李 雅 （南京大學(xué) 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，江蘇 南京 210093）

1 背景

隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)學(xué)科和建筑學(xué)科的不斷融合和滲透，計(jì)算機(jī)作為建筑設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，建筑學(xué)學(xué)科開(kāi)始走向計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)（ComputerAided ArchitecturalDesign）的時(shí)代。20世紀(jì)60年代開(kāi)始，建筑生成設(shè)計(jì)方法從CAAD領(lǐng)域興起，成為一種新型設(shè)計(jì)方法。在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中，通常首先是建筑師的設(shè)計(jì)計(jì)劃，然后使用計(jì)算機(jī)來(lái)繪制建筑圖紙，模型構(gòu)造，模型渲染以及渲染和美化效果。建筑生成設(shè)計(jì)則是將計(jì)算機(jī)的作用在設(shè)計(jì)階段前置，它要求設(shè)計(jì)人員具有一定的算法知識(shí)和編程技能，了解建筑師的需求，并能夠針對(duì)建筑師需要解決的問(wèn)題開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單有效的設(shè)計(jì)工具，使得設(shè)計(jì)過(guò)程能夠真正運(yùn)用到了計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力。從那時(shí)起，計(jì)算機(jī)技術(shù)從建筑設(shè)計(jì)的概念設(shè)計(jì)階段就開(kāi)始介入，并直接影響最終結(jié)果。

然而建筑設(shè)計(jì)并不只是簡(jiǎn)單的幾何體拼湊，而是要結(jié)合性能、結(jié)構(gòu)、場(chǎng)所文脈等多種因素，達(dá)到形式與功能的契合，所以建筑設(shè)計(jì)長(zhǎng)期被看作是一種“病態(tài)問(wèn)題”，它往往無(wú)法被準(zhǔn)確定義且存在無(wú)窮多種可能。平面布局設(shè)計(jì)作為建筑設(shè)計(jì)的重要步驟，決定著該建筑功能布局和流線設(shè)計(jì)的合理性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中花費(fèi)了建筑師的大量精力。隨著多智能體、數(shù)學(xué)規(guī)劃、形狀語(yǔ)法、機(jī)器學(xué)習(xí)等建模與分析方法的介入，生成設(shè)計(jì)方法在學(xué)者們的嘗試下逐漸顯示出驚人的效果，不僅可以讓優(yōu)秀的建筑雛形在目標(biāo)優(yōu)化中脫穎而出，同時(shí)具備高效和準(zhǔn)確性，更能解放建筑師的思維，打破模板式設(shè)計(jì)的僵硬，激發(fā)設(shè)計(jì)的可能性。

2 建筑生成設(shè)計(jì)

2.1 與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的比較

建筑方案設(shè)計(jì)是從一個(gè)抽象的布局理念到一個(gè)具體的幾何設(shè)計(jì)的過(guò)程。在建筑生成設(shè)計(jì)出現(xiàn)以前，空間布局設(shè)計(jì)主要依賴(lài)建筑師的設(shè)計(jì)能力。同造型設(shè)計(jì)本就依靠建筑師的創(chuàng)意思維的工作相比，空間布局設(shè)計(jì)是一項(xiàng)理性且有邏輯可循的任務(wù)。如果是人工設(shè)計(jì)，其中包含了大量重復(fù)性工作，耗費(fèi)了建筑師的大量精力。而依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)的建筑生成設(shè)計(jì)則可以讓建筑設(shè)計(jì)師通過(guò)修改設(shè)計(jì)策略從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的精準(zhǔn)把控。建筑生成設(shè)計(jì)更強(qiáng)調(diào)方案的自動(dòng)生成，而不是對(duì)現(xiàn)有結(jié)果的修正，它能夠更早期地介入設(shè)計(jì)，從而在根本上提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

通過(guò)為建筑平面生成的相關(guān)問(wèn)題提供一種通用的解決方法，以不同的邊界條件，限制條件和設(shè)計(jì)目標(biāo)為輸入，然后利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算能力，存儲(chǔ)能力和處理復(fù)雜信息的能力，可以立即完成此設(shè)計(jì)步驟。同時(shí)結(jié)合相關(guān)算法，可使計(jì)算機(jī)獨(dú)立地探索滿足設(shè)計(jì)條件和約束要求的解決方案的可能性。計(jì)算機(jī)一直在不斷突破設(shè)計(jì)結(jié)果的上限，而生成式設(shè)計(jì)的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了人工工作，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.2 建筑平面自動(dòng)布局

建筑平面自動(dòng)布局是建筑生成設(shè)計(jì)所包含的子問(wèn)題之一，意指生成滿足特定功能拓?fù)潢P(guān)系的建筑布局的方法。平面布局設(shè)計(jì)往往先將連接關(guān)系賦予制定的功能，再將特定的幾何圖形賦予該功能。在此過(guò)程中，建筑師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或從業(yè)主處獲取輸入條件，然后將其轉(zhuǎn)化為編程語(yǔ)言。也可以說(shuō)，平面布局設(shè)計(jì)是為一組有關(guān)聯(lián)的對(duì)象尋找合適的位置和尺寸，來(lái)盡可能滿足所有的設(shè)計(jì)要求。

目前為止，已經(jīng)有大量的研究致力于采用不同的表現(xiàn)和生成方法進(jìn)行建筑平面布局的生成。筆者在翻閱和總結(jié)了大量文獻(xiàn)以后，對(duì)平面布局自動(dòng)生成的表現(xiàn)方法歸類(lèi)為基于坐標(biāo)系統(tǒng)、基于格網(wǎng)體系、樹(shù)結(jié)構(gòu)表示和圖論表示，而對(duì)其生成方法歸類(lèi)為基于物理的建模方法、數(shù)學(xué)規(guī)劃、形狀語(yǔ)法、多智能體、進(jìn)化算法和機(jī)器學(xué)習(xí)。

3 平面布局表現(xiàn)方式

3.1 基于坐標(biāo)系統(tǒng)

空間是基于坐標(biāo)系而設(shè)計(jì)的，通常，我們以點(diǎn)表示位置，以寬度、長(zhǎng)度或高度表示各功能尺寸。Arvin S A（2004）基于空間坐標(biāo)系，使用物理方法提出了一種建筑空間規(guī)劃的響應(yīng)式設(shè)計(jì)，該方法通過(guò)允許設(shè)計(jì)師添加和修改一組基于力的設(shè)計(jì)目標(biāo)來(lái)解決問(wèn)題的不確定性。每個(gè)房間作為一個(gè)多邊形，都有其自己的局部坐標(biāo)系，其中心節(jié)點(diǎn)始終位于原點(diǎn)。中心節(jié)點(diǎn)包含空間在世界上的位置坐標(biāo)，而每個(gè)多邊形形狀均在空間局部坐標(biāo)中包含壁節(jié)點(diǎn)的位置。用于繪制形狀的頂點(diǎn)被計(jì)算并臨時(shí)存儲(chǔ)在世界坐標(biāo)中。施加到空間節(jié)點(diǎn)上的力對(duì)存儲(chǔ)在空間局部坐標(biāo)系中的任何東西都沒(méi)有直接影響，而施加到墻節(jié)點(diǎn)上的力會(huì)導(dǎo)致空間多邊形的形狀發(fā)生變化（圖1）。

圖1 使用空間局部坐標(biāo)系描述對(duì)墻節(jié)點(diǎn)施加力時(shí)發(fā)生的情況（圖片來(lái)源：Arvin S A，2004）

Jankovits I等人（2011）通過(guò)凸面松弛和半確定性優(yōu)化兩個(gè)數(shù)學(xué)編程模型的組合，在二維坐標(biāo)系上實(shí)現(xiàn)了不等面積的設(shè)施自動(dòng)布局，且每個(gè)設(shè)施都滿足了一定長(zhǎng)寬比的約束。

基于坐標(biāo)的系統(tǒng)往往能夠?qū)⒓s束的定義與分解算法分離，使得約束的利用具有很大的靈活性，并且能夠合并不同的約束。但是該方法計(jì)算量較大，計(jì)算時(shí)間隨約束和變量的增加而增加。

3.2 基于格網(wǎng)系統(tǒng)

格網(wǎng)系統(tǒng)（Grid）將建筑空間限制在特定的模數(shù)下，大大縮小了其可能的取值范圍，并幫助設(shè)計(jì)人員快速搜索到最佳方案，因此已廣泛應(yīng)用于建筑生成設(shè)計(jì)方法中。建筑中使用的格網(wǎng)體系通常多是正交系統(tǒng)，但是正交網(wǎng)格劃分復(fù)雜的地形過(guò)于僵硬，難以適應(yīng)復(fù)雜基礎(chǔ)的輪廓。因此，近年來(lái)，有許多適用于外輪廓的非正交網(wǎng)格的生成設(shè)計(jì)案例，通過(guò)調(diào)整網(wǎng)格的細(xì)度，格網(wǎng)系統(tǒng)可以適應(yīng)不同比例的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，例如建筑平面布局，建筑整體布局和城市設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)相同方法在不同規(guī)模應(yīng)用中的擴(kuò)展。

Laignel G等人（2021）在基于遺傳算法的公寓平面自動(dòng)布局設(shè)計(jì)中，根據(jù)給定輸入外輪廓、不同的建筑風(fēng)格，然后利用半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)生成特定網(wǎng)格體系（圖2），從而將分區(qū)問(wèn)題轉(zhuǎn)換為分配問(wèn)題，搜索空間被縮減為根據(jù)單元數(shù)目而定的布爾矩陣的離散參數(shù)化。

圖2 根據(jù)給定輪廓和條件生成特定的網(wǎng)格用于公寓平面生成（圖片來(lái)源：LaignelG，2021）

3.3 基于樹(shù)結(jié)構(gòu)

空間可以作為節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)在二叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，使用樹(shù)結(jié)構(gòu)的方式可以讓每個(gè)空間節(jié)點(diǎn)都包含相鄰空間的數(shù)據(jù)，這使得表示相鄰空間非常容易。

Marson 和 Musse（2010）實(shí)現(xiàn)了平方樹(shù)圖算法，將輸入空間劃分為不同的區(qū)域。這些區(qū)域被組織成滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)和場(chǎng)地限制的層次結(jié)構(gòu)，并可視化為正方形樹(shù)形圖以生成各種平面布局。Das S等人（2016）使用了分層空間分配策略和K-d樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)自動(dòng)生成空間布局?？臻g分配算法使用K-d數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，首先將K-d空間除以垂直于一個(gè)平面的分區(qū)平面的坐標(biāo)軸（圖3）。通常來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)庫(kù)中點(diǎn)坐標(biāo)的中位數(shù)或平均值在拆分維度中計(jì)算。站點(diǎn)空間是空間分割后的根和第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，此時(shí)將點(diǎn)集分成兩個(gè)。坐標(biāo)小于拆分值的所有點(diǎn)都留在樹(shù)的左分支中，而其他點(diǎn)則降級(jí)到右分支。重復(fù)該步驟，直至達(dá)到K-d樹(shù)的閾值深度。

圖3 基于K-d數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二叉樹(shù)的空間數(shù)據(jù)樹(shù)構(gòu)建（圖片來(lái)源：Das S等人，2016）

3.4 基于圖論

在圖論中，建筑功能及其連接關(guān)系分別由節(jié)點(diǎn)（Vertices）和邊（Edges）表示。假定使用G（V，E）表示鄰接關(guān)系的話，則點(diǎn)集V中的每個(gè)元素對(duì)應(yīng)房間，邊集E中對(duì)應(yīng)兩個(gè)房間是否相鄰。自從Levin（1964）指出了平面布局和圖論的關(guān)聯(lián)，相關(guān)的研究層出不窮，這也顯示了兩者之間更為密切的關(guān)系。

近幾年來(lái)，多數(shù)研究針對(duì)房間連接關(guān)系產(chǎn)生的圖模型與其矩形對(duì)偶圖來(lái)生成矩形平面圖的方法，例如Wang X.Y.等人（2018）通過(guò)加法和減法的轉(zhuǎn)換規(guī)則來(lái)修改基于原平面圖的對(duì)偶圖，實(shí)現(xiàn)了基于現(xiàn)有平面圖自動(dòng)生成新的矩形平面圖的工具，并保留了原平面圖的房間連接關(guān)系。Nisztuk（2019）根據(jù)矩形對(duì)偶開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于混合進(jìn)化算法的建筑生成應(yīng)用，用以自動(dòng)生成滿足所有鄰接關(guān)系和房間縱橫比和面積尺寸要求的建筑平面圖。N.Upasani（2020）在保持房間鄰接關(guān)系與對(duì)稱(chēng)性的同時(shí)，基于矩形對(duì)偶和線性優(yōu)化的方式開(kāi)發(fā)了一組與給定維數(shù)約束相對(duì)應(yīng)的矩形平面生成方法（圖4）。

圖4 基于矩形對(duì)偶生成的矩形平面（N.Upasani，2020）

4 平面布局生成方式

4.1 基于物理的建模方法

基于物理的建模（Physically-Based Modelling）是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和可視化的一個(gè)子領(lǐng)域。它試圖通過(guò)將物體建模為符合物理定律的機(jī)械元素來(lái)再現(xiàn)物體的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)和幾何變化。Witkin和Baraff（1997）對(duì)基于物理的建模概念進(jìn)行了出色的介紹，并給出了在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)這些概念的實(shí)用指南。

Arvin 和 House（2002）將力和彈性概念應(yīng)用于功能空間布局，提出了響應(yīng)式設(shè)計(jì)的概念，這是一個(gè)活躍且高度響應(yīng)的交互式引擎。Arvin等人將基于物理的建模技術(shù)被應(yīng)用至建筑空間布局規(guī)劃中去，并開(kāi)發(fā)了一個(gè)矩形的單層或兩層的平面布局系統(tǒng)（圖5）。

圖5 力和彈性概念應(yīng)用于功能空間布局 （圖片來(lái)源：Arvin S A,House D H，2002）

4.2 基于數(shù)學(xué)規(guī)劃

數(shù)學(xué)規(guī)劃（Mathematical Programming）是運(yùn)籌學(xué)的一個(gè)重要分支，其研究對(duì)象是數(shù)值最優(yōu)化問(wèn)題。數(shù)學(xué)規(guī)劃是優(yōu)化問(wèn)題建模的第一步，也是最為重要的一步，它界定了問(wèn)題的類(lèi)型和求解難度。正確建立優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，應(yīng)該選擇最佳的決策變量、確定合適的目標(biāo)函數(shù)并根據(jù)問(wèn)題的要求寫(xiě)出所有的約束條件。

根據(jù)問(wèn)題的性質(zhì)和處理方法的差異，數(shù)學(xué)規(guī)劃可分成許多不同的分支。常見(jiàn)的有線性規(guī)劃、二次規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃。數(shù)學(xué)規(guī)劃的本質(zhì)還是優(yōu)化問(wèn)題，只要選取恰當(dāng)?shù)臎Q策變量和目標(biāo)函數(shù)，數(shù)學(xué)規(guī)劃方法可以很好地應(yīng)用于建筑布局的優(yōu)化問(wèn)題。

目前已有一些相關(guān)的建筑布局研究是使用的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法。如東南大學(xué)張佳石（2018）在其碩士論文中將建筑問(wèn)題轉(zhuǎn)化為整數(shù)規(guī)劃算法下的數(shù)理限定，通過(guò)設(shè)定目標(biāo)函數(shù)求出符合限制的解，并在中小學(xué)建筑語(yǔ)境下進(jìn)行了形體與空間的生成探索。Michalek J J（2002）使用二次規(guī)劃模型解決了建筑平面的布局（圖6），決策變量為每個(gè)房間的坐標(biāo)點(diǎn)、長(zhǎng)寬尺寸和窗洞尺寸，目標(biāo)函數(shù)由若干子函數(shù)加權(quán)而成，每個(gè)子函數(shù)分別代表最小化能耗、最小化交通面積等等設(shè)計(jì)因素。

圖6 使用二次規(guī)劃求得的平面布局（圖片來(lái)源：Michalek J,2002）

4.3 基于形狀語(yǔ)法

形狀語(yǔ)法（Shape Grammars）是一種生成特定類(lèi)別幾何形狀的生產(chǎn)系統(tǒng)。形狀語(yǔ)法是一種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法，是研究二維和三維語(yǔ)言的一種方式，它可以按照人們的設(shè)計(jì)思想和要求，按照一定的規(guī)則自動(dòng)產(chǎn)生新形態(tài)。具體來(lái)說(shuō)，形狀語(yǔ)法由形狀規(guī)則和選擇、處理規(guī)則的生成引擎組成。形狀語(yǔ)法執(zhí)行計(jì)算的兩個(gè)主要步驟是：識(shí)別特定形狀，用可能的形狀替代。

Pedro Veloso等（2018）使用形狀語(yǔ)法生成了一個(gè)設(shè)計(jì)定制系統(tǒng)，它集成了CAAD的兩個(gè)方面：設(shè)計(jì)的算法生成和建筑的詳細(xì)表示。系統(tǒng)的工作流程從建筑師定義形狀語(yǔ)法規(guī)則開(kāi)始（圖7）。這些規(guī)則隨后會(huì)自動(dòng)導(dǎo)入到用戶界面中，允許未來(lái)的業(yè)主以交互方式定制他們的公寓計(jì)劃。最后，平面圖自動(dòng)轉(zhuǎn)換為詳細(xì)的建筑信息模型（BIM），允許建筑師添加自定義飾面、估算建筑成本并自動(dòng)生成施工圖。

圖7 將除法和聯(lián)合規(guī)則整合為形狀動(dòng)作圖（圖片來(lái)源：Pedro Veloso，2018）

4.4 基于多智能體

多智能體系統(tǒng)（Multi-Agent System，簡(jiǎn)稱(chēng)M.A.S.），是由一個(gè)在一個(gè)環(huán)境中交互的多個(gè)智能體組成的計(jì)算系統(tǒng)。多智能體系統(tǒng)也能被用在解決分離的智能體以及單層系統(tǒng)難以解決的問(wèn)題。其中每個(gè)智能體均包含多個(gè)屬性值，且可以實(shí)現(xiàn)自我更新。

多智能體應(yīng)用于布局設(shè)計(jì)的通用的方法是：建立與功能關(guān)系對(duì)應(yīng)的圖模型，將每個(gè)功能（或房間）實(shí)現(xiàn)為一個(gè)智能體，每個(gè)智能體具有面積等特定屬性，智能體與智能體之間根據(jù)功能關(guān)系而具有吸引和排斥力，由此根據(jù)簡(jiǎn)單的吸引排斥法則，系統(tǒng)可以自動(dòng)完成平面布局。東南大學(xué)郭梓峰（2017）利用球形智能體和膠囊形智能體分別代表普通房間和走廊空間，加以推動(dòng)和交換兩種操作，將明確的功能拓?fù)潢P(guān)系轉(zhuǎn)換為圖示語(yǔ)言，輔助確定了基本的空間位置。再利用半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)多智能體形成的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，最終勝出符合要求的建筑平面布局（圖8）。

圖8 使用多智能體生成的144個(gè)房間的生成實(shí)例左：多智能體系統(tǒng) 右：優(yōu)化后的空間布局（圖片來(lái)源：郭梓峰，2018）

4.5 基于進(jìn)化算法

隨著自動(dòng)布局領(lǐng)域中設(shè)計(jì)變量和約束條件的增加，問(wèn)題愈加復(fù)雜，傳統(tǒng)方法已經(jīng)不能夠快速有效地解決該類(lèi)問(wèn)題。進(jìn)化算法（Evolutionary Algorithms,EA）作為人工智能進(jìn)化計(jì)算的重要子集，已經(jīng)被證明是解決復(fù)雜的布局問(wèn)題的有效方法。由于進(jìn)化算法的靈活性和有效性，使得算法在搜索領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。按所采用的搜索策略的不同，進(jìn)化算法可被進(jìn)一步細(xì)分為隨機(jī)搜索、簡(jiǎn)單進(jìn)化算法、模擬退火算法與遺傳算法等。

Chatzikonstantinou I（2014）采用NSGA-II遺傳算法對(duì)矩形Voronoi圖是否適應(yīng)于建筑平面空間布局進(jìn)行測(cè)試。變量為空間單元的位置、寬度和長(zhǎng)度，優(yōu)化目標(biāo)為主要空間面積最大化、成本最低和鄰接關(guān)系最優(yōu)化。最終實(shí)現(xiàn)了一個(gè)具有七個(gè)功能空間的小住宅家庭的三維體量布局。

Laignel G等人（2021）利用耦合約束規(guī)劃和遺傳算法優(yōu)化的方法，提出了一種新的公寓自動(dòng)生成方法。在前期，會(huì)根據(jù)建筑約束把建筑空間離散為網(wǎng)格，并將問(wèn)題簡(jiǎn)化為單元分配。在對(duì)公寓進(jìn)行功能布局和流線設(shè)計(jì)后，通過(guò)遺傳算法對(duì)最終的單元進(jìn)行突變、交叉（圖9）和選擇操作來(lái)進(jìn)行整合和局部?jī)?yōu)化。

圖9 兩個(gè)父代進(jìn)行交叉操作產(chǎn)生的兩個(gè)子代（圖片來(lái)源：LaignelG等人，2021）

4.6 基于機(jī)器學(xué)習(xí)

機(jī)器學(xué)習(xí)（Machine Learning，ML）是一門(mén)涉及諸多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，是人工智能技術(shù)的核心?；跀?shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)是現(xiàn)代智能技術(shù)中的重要方法之一，研究從觀測(cè)數(shù)據(jù)（樣本）出發(fā)尋找規(guī)律，利用這些規(guī)律對(duì)未來(lái)數(shù)據(jù)或無(wú)法觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

Ruiz-Montiel M 等 人（2013）提出了一種通過(guò)強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)來(lái)補(bǔ)充形狀語(yǔ)法輔助建筑平面生成的方法：通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)中的強(qiáng)化學(xué)習(xí)來(lái)幫助生成符合設(shè)計(jì)要求的形狀語(yǔ)法。基于此方法，Ruiz-Montiel M等人還開(kāi)發(fā)了一套設(shè)計(jì)系統(tǒng)，用來(lái)生成住宅的平面布局。Nauata N（2020）等人提出了一種圖約束的關(guān)系生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)方法，開(kāi)發(fā)了生成工具House-GAN用于求解與給定的固定公寓邊界不兼容的房屋布局生成問(wèn)題（圖10）。過(guò)程是將建筑所受到的外在約束作為圖形，這些圖形具有鄰接關(guān)系的房間的數(shù)量和類(lèi)型，并生成一組軸對(duì)齊的房間邊界框架，然后用真實(shí)性、多樣性和輸入圖的約束兼容性三個(gè)指標(biāo)對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖10 使用House-GAN生成住宅平面圖的工作流（圖片來(lái)源：Nauata N等人，2020）

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)建筑平面布局自動(dòng)生成的表現(xiàn)形式和生成方法進(jìn)行總結(jié)和歸納，以及對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)內(nèi)容的分析論述，較為全面地呈現(xiàn)了國(guó)內(nèi)外在平面自動(dòng)布局領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，使讀者認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)建模與分析方法在平面自動(dòng)布局領(lǐng)域的應(yīng)用潛力和該領(lǐng)域的發(fā)展前景。

盡管平面布局生成乃至建筑生成設(shè)計(jì)相關(guān)的研究成果層出不窮，也出現(xiàn)了很多相關(guān)的生成工具供建筑師使用，但是目前為止，這更像是一個(gè)研究者們的烏托邦，生成方法和工具并沒(méi)有很好地被應(yīng)用到真正的建筑設(shè)計(jì)中去。因?yàn)榇蠖鄶?shù)研究都僅針對(duì)單一建筑類(lèi)型，如住宅或公寓，且研究方法考慮的都是連接關(guān)系、面積、房間比例等基本要求，多數(shù)研究對(duì)設(shè)計(jì)條件更為嚴(yán)格的規(guī)范等沒(méi)有作為約束條件。另外，遺傳算法在各生成方法中被應(yīng)用得最多，生成結(jié)果也令人滿意，但是因?yàn)槿斯ぶ悄艿呐畈l(fā)展，使用機(jī)器學(xué)習(xí)等方法越來(lái)越受到相關(guān)學(xué)者的青睞，雖不能斷言人工智能會(huì)完全取代建筑師，但相信在未來(lái)不久，人工智能會(huì)成為建筑師的一大利器，使計(jì)算機(jī)真正能夠輔助建筑師做設(shè)計(jì)。

基于以上，筆者認(rèn)為未來(lái)建筑平面自動(dòng)布局的研究發(fā)展主要包括以下幾個(gè)方面：①進(jìn)一步了解用戶需求，在生成約束中加入建筑規(guī)范等更為嚴(yán)格的約束條件；②跟隨人工智能的主流趨勢(shì)，增加以機(jī)器學(xué)習(xí)為主要方法的生成研究；③加強(qiáng)生成工具與CAD、Revit等建筑繪圖軟件的轉(zhuǎn)換功能，使得建筑師在計(jì)算機(jī)生成的基礎(chǔ)上方便進(jìn)行修改。