【ZiDongHua 之創(chuàng)新自科文收錄關(guān)鍵詞：上海市土木工程學(xué)會(huì)  、隧道自動(dòng)化設(shè)計(jì)軟件、 隧道設(shè)計(jì)自動(dòng)化 、自動(dòng)化設(shè)計(jì)工具、 人工智能、 地下工程行業(yè)   】

專家視點(diǎn) | 隧道設(shè)計(jì)自動(dòng)化的“兩種未來(lái)”——人工智能 or 參數(shù)化設(shè)計(jì)?

小編語(yǔ)
隨著人工智能技術(shù)在各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用，地下工程行業(yè)也開(kāi)始探索人工智能技術(shù)在隧道設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用，以期實(shí)現(xiàn)隧道設(shè)計(jì)的自動(dòng)化；另一方面，傳統(tǒng)的建筑自動(dòng)化設(shè)計(jì)思路——參數(shù)化設(shè)計(jì)（Parametric Design）也在蓬勃發(fā)展。
在今年的世界隧道大會(huì)上，來(lái)自荷蘭的Civil Seven團(tuán)隊(duì)帶來(lái)了他們對(duì)人工智能和參數(shù)化設(shè)計(jì)的看法和研究成果，快來(lái)一起了解一下吧！

 

兩種技術(shù)有何不同？

參數(shù)化設(shè)計(jì)和人工智能設(shè)計(jì)或?qū)⒊蔀槲磥?lái)實(shí)現(xiàn)隧道設(shè)計(jì)自動(dòng)化的兩條道路，雖然兩者都是通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)完成自動(dòng)完成設(shè)計(jì)工作，但卻有著本質(zhì)上的不同：

參數(shù)化設(shè)計(jì)：
該方法的核心思想是把建筑設(shè)計(jì)的所有要素都變成某個(gè)函數(shù)的變量，通過(guò)改變變量，設(shè)計(jì)師就能夠獲取對(duì)應(yīng)的建筑設(shè)計(jì)方案。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的輔助下，利用復(fù)雜的數(shù)字化模型和巖土資料數(shù)據(jù)庫(kù)，計(jì)算機(jī)能夠計(jì)算出非常詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)，生成隧道設(shè)計(jì)方案和管片設(shè)計(jì)

與人工智能不同，參數(shù)化設(shè)計(jì)所使用的程序和算法，都是使用傳統(tǒng)的編程方式完成的，所有的輸出內(nèi)容都基于設(shè)置好的算法和函數(shù)而產(chǎn)生。


人工智能設(shè)計(jì)：
人工智能設(shè)計(jì)是近年來(lái)人工智能大模型興起后才開(kāi)始發(fā)展的新興自動(dòng)化設(shè)計(jì)思路，該方法的核心思想是將大量工程案例和數(shù)據(jù)提供給人工智進(jìn)行訓(xùn)練，以形成具備建筑設(shè)計(jì)能力的人工智能。目前，這種方法在平面設(shè)計(jì)方面已經(jīng)有了成熟的應(yīng)用。根據(jù)用戶給出的需求，AI能快速生成大量的設(shè)計(jì)方案，并尋找最優(yōu)解

與參數(shù)化設(shè)計(jì)最大的不同點(diǎn)，也是人工智能設(shè)計(jì)最大的問(wèn)題在于：人工智能是一個(gè)“黑盒子”，其輸出的內(nèi)容不具備可解釋性，也就是說(shuō)，人類并不能解釋人工智能為什么要這樣設(shè)計(jì)。

 

孰優(yōu)孰劣？

根據(jù)Civil Seven團(tuán)隊(duì)的研究和分析，參數(shù)化設(shè)計(jì)可能是隧道設(shè)計(jì)領(lǐng)域更好的自動(dòng)化選擇，這是因?yàn)槿斯ぶ悄茉O(shè)計(jì)在隧道設(shè)計(jì)領(lǐng)域有一個(gè)嚴(yán)重的缺陷：訓(xùn)練數(shù)據(jù)不足。
訓(xùn)練數(shù)據(jù)的數(shù)量對(duì)于人工智能來(lái)說(shuō)非常關(guān)鍵，通過(guò)全球互聯(lián)網(wǎng)上浩如煙海的人類語(yǔ)言和圖片數(shù)據(jù)才能訓(xùn)練出ChatGPT和Stable Diffusion這樣的語(yǔ)言和繪畫(huà)人工智能。人工智能的設(shè)計(jì)難以解釋

此外，人工智能的不可解釋性，也是在隧道設(shè)計(jì)中應(yīng)用的一大阻礙，所以Civil Seven團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，參數(shù)化設(shè)計(jì)相較人工智能設(shè)計(jì)是更加可行的方案。


 

發(fā)展之路

目前，以實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)為目標(biāo)的自動(dòng)化隧道設(shè)計(jì)軟件研發(fā)已經(jīng)取得了一定的成果：■ 能夠生成包括疏散門(mén)和排水系統(tǒng)在內(nèi)的集成模型；
■ 對(duì)于每個(gè)管片：自動(dòng)生成用于計(jì)算的巖土和結(jié)構(gòu)模型；
■ 自動(dòng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)證并生成報(bào)告；
■ 能夠生成二維圖紙并添加注釋。

由Civil Seven團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)工具已經(jīng)在荷蘭A9公路隧道、瑞典Kvarnberget鐵路隧道、荷蘭Vught鐵路隧道的設(shè)計(jì)過(guò)程中得到了測(cè)試性的使用。荷蘭A9公路隧道概念圖

盡管已經(jīng)取得了一定的成果，但Civil Seven團(tuán)隊(duì)還是認(rèn)為，隧道自動(dòng)化設(shè)計(jì)軟件在進(jìn)一步發(fā)展上面臨著一些阻礙：

隨著自動(dòng)化設(shè)計(jì)范圍的擴(kuò)大，并且涉及到越來(lái)越多的細(xì)節(jié)，軟件編程的時(shí)間和難度也隨之激增，隨之而產(chǎn)生的是高額的開(kāi)發(fā)成本和更長(zhǎng)的開(kāi)發(fā)時(shí)間，開(kāi)發(fā)成本問(wèn)題很可能成為未來(lái)阻礙自動(dòng)化隧道設(shè)計(jì)軟件發(fā)展的一個(gè)問(wèn)題。



 

結(jié) 語(yǔ)

圍繞著參數(shù)化設(shè)計(jì)和人工智能有很多的討論，由于訓(xùn)練數(shù)據(jù)的缺乏，在隧道設(shè)計(jì)方面暫時(shí)難以運(yùn)用人工智能，參數(shù)化設(shè)計(jì)可能是實(shí)現(xiàn)隧道自動(dòng)化設(shè)計(jì)更有效的選擇。然而，人工智能的發(fā)展?jié)摿薮?，也許在不久的未來(lái)我們就能看到能夠進(jìn)行隧道設(shè)計(jì)的人工智能出現(xiàn)。