【ZiDongHua 之創(chuàng)新自科文收錄關(guān)鍵詞：上海市土木工程學會  、隧道自動化設計軟件、 隧道設計自動化 、自動化設計工具、 人工智能、 地下工程行業(yè)   】

專家視點 | 隧道設計自動化的“兩種未來”——人工智能 or 參數(shù)化設計?

小編語
隨著人工智能技術(shù)在各行各業(yè)得到廣泛應用，地下工程行業(yè)也開始探索人工智能技術(shù)在隧道設計方面的應用，以期實現(xiàn)隧道設計的自動化；另一方面，傳統(tǒng)的建筑自動化設計思路——參數(shù)化設計（Parametric Design）也在蓬勃發(fā)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(shù)化設計的看法和研究成果，快來一起了解一下吧！

 

兩種技術(shù)有何不同？

參數(shù)化設計和人工智能設計或?qū)⒊蔀槲磥韺崿F(xiàn)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(zhì)上的不同：

參數(shù)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(shù)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(xiàn)代計算機技術(shù)的輔助下，利用復雜的數(shù)字化模型和巖土資料數(shù)據(jù)庫，計算機能夠計算出非常詳細的設計方案。根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)，生成隧道設計方案和管片設計

與人工智能不同，參數(shù)化設計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)容都基于設置好的算法和函數(shù)而產(chǎn)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(fā)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(shù)據(jù)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(jīng)有了成熟的應用。根據(jù)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(yōu)解

與參數(shù)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(nèi)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(yōu)孰劣？

根據(jù)Civil Seven團隊的研究和分析，參數(shù)化設計可能是隧道設計領(lǐng)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(lǐng)域有一個嚴重的缺陷：訓練數(shù)據(jù)不足。
訓練數(shù)據(jù)的數(shù)量對于人工智能來說非常關(guān)鍵，通過全球互聯(lián)網(wǎng)上浩如煙海的人類語言和圖片數(shù)據(jù)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(shù)化設計相較人工智能設計是更加可行的方案。


 

發(fā)展之路

目前，以實現(xiàn)參數(shù)化設計為目標的自動化隧道設計軟件研發(fā)已經(jīng)取得了一定的成果：■ 能夠生成包括疏散門和排水系統(tǒng)在內(nèi)的集成模型；
■ 對于每個管片：自動生成用于計算的巖土和結(jié)構(gòu)模型；
■ 自動進行結(jié)構(gòu)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(fā)的自動化設計工具已經(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(jīng)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(fā)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(jié)，軟件編程的時間和難度也隨之激增，隨之而產(chǎn)生的是高額的開發(fā)成本和更長的開發(fā)時間，開發(fā)成本問題很可能成為未來阻礙自動化隧道設計軟件發(fā)展的一個問題。



 

結(jié) 語

圍繞著參數(shù)化設計和人工智能有很多的討論，由于訓練數(shù)據(jù)的缺乏，在隧道設計方面暫時難以運用人工智能，參數(shù)化設計可能是實現(xiàn)隧道自動化設計更有效的選擇。然而，人工智能的發(fā)展?jié)摿薮?，也許在不久的未來我們就能看到能夠進行隧道設計的人工智能出現(xiàn)。