打造更好的建筑环境：霍华德大学 引领工程建设和运营领域教育的人工智能技术应用

“碳中和”已是当下全球大势所趋，但要使建筑环境实现碳中和，就必须对相关基础设施进行前所未有的升级。工程建设和运营（AECO）行业及其相关院校目前面临着一个棘手的现实问题：“从整个国家来看，在工程建设和运营行业所需的各种技术技能方面，我们所培养出的人才数量远远赶不上需求量，”美国霍华德大学工程与建筑学院前院长John Anderson说道，“这是一个巨大的缺口。”

他表示，教育工作者只有采纳人工智能和数字设计工具，“才可能为工程建设和运营行业培养出合格的人才队伍，实现国家为建筑环境制定，并不断变化的可持续发展目标。否则，我真的不知道还能怎么办。”在Anderson看来，人工智能不仅是一种可以帮助学生加快学习进度的教学工具，还是一种提高效率的工具，让工程师和设计师可以有更多时间和精力将各自的才能放到最能实现价值的地方去。

2024年6月份，欧特克公司向霍华德大学工程与建筑学院捐赠500万美元。这笔投资是该学院有史以来收到的最大一笔无限制慈善捐款，用于建设一个先进的设计 与制造实验室。这个占地230多平方米的新设施不仅配备数字设计实验室、创客空间和教室，还可用于举办面向幼儿园至高中生的STEM（科学、技术、工程和数学）活动。在这所全美历史最悠久的传统黑人大学里建设这样的设施，对于在目前仍以白人为主的领域中推动多元化发展意义深远。目前，机械工程师中只有3%是黑人，建筑师中只有2%是黑人。

Anderson说：“这是一个融合了设计、制造和学习的空间。理想情况下，我们的学生可以从客户的需求出发，通过与客户的互动制定规格，最终设计出原型。”

除了连接设计师和客户之外，拥有电气工程博士学位的Anderson还希望这个实验室能够成为跨学科协作的中心。“我们的想法是利用这个实验室推动大学里那些可能并不总是一定有机会合作的部门之间的交流，例如，让商学院的学生、计算机科学和工程专业的学生一起合作，共同实现某些目标。”

Anderson本人走上电气工程之路的经历也颇为类似。他的父亲是一名医生，曾在霍华德大学念本科，在他七岁时便去世，留下了一些小型电子元件套件（如电阻器、电容器等）。Anderson原先一直在参加函授课程，直到很久以后才意识到这些东西是什么，而这一发现也开启了他的职业生涯。

霍华德大学工程与建筑学院注重数字设计，为本科生和研究生开设了关于机器学习的入门课程。除了设计与制造实验室外，该学院还运营着一个完整的语言模型实验室（人工智能技术在该实验室的研究中占据重要地位），政府机构和行业合作伙伴也为本科生和研究生的研究提供资金支持。

通常情况下，课程的设置是由活跃于各自领域研究的教职人员主导。Anderson说：“这与院长无关的，基本上都是那些被公认为系内佼佼者的教职人员与课程委员会和其他教职人员一起，认真思考如何才能最好地培养学生，让他们不至于错失良机。我们学校的规模不如康奈尔、麻省理工或普渡大学，所以我们一直在努力超越自身实力。”他解释说，学校之所以能够做到这一点，往往得益于与欧特克等公司的合作。“这样做是为了在现有资源条件下，尽可能地为学生提供最广泛的机遇。”

工程建设和运营领域若要在教育上进一步提高，就意味着需要拓展建筑师和工程师的多学科专业知识，同时提升教育机构自身的能力，因此新的数字化教学工具就很有必要了。Anderson看到了人工智能在这方面的潜力，可以借此技术创建个性化、响应式的工具，依据学生的知识水平即时生成并呈现相应的课程计划。他表示，这些工具可以通过文本和图像进行交流，可以比较和对比不同的解决方案，更可以通过个性化的方式动态调整学生的学习方式来配合课程目标，比如“如果学生表现出色，就鼓励他们继续努力；如果表现不佳，就引导他们学习。”

身为教育工作者，Anderson深知STEM（科学、技术、工程和数学）教育者必须谨慎，避免将过多的工作交给人工智能。他说：“这是一个两难的选择题，我认为，如何找到平衡点，将是未来STEM教育的一大挑战。你打算如何在利用人工智能工具的同时，确保它们不被滥用？当工具出错的时候，如何确保学生真正察觉到不对劲，而不是盲目地使用？”

人工智能工具可以在建筑、计算机科学和工程领域协助处理重复性、细致入微的工作，这些工作虽然重要且耗时，但并不直接影响建筑或项目的整体概念和灵感。Anderson说：“你不需要为了区区一小部分任务而花费两个小时把代码编写好。如此一来，你就能够更全面、更有创造性地思考你正在开发的整体解决方案。”

Anderson认为，人工智能技术可以应用在设计中一个常被忽视的领域，即收集社区意见和反馈。这个过程本身耗时费力，不够精确，而且显然无法数字化，但仍然是至关重要的。他表示，在医疗保健领域，“我会花更多的时间沉浸在当前的环境中，努力真正吸收来自患者、医护人员、维修人员和监护人的信息。”

要想将任何建筑项目有效地融入社区，关键在于在信任和透明的基础上，与使用者建立密切关系。这一步骤有助于发现社区对建筑空间的细微需求和愿望。与业主和社区成员讨论他们当前空间的不足之处以及如何改进，总比花费时间在诸如标注3D模型元素之类的任务上，更能有效地运用设计才能。

同样的，Anderson认为，相对繁琐的维护工作也是人工智能技术大有可为的应用领域。人工智能的算法以过往性能数据为训练基础，可以预测公共基础设施（如自动扶梯、地铁车厢等）何时可能发生故障，从而让工作人员做好充分准备，备好设备和维修零件。他解释说：“现在，我们不必等到故障发生了才派人去修复，我们可以在半夜12点派人进行预防性维护，避免自动扶梯发生故障。这样一来，我们的运营效率更高了，客户满意度也更高了。”

在教育领域，人工智能技术的应用价值不仅仅体现在效率上。Anderson表示，学生们可以从多种不同的问题解决方法中获益匪浅。他说：“一旦人们能够非常轻松地创造出某种东西，这就会促使自己更深入地思考这个设计是如何产生的，而人工智能技术带来的这种衍生效应会是令人欣慰的。”