Page 225 - 建筑结构设计理论及实践研究

第六章 建筑设计智能化技术 ◆

建筑外立面风格为对象。此外，Pix2pixGAN、StyleGAN 以及 CycleGAN 等擅长
图像迁移的生成式 AI 算法也都基于现有的建筑外立面数据进行了风格迁移的尝
试。值得注意的是，最近有一部分研究将风格生成与传统文化结合起来，这可以
为当前的古建筑风貌修复问题提供一种新的解决思路。

（三）基于生成式 AI 的结构设计
生成式 AI 在建筑设计方面已经有了很多应用。而随着研究的逐渐深入和计
算能力的逐步提升，生成式 AI 在结构设计任务中也逐渐运用开来。结构设计的
难点在于，一方面结构会受到建筑设计方案的约束，另一方面结构设计过程中包

含大量的验算关系。这些都是 AI 生成算法在结构设计中的运用场景。目前在结
构设计场景下运用 AI 生成算法的思路有两种：一种是借助生成式 AI 模拟真实数
据的能力，产生足够逼真的模拟荷载，模拟跳跃、行走等荷载，进而检验设计方
案的可行性；另一种则是利用 AI 生成大批符合条件的不同方案，再通过对比选

取其中最优的结构设计。这种思路被广泛运用在壳体结构、框架结构以及桁架结
构设计任务中。
1. 壳体结构设计
在壳体设计领域，参数化设计方法往往受到参数数量和结构响应关系的限制，

难以表达出复杂的大规模结构。虽然目前已经有了高度参数化的设计空间，但壳
体结构设计，特别是网状多层壳体结构设计中的庞大变量和复杂结构响应对参数
化建模仍是一个不小的挑战。生成式 AI 的存在为这一问题提供了解决思路。生
成式 AI 可以依照给定约束直接构建满足要求的设计空间。Mirra 等使用 VAE 手

段构建了 AI 生成的结构设计空间，在其中生成大量的设计方案供设计者挑选或
修改。该过程中，研究人员将 AI 生成的设计空间与人为定义变量的设计空间对比。
结果发现 AI 生成的设计空间有更好的多样性，同时其方案也能更好地满足结构
性能需求。这说明 AI 生成式算法为壳体结构设计这一问题提供了新的，甚至是

更优的解决思路。无独有偶，VAE 也被用于大跨度屋顶 AI 设计的相关研究中。
Renaud 使用 VAE 生成了一个设计潜在空间，解码后形成了对应的设计子空间图
集，以供设计人员探索可能的设计方案。生成式 AI 也可以依据已有的图形完成
结构的设计。Webb 等在其研究中事先制定了拱顶的平面投影形状，标注了形状

控制点，在此基础上使用生成式算法完成不同的拱顶搭建方案。在得出拱顶造型
的基础上还可以进一步分析拱顶细节处石材用量与计算机网格模型之间的差异。

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