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專家視點 | 隧道設計自動化的“兩種未來”——人工智能 or 參數化設計?

小編語
隨著人工智能技術在各行各業得到廣泛應用,地下工程行業也開始探索人工智能技術在隧道設計方面的應用,以期實現隧道設計的自動化;另一方面,傳統的建筑自動化設計思路——參數化設計(Parametric Design)也在蓬勃發展。
在今年的世界隧道大會上,來自荷蘭的Civil Seven團隊帶來了他們對人工智能和參數化設計的看法和研究成果,快來一起了解一下吧!

 

兩種技術有何不同?



參數化設計和人工智能設計或將成為未來實現隧道設計自動化的兩條道路,雖然兩者都是通過計算機來完成自動完成設計工作,但卻有著本質上的不同:

參數化設計:
該方法的核心思想是把建筑設計的所有要素都變成某個函數的變量,通過改變變量,設計師就能夠獲取對應的建筑設計方案。在現代計算機技術的輔助下,利用復雜的數字化模型和巖土資料數據庫,計算機能夠計算出非常詳細的設計方案。根據輸入的數據,生成隧道設計方案和管片設計

與人工智能不同,參數化設計所使用的程序和算法,都是使用傳統的編程方式完成的,所有的輸出內容都基于設置好的算法和函數而產生。


人工智能設計:
人工智能設計是近年來人工智能大模型興起后才開始發展的新興自動化設計思路,該方法的核心思想是將大量工程案例和數據提供給人工智進行訓練,以形成具備建筑設計能力的人工智能。目前,這種方法在平面設計方面已經有了成熟的應用。根據用戶給出的需求,AI能快速生成大量的設計方案,并尋找最優解

與參數化設計最大的不同點,也是人工智能設計最大的問題在于:人工智能是一個“黑盒子”,其輸出的內容不具備可解釋性,也就是說,人類并不能解釋人工智能為什么要這樣設計。

 

孰優孰劣?



根據Civil Seven團隊的研究和分析,參數化設計可能是隧道設計領域更好的自動化選擇,這是因為人工智能設計在隧道設計領域有一個嚴重的缺陷:訓練數據不足。
訓練數據的數量對于人工智能來說非常關鍵,通過全球互聯網上浩如煙海的人類語言和圖片數據才能訓練出ChatGPT和Stable Diffusion這樣的語言和繪畫人工智能。人工智能的設計難以解釋

此外,人工智能的不可解釋性,也是在隧道設計中應用的一大阻礙,所以Civil Seven團隊認為,參數化設計相較人工智能設計是更加可行的方案。


 

發展之路




目前,以實現參數化設計為目標的自動化隧道設計軟件研發已經取得了一定的成果:■ 能夠生成包括疏散門和排水系統在內的集成模型;
■ 對于每個管片:自動生成用于計算的巖土和結構模型;
■ 自動進行結構驗證并生成報告;
■ 能夠生成二維圖紙并添加注釋。

由Civil Seven團隊開發的自動化設計工具已經在荷蘭A9公路隧道、瑞典Kvarnberget鐵路隧道、荷蘭Vught鐵路隧道的設計過程中得到了測試性的使用。荷蘭A9公路隧道概念圖

盡管已經取得了一定的成果,但Civil Seven團隊還是認為,隧道自動化設計軟件在進一步發展上面臨著一些阻礙:

隨著自動化設計范圍的擴大,并且涉及到越來越多的細節,軟件編程的時間和難度也隨之激增,隨之而產生的是高額的開發成本和更長的開發時間,開發成本問題很可能成為未來阻礙自動化隧道設計軟件發展的一個問題。



 

結 語

 



圍繞著參數化設計和人工智能有很多的討論,由于訓練數據的缺乏,在隧道設計方面暫時難以運用人工智能,參數化設計可能是實現隧道自動化設計更有效的選擇。然而,人工智能的發展潛力巨大,也許在不久的未來我們就能看到能夠進行隧道設計的人工智能出現。