人工智能技术在建筑设计应用

　人工智能技术已经初步运用于场地设计、建筑设计之中，并在实际的项目设计流程中逐渐发挥作用，它能够简化设计流程、提高设计效率。

　　利用人工智能技术完成建筑设计工作将成为未来建筑行业发展的趋势。

　　论文以人工智能建筑师小库为例，介绍了小库软件参与建筑设计的过程，对人工智能技术在建筑设计中的应用做了初步探讨。

　　人工智能；建筑设计；实践应用；场地设计1引言近年来，伴随着信息技术的发展，人工智能的应用无处不在，包含金融、影像、自动驾驶、医疗等各个领域，使得诸多行业能够简化工作流程、降低投入、加快工作效率，为行业的健康发展带来深远的影响。

　　随着相关技术的不断成熟，人工智能也开始应用于建筑设计、场地设计之中，小库就是将人工智能技术运用到建筑设计中的开始[1]。

　　本文以小库人工智能建筑师为例，探讨人工智能技术在建筑设计中的应用。

　　2人工智能建筑设计软件简述人工智能不同于单一的自动化，其根本区别就是前者会通过深度学习算法，从大量的经验数据中提取出具有规律性和特征性的属性，掌握它们的共性和关联规则，并做出总结归纳。

　　当对这些数据的规则掌握到一定程度后，对后期输入的信息能做出准确的判断。

　　与传统的自动化判断方法相比，自动化是判断输入端的数据是否满足人为设置的条件，并将结果呈现在输出端。

　　人工智能算法对信息的分析则要通过大量数据的训练，经过自我学习，才能建立数学模型，具备分析不同场景的能力。

　　与传统的建筑设计业相比，有人工智能技术加持的建筑设计行业，带来的将是前所未有的高效率工作环境。

　　人工智能算法通过判断不同场景，在建筑师输入场地、容积率需求等经济技术指标后，软件通过运算在最短时间给出推荐的楼型组合，不同参数之间高效协同，大大提高了设计效率。

　　实时呈现，所见即所得。

　　并且能够再次排查设计项目中的错误，如日照需求、规范要求，等等。

　　另外，人工智能设计平台能够在每一个过程中给出方案的分析结果，生成方案报告[2]。

　　3小库的功能介绍用大数据来解决建筑设计问题在行业内尚存争议，但有人工智能算法加持，智能建筑师能够判断建筑方案实际的场景和需求，以大数据作为方案评估的基础，多角度为设计师推荐最佳的方案选型，可以最大化场地的商业价值。

　　小库的原型云端系统就是能够帮助建筑师在输入场地信息后，快速生成多个方案的产品[3]。

　　人工智能建筑师小库将大数据、云技术、人工智能等多种科技界领先的技术运用在实际建筑设计中，建筑师只需要一台能够联网的设备，就能通过设计平台完成场地设计、建筑选型等前期工作。

　　不同建筑师之间互相合作，也能获得实时的修改反馈。

　　4小库在建筑设计中的应用设计师通过小库人工智能设计平台，导入场地信息。

　　首先输入基地指标，如是否严格日照、考虑山地,基地总面积以及容积率需求，如图1所示，此时人工智能建筑师在后台会评估场地，分析场地周边的功能以及商业价值，同时能够考虑周边日照影响。

　　图1用地指标设置面板在这个过程中，建筑师无须上传场地文件，只在平台中圈出基地范围，周边环境和其他信息都会同步考虑在内。

　　接着输入功能户型比的配置参数，如建筑限高、密度、绿地率、车位配比、功能配比住宅、商业、办公等，再搭配场地内的楼型组合。

　　输入每个楼型的单位造价，生成方案，即可在几种强排方案中选择满足建筑师需求，同时将利润最大化的设计产品，如图2所示。

　　图2功能户型比设置面板此时，小库能够迅速提供方案的经济技术指标，给出不同方案的评价。

　　建筑师可以直接生成智能用于项目汇报，其中包含场地分析和项目分析等，如图3所示。

　　从目前来看，小库能够代替建筑师完成住宅方案的强排工作。

　　考虑到规划要求、规范限制、日照、商业热度、交通等环境因素，在短时间内给出几种场地利润最大化的方案。

　　与优化强排方案相比，小库在直观性上更具优势，后者不仅具备更高的工作效率，也无须过高的学习成本。

　　当前，人工智能建筑设计方式不具备创造建筑的理念和表现力，在建筑设计领域想让人工智能技术和设计师一样具备发散思维、自由创作的能力，还需要技术上的继续迭代，但小库的诞生预示着人工智能技术正在给建筑设计行业带来巨大的改变[4~8]。

　　5人工智能建筑设计的优势从用地价值的评估到住宅建筑强排的阶段，传统的建筑设计方式中存在诸多反复修改的过程。

　　采用人工智能技术加持的智能设计方式会大大降低工作时长和设计成本，提高设计效率。

　　建筑师只需将场地位置、容积率等参数输入到软件界面，通过自身的运算成果评估方案，将最佳的成果推荐给建筑师，大大地降低了前期投入的时间和人力成本。

　　另外，智能设计方法还能够在短时间内生成多个方案，也保证了工作的高效性和精确性。

　　一个方案的产生到落地，需要满足政府对开发商提出的硬性指标如建筑密度、容积率等，对开发商而言，需要将建筑的利润最大化，每一个步骤都需要对方案反复地调整，而方案的表达和呈现更需要时间。

　　运用人工智能技术的智能设计方式，在各种指标的限制下快速创造利润最大化的方案，极大地改变当前行业的现状，摆脱硬性指标对方案构思和创意实现上的束缚。

　　人工智能配合大数据，能够精准地反映场地及周边环境，人的行为需求和规律。

　　通过海量的数据基础进行整理和分析，能够更加客观可靠地反映场地的经济价值。

　　同时，对技术指标的修改也能够及时地反映在方案中，以更直观的方式将方案的分析结果输出给建筑师。

　　另外，伴随着云技术的应用，智能设计方式能降低设计过程中的硬件费用，有助于控制设计成本，同时，使随时随地查看或修改方案成为了可能[5]。

　　当下人工智能创作尚停留在强排阶段，未来人工智能技术还可能学习建筑师设计手法和设计风格，引入美学创造。

　　这个能力并不意味着人工智能在未来完全取代建筑师的职位，而是将建筑师的设计智慧加以归纳和总结，融合当下的逻辑风格和设计思维，以深度学习的方式理解建筑师的风格，协助建筑师完成方案创作。

　　6结语时代的发展和人类对物质的需求改变着建筑学领域需要解决的问题。

　　当前建筑设计领域的矛盾，一边是城市建设对设计行业日益增多的需求，一边是传统设计方式流程复杂、效率较慢，设计方式已经难以满足现代人对建筑更高的需求。

　　目前，人工智能技术在地产方案中的强排阶段已经具备了应用价值，并为后期的设计决策提供了参考依据。

　　在人工智能产业飞速发展的今天，建筑师应该开始了解并接受建筑领域人工智的能相关软件，将其运用于辅助方案设计的过程中，脱离重复的方案修改和再优化，使建筑师更专注于方案设计本身，创造建筑价值，促进行业的健康发展。

　　参考文献[1]何宛余,杨小荻人工智能设计,从研究到实践[]时代建筑,2018138-43[2]朱晓琳,何犹卿,李浩南科技改变未来——访谈实录[]建筑技艺,2017964-67[3]刘德明,张睿南基于技术的大跨建筑找形方法探讨[]城市建筑,2018810-14[4]格哈德?施密特,徐蜀辰,苗彧凡人工智能在建筑与城市设计中的第二次机会[]时代建筑,2018132-37[5]金展人工智能——智能建筑下一个应用竞技场[]智能建筑24[6]王波,蒋鹏,卿晓霞人工智能技术及其在建筑行业中的应用[]微型机与应用,200484-7[7]黄珂智能控制技术在智能建筑中的应用[]低碳世界,201618164-165[8]楚荣珍,周向宁,李顺刚人工神经网络及在建筑施工中应用[]工业建筑964+967作者梁晏恺单位沈阳建筑大学

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　　篇一：重症肺炎的诊断标准及治疗

　重症 肺 炎

　　【概述】肺炎是严重危害人类健康的一种疾病，占感染性疾病中死亡率之首，在人类总死亡率中排第5~6位。重症肺炎除具有肺炎常见呼吸系统症状外, 尚有呼吸衰竭和其他系统明显受累的表现, 既可发生于社区获得性肺炎(community -acquired pneumonia, CAP),亦可发生于医院获得性肺炎(hospital acquired pneumonia, HAP)。在HAP中以重症监护病房(intensive care unit ,ICU)内获得的肺炎、呼吸机相关肺炎(ventilator associated pneumonia ,VAP)和健康护理( 医疗) 相关性肺炎(health care–associated pneumonia ,HCAP)更为常见。免疫抑制宿主发生的肺炎亦常包括其中。重症肺炎死亡率高，在过去的几十年中已成为一个独立的临床综合征，在流行病学、风险因素和结局方面有其独特的特征，需要一个独特的临床处理路径和初始的抗生素治疗。重症肺炎患者可从ICU综合治疗中获益。临床各科都可能会遇到重症肺炎患者。在急诊科门诊最常遇到的是社区获得性重症肺炎。本章重点介绍重症社区获得性肺炎。对重症院内获得性肺炎只做简要介绍。

　【诊断】首先需明确肺炎的诊断。CAP 是指在医院外罹患的感染性肺实质(含肺泡壁即广义上的肺间质) 炎症,包括具有明确潜伏期的病原体感染而在入院后平均潜伏期内发病的肺炎。简单地讲,是住院48 小时以内及住院前出现的肺部炎症。CAP 临床诊断依据包括: ①新近出现的咳嗽、咳痰,或原有呼吸道疾病症状加重,并出现脓性痰; 伴或不伴胸痛。②发热。③肺实变体征和(或) 湿性啰音。④WBC > 10

　99×10 / L 或

　重症肺炎通常被认为是需要收入ICU的肺炎。关于重症肺炎尚未有公认的定义。在中华医学会呼吸病学分会公布的CAP 诊断和治疗指南中将下列症征列为重症肺炎的表现: ①意识障碍; ②呼吸频率>30次/min ③PaO25d、机械通气>4d) 和存在高危因素者, 即使不完全符合重症肺炎规定标准, 亦视为重症。

　美国胸科学会(ATS) 2001年对重症肺炎的诊断标准：主要诊断标准 ①需要机械通气; ②入院48h 内肺部病变扩大≥50%; ③少尿( 每日177μmol/L( 2mg/dl) 。次要标准: ①呼吸频率>30 次/min;②

　PaO2/FiO2

　2007年ATS 和美国感染病学会( IDSA) 制订了新的《社区获得性肺炎治疗指南》，对重症社区获得性肺炎的诊断标准进行了新的修正。主要标准：① 需要创伤性机械通气 ② 需要应用升压药物的脓毒性血症休克。

　次要标准包括：①呼吸频

　　率>30 次/min; ② 氧合指数( PaO2/FiO2) 20 mg/dL）⑥白细胞减少症（WBC计数＜4×109 /L）⑦血小板减少症（血小板计数＜100×109 /L）⑧体温降低（中心体温＜36℃）⑨低血压需要液体复苏。符合1条主要标准，或至少3项次要标准可诊断。

　重症医院获得性肺炎（SHAP）的定义与SCAP相近。2005 年ATS 和美国感染病学会( IDSA) 制订了《成人HAP, VAP, HCAP 处理指南》。指南中界定了HCAP 的病人范围: 在90d 内因急性感染曾住院≥2d; 居住在医疗护理机构; 最近接受过静脉抗生素治疗、化疗或者30d 内有感染伤口治疗; 住过一家医院或进行过透析治疗。因为HCAP患者往往需要应用针对多重耐药(MDR)病原菌的抗菌药物治疗，故将其列入HAP 和VAP 的范畴内。

　【临床表现】重症肺炎可急性起病，部分病人除了发热、咳嗽、咳痰、呼吸困难等呼吸系统症状外，可在短时间内出现意识障碍、休克、肾功能不全、肝功能不全等其他系统表现。少部分病人甚至可没有典型的呼吸系统症状，容易引起误诊。也可起病时较轻，病情逐步恶化，最终达到重症肺炎的标准。在急诊门诊遇到的主要是重症CAP患者，部分是HCAP患者。重症CAP的最常见的致病病原体有：肺炎链球菌、金黄色葡萄球菌、军团菌、革兰氏阴性杆菌、流感嗜血杆菌等，其临床表现简述如下：

　⑴肺炎链球菌为重症CAP最常见的病原体，占30%~70%。呼吸系统防御功能损伤（酒精中毒、抽搐和昏迷）可是咽喉部大量含有肺炎链球菌的分泌物吸入到下呼吸道。病毒感染和吸烟可造成纤毛运动受损，导致局部防御功能下降。充血性心衰也为细菌性肺炎的先兆因素。脾切除或脾功能亢进的病人可发生暴发性的肺炎链球菌肺炎。多发性骨髓瘤、低丙种球蛋白血症或慢性淋巴细胞白血病等疾病均为肺炎链球菌感染的重要危险因素。典型的肺炎链球菌肺炎表现为肺实变、寒战，体温大于39.4℃，多汗和胸膜痛疼，多见于原先健康的年轻人。而老年人中肺炎链球菌的临床表现隐匿，常缺乏典型的临床症状和体征。典型的肺炎链球菌肺炎的胸部Ⅹ线表现为肺叶、肺段的实变。肺叶、肺段的实变的病人易合并菌血症。肺炎链球菌合并菌血症的死亡率为30%~70%，比无菌血症者高9倍。

　⑵金葡菌肺炎 为重症CAP的一个重要病原体。在流行性感冒时期，CAP中金葡菌的发生率可高达25%，约50%的病例有某种基础疾病的存在。呼吸困难和低氧血症较普遍，死亡率为64%。胸部Ⅹ线检查常见密度增高的实变影。常出现空腔，可见肺气囊，病变变化较快，常伴发肺脓肿和脓胸。MRSA（耐甲氧西林金葡菌）为CAP中较少见的病原菌，但一旦明确诊断，则应选用万古霉素治疗。

　⑶革兰氏阴性菌CAP 重症CAP中革兰氏阴性菌感染约占20%,病原菌包括肺炎克雷白杆菌、不动感菌属、变形杆菌和沙雷菌属等。肺炎克雷白杆菌所致的CAP约占1%~5%，但其临床过程较为危重。易发生于酗酒者、慢性呼吸系统疾病病人和衰弱者，表现为明显的中毒症状。胸部X线的典型表现为右上叶的浓密浸润阴影、边缘清楚，早期可有脓肿的形成。死亡率高达40%~50%。

　⑷非典型病原体 在CAP中非典型病原体所致者占3%~40%。大多数研究显示肺炎支原体在非典型病原体所致CAP中占首位，在成人中占2%~30%，肺炎衣原体占

　6%~22%，嗜肺军团菌占2%~15%。但是肺炎衣原体感染所致的CAP，其临床表现相对较轻，死亡率较低。肺炎衣原体可表现为咽痛、声嘶、头痛等重要的非肺部症状，其

　　他可有鼻窦炎、气道反应性疾病及脓胸。肺炎衣原体可与其他病原菌发生共同感染，特别是肺炎链球菌。老年人肺炎衣原体肺炎的症状较重，有时可为致死性的。肺炎衣原体培养、DNA检测、PCR、血清学（微荧光免疫抗体检测）可提示肺炎衣原体感染的存在。军团菌肺炎 占重症CAP病例的12%~23%，仅次于肺炎链球菌，多见于男性、年迈、体衰和抽烟者，原患有心肺疾病、糖尿病和肾功能衰竭者患军团菌肺炎的危险性增加。军团菌肺炎的潜伏期为2~10天。病人有短暂的不适、发热、寒战和间断的干咳。肌痛常很明显，胸痛的发生率为33%,呼吸困难为60%。胃肠道症状表现显著，恶心和腹痛多见，33%的病人有腹泻。不少病人还有肺外症状，急性的精神神志变化、急性肾功能衰竭和黄疸等。偶有横纹肌炎、心肌炎、心包炎、肾小球肾炎、血栓性血小板减少性紫癜。50%的病例有低钠血症，此项检查有助于军团菌肺炎的诊断和鉴别诊断。军团菌肺炎的胸部Ⅹ线表现特征为肺泡型、斑片状、肺叶或肺段状分布或弥漫性肺浸润。有时难以与ARDS区别。胸腔积液相对较多。此外，20%~40%的病人可发生进行性呼吸衰竭，约15%以上的病例需机械通气。

　⑸流感嗜血杆菌肺炎 约占CAP病例的8%~20%，老年人和COPD病人常为高危人群。流感嗜血杆菌肺炎发病前多有上呼吸道感染的病史，起病可急可慢，急性发病者有发热、咳嗽、咳痰。COPD病人起病较为缓慢，表现为原有的咳嗽症状加重。婴幼儿肺炎多较急重，临床上有高热、惊厥、呼吸急促和紫绀，有时发生呼吸衰竭。听诊可闻及散在的或局限的干、湿性罗音，但大片实变体征者少见。胸部X线表现为支气管肺炎，约1/4呈肺叶或肺段实变影，很少有肺脓肿或脓胸形成。

　[6]卡氏孢子虫肺炎（PCP） PCP仅发生于细胞免疫缺陷的病人，但PCP仍是一种重要的肺炎，特别是HIV感染的病人。PCP常常是诊断AIDS的依据。PCP的临床特征性表现有干咳、发热和在几周内逐渐进展的呼吸困难。病人肺部症状出现的平均时间为4周，PCP相对进展缓慢可区别于普通细菌性肺炎。PCP的试验室检查异常包括：淋巴细胞减少，CD4淋巴细胞减少，低氧血症，胸部X线片显示双侧间质浸润，有高度特征的“毛玻璃”样表现。但30%的胸片可无明显异常。PCP为唯一有假阴性胸片表现的肺炎 。

　【辅助检查】

　1.病原学：

　⑴诊断方法 包括血培养、痰革兰氏染色和培养、血清学检查、胸水培养、支气管吸出物培养、或肺炎链球菌和军团菌抗原的快速诊断技术。此外，可以考虑侵入性检查，包括经皮肺穿刺活检、经过防污染毛刷（PSB）经过支气管镜检查或支气管肺泡灌洗（BAL）。

　①血培养 一般在发热初期采集，如已用抗菌药物治疗，则在下次用药前采集。采样以无菌法静脉穿刺，防止污染。成人每次10~20ml，婴儿和儿童0.5~5ml。血液置于无菌培养瓶中送检。24小时内采血标本3次，并在不同部位采集可提高血培养的阳性率。

　在大规模的非选择性的因CAP住院的病人中，抗生素治疗前的血细菌培养阳性率为5%-14%，最常见的结果为肺炎球菌。假阳性的结果 ，常为凝固酶阴性的葡萄球菌。

　抗生素治疗后血培养的阳性率减半，所以血标本应在抗生素应用前采集。但如果有菌血症高危因素存在时，初始抗生素治疗后血培养的阳性率仍高达15%。因重症肺炎有菌血症高危因素存在，病原菌极可能是金葡菌、铜绿假单胞菌和其他革兰氏

　　阴性杆菌，这几种细菌培养的阳性率高，重症肺炎时每一位病人都应行血培养，这对指导抗生素的应用有很高的价值。另外，细菌清除能力低的病人（如脾切除的病人）、慢性肝病的病人、白细胞减少的病人也易于有菌血症，也应积极行血培养。

　②痰液细菌培养 嘱病人先行漱口，并指导或辅助病人深咳嗽，留取脓性痰送检。约40%病人无痰，可经气管吸引术或支气管镜吸引获得标本。标本收集在无菌容器中。痰量的要求，普通细菌＞1ml,真菌和寄生虫3~5ml, 分支杆菌5~10ml。标本要尽快送检，不得超过2小时。延迟将减少葡萄球菌、肺炎链球菌以及革兰氏阴性杆菌的检出率。在培养前必须先挑出脓性部分涂片作革兰氏染色，低倍镜下观察，判断标本是否合格。镜检鳞状上皮＞10个/低倍视野就判断为不合格痰，即标本很可能来自口咽部而非下呼吸道。多核细胞数量对判断痰液标本是否合格意义不大，但是纤毛柱状上皮和肺泡巨噬细胞的出现提示来自下呼吸道的可能性大。

　痰液细菌培养的阳性率各异，受各种因素的影响很大。痰液培养阳性时需排除污染和细菌定植。与痰涂片细菌是否一致、定量培养和多次培养有一定价值。在气管插管后立即采取的标本不考虑细菌定植。痰液培养结果阴性也并不意味着无意义：合格的痰标本分离不出金葡菌或革兰氏阴性杆菌就是排除这些病原菌感染的强有力的证据。革兰氏染色阴性和培养阴性应停止针对金葡菌感染的治疗。

　③ 痰涂片染色痰液涂片革兰氏染色可有助于初始的经验性抗生素治疗，其最大优点是可以在短时间内得到结果并根据染色的结果选用针对革兰氏阳性或阴性细菌的抗生素；涂片细菌阳性时常常预示着痰培养阳性；涂片细菌与培养出的细菌一致时，可证实随后的痰培养出的细菌为致病菌。结核感染时抗酸染色阳性。真菌感染时痰涂片可多次查到霉菌或菌丝。痰液涂片在油镜检查时见到典型的肺炎链球菌或流感嗜血杆菌有诊断价值。

　④其他 在军团菌的流行地区或有近期2周旅行的病人，除了常规的培养外，需要用缓冲碳酵母浸膏作军团菌的培养。尿抗原检查可用肺炎球菌和军团菌的检测。对于成人肺炎球菌肺炎的研究表明敏感性50%-80%，特异性90%，不受抗生素使用的影响。对军团菌的检测，在发病的第一天就可阳性，并持续数周，但血清型1以外的血清型引起的感染常被漏诊。快速流感病毒抗原检测阳性可考虑抗病毒治疗。肺活检组织细菌培养、病理及特殊染色是诊断肺炎的金标准。