一、報(bào)告基本信息
報(bào)告人：陸新征，清華大學(xué)土木工程系教授、防災(zāi)減災(zāi)工程研究所所長(zhǎng)，兼任《工程力學(xué)》期刊主編等重要學(xué)術(shù)職務(wù)，在科研領(lǐng)域成果豐碩，發(fā)表論文200余篇，出版中英文專(zhuān)著8部，累計(jì)被引用2萬(wàn)余次，連續(xù)入選Elsevier“中國(guó)高被引學(xué)者”（2014 - 2024），獲國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)、北京市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)，成果廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐與國(guó)際學(xué)術(shù)領(lǐng)域。
-時(shí)間：2025年05月06日14:30 - 16:00
-地點(diǎn)：煙臺(tái)大學(xué)土木館A304
-主辦單位：煙臺(tái)大學(xué)土木工程學(xué)院
二、建筑結(jié)構(gòu)智能設(shè)計(jì)的背景與意義
傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以人力為主，效率較低且依賴(lài)設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)，難以滿(mǎn)足現(xiàn)代工程需求。深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為智能設(shè)計(jì)帶來(lái)新契機(jī)，通過(guò)學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和規(guī)范條文，有望實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)。陸新征教授的報(bào)告圍繞建筑結(jié)構(gòu)的“知-力”相融生成式智能設(shè)計(jì)展開(kāi)，闡述了如何將工程知識(shí)、力學(xué)原理與深度學(xué)習(xí)融合，提升設(shè)計(jì)的合理性、合規(guī)性和安全性，推動(dòng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的智能化變革。
三、智能設(shè)計(jì)的算法原理與實(shí)踐
（一）生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)
以“三打白骨精”為喻，生成器如同妖怪模仿真實(shí)圖像，判別器如同孫悟空分辨真假。二者相互對(duì)抗，最終達(dá)到平衡，使AI能夠生成高度仿真的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)并復(fù)現(xiàn)人類(lèi)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為智能設(shè)計(jì)提供了有效的生成機(jī)制。
（二）圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
用于表示非歐幾里德空間關(guān)系，通過(guò)節(jié)點(diǎn)和邊組成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。以電視劇角色關(guān)系為例，可推斷對(duì)象間關(guān)系，這種算法可應(yīng)用于框架結(jié)構(gòu)控制、節(jié)點(diǎn)墻布置等任務(wù)，實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單分類(lèi)到復(fù)雜關(guān)系推斷的發(fā)展，為建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)系建模與設(shè)計(jì)提供了新方法。
（三）擴(kuò)散模型
通過(guò)大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練去除圖像噪聲提升分辨率，將帶噪聲的圖紙逐步處理為清晰可用的設(shè)計(jì)圖，提升了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，為智能設(shè)計(jì)提供了更可靠的輸入基礎(chǔ)。
四、智能設(shè)計(jì)的優(yōu)化流程與考量
（一）設(shè)計(jì)流程
AI先學(xué)習(xí)大量數(shù)據(jù)，針對(duì)房屋建筑設(shè)計(jì)要求，構(gòu)建豎向、水平構(gòu)件布置算法及構(gòu)件尺寸確定算法等。以建筑布局為例，依據(jù)建筑布局和專(zhuān)業(yè)條件，按初步布置、調(diào)整設(shè)計(jì)條件、調(diào)整設(shè)計(jì)結(jié)果、滿(mǎn)足細(xì)節(jié)要求四步進(jìn)行設(shè)計(jì)，形成從圖到圖的生成性布置，提升設(shè)計(jì)的規(guī)范性和準(zhǔn)確性。
（二）優(yōu)化考量
AI設(shè)計(jì)存在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)質(zhì)量不高、設(shè)計(jì)指標(biāo)概率計(jì)算困難、持續(xù)學(xué)習(xí)能力待提升等問(wèn)題。為此，提出智能優(yōu)化算法，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果分為宏觀(guān)（設(shè)計(jì)條件）、中觀(guān)（構(gòu)件透骨關(guān)系）、微觀(guān)（截面尺寸）三類(lèi)，用圖形影響網(wǎng)絡(luò)無(wú)損表現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，讓AI學(xué)習(xí)大量工程案例，實(shí)現(xiàn)用鋼量等指標(biāo)的快速估算，提升設(shè)計(jì)的精度和效率。
（三）優(yōu)化實(shí)踐
通過(guò)優(yōu)化低質(zhì)量圖紙訓(xùn)練AI，解決數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題?？紤]工程師對(duì)時(shí)間和精度的不同需求，提出基于有限元的智能算法組合，平衡等待時(shí)間和結(jié)果精度。優(yōu)化后的結(jié)果反哺訓(xùn)練AI，形成良性循環(huán)，持續(xù)提升AI設(shè)計(jì)能力，確保設(shè)計(jì)結(jié)果既符合規(guī)范要求，又能滿(mǎn)足實(shí)際工程的多樣化需求。
五、智能設(shè)計(jì)的工具開(kāi)發(fā)與應(yīng)用前景
（一）工具開(kāi)發(fā)
開(kāi)發(fā)相關(guān)插件工具，可對(duì)工程師的建筑設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行簡(jiǎn)單預(yù)處理，上傳至云端服務(wù)平臺(tái)后，能快速生成不同算法的結(jié)構(gòu)布置結(jié)果，極大提高了設(shè)計(jì)效率，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程。
（二）應(yīng)用前景
智能設(shè)計(jì)雖不能完全取代工程師，但將深刻改變建筑行業(yè)。未來(lái)，AI助手可提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力，承擔(dān)重復(fù)性工作，減少工程師加班。在噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可將二十多分鐘的設(shè)計(jì)任務(wù)壓縮至十分鐘，達(dá)到接近人類(lèi)工程師的效果；在消防設(shè)計(jì)中，能快速算出人的疏散行為，提升設(shè)計(jì)的科學(xué)性和效率。隨著技術(shù)發(fā)展，智能設(shè)計(jì)將在更多工程領(lǐng)域得到應(yīng)用，推動(dòng)建筑行業(yè)向智能化、高效化邁進(jìn)。
六、報(bào)告總結(jié)
陸新征教授的報(bào)告系統(tǒng)闡述了建筑結(jié)構(gòu)“知-力”相融生成式智能設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，包括算法原理、優(yōu)化流程及應(yīng)用前景。通過(guò)融合工程知識(shí)、力學(xué)原理與深度學(xué)習(xí)，智能設(shè)計(jì)為建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域帶來(lái)創(chuàng)新變革。盡管面臨如確保設(shè)計(jì)無(wú)錯(cuò)等挑戰(zhàn)，但前景廣闊。該技術(shù)有望解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率與經(jīng)驗(yàn)依賴(lài)問(wèn)題，提升工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量與效率，為未來(lái)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的智能化轉(zhuǎn)型提供了關(guān)鍵思路與方法，對(duì)推動(dòng)建筑行業(yè)的科技進(jìn)步具有重要意義。
