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研究生: 龔智群
Kung, Chih-Chun
論文名稱: 人工智慧輔助BIM建築設計流程
AI-assisted BIM Architectural Design Workflow
指導教授: 鄭泰昇
Jeng, Tay-Sheng
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 規劃與設計學院 - 建築學系
Department of Architecture
論文出版年: 2023
畢業學年度: 111
語文別: 中文
論文頁數: 142
中文關鍵詞: 人工智慧建築資訊系統工作流程
外文關鍵詞: Artificial Intelligence, Building Information Modeling, Design Workflow
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  • 數位轉型趨勢引領建築營造產業的轉變。除了建築資訊系統的運用外,必須導入其他數位技術用以管理建築生命週期。本論文聚焦於建築產業,旨在探討如何將人工智慧技術融入以建築資訊系統主導的設計環境,以建立一個AI+BIM的標準化設計流程。
    人工智慧輔助建築設計技術可分為三大類:衍生式設計、生成式AI、和自動化工具。衍生式設計基於參數化設計邏輯,但將原先固定數據的設定轉為限制區間,並檢討輸入與輸出數據值,進行最佳化演算;生成式AI利用大量數據資料和深度學習技術,依照目的建構演算邏輯進行生成;自動化工具以固定程式邏輯執行單向的工作流程。
    本研究嘗試自行開發與整合工具。主要利用Revit建立BIM工作平台,整合Dynamo、Generative design、Solar Analysis..等Revit插件,以及QGIS、CFD、Python..等其他軟體。利用這些工具撰寫程式與研發指令,以自動化操作Revit功能,執行整理資訊、建立模型與分析模型等任務。另外,借助生成式人工智慧技術如ChatGPT、Midjourney及Stable Diffusion..等,以輔助設計發展。
    本研究透過一個實際的集合住宅案例,演練AI技術整合研發應用的建築設計流程。界定討論的範圍從基地調查開始,直到設計彙整完成。將設計流程分為三個階段:計畫階段、規劃階段和設計階段。每個階段皆會細分為多個工作項目,探討設計師如何透過AI+BIM執行設計任務。
    以下是本研究具體操作設計工作項目的幾個例子:「基地調查」使用QGIS和Google Earth將GIS資訊整合至Revit模型中;「量體配置」使用Dynamo配合Generative design編寫配置腳本;「環境分析」使用CFD和Solar Analysis進行設計風與熱輻射分析;「外觀風格探索」使用Midjourney和Stable Diffusion進行設計探索;「配置元件」使用Python + Revit API開發自動化配置工具。
    研究結果顯示,人工智慧不僅能提升設計的創造力與生產力,還能輔助設計決策。設計師在初期階段就能更清楚地掌握整體情況並確定重點,同時也能催化思考和探索,減少設計的迴圈,進而改變設計流程的過程與結果。然而,人類設計師的角色並未被AI取代,相反,人與AI共同協作推進設計的創造力。
    隨著人工智慧的持續演進,建築產業迫切需要重視這項技術對產業的影響。因此,本研究也參與AI建築師論壇,整合實務與學術角度探討AI的使用情況,以作為推動人工智慧輔助BIM設計流程的參考。

    This study aims to explore the integration of AI (Artificial Intelligence) and BIM (Building Information Modeling) digital technologies within the architectural design process, with a particular focus on utilizing CAD (Computer Aided Design) technologies through AIGC (AI Generated Content), Generative and Parametric Design, and Programming Tools. AI+BIM Design process will be demonstrated through a practical design case study of a residential complex, illustrating the implementation and impact of this technological integration. AI-aided design tools have the potential to improve human productivity and foster human creativity.

    摘要 I Abstract II 謝誌 IV 圖目錄 VII 表目錄 IX 第一章 緒論 - 1 - 1.1 研究背景 - 1 - 1.1.1 建築營造產業(AEC Industry)數位轉型的趨勢 - 1 - 1.1.2 人工智慧在建築領域的發展 - 5 - 1.1.3 建築設計的發展 - 5 - 1.2 研究動機 - 7 - 1.2.1 如何達到更有效率的建築設計流程? - 7 - 1.2.2 如何將AI工具應用於設計實務? - 7 - 1.3 研究目標 - 8 - 1.3.1 AI與建築師協作的設計環境 - 8 - 1.3.2 建立事務所的標準化設計流程 - 8 - 1.4 研究範疇 - 9 - 1.4.1 以事務所案件做為實作對象 - 9 - 1.4.2 相關技術類別 - 9 - 1.5 研究架構 - 10 - 第二章 文獻回顧 - 12 - 2.1 建築設計 - 12 - 2.1.1 建築設計方法 - 12 - 2.1.2 建築設計過程 - 14 - 2.2 電腦輔助設計 - 15 - 2.2.1 建築資訊系統 - 15 - 2.2.2 參數化設計 - 17 - 2.2.3 衍生式設計 - 19 - 2.3 生成式人工智慧(AIGC) - 21 - 2.3.1 語言模型生成文本(Text-to-Text) - 21 - 2.3.2 文本描述生成圖像(Text-to-Image) - 22 - 第三章 研究方法 - 25 - 3.1 設計流程分析 - 25 - 3.1.1 定義設計流程 - 25 - 3.1.2 技術整合研發應用 - 27 - 3.2 工具技術應用 - 30 - 3.2.1 電腦輔助設計軟體 - 31 - 3.2.2 程式編程設計軟體 - 35 - 3.2.3 AI輔助設計軟體 - 36 - 第四章 實作案例 - 38 - 4.1 計畫階段 - 38 - 4.1.1 基地調查 - 38 - 4.1.2 限制性條件 - 43 - 4.1.3 建築計畫 - 46 - 4.2 規劃階段 - 48 - 4.2.1 量體配置 - 48 - 4.2.2 初步平面配置 - 59 - 4.2.3 外觀風格探索 - 69 - 4.2.4 提案簡報 - 79 - 4.3 設計階段 - 81 - 4.3.1 平面配置 - 81 - 4.3.2 立面設計 - 89 - 4.3.3 細部設計 - 91 - 4.3.4 設計彙整 - 92 - 第五章 研究結論 - 94 - 5.1 AI與人的協作設計模式 - 94 - 5.2 AI的創造力(Creativity) - 95 - 5.3 AI的生產力(Productivity) - 96 - 5.4 多重模式(Multimodal)設計整合 - 97 - 5.5 業界回饋 - 97 - 5.6 後續研究 - 102 - 參考文獻 - 103 - 附錄一 技術解析 - 105 - Dynamo參數式腳本 - 105 - Python編碼 - 113 - Stable Diffusion使用介面 - 115 - 附錄二 AI建築論壇 - 116 - AI建築師論壇-台北場 - 116 - AI建築教育論壇-高雄場 - 126 - AI建築師論壇-台南場 - 135 -

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