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 1、 建筑結(jié)構(gòu)的生成人工智能設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)帶來(lái)了各種挑戰(zhàn)，包括低效的設(shè)計(jì)過(guò)程、有限的數(shù)據(jù)重用以及對(duì)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的利用不足。生成人工智能（AI）已成為一種強(qiáng)大的工具，可以學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性地使用現(xiàn)有數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生新的設(shè)計(jì)思想。從過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)，這種技術(shù)可以分析復(fù)雜的結(jié)構(gòu)圖，結(jié)合需求文本，整合機(jī)械和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，創(chuàng)造新的設(shè)計(jì)。本文對(duì)生成人工智能在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的研究和應(yīng)用進(jìn)行了全面綜述。重點(diǎn)是如何表示數(shù)據(jù)，如何構(gòu)建智能生成算法，評(píng)估設(shè)計(jì)的方法，以及生成和優(yōu)化的集成。這篇綜述揭示了生成人工智能在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面取得的重大進(jìn)展，同時(shí)也強(qiáng)調(diào)了關(guān)鍵的挑戰(zhàn)和前景。目標(biāo)是提供一個(gè)參考，幫助指導(dǎo)向更智能的設(shè)計(jì)過(guò)程過(guò)渡。

圖2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段對(duì)工程造價(jià)的影響

圖3 生成人工智能的算法框架。

圖4 基于張量和基于圖的數(shù)據(jù)特征表示

 2、 一種基于文本分類的方法，用于評(píng)估和增強(qiáng)建筑規(guī)范的機(jī)器可解釋性

摘要：將監(jiān)管文件或建筑規(guī)范解釋為計(jì)算機(jī)可處理的格式對(duì)于建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施的智能設(shè)計(jì)和施工至關(guān)重要。盡管自動(dòng)化規(guī)則解釋（ARI）方法已經(jīng)研究了多年，但它們中的大多數(shù)都高度依賴于從構(gòu)建代碼中早期手動(dòng)過(guò)濾可解釋子句。雖然他們中很少有人考慮機(jī)器可解釋性，這代表了從子句和文檔級(jí)別轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可處理格式的潛力。因此，本研究旨在提出一種新的方法來(lái)自動(dòng)評(píng)估和增強(qiáng)單個(gè)子句和建筑規(guī)范的機(jī)器可解釋性。首先，考慮到規(guī)則解釋的要求，引入了一些類別來(lái)對(duì)建筑規(guī)范中的每個(gè)子句進(jìn)行分類，并開(kāi)發(fā)了一個(gè)用于模型訓(xùn)練的數(shù)據(jù)集。然后，基于預(yù)先訓(xùn)練的特定領(lǐng)域語(yǔ)言模型和遷移學(xué)習(xí)技術(shù)，開(kāi)發(fā)了一個(gè)高效的文本分類模型。最后，提出了一種定量評(píng)估方法來(lái)評(píng)估建筑規(guī)范的整體可解釋性。實(shí)驗(yàn)表明，所提出的文本分類算法優(yōu)于現(xiàn)有的基于CNN或RNN的方法，F(xiàn)1得分從72.16%提高到93.60%。還表明，所提分類方法可以增強(qiáng)下游ARI方法，提高4%。此外，對(duì)中國(guó)150多個(gè)建筑規(guī)范的分析表明，它們的平均可解釋性僅為34.40%，這意味著將整個(gè)監(jiān)管文件完全轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可處理的格式仍然很困難。也有人認(rèn)為，構(gòu)建代碼的可解釋性應(yīng)該從人的方面（在編寫(xiě)構(gòu)建代碼時(shí)考慮某些約束）和機(jī)器的方面（開(kāi)發(fā)更強(qiáng)大的算法、工具等）進(jìn)一步提高。

圖2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段對(duì)工程造價(jià)的影響

圖3 已開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)集的分布情況

圖4 所采用的培訓(xùn)策略的總體工作流程。

3、 基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)狀態(tài)通知剪力墻布置設(shè)計(jì)

摘要：傳統(tǒng)上勞動(dòng)密集型的建筑業(yè)，現(xiàn)在正朝著自動(dòng)化和智能化的方向發(fā)展。值得注意的是，剪力墻布局一直是結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵組成部分，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)了復(fù)雜設(shè)計(jì)方法的出現(xiàn)。這些方法集成了圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GNN），成功地緩解了計(jì)算資源需求和捕捉拓?fù)涮卣鞯奶魬?zhàn)，而拓?fù)涮卣魇腔谙袼貓D像的方法的障礙。然而，現(xiàn)有的基于GNN的方法在一定程度上適應(yīng)了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)條件，并且在滿足實(shí)際工程要求方面表現(xiàn)不佳。具體而言，這些方法忽略了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)地震（DBE）的峰值地面加速度（PGA）、特征地面周期和建筑高度等影響因素，所有這些因素對(duì)剪力墻布局設(shè)計(jì)至關(guān)重要。為了彌補(bǔ)這一研究空白，本研究提出了一種基于GNN的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，該方法適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合了設(shè)計(jì)條件，包括DBE的PGA、特征地面周期和建筑高度，并嚴(yán)格評(píng)估了其與以前方法相比的優(yōu)勢(shì)。研究結(jié)果證實(shí)了所提出的設(shè)計(jì)條件知情方法的有效性和可靠性，并強(qiáng)調(diào)了其將剪力墻布局與設(shè)計(jì)條件準(zhǔn)確關(guān)聯(lián)的能力。

圖2 剪力墻結(jié)構(gòu)的圖形表示

圖3 剪力墻表示：（a）圖形邊緣表示方法中的剪力墻，以及（b）預(yù)測(cè)誤差較小時(shí)的剪力墻布局

圖4 不同設(shè)計(jì)條件下豎向典型樓板位移云圖

4、 高層建筑對(duì)城市地震反應(yīng)分析的影響——以上海 CBD 為例

摘要：高層建筑會(huì)影響附近較短建筑的地震安全性。大多數(shù)研究通過(guò)分析局部區(qū)域的結(jié)構(gòu)-土壤-結(jié)構(gòu)相互作用來(lái)研究這種影響?？紤]到高層建筑的質(zhì)量大、基本周期長(zhǎng)，地震期間的擾動(dòng)可以影響非常廣泛的區(qū)域。因此，從城市尺度的角度來(lái)研究高層建筑的影響是很重要的。以上海中央商務(wù)區(qū)為例，采用非線性時(shí)程分析方法，量化了高層建筑對(duì)場(chǎng)地和建筑物地震反應(yīng)的影響。分析了不同的地震烈度和建筑結(jié)構(gòu)，研究了高層建筑對(duì)地震動(dòng)能量、建筑反應(yīng)和破壞狀態(tài)的影響。這些發(fā)現(xiàn)表明，有必要考慮被較高建筑包圍的較短建筑的地震安全性。

圖2 剪力墻結(jié)構(gòu)的圖形表示圖：建筑物高度分布

圖3 典型快照(位移云圖)

5、 城市風(fēng)景中風(fēng)對(duì)建筑物影響模擬的計(jì)算框架

摘要：中央商務(wù)區(qū)密集地建造著暴露在風(fēng)中的高層建筑群，影響了它們的強(qiáng)度、可用性和可居住性。本工作提出了一個(gè)計(jì)算框架，用于在城市范圍內(nèi)評(píng)估風(fēng)對(duì)建筑物的影響，而現(xiàn)有的研究大多局限于孤立的建筑案例。該框架的特點(diǎn)是（1）基于GIS的城市景觀拓?fù)渖?，?）建筑物上時(shí)變風(fēng)荷載的大渦模擬（LES），（3）城市尺度的時(shí)程分析，以捕捉建筑物集群響應(yīng)，（4）結(jié)果的高保真可視化，以及（5）城市尺度性能評(píng)估。舊金山市中心的一部分用于展示該框架在建筑強(qiáng)度、可用性和可居住性的計(jì)算設(shè)計(jì)和評(píng)估方面開(kāi)創(chuàng)新時(shí)代的潛力。所提出的框架通過(guò)加強(qiáng)同步建模建筑集群動(dòng)力學(xué)的規(guī)定，作為虛擬雙胞胎的風(fēng)洞研究提供了補(bǔ)充。該框架旨在作為建筑集群的系統(tǒng)級(jí)基于計(jì)算的分析和設(shè)計(jì)平臺(tái)，并不一定旨在反映LES建模的最新進(jìn)展?？蚣艿拿總€(gè)組件都是模塊化的，并且可以通過(guò)引入任何可用的細(xì)化來(lái)增強(qiáng)其保真度。

圖2 將風(fēng)壓數(shù)據(jù)映射到每個(gè)樓層的動(dòng)態(tài)風(fēng)荷載的工作流示例