水畫家郭熙在《林泉高致》中表達的藝術理念，將賓館建筑的主體與周圍的自然環境融合在一起，松柏、溫泉與青山環繞，模糊建筑與自然的邊界，創造出與自然和諧共生的、充滿詩意的城市景觀。

（二）場地分析中AI的應用

麗笙酒店的選址研究，重點是對選址位置的定位和推測。為了更加客觀地分析和解讀崖壁、潭面景觀與場地走勢的相互聯系，提出了基于GIS的可視化方法。以實地為基礎，對“坡，高，坡”三個基本元素的切矢量和法矢量進行了研究，形成復合向量場，再進一步通過粒子集群智能算法求得粒子的運動軌跡[6]。

以顆粒集群的智能化算法為基礎，構建既與景觀空間相適應的空間增長形式，又與景觀空間相融合的空間格局。以景為載體，將科技賦能到風景園林中，將其運用到建筑智能化設計中。

建筑設計上，將曲線幾何圖形安置在從低到高的斜坡上，使其與山體斜坡相吻合。這不僅在構造上是合理的，而且是對中國傳統斜坡屋頂建造方法的繼承和回應。

根據現場的地貌特點，考慮到實際高度的變化，將現場分為三個分區。以三大區塊為依托，按照不同的地理位置，將不同的地塊按照不同的地形進行不同的分區，從而構成了一種分層的地塊形式。

設定五種高差變化，以環形游園路徑為線索，將客房單元、會客大廳、公共衛生保健、飲食娛樂和園林景觀五大元素相互聯系。通過這種方式，整體上構成了一個與山體肌理相融的體系。它與周邊的園林設備等產生共振，使建筑物與自然環境融為一體。

（三）建筑設計中AI的應用

麗笙酒店在外墻立面上，除開對結構性造型形態進行研究之外，還將重點放在基于性能構建的建筑機器人構建模型的研究和應用上，以科學手段重構具有本土特色的傳統文化記憶。建筑機器人構建模型可模擬建筑物在不同環境中的行為，通過智能算法，使其達到最佳性能，并在未來能夠進行自主決策，從而使建筑更加安全、節能和高效。

此外，麗笙酒店建筑外立面設計運用圖像干擾技術，控制瓷磚表面的凹凸、陰影、裂縫交錯等紋理，對圖像信息進行抽象轉換，操縱機器人進行搭建，最終形成“紫金山水”的數碼表達方式，重現麗笙酒店初期設計理念中“景觀”和“山水”的雙組分圖像。數字化設計和數字加工工具擺脫了機械化，能夠以定制生產模式經濟地完成傳統節點的加工，并且模擬工具允許對節點連接的傳力機制和性能進行模擬。

本項目采用數字技術，結合AI，對不同參數進行提取、集成與優化，并將其用于實際工程，以達到安全、節能、高效的目的。以AI為基礎的木、磚混結構人機協作，在工期、完成精度等方面也有顯著優勢，實質上是在人與機之間構建真實的互動關系。這一互動，讓人對機器有了更深刻的認識。后人類時代，人類社會將更加高效、便捷。

四、結語

在AI技術的不斷發展下，其在人居環境設計中的應用價值越來越明顯。在現階段的社會，大眾對人居環境的需求也在不斷地發生變化，因此，充分利用大數據、云計算、AI等技術，收集并整理顧客的需求，為顧客提供更為個性化、多樣化的設計方案，這是目前以及今后人居環境設計的發展方向。

以南京麗笙酒店為例，可見，結合AI技術，通過進行數據分析、布局規劃、模擬等多方面的研究，可以盡可能快速地提出場所建筑需求以及建筑外立面設計的最佳解決方案，以達到“山水為鄰，和諧共處”的設計目的。在此基礎上，以基于GIS的可視化方法對其區位、位置進行研究，并將數字技術與AI相融合，形成“紫金山水”的數字化表現形式，使整個工程得以圓滿完成，使之成為南京園博園中的特色建筑空間。

參考文獻：

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[2]銀宇墮，陳洪，趙海英.人工智能在藝術設計中的應用[J].包裝工程，2020（6）：252-261．

[3]張東，徐峰.美國政府統籌推動人工智能發展的政策舉措分析[J].全球科技經濟瞭望，2022（6）：1-4，23．

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[5]陶亮，孟靜，李威.第11屆江蘇省園博園總體規劃綜述[J].建筑學報，2022（8）：6-11.

[6]袁烽，朱蔚然.數字建筑學的轉向：數字孿生與人機協作[J].當代建筑，2020（2）：27-32.

作者簡介：

單璐辰，北京交通大學碩士研究生。研究方向：人居環境設計。

魏澤崧（通訊作者），博士，北京交通大學教授。研究方向：環境藝術設計。