基于多智能体的建筑群体自动布局研究 ——以产业园为例

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随着近几年来人工智能在各个领域的快速发展,越来越多的研究者将人工智能作为解决复杂建筑学问题的方法引入建筑学领域,并期望借助这一研究方法更加快速高效地解决现有问题,甚至探讨信息时代中建筑学的发展趋势。而本研究是与中国联合工程有限公司的合作项目,该项目以产业园为研究对象,期望借助人工智能技术对产业园布局的进行设计生成,并对设计流程进行优化,从而将建筑师从复杂枯燥的数量计算,布局试错的环节中解放出来,提高设计效率,并且通过生成设计探讨产业园建筑的布局规划的可能性与未来发展趋势。面对这样一个多重约束条件的复杂的问题,具有自组织性的多智能体系统成为了解决这一问题的强有力的工具。因此实验立足于多智能体系统的自组织行为模式,应用计算机编程技术,针对产业园区规划中的原则性约束和设计性约束,建构由环境要素、建筑引入、布局生成以及方案评估四个模块组成的产业园区建筑自动布局模型,从而探索一种基于多智能系统的产业园自动布局生成方法。因此本研究是利用人工智能解决建筑学复杂问题的尝试,利用多数智能体系统解决了产业园布局需要满足多重约束要求的复杂设计问题,代替了建筑师在设计过程中枯燥复杂的试错过程。而且,不同于传统的优化算法,多智能体系统避免了对大量解的搜索,一定程度上提高了建筑自动布局的效率,解决了以往实验中利用遗传算法效率低下的问题。最重要的是虽然自动布局的运算结果反映了复杂的现实对象,但是模型本身并不复杂。这对缺乏计算机知识和编程能力的建筑师而言,多智能体系统相较于其他的人工智能更容易理解和操作。因此,多智能体系统不失为解决产业园布局设计的思路,更是解决类似复杂建筑学问题的优秀方法。论文主体大致分为四个部分:第一部分为正文第一章,简要介绍本研究的目的、方法和意义,同时对产业园区的功能特点,空间组织特点和多智能体系统的相关理论进行整理和总结;第二部分为正文第二章和第三章,为研究的核心内容成果,主要介绍产业园自动生成的研究思路,生成方法的基本流程与六种约束条件的内在逻辑,包括日照间距系数约束,场地退线约束,组团聚集约束,高度形态约束,贴边旋转约束,道路广场绿地约束;第三部分为正文第四章,通过三个各有特点的实际案例对产业园自动布局生成方法进行实例验证,生成多个符合要求的产业园布局结果,同时也暴露生成方法的一些值得讨论为问题;第四部分为正文第五章,是对本次研究与实验的成果和不足进行的总结,同时也是对生成方法的改进方向提出了一些可能的思路。本文正文共约48 000字,图表79幅。
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