人工智能在建筑行业应用概述.pdf

1、人 工 智 能 在 建 筑 行 业 应 用 概 述摘 要人 工 智 能 (Artificial Intelligence， AI)是 当 前 科 学 技 术 发 展 中 的 一 门 前 沿 学 科 ，是 在 计 算 机 科 学 、 控 制 论 、 信 息 论 、 神 经 心 理 学 、 哲 学 、 语 言 学 等 学 科 的 研 究 的基 础 上 发 展 起 来 的 ， 因 此 又 可 把 它 看 作 是 一 门 综 合 性 的 边 缘 学 科 。 随 着 该 学 科 的不 断 发 张 ， 其 在 建 筑 领 域 的 应 用 范 围 也 不 断 扩 大 ， 极 大 的 促 进 了 我 国 建

2、筑 行 业 从传 统 运 作 走 向 现 代 管 理 和 经 营 。 本 文 首 先 对 人 工 智 能 进 行 了 简 要 介 绍 ， 并 从 五 个方 面 对 该 技 术 在 建 筑 领 域 的 应 用 进 行 了 讨 论 。关 键 字 ：人 工 智 能 ； 建 筑 领 域 ； 计 算 机 应 用 。1、 引 言人 工 智 能 (Artificial Intelligence， AI)是 当 前 科 学 技 术 发 展 中 的 一 门 前 沿 学 科 ，是 在 计 算 机 科 学 、 控 制 论 、 信 息 论 、 神 经 心 理 学 、 哲 学 、 语 言 学 等 学 科 的 研 究 的

3、基 础 上 发 展 起 来 的 ， 因 此 又 可 把 它 看 作 是 一 门 综 合 性 的 边 缘 学 科 。 AI 的 出 现 及所 取 得 的 成 就 引 起 了 人 们 的 高 度 重 视 并 得 到 了 很 高 的 评 价 。 甚 至 有 人 把 AI 与 空间 技 术 、 原 子 能 技 术 一 起 誉 为 20 世 纪 的 三 大 科 学 技 术 成 就 。人 工 智 能 是 一 门 研 究 如 何 构 造 智 能 机 器 (智 能 计 算 机 )或 智 能 系 统 并 使 它 能 模 拟 、延 伸 、 扩 展 人 类 智 能 的 学 科 。 或 者 说 人 工 智 能 就 是

4、 要 研 究 如 何 使 机 器 具 有 听 、 说 、看 、 写 、 思 维 、 学 习 、 适 应 环 境 变 化 、 解 决 所 面 临 的 各 种 实 际 问 题 等 功 能 的 一 门学 科 。 人 工 智 能 的 研 究 重 心 主 要 集 中 在 专 家 系 统 、 机 器 学 习 、 模 式 识 别 、 自 然 语言 理 解 、 自 动 定 理 证 明 、 自 动 程 序 设 计 、 机 器 人 学 、 博 弈 、 智 能 决 策 支 持 系 统 及人 工 神 经 网 络 等 方 面 。 但 由 于 研 究 者 对 于 人 工 智 能 的 理 解 存 在 差 异 ， 所 以 就

5、 形 成了 不 同 的 人 工 智 能 的 研 究 方 法 ， 其 主 要 有 三 种 ， 分 别 如 下 ：1.1、 以 符 号 处 理 为 核 心 的 方 法 符 号 主 义计 算 机 具 有 符 号 处 理 的 推 算 能 力 ， 这 种 能 力 蕴 涵 演 绎 推 理 的 内 涵 。 因 此 ， 可通 过 相 应 的 程 序 体 系 来 体 现 出 某 种 基 于 逻 辑 思 维 的 智 能 行 为 ， 达 到 模 拟 人 类 部 分智 能 的 目 的 。该 方 法 的 特 征 是 ： 立 足 于 逻 辑 运 算 和 符 号 操 作 ， 适 合 于 模 拟 人 的 逻 辑 思 维 过程

6、 ， 解 决 需 要 进 行 逻 辑 推 理 的 复 杂 问 题 ； 用 一 定 的 符 号 表 示 知 识 ， 在 已 知 基 本 规则 的 情 况 下 ， 无 需 输 入 大 量 的 细 节 知 识 ； 便 于 模 块 化 ， 易 于 修 改 ； 能 与 传 统 的 符号 数 据 库 进 行 很 好 地 连 接 ； 可 对 推 理 结 论 进 行 解 释 ， 便 于 对 各 种 可 能 性 进 行 选 择 。1.2、 以 网 络 连 接 为 主 的 连 接 机 制 方 法大 脑 是 人 类 一 切 智 能 活 动 的 基 础 ， 因 此 从 大 脑 神 经 元 及 其 连 接 机 制 着

7、手 研究 ， 弄 清 大 脑 结 构 及 其 信 息 处 理 的 过 程 与 机 制 ， 可 望 揭 示 人 类 智 能 的 奥 秘 ， 从 而真 正 实 现 人 类 智 能 在 机 器 上 的 模 拟 。该 方 法 的 特 征 是 ： 通 过 神 经 元 间 的 并 行 协 同 作 用 实 现 信 息 处 理 ； 通 过 神 经 元间 的 连 接 存 储 知 识 和 信 息 ， 具 有 联 想 和 鲁 棒 性 ； 通 过 对 神 经 元 间 连 接 强 度 的 动 态调 整 ， 可 较 方 便 地 实 现 对 人 类 学 习 、 分 类 等 能 力 的 较 好 模 拟 ； 适 合 于 模 拟

8、 人 类 的形 象 思 维 ； 求 解 问 题 时 ， 可 以 比 较 快 地 获 得 满 意 的 近 似 解 。1.3、 系 统 集 成 方 法人 类 的 智 能 活 动 中 既 有 逻 辑 思 维 又 有 形 象 思 维 ， 单 独 使 用 符 号 主 义 方 法 或 连接 机 制 方 法 都 不 能 完 整 地 解 决 智 能 模 拟 问 题 。 因 此 ， 把 二 种 方 法 结 合 在 一 起 综 合研 究 ， 是 模 拟 智 能 研 究 的 一 条 必 由 之 路 。 系 统 集 成 方 法 兼 有 符 号 主 义 方 法 和 连 接机 制 方 法 的 特 征 。集 成 模 式 有

9、 二 种 。 第 一 种 模 式 是 结 合 ， 符 号 主 义 方 法 与 连 接 机 制 方 法 均 保 持独 立 的 结 构 ， 但 密 切 合 作 ， 任 何 一 方 都 可 以 把 自 己 不 能 解 决 的 问 题 转 交 给 另 一 方 。第 二 种 模 式 是 统 一 ， 将 符 号 主 义 方 法 与 连 接 机 制 方 法 有 机 地 统 一 到 一 个 系 统 中 ，既 有 逻 辑 思 维 的 功 能 ， 又 有 形 象 思 维 的 功 能 。2、 人 工 智 能 技 术 在 建 筑 领 域 的 应 用研 究 者 们 把 人 工 智 能 技 术 与 建 筑 行 业 各 专

10、 业 领 域 知 识 相 结 合 ， 使 得 人 工 智 能技 术 在 建 筑 行 业 中 取 得 了 非 常 广 泛 的 应 用 。 已 有 许 多 专 家 系 统 、 决 策 支 持 系 统 应用 在 建 筑 行 业 取 得 了 很 好 的 经 济 效 益 和 社 会 效 益 。 下 面 针 对 建 筑 设 计 、 建 筑 结 构 、建 筑 电 气 、 建 筑 施 工 以 及 建 筑 施 工 管 理 等 建 筑 行 业 中 的 各 个 专 业 领 域 ， 分 别 阐 述了 人 工 智 能 技 术 的 应 用 。2.1、 人 工 智 能 技 术 在 建 筑 设 计 中 的 应 用建 筑 设

11、计 师 一 直 以 来 使 用 AutoCAD 从 事 绘 图 工 作 ， 大 量 时 间 被 消 耗 在 绘 图环 节 而 没 有 体 现 真 正 意 义 上 的 建 筑 设 计 ， 设 计 师 们 的 灵 感 、 创 意 、 创 新 也 无 法 通过 AutoCAD 得 到 更 加 全 面 的 体 现 。 随 着 人 工 智 能 技 术 在 建 筑 设 计 行 业 中 应 用 的不 断 深 入 ， 现 在 的 设 计 师 中 的 绝 大 多 数 都 开 始 应 用 能 够 在 设 计 全 称 提 供 二 维 图 形描 述 和 三 维 空 间 表 现 的 理 论 及 技 术 来 完 成 日

12、常 工 作 ， 不 仅 提 高 了 工 作 效 率 ， 也 使得 建 筑 设 计 的 特 点 得 到 了 更 好 的 体 现 。例 如 ， Arch2010 就 是 一 款 基 于 AutoCAD2002 2010 平 台 的 ， 专 为 建 筑 设 计工 作 而 量 身 打 造 的 CAD 系 统 ， 它 集 人 性 化 、 数 字 化 、 可 视 化 、 参 数 化 、 智 能 化于 一 身 ， 将 建 筑 构 件 作 为 最 基 本 的 设 计 单 元 ， 采 用 了 非 常 先 进 的 自 定 义 对 象 核 心技 术 ， 实 现 了 二 维 图 形 与 三 维 模 型 的 同 步 。

13、此 类 系 统 的 使 用 让 建 筑 设 计 师 再 也 不 必 趴 在 桌 子 上 完 成 绘 图 工 作 ， 让 他 们 的创 意 和 设 想 能 够 得 到 更 完 美 的 发 挥 和 实 现 。 工 程 图 档 也 不 再 是 以 往 那 种 抽 象 的 线条 堆 积 ， 而 是 通 过 数 字 化 技 术 转 化 成 了 直 观 的 、 可 视 的 建 筑 模 型 ， 真 正 实 现 了 系统 界 面 人 性 化 、 构 件 创 建 参 数 化 、 构 件 关 联 智 能 化 、 设 计 过 程 可 视 化 。2.2、 人 工 智 能 技 术 在 施 工 管 理 中 的 应 用传

14、统 的 建 筑 施 工 管 理 中 ， 主 要 是 依 靠 手 写 、 手 绘 的 方 式 来 完 成 有 关 施 工 档 案的 记 录 和 施 工 平 面 图 的 绘 制 ， 而 随 着 人 工 智 能 技 术 在 建 筑 领 域 里 应 用 范 围 的 不 断扩 大 ， 综 合 采 用 数 理 逻 辑 学 、 运 筹 学 、 人 工 智 能 等 手 段 来 进 行 施 工 管 理 已 经 得 到了 认 可 和 普 及 。 目 前 比 较 流 行 的 基 于 C/S 环 境 开 发 的 建 筑 施 工 管 理 系 统 ， 已 经 涵盖 了 工 地 管 理 的 方 方 面 面 ， 主 要 包

15、括 员 工 管 理 模 块 、 分 包 合 同 管 理 模 块 、 固 定 资产 管 理 模 块 、 供 应 商 管 理 模 块 和 财 务 管 理 模 块 、 施 工 日 志 管 理 模 块 、 员 工 考 勤 管理 模 块 与 工 资 挂 钩 细 化 了 对 分 包 商 和 供 应 商 的 管 理 ， 更 加 有 效 地 控 制 材 料 进 出 ，供 应 商 和 分 包 商 以 及 员 工 的 管 理 真 正 实 现 了 工 地 物 流 、 资 金 流 和 业 务 流 “ 三 流 合一 ” 。 另 外 ， 建 筑 施 工 管 理 系 统 的 数 据 库 也 非 常 强 大 ， 具 有 极

16、为 强 劲 的 数 据 处 理 和储 存 能 力 ， 不 仅 性 能 稳 定 ， 升 级 和 日 常 维 护 也 非 常 的 快 捷 方 便 。 另 外 ， 针 对 建 筑施 工 人 流 复 杂 、 密 集 的 特 点 ， 系 统 还 相 应 设 置 了 权 限 管 理 功 能 ， 保 障 了 施 工 管 理数 据 的 安 全 和 准 确 性 。2.3、 人 工 智 能 技 术 在 建 筑 施 工 中 的 应 用人 工 智 能 技 术 在 混 凝 土 强 度 预 测 分 析 中 也 开 始 广 泛 应 用 。 对 于 建 筑 施 工 来说 ， 28 天 抗 压 强 度 是 衡 量 商 品 混

17、凝 土 性 能 的 重 要 指 标 。 如 能 在 短 时 间 内 预 测 到其 28 天 强 度 值 ， 就 可 以 对 混 凝 土 质 量 进 行 控 制 。 传 统 的 混 凝 土 预 测 方 法 通 常 为基 于 数 理 统 计 的 线 性 回 归 方 法 。 然 而 对 于 商 品 混 凝 土 来 讲 ， 由 于 掺 入 了 大 量 的 粉煤 灰 ， 其 抗 压 强 度 的 大 小 和 混 凝 土 各 组 成 材 料 之 间 呈 高 度 非 线 性 关 系 ， 采 用 通 过回 归 得 到 的 线 性 函 数 并 不 适 用 。 因 此 将 人 工 神 经 网 络 技 术 引 入 到

18、 混 凝 土 性 能 预 测领 域 。 天 津 大 学 的 赵 胜 利 比 较 了 3 种 不 同 输 入 模 型 的 RBF 网 络 的 预 测 效 果 并 与传 统 的 BP 网 络 模 型 进 行 比 较 ， 提 出 的 RBF 网 络 模 型 具 有 很 高 的 预 测 精 度 和 较强 的 泛 化 能 力 ， 可 作 为 商 品 混 凝 土 性 能 分 析 的 一 种 新 型 有 效 的 方 法 。2.4、 人 工 智 能 技 术 在 建 筑 结 构 中 的 应 用汶 川 地 震 的 发 生 以 及 这 场 地 震 所 造 成 的 严 重 危 害 ， 让 建 筑 结 构 控 制 及

19、健 康 诊断 工 作 得 到 了 前 所 未 有 的 关 注 。 以 往 建 筑 行 业 所 采 用 的 传 统 的 结 构 系 统 辨 识 方 法普 遍 存 在 着 抗 噪 声 能 力 差 、 适 用 范 围 较 窄 、 难 以 进 行 线 性 识 别 的 缺 点 ， 让 工 作 的有 效 开 展 受 到 了 极 大 的 限 制 。 近 年 来 ， 随 着 人 工 智 能 技 术 的 发 展 ， 出 现 了 一 种 新型 的 基 于 人 工 神 经 网 络 的 系 统 辨 识 方 法 ， 该 方 法 通 过 模 糊 神 经 网 络 所 具 有 的 学 习及 非 线 性 映 射 能 力 来 获

20、 得 实 测 结 构 动 力 响 应 数 据 ， 并 以 此 构 建 起 建 筑 结 构 的 动 力特 征 模 型 。 模 糊 神 经 网 络 可 以 非 常 精 确 地 预 测 结 构 在 任 意 动 力 荷 载 作 用 下 的 动 力响 应 ， 因 此 可 以 用 于 结 构 振 动 控 制 与 健 康 诊 断 中 ， 同 时 还 可 以 随 时 加 入 其 它 辨 识方 法 总 结 出 的 规 则 ， 且 可 以 做 成 硬 件 实 现 ， 具 有 很 强 的 可 扩 展 性 与 实 用 性 。2.5、 人 工 智 能 技 术 在 建 筑 电 气 中 的 应 用随 着 我 国 建 筑 业

21、 的 迅 速 发 展 ， 行 业 的 总 体 能 耗 急 剧 攀 升 ， 有 一 段 时 间 在 总 能耗 中 所 占 的 比 例 甚 至 超 过 了 30%， 所 以 ， 实 行 建 筑 节 能 对 于 实 现 我 国 的 节 能 减 排目 标 无 疑 具 有 巨 大 的 促 进 作 用 ， 而 电 气 节 能 技 术 则 是 当 前 效 果 最 为 显 著 的 节 能 方式 之 一 。建 立 电 气 节 能 评 估 模 型 ， 利 用 人 工 神 经 网 络 进 行 训 练 ， 提 升 其 评 估 的 准 确 性和 网 络 泛 化 性 ， 使 建 筑 节 能 改 造 工 作 的 实 施 能

22、 够 具 有 更 多 的 科 学 依 据 。 其 中 ，BP 神 经 网 络 算 法 就 是 一 种 能 够 将 输 入 /输 出 问 题 转 化 为 线 性 问 题 的 学 习 方 法 。 传统 的 BP 网 络 采 用 的 是 梯 度 下 降 法 ， 该 方 法 的 学 习 速 率 是 保 持 不 变 的 ， 同 时 训 练所 需 的 时 间 较 长 ， 且 在 学 习 过 程 中 可 能 发 生 局 部 收 敛 的 情 况 ； 改 进 型 的 BP 算 法和 L-M 反 算 法 则 增 加 了 动 量 因 子 ， 无 论 是 在 稳 定 性 还 是 收 敛 性 方 面 ， 都 要 优 于

23、传 统 的 BP 算 法 ， 因 此 广 泛 的 应 用 于 当 前 建 筑 电 气 节 能 评 估 模 型 的 构 建 工 作 中 。使 用 该 方 法 构 建 的 建 筑 电 气 节 能 评 估 模 型 的 权 重 ， 能 够 以 相 对 联 系 的 方 式 隐 藏 于网 络 当 中 ， 这 种 评 价 方 式 更 加 科 学 、 简 单 、 适 用 ， 所 评 估 模 型 的 适 用 范 围 也 更 为广 泛 。3、 总 结经 过 不 断 的 发 展 ， 建 筑 业 目 前 已 经 成 为 了 我 国 的 支 柱 产 业 之 一 ， 无 论 是 从 建筑 业 的 自 身 发 展 ， 还

24、是 从 时 代 发 展 的 要 求 来 看 ， 进 一 步 加 强 人 工 智 能 技 术 在 建 筑业 的 应 用 都 是 行 业 能 够 摆 脱 传 统 的 运 作 模 式 走 向 现 代 化 经 营 和 管 理 的 必 由 之 路 。这 就 要 求 行 业 的 决 策 者 、 管 理 人 员 和 技 术 人 员 更 新 思 想 、 转 变 观 念 ， 对 人 工 智 能技 术 给 予 充 分 的 重 视 ， 并 加 强 在 这 方 面 的 资 金 、 技 术 和 培 训 的 投 入 ， 从 而 使 我 国的 建 筑 行 业 能 够 在 更 短 的 时 间 内 走 向 现 代 化 和 智

25、能 化 。参 考 文 献1吴 选 忠 ， 倪 子 伟 .人 工 智 能 新 技 术 在 智 能 建 筑 中 的 应 用 研 究 J.福 建 建 设 科技 ， 2005.(2)2王 波 ， 蒋 鹏 ， 卿 晓 霞 .人 工 智 能 技 术 及 其 在 建 筑 行 业 中 的 应 用 J.微 型 机 与 应用 ， 2004， （ 1） .3刘 玉 斌 .人 工 智 能 技 术 在 建 筑 领 域 的 应 用 J.城 市 建 设 理 论 研 究 ， 2011， （ 2） .4余 家 庆 .谈 基 于 人 工 智 能 技 术 的 建 筑 设 计 中 图 像 处 理 软 件 J.企 业 科 技 与 发展 ， 2012,(2） .5王 永 忠 .人 工 智 能 技 术 在 智 能 建 筑 中 的 应 用 研 究 J. 建 筑 与 工 程 ， 2009，（ 3） .6张 并 锐 ， 朱 卫 星 .浅 谈 建 筑 业 新 技 术 在 工 程 施 工 中 的 应 用 J.江 苏 建 筑 ， 2006，(2).7钟 惠 球 .浅 谈 人 工 智 能 技 术 在 建 筑 领 域 的 应 用 J.华 章 ， 2009， (2).