摘要:老齡化日益嚴峻，智慧養老成為解決養老問題的新型模式，而人工智能近年來的快速發展為智慧養老及承擔養老服務的建筑提供了新的發展思路。從人工智能的主要技術及智慧養老的研究現狀入手，對人工智能在智慧養老領域的研究和應用進行了梳理總結。結果表明，人工智能在智慧養老中的研究主要包括智能家居、醫療保健和智能養老機器人3個方面。本文提出了將建筑與養老服務結合成為智慧養老建筑體系進行研究，分析了人工智能與該體系結合研究的發展前景，指出了智慧養老建筑體系將實現從感性到理性、從獨立到交叉的跨越，以期探索未來面向智慧養老的人工智能之路。

　　關鍵詞:人工智能;建筑;智慧養老;老年人;智慧養老建筑體系

　　引言

　　從1997年IBM公司的“深藍”到2017年谷歌旗下DeepMind團隊的AlphaGoZero，人工智能(artificialintelligence，AI)在一次次驚艷世界的同時，也在潛移默化地影響著計算機科學以外的領域。在老齡化的社會背景下，“智慧養老”這種新興的養老服務發展模式應運而生，不可避免地會參與到人工智能的浪潮中。我國的《新一代人工智能發展規劃》中也提出了“圍繞教育、醫療、養老等迫切民生需求，加快人工智能創新應用，為公眾提供個性化、多元化、高品質服務”［1］的時代要求。而建筑作為供老年人開展養老居住生活和為其提供養老服務的載體，必然會在AI技術和智慧養老的時代背景下產生全新的發展模式。從人工智能的3種技術和智慧養老的研究現狀入手，通過對AI在智慧養老領域的研究與應用進行系統梳理，提出智慧養老建筑體系，探究其與人工智能結合研究的發展前景。

　　1人工智能與智慧養老

　　1．1人工智能

　　人工智能是計算機科學的一個分支，簡要來說，它是人類智慧的載體，企圖應用計算機模擬實現人類水平的智能，根據對環境的感知做出合理的反應，并獲得最大收益。人工智能技術包括傳統編程方法、機器學習和深度學習［2］:傳統編程方法是將人的邏輯告訴機器，利用機器高速運算和儲存能力幫助人類解決問題，滿足在不同場景下執行相對應的指令，得到對應結果;機器學習是將大量數據告訴機器，讓機器自主學習去分析數據并建立邏輯，模擬或實現人類的學習行為，以獲取新的知識或技能，主要使用歸納、綜合而不是演繹;而深度學習是機器學習的一個子領域，是目前人工智能領域的熱點，其模型結構具有多隱層節點，通過對原始樣本特征進行逐層變換形成抽象的高層特征表示，從而形成高存儲效率的分布式表征。深度學習在與計算智能和大數據相關的各個領域取得了最先進的成果，包括計算機視覺和圖像處理、語音識別、自然語言處理(NLP)和機器翻譯等。

　　1．2智慧養老

　　隨著人口老齡化問題日益嚴峻，世界各國都在積極探索養老新模式，智慧養老成為信息時代下養老問題的必然趨勢。關于智慧養老的定義沒有統一標準，但普遍以物聯網、云計算、大數據、移動互聯網等信息技術和產品作為智慧養老概念的基石［3］。

　　2人工智能在智慧養老中的研究與應用

　　智慧養老的核心意義是圍繞老年人的生活起居、醫療保健、安全保障等方面利用現代技術實現其與老年人的智能交互，人工智能在智慧養老中的研究與應用主要體現在智能家居、醫療保健、智能養老機器人等3個方面。

　　2．1智能家居全面輔助老年人生活

　　在智能家居方面，人類活動識別(humanactivityrecognition，HAR)是智能家居中輔助生活、運動傷害監測和老年護理背景下持續監測人類行為的框架組成部分，是研究人類行為和人機交互的重要領域［16］。健康智能家居中日常生活活動(activitiesofdailyliving，ADL)分為睡覺、準備和享用早餐、穿衣脫衣、休息、衛生活動、排便、交流等7項活動，活動識別依賴于傳感器，包括位置傳感器、門接觸、浴室溫度和濕度傳感器、麥克風(聲音分類和語音識別)和可穿戴運動傳感器等(圖2)［17］。然而。人類活動具有高度復雜性和不確定性，有學者提出可利用深度學習技術獲得優化的活動識別器［18］。深度學習和人工智能方法適用于圖像識別、人類活動的特征抓取和分類等。

　　2．2醫療保健進入認知計算時代

　　在醫療保健方面，老有所醫是提高老年人生活質量的關鍵，智慧養老和智慧醫療密不可分。IBM公司的沃森系統(Watson)帶來了認知計算(cognitivecomputing)［23］的革命，這種新的計算模式包含3個功能區域:參與(engage)、發現(discover)和決策(decide)。認知系統已為世界各地的醫療服務提供者提供了更好的患者護理和決策。例如，醫藥創新公司CVSHealth［24］計劃開發一種使用認知計算能力的解決方案，其目標在于改變對慢性病患者的護理管理;再如，Welltok公司［25］創建的CaféWell采用Watson提供的認知方法向用戶提供個性化醫療保健建議。通過利用具有標準應用編程接口(包括自然語言、視覺識別、數據集成等)的認知平臺，任何數量的實體都可以構建有效的解決方案，幫助老年人獲得個性化、可擴展的體驗。在國內，智慧醫療的時代也已開啟(表2)，如:科大訊飛與安徽省立醫院共建“安徽省立智慧醫院(人工智能輔助診療中心)”［26］，智醫助理能夠輔助基層醫生看300多種常見病;“騰訊覓影”具備AI醫學圖像分析和AI輔助診療2項核心能力，利用AI輔診引擎輔助醫生識別和預測700多種疾病風險，并與國內100多家頂尖三甲醫院達成合作。

　　3人工智能與智慧養老建筑體系結合研究的發展前景

　　3．1智慧養老建筑體系

　　荷蘭著名建筑師雷姆·庫哈斯說:“建筑行業往往需要花費大量的時間，這種速度對于目前的變革來說實在太慢了。”他的擔憂意味著建筑行業必須與時俱進，一步步走向AI時代。關于人工智能與建筑行業結合的研究早在20世紀60年代就嶄露頭角。1963年，美國工程師SouderJ．J．利用迭代算法，根據病人最短行走路線生成并優化醫院建筑空間布局［33］。從那時起，學者們對于AI在建筑行業應用的期待從未消退。近年來，更因深度學習帶來的變革引發了更多在建筑領域的探索研究。

　　AI算法通過對建筑信息(類型、數量和圖像信息)進行數據描述，即深度神經網絡的標簽數據、浮點數據和矩陣數據，對于建筑風格歸類、預測人流量、提取建筑特征、設計生成等問題有不同的網絡架構以供選擇［34］，如斯坦福大學Merrell等人利用貝葉斯網絡(Bayesiannetwork)學習住宅案例并儲存特征信息，根據功能氣泡圖隨機生成一系列平面并對這些平面進行優化，實現建筑布局的自動生成［35］(圖6)。國內外學者不斷探索建筑智能設計的發展方向，悉尼大學JohnS．Gero教授提出了“處境自主體模型”(situatedagentmodel)，并基于此建立了一種設計優化工具［36］(圖7);魏力愷等提出了“設計進化模型”和“建筑布局進化模型”［37］，之后又提出了建筑智能設計AID模型，將設計過程看作智能體與環境共同驅使的過程［33］。除建筑設計以外，人工智能還能有效識別建筑結構損傷、預測材料性能、管控建筑施工與運行。

　　3．2AI與智慧養老建筑體系結合研究的發展

　　前景AI自誕生以來，其理論和技術不斷發展，智能應用領域隨之擴大，AI與智慧養老建筑體系的結合研究具有廣闊的發展前景。首先，從AI涵義和技術角度來說，重新成為熱點的AI在科技較為發達的現代社會必將出現新突破，而民生問題更是AI最重要的著力點，養老問題就是其中之一，建筑和服務是解決問題的關鍵。其次，從智慧養老的涵義和研究現狀中可以窺見信息技術的支撐作用，但多數研究集中在物聯網、大數據等技術，近年來AI成為社會熱點，智慧養老所依賴的信息技術也應與時俱進。最后，不管是建筑還是服務層面，AI都已漸漸滲透到智慧養老領域，脫掉其外衣便可看到AI的內核，如利用深度學習進行建筑設計;再如人機交互技術，在傳統的健康養老設備上注入人體感應、語音交互等功能。將AI的思想精華和代表成果有機融合于該體系，以當前最前沿的深度學習思想和技術為主要手段，在該體系研究與應用中發揮作用?？傊?，AI與智慧養老建筑體系的結合研究有廣闊前景，必將為養老產業和建筑產業帶來驚喜。以上關于AI技術應用在智慧養老中的研究，對于該體系的發展具有啟發性意義。

　　1)從感性到理性隨著當代世界環境與需求愈加復雜多變，原有建筑學科體系沒有足夠的智慧應對不同條件。傳統意義上的建筑設計更多是憑借感性思維，在建筑師迸發出的靈感與不斷的嘗試中得到多種方案，但方案數量受限且無法判斷最優解，甚至要承受設計失誤帶來的嚴重后果。同樣的，建筑結構與材料、施工與運行都受到人腦自上而下的感性思維的限制，而所有事物背后隱藏的邏輯無法得到有效的梳理，這便需要嚴謹的科學作為補充。AI具有信息收集、極速運算、記憶儲存和學習進化能力，應用于建筑領域將實現從感性到理性的跨越。當然，AI并不能完全替代人類，將建筑完全變成理性的產物，人類的創造性無可替代?？偠灾珹I負責邏輯關系處理，人類則負責綜合分析、創新創造。

　　2)從獨立到交叉目前關于智慧養老的研究和應用多集中在服務層面，建筑角度上的研究較少，而建筑作為養老載體，卻似乎與智慧養老涵義之間存在界限。在來勢洶洶的銀發浪潮中，單一的建筑學科無法適應時代需求;單一的智慧養老也局限于養老服務，忽略了養老硬件的智慧需求;AI技術作為計算機科學前沿，也面臨著改善民生的需求。這就需要不同學科交叉融合、相互滲透，拓寬研究領域，彌補獨立學科忽視的問題，在學科交叉點中找到更好的解決問題的方法。許多新理論、新技術都是在學科邊緣產生的，本文以智慧養老建筑體系為核心，將智慧養老、建筑學、人工智能結合起來，也將建筑與養老服務結合起來，希望提供一種學科交叉的思路，為老齡化問題找到一條出路。

　　4人工智能:智慧養老建筑體系的未來

　　東京大學老年醫學研究所的HirokoAkiyama教授說道:“我們需要重新設計整個社會?，F有結構令我們目前無法滿足老齡化社會的需求。”AI就是重構老齡化社會的一把鑰匙。在AI和智慧養老的雙重背景下，建筑與養老服務必然與時俱進，會產生全新的發展模式。通過對AI在智慧養老中的研究與應用進行梳理，發現智慧養老建筑體系將實現從感性到理性、從獨立到交叉的跨越。AI將成為建筑領域的理性邏輯助手。隨著各種學術領域的交叉融合，該體系將不僅限于建筑行業本身，它會融合智能家居、醫療保健、智能養老機器人等服務領域，從而構建一種“建筑共同體”的發展態勢。本文并不期望能在短篇幅內將智慧養老建筑體系與AI結合的機理進行全面系統的闡述，僅從研究和應用現狀入手提出學科交叉思維。面向智慧養老建筑與服務的人工智能長路漫漫，卻讓老年人的生活充滿機遇與遐想。

　　參考文獻:

　?。?］．新一代人工智能發展規劃［J］．重慶與世界，2018(2):5-17．

　?。?］梁晏愷．人工智能在建筑領域的應用探索［J］．智能城市，2018，4(16):14-15．

　　［3］左美云．我對“智慧養老”的理解和發展建議［N］．社會報，2017-05-22(4)．

　?。?］MAXX，ZHANGXX，CUOLX，etal．Anintelligentold-agehomeendowmentmonitoringsystembasedonInternetofThings［C］//Proceedingsof2017InternationalConferenceonProgressinInformaticsandComputing．PIC，2017．

　　［5］左美云，陳潔．“SMART”智慧居家養老新模式［J］．信息界，2014(4):41-43．

　　張萍1，武佳文1，楊申茂2