Page 226 - 建筑结构设计理论及实践研究

Theoretical and Practical Research on Architectural Structural Design
建筑结构设计理论及实践研究

2. 框架结构设计
框架结构与剪力墙结构是十分有利于建筑物整体稳定性的结构体系，在目前
的高层以及超高层建筑物中得到了广泛的运用。在框架结构的生成过程中，AI
的主要任务就是学习框架体系内各构件单元的尺寸和布局规律。在构件的尺寸形

状生成方面，有两种较为合理的思路，其一是运用生成式算法将给定的不完整结
构补全，其二是直接在三维空间中按照给定的约束生成形状。第一种思路下较为
典型的是 Han 等的成果，他们运用生成式 AI 在给定的四个连接点之间补全十字
接头，从生成的数十种结果中选出性能良好的方案。第二种思路则与 Nobari 等

的研究十分类似。两种技术路线的差异在于采用了不同的约束来影响 AI 的生成
过程；两者的共同点则是 AI 只能生成满足基本条件的结果，而不能识别出最优
的方案。即 AI 仅提供候选方案，后续需要人工进行方案比选，在布局方案的生
成任务中，主要研究的对象则是柱、墙、梁和板等结构单元。对于墙柱而言，布

局不仅考虑其尺寸，还要考虑到门窗位置和开口大小对结构的影响；对于梁板的
一系列研究中，生成式 AI 在建筑设计方案的约束下进行生成，通过对大量已有
结构设计方案的学习，总结出不同情况下常用的构件尺寸、钢筋消耗量、混凝土
消耗量等知识。最终的 AI 生成方案与工程师设计的剪力墙体系方案在耗材和布

局方面相差无几。在上述工作的基础之上，有相关研究尝试为生成式 AI 添加注
意力机制或是物理增强等手段，结果发现添加后的 AI 生成水平得到了一定的优
化，这也为行业内部分场景下 AI 生成水平有限的问题提供了可能的解决思路。
现有的 AI 生成式设计不仅可以依照建筑设计图生成结构布局方案，还可以与模

块化设计相结合。Gan 运用生成式 AI 处理预制梁柱、节点和平面构件，将其按
照拓扑关系组成了模块化的房间单位。这种构件单元也可以在应用中与 BIM 技
术结合起来。
3. 桁架结构设计

除壳体和框架结构外，桁架也是结构工程中十分典型的一种形式，其智能化
设计也是当今结构设计方面的研究热点之一。生成式 AI 算法在桁架结构方面的
贡献主要集中于复杂的空间桁架设计和结构验算两方面。在复杂空间桁架的设计
方面，主要思路仍是 AI 为设计师提供候选方案，设计师确定最终方案的模式，

即 AI 参与设计师的早期设计阶段。Malgit 基于桁架设计任务确定了一套生成式
的设计工作流程。该研究通过综合使用结构分析、生成式设计和 BIM 工具，实

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