人工智能技术如何引领未来医院建筑设计行业变革？

  4月25日，习近平总书记主持中共中央政治局集体学习，聚焦主题“加强人工智能发展和监管”，总书记深刻指出，“面对新一代人工智能技术快速演进的新形势，要充分发挥新型举国体制优势”。4月29日，总书记在位于徐汇区的上海“模速空间”大模型创新生态社区，察看大模型产品展示。“人工智能技术加速迭代，正迎来爆发式发展”——总书记作出重大判断。   在科技飞速发展的今天，人工智能（ArtificialIntelligence，简称AI）已经渗透到我们生活的方方面面。AI在医疗建筑设计领域也掀起了一阵“智能风暴”，正在改变传统医疗建筑设计的固有模式。   清华大学建筑学院副教授、博士生导师黄蔚欣曾说：“AI结合数据，结合算力，可以爆发出巨大的能量。”在医疗建筑设计中，这句话得到了生动的体现。   一、AI如何助力医疗建筑设计？   医疗建筑作为特殊的建筑类型，其设计需要综合考虑众多复杂因素，如医疗功能流程、患者与医护人员的需求、卫生与安全标准以及能源消耗等，传统的医疗建筑设计依赖于设计师的经验和专业知识，设计过程往往较为繁琐且耗时，而人工智能技术的出现为医疗建筑设计提供了新的思路和方法。据了解，目前AI在医疗建筑设计中的应用，包括辅助设计流程、优化空间布局、提升能源效率以及改善患者体验等方面。   （一）辅助设计流程，让设计更高效   1、数据分析与需求预测   黄蔚欣教授提到，利用AI进行医疗建筑里的行为研究，收集人的行为数据和患者就诊数据，就能分析医疗建筑的使用情况，进而优化医疗功能布局。比如通过二次指派问题算法，根据交通流的多少调整科室的空间位置，优化后的人均就诊距离可缩短1/3。   而且，AI还能收集和分析海量医疗数据，像医院的科室就诊量、患者流量分布、疾病种类统计等。通过深度挖掘这些数据，设计师能精准了解医院各部门实际需求，合理确定建筑规模、科室布局以及医疗设施配置数量。要是预测到某地区特定疾病发病率要上升，就在新医院设计中提前规划好相应专科病房和诊疗区域。华为技术有限公司云转型规划首席咨询架构师孙颖分享了AI在医疗建筑领域的应用案例，在社区和医院关系中，通过预测大模型就能发挥重要作用。   2、辅助生成设计方案   中南建筑设计院数字建筑技术中心总工程师宁文峰说，他们用独创的“GiantAI”（建筑创意具现软件），实现了“所想即所得”。设计师只要输入场地条件、建筑面积、床位数等项目基本要求，AI就能快速生成不同风格和布局的建筑草图，还能初步评估各方案优缺点，甚至进行渲染！这不仅大大缩短了设计前期的方案构思时间，还能给设计师带来创新灵感。   中国中元医疗建筑智能设计平台实现了城市信息收集、定制医院数据、用地界面分析、精算建筑信息、选择布局分区、智能方案对比等功能。据中元医疗二院建筑一所所长王文正介绍，目前平台有“王+工+品”三种布局，后期还会迭代升级，完成楼梯组合变化、异形体块创建、新老院区扩建用地利用等功能。   （二）优化空间布局，打造高效空间   1、功能流线优化   合理的流线设计对提高医疗效率、减少交叉感染至关重要。AI可以模拟患者、医护人员和物资在建筑内的流动路径，分析不同布局方案下的流线效率和冲突情况。比如优化急诊部、门诊部、住院部之间的交通联系，让患者能快速便捷到达各个诊疗区域，还能避免医护人员和患者流线交叉干扰。   2、空间利用最大化   在有限的建筑空间内，实现空间高效利用是关键。AI对建筑空间进行三维建模和分析，根据不同功能区域的空间需求和使用频率，自动调整房间的形状、大小和布局。病房里，优化床位布置和家具摆放，在保证患者舒适度和医疗操作便利性的前提下，提高病房空间利用率；医技科室里，合理安排大型医疗设备位置和空间，不浪费一点空间，空间利用直接“卷”起来。   （三）改善患者体验   1、环境舒适度控制   患者在医疗建筑内的舒适度直接影响康复效果和就医体验。AI连接建筑内的环境监测设备和控制系统，实时感知室内温度、湿度、光照强度、空气质量等环境参数，还能根据患者个性化需求和预设舒适度标准自动调节。给老年患者或儿童患者提供适宜的室内温湿度环境，根据病房朝向和采光情况，自动调节窗帘开合度和照明亮度，营造舒适的视觉环境。   2、智能导诊与导航系统   对于初次就医或不熟悉医院环境的患者来说，可以利用AI智能导诊与导航系统，通过手机应用程序或医院内的自助终端设备，获得个性化导诊服务和实时导航。输入症状或就诊科室信息，系统就能规划最优就诊路线，还有语音导航和图文指引，快速准确到达目的地。   二、AI应用面临的挑战   （一）数据量较小   华为技术有限公司云转型规划首席咨询架构师孙颖指出，医疗建筑行业是小数据行业，每个项目数据量相对较小，项目低频，专家经验普适性差，项目之间差异性大，这些都给AI在建筑行业的应用带来了困难。而且建筑行业的个性化需求与数字化、信息化的复制需求之间还存在矛盾。   （二）技术集成与兼容性   医疗建筑设计涉及多个专业领域和复杂的技术系统，如建筑设计软件、医疗设备、智能控制系统等。王文正表示，将AI技术与这些现有技术系统进行集成和整合并非易事，需要解决不同技术之间的兼容性问题，确保各个系统能够协同工作，实现数据的无缝共享和交互。此外，目前市场上的AI设计软件和工具种类繁多，功能和接口标准不一，也给技术集成带来了一定困难。   （三）设计师与AI的协作模式   虽然AI能够为医疗建筑设计提供强大的辅助功能，但它并不能完全取代设计师的角色。如何建立设计师与AI之间良好的协作模式，充分发挥两者的优势，是当前面临的一个重要问题。值得关注的是，建筑行业，特别是医疗建筑行业是小数据的行业，低频、差异化大、壁垒高。这导致建模的难度很大，收益低。   设计师需要掌握一定的AI技术知识，能够理解和运用AI生成的设计方案和分析结果；同时，AI系统也需要不断优化和完善，以更好地适应设计师的工作流程和创意需求，实现人机协同设计的高效性和创新性。   三、未来发展趋势   （一）人与机器的交互关系更加紧密   尽管有挑战，但AI在医疗建筑设计与管理中的应用前景超广阔！黄蔚欣教授认为，在垂直细分领域还有很多可做的，比如对研究问题简化抽象，利用专业知识结合AI技术。多模态模型在建筑设计中的应用也值得期待，未来人与机器的交互关系将更加紧密，可能会出现不区分人和算法的认知主体，为建筑设计带来全新发展路径。   （二）基于AI的医疗建筑生命周期管理   孙颖介绍了AI在医疗建筑中的应用案例，在社区和医院之间的关系方面，通过预测大模型为社区提供健康服务，如在小区内设置救护车与医院联动，解决医院病人数量问题。在家庭医生服务方面，主要运用大语言模型，通过交流和互动为患者提供服务。在医院的空间和场景管理中，运用视觉大模型捕捉进出车辆和人员的情况；在能效管理方面，运用科学计算大模型考虑医院的各种能效问题；在资产管理方面，运用多模态模型处理动态弹性问题。   所以人工智能不仅将在医疗建筑的设计阶段发挥重要作用，还将贯穿于建筑的整个生命周期，包括施工、运营和维护管理。王文正认为，在施工阶段，AI可以用于施工进度管理、质量控制和安全监测；在运营阶段，通过AI智能管理系统实现建筑设备的远程监控、故障预测和能源优化管理；在维护阶段，AI可以根据建筑设施的使用情况和性能监测数据，制定合理的维护计划和维修策略，延长建筑的使用寿命，降低全生命周期成本。   （三）个性化医疗建筑设计的深化   随着人们对医疗服务质量和个性化需求的不断提高，AI将助力医疗建筑设计朝着更加个性化的方向发展。通过对患者个体特征、疾病类型、治疗方案等数据的深入分析，AI可以为不同患者群体量身定制个性化的医疗空间环境，如针对康复患者设计具有特殊康复设施和景观环境的病房；为儿科患者打造充满童趣和温馨氛围的诊疗区域等，从而提升患者的就医体验和治疗效果。   四、结语   人工智能在医疗建筑设计中的应用正处于快速发展阶段，带来了诸多创新和变革机遇，同时也面临着不少挑战。但相信随着技术不断进步和相关问题逐步解决，AI与VR/AR技术的融合、基于AI的医疗建筑生命周期管理以及个性化医疗建筑设计的深化将成为主要发展趋势。在AI技术的推动下，医疗建筑设计必将迎来更加美好的未来，为人类健康事业提供更优质的建筑环境保障。