隧道设计自动化的“两种未来”——人工智能 or 参数化设计？

小编语

随着人工智能技术在各行各业得 到广泛应用，地下工程行业也开始探索人工智能技术在隧道设计方面的应用，以期实现隧道设计的自动化； 另一方面，传统的建筑自动化设计思路——参数化设计（Parametric Design）也在蓬勃发展。

在今年的世界隧道大会上，来自荷兰的Civil Seven团队带来了他们对人工智能和参数化设计的看法和研究成果，快来一起了解一下吧！

两种技术有何不同？

参数化设计和人工智能设计或将成为未来实现隧道设计自动化的两条道路，虽然两者都是通过计算机来完成自动完成设计工作，但却有着本质上的不同：

参数化设计：

该方法的核心思想是把建筑设计的所有要素都变成某个函数的变量，通过改变变量，设计师就能够获取对应的建筑设计方案。

在现代计算机技术的辅助下，利用复杂的数字化模型和岩土资料数据库，计算机能够计算出非常详细的设计方案。

根据输入的数据，生成隧道设计方案和管片设计

与人工智能不同，参数化设计所使用的程序和算法，都是使用传统的编程方式完成的，所有的输出内容都基于设置好的算法和函数而产生。

人工智能设计：

人工智能设计是近年来人工智能大模型兴起后才开始发展的新兴自动化设计思路，该方法的核心思想是将大量工程案例和数据提供给人工智进行训练，以形成具备建筑设计能力的人工智能。目前，这种方法在平面设计方面已经有了成熟的应用。

根据用户给出的需求，AI能快速生成大量的设计方案，并寻找最优解

与参数化设计最大的不同点，也是人工智能设计最大的问题在于：人工智能是一个“黑盒子”，其输出的内容不具备可解释性，也就是说，人类并不能解释人工智能为什么要这样设计。

孰优孰劣？

根据Civil Seven团队的研究和分析，参数化设计可能是隧道设计领域更好的自动化选择，这是因为人工智能设计在隧道设计领域有一个严重的缺陷： 训练数据不足。

训练数据的数量对于人工智能来说非常关键，通过全球互联网上浩如烟海的人类语言和图片数据才能训练出ChatGPT和 Stable Diffusion 这样的语言和绘画人工智能。

人工智能的设计难以解释

此外，人工智能的不可解释性，也是在隧道设计中应用的一大阻碍，所以Civil Seven团队认为，参数化设计相较人工智能设计是更加可行的方案。

发展之路

目前，以实现参数化设计为目标的自动化隧道设计软件研发已经取得了一定的成果：

■ 能够生成包括疏散门和排水系统在内的集成模型；

■ 对于每个管片：自动生成用于计算的岩土和结构模型；

■ 自动进行结构验证并生成报告；

■ 能够 生成二维图纸并添加注释。

由Civil Seven团队开发的自动化设计工具已经在荷兰A9公路隧道、瑞典Kvarnberget铁路隧道、荷兰Vught铁路隧道的设计过程中得到了测试性的使用。

荷兰A9公路隧道概念图

尽管已经取得了一定的成果，但Civil Seven团队还是认为，隧道自动化设计软件在进一步发展上面临着一些阻碍：

随着自动化设计范围的扩大，并且涉及到越来越多的细节，软件编程的时间和难度也随之激增，随之而产生的是高额的开发成本和更长的开发时间，开发成本问题很可能成为未来阻碍自动化隧道设计软件发展的一个问题。

结语

围绕着参数化设计和人工智能有很多的讨论，由于训练数据的缺乏，在隧道设计方面暂时难以运用人工智能，参数化设计可能是实现隧道自动化设计更有效的选择。 然而，人工智能的发展潜力巨大，也许在不久的未来我们就能看到能够进行隧道设计的人工智能出现。