人工智能技术及其在建筑行业中的应用

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1、王波1,蒋鹏2,卿晓霞3时间:2009年11月06日字体:大中小关键词:人工智能神经网络　　摘 要：人工智能的概念、研究领域和研究方法，阐述了国内外人工智能技术在建筑行业中各专业领域的应用状况。　　关键词：人工智能 建筑业 专家系统 神经网络 1人工智能概述　　人工智能(ArtificialIntelligence，AI)是当前科学技术发展中的一门前沿学科，是在计算机科学、控制论、信息论、神经心理学、哲学、语言学等学科的研究的基础上发展起来的，因此又可把它看作是一门综合性的边缘学科。AI的出现及所取得的成就引起了人们的高度重视并得到了很高的评价。甚至有人把AI与空间技术、原子能技

2、术一起誉为20世纪的三大科学技术成就。　　人工智能是一门研究如何构造智能机器(智能计算机)或智能系统并使它能模拟、延伸、扩展人类智能的学科。或者说人工智能就是要研究如何使机器具有听、说、看、写、思维、学习、适应环境变化、解决所面临的各种实际问题等功能的一门学科。　　人工智能的研究重心主要集中在专家系统、机器学习、模式识别、自然语言理解、自动定理证明、自动程序设计、机器人学、博弈、智能决策支持系统及人工神经网络等方面。人工智能常用的研究方法有三种，分别介绍如下。　　(1)以符号处理为核心的方法——符号主义　　计算机具有符号处理的推算能力，这种能力蕴涵演绎推理的内涵。因此，可通过相应

3、的程序体系来体现出某种基于逻辑思维的智能行为，达到模拟人类部分智能的目的。　　该方法的特征是：立足于逻辑运算和符号操作，适合于模拟人的逻辑思维过程，解决需要进行逻辑推理的复杂问题；用一定的符号表示知识，在已知基本规则的情况下，无需输入大量的细节知识；便于模块化，易于修改；能与传统的符号数据库进行很好地连接；可对推理结论进行解释，便于对各种可能性进行选择。　　(2)以网络连接为主的连接机制方法　　大脑是人类一切智能活动的基础，因此从大脑神经元及其连接机制着手研究，弄清大脑结构及其信息处理的过程与机制，可望揭示人类智能的奥秘，从而真正实现人类智能在机器上的模拟。　　该方法的特征是：通

4、过神经元间的并行协同作用实现信息处理；通过神经元间的连接存储知识和信息，具有联想和鲁棒性；通过对神经元间连接强度的动态调整，可较方便地实现对人类学习、分类等能力的较好模拟；适合于模拟人类的形象思维；求解问题时，可以比较快地获得满意的近似解。　　(3)系统集成方法　　人类的智能活动中既有逻辑思维又有形象思维，单独使用符号主义方法或连接机制方法都不能完整地解决智能模拟问题。因此，把二种方法结合在一起综合研究，是模拟智能研究的一条必由之路。系统集成方法兼有符号主义方法和连接机制方法的特征。　　集成模式有二种。第一种模式是结合，符号主义方法与连接机制方法均保持独立的结构，但密切合作，任何

5、一方都可以把自己不能解决的问题转交给另一方。第二种模式是统一，将符号主义方法与连接机制方法有机地统一到一个系统中，既有逻辑思维的功能，又有形象思维的功能。2 人工智能技术在建筑行业中的应用　　研究者们把人工智能技术与建筑行业各专业领域知识相结合，使得人工智能技术在建筑行业中取得了非常广泛的应用。已有许多专家系统、决策支持系统应用在建筑行业取得了很好的经济效益和社会效益。下面针对建筑规划、建筑结构、给水排水、建筑电气、暖通空调、建筑材料及建筑工程管理等建筑行业中的各专业领域，分别阐述人工智能技术的应用。2.1人工智能技术在建筑规划中的应用　　人工智能技术已应用于建筑设计选型、设计规

6、范自动检测等方面。　　美国加州的EthymiosA.Delis和澳大利亚昆士兰州的AlexDelis[1]构造了一个专家系统，对建筑消防设计是否符合规范进行自动检验。该系统分为三大部分：框架系统表示建筑设计各部件(如门、过道)及相互之间的关系；规则系统采用IF/THEN结构表示建筑设计必须满足的规范的各条规定；几何算法集用来确定各部件的相互关系的算法集合。美国斯坦福大学CharlesS.Han等设计了一个模型，利用计算机自动对建筑设计是否符合规范或标准进行检验。先将2D的CAD图转换成标准的3D数据（IFCEXPRESSfile），并用人工智能中的框架知识表示法来进行表示，规范采

7、用相同的IFC文件进行表示。设计者通过网络将IFC形式的设计数据传到检验单位，检验单位通过计算机自动检验，然后把相应的结果返回或通过网页展示。　　清华大学刘西拉等[2]将神经网络用于高层建筑结构体系研究。采用三层的BP网络，将影响高层建筑结构体系的因子分为12种。输入层有12个结点；隐层有10个结点；输出层有5个结点，对5种可选的结构体系都给出一个系数值。作用函数选用Sigmoid函数。　　江汉石油学院许宁等针对传统CAD系统设计知识困难和设计结果不能解释等缺点，在钢筋混凝土框架