人工智能技术在城市建设中的应用研究

摘 要：在智能建筑发展中出现交叉系统不协调、可扩展性差等问题的背景下，人工智能技术的应用为智能城市建设指引科学的发展方向。该文综述人工智能技术的基本概念和发展历程，通过实例分析智能城市建设中的人工智能技术应用，得到人工智能技术与城市建设深度融合方式。人工智能技术在城市建设中发挥着重要作用，将推动城市智能化、可持续发展。

关键词：人工智能;城市建设;技术应用;深度融合;城市智能化

中图分类号：TP18 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）22-0014-04

Abstract： In the development of intelligent buildings， there are problems such as uncoordinated cross systems and poor scalability. The application of artificial intelligence technology provides the scientific development direction for intelligent city construction. This paper summarizes the basic concept and development process of artificial intelligence technology， and analyzes the application of artificial intelligence technology in intelligent city construction through examples. Get the deep integration of artificial intelligence technology and urban construction. Artificial intelligence technology plays an important role in urban construction and will promote the intelligent and sustainable development of the city.

Keywords： artificial intelligence; urban construction; technology application; deep integration; intelligent development of the city

随着全球城市化进程的加速，人工智能技术在城市建设中的应用逐渐成为学术界和工程实践中的热点问题。城市作为人类社会生活和经济活动的核心场所，面临着诸多挑战，如交通拥堵、能源浪费、环境污染等，而人工智能技术的发展为解决这些问题提供了新的思路和方法，其论文旨在探讨人工智能技术在城市建设中的应用，并分析其在城市可持续发展中的作用和意义。

1 人工智能技术概述

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是指使计算机系统能够执行需要人类智力的任务的技术和方法的集合。它涵盖了许多不同的技术和方法，包括机器学习、深度学习、自然语言处理、专家系统和计算机视觉等。

1.1 人工智能技术的基本概念和发展历程

人工智能是一种模拟人类智能的技术，旨在使计算机系统能够执行类似于人类的认知任务。其基本概念涵盖了机器学习、专家系统、自然语言处理和感知技术等领域。人工智能的发展历程可以追溯到20世纪50年代，早期的探索主要集中在符号逻辑和推理系统上[1]。20世纪80年代，专家系统成为主要研究方向。随着计算能力的提升和数据的大规模应用，深度学习技术进一步推动了人工智能的发展。21世纪以来技术在图像识别、语音识别、自然语言处理等领域取得了巨大进展，驱动了智能助手、自动驾驶、智能制造等应用的快速发展[2]。

1.2 常见的人工智能技术及其特点

常见的人工智能技术包括机器学习、深度学习、自然语言处理和计算机视觉等。机器学习是一种通过从数据中学习模式和规律来实现任务的技术，其特点在于可以处理大规模的复杂数据并从中提取特征，包括监督学习、无监督学习和强化学习等方法。深度学习是机器学习的一种，利用深层神经网络来提取和学习数据的特征，具有高度的灵活性和表达能力，适用于图像识别、语音识别等领域[3]。自然语言处理是使计算机能够理解、处理和生成自然语言文本的技术，包括文本分类、情感分析和机器翻译等应用，其特点在于可以处理不同语言和语言形式的文本，并实现语义理解和语言生成。计算机视觉使计算机能够理解和分析图像和视频的内容，包括目标检测、图像分割和人脸识别等任务，具有高度的实时性和准确性，广泛应用于智能监控、自动驾驶等领域。

2 智能城市建设中的人工智能技术应用

智能城市建设中人工智能技术应用广泛，涵盖交通管理、能源利用、环境监测等。智能技术使城市运行更高效、更环保、更便利，推动城市可持续发展[4]。

2.1 人工智能在智慧建筑设计中的应用

2.1.1 人工智能在智慧建筑中的总体概述

智慧建筑利用人工智能技术实现了智能能源管理、自动化安全监控、智能空调调节等功能，提高了建筑的能源利用效率、安全性和舒适度[5]。人工智能还赋予了建筑更强的适应性和智能化互动能力，使其能够根据环境变化和用户需求进行智能调整和优化，推动建筑行业向智能化、可持续发展的方向发展。

2.1.2 人工智能在智慧建筑的架构体系

智慧建设体系构架中包含4个重要层级，即负责大数据收集的技术基础级、智能应用级、智慧建设管理平台和综合应用程序尾端。管理者可以使用PC网页、移动应用程序和现场LED显示屏控制数据，实现对站点动态的实时监控。智能建设现场信息化、智能化和可视化管理正在逐步实现，如图1所示。

2.1.3 人工智能在智慧建筑中实施技术路径

智能建设现场的建设主要依靠人工智能技术，云计算技术和其他相关硬件设施。人工智能技术能收集人力的实时状态，在工地可以收集机械设备材料的使用及其他信息。通过视频监控技术，能获得现场影像数据，并通过互联网和局域网传送数据。云平台技术可以用来建立管理平台，实现数据的存储和分析[6]。通过人工智能的学习能力，能够获得事故现场数据，建设现场智能控制技术的路径，如图2所示。

2.1.4 人工智能在智慧建筑中的优势体现

人工智能技术在智慧建筑中的应用，不仅能够提升建筑的能源效率、安全性和舒适度，还可以优化空间利用，提高建筑的整体运营效益。通过智能化的能源管理系统，人工智能可以实时监测建筑能耗情况，并根据数据分析提供优化建议，从而降低能源消耗，提高能源利用效率。智能建筑系统还可以根据用户习惯和环境变化，自动调节照明、空调等设备，提升建筑的舒适度和用户体验[7]。

2.2 人工智能在城市交通管理优化中的应用

人工智能在城市交通管理中发挥着关键作用。智能监控摄像头配备了图像识别和分析技术，能够自动检测出异常行为，如交通事故、人群聚集等，及时发出警报并通知相关部门。智能巡逻机器人和无人机通过搭载各种传感器和摄像头，可以在城市中实时巡逻，监测街道、公园等地区的安全情况，并进行实时报警和数据采集[8]。智能城市安全管理平台整合了各种安全监控设备和数据，通过人工智能技术实现对城市安全状况的实时监测和管理，为城市管理部门提供决策支持，增强其应急处理能力[9]。

案例：北京市公安局建立了“平安北京”智能系统，利用人工智能技术实现了视频监控的智能化管理，包括人脸识别、行为分析、车辆追踪等功能。平安北京安全管理系统利用先进的信息技术和人工智能技术，实现了对城市安全的全面监控和管理，为北京市的治安维护和应急处置提供了重要支持。

2.3 人工智能在历史建筑保护中的应用

由于缺乏科学的保护规划和管理体系，导致历史建筑的保护工作存在盲目性和片面性，无法真正实现对历史建筑的全面保护和合理利用。人工智能软件可以分析和整理历史文献、建筑遗址和考古资料，进行虚拟建筑重建和模拟。中华文化遗产保护智能平台在北京、西安等城市被应用于多个历史建筑的保护项目中，取得了一定的成效[10]。该平台利用人工智能技术，对历史建筑进行数字化建模和文档化，实现对历史建筑的全面记录和保护，提供历史建筑结构病害识别和分析功能，帮助保护部门及时发现并修复历史建筑的结构问题。该平台还可以利用虚拟现实和增强现实技术，对历史建筑进行数字化重建和虚拟展示。

案例：图像识别和分析软件在历史建筑保护中发挥了重要作用。人工智能可以应用于历史建筑的图像识别和分析，帮助专家识别和记录建筑的瑕疵、损伤和变化[11]。通过深度学习算法，其可以自动识别建筑结构的不同部分，并分析其状态和变化情况，有助于及时发现潜在的问题并提供修复措施。

2.4 人工智能在虚拟实验和智慧教育中的应用

人工智能可以模拟真实实验，以减少实验成本和风险。通过使用机器学习和模拟技术，可以创建虚拟实验环境，用于研究材料科学、生命科学、化学等领域。这些虚拟实验可以帮助科学家更好地理解和预测实验结果，加速新技术和新产品的开发[12]。人工智能实验室可以处理和分析大量的科学数据，帮助科研人员发现隐藏的模式和趋势。通过机器学习算法，可以从海量数据中提取有用的信息，加快科学研究的进展。例如，人工智能可以用于基因组学研究中的基因序列分析，帮助科学家理解基因功能和疾病机制[13]。

人工智能虚拟场景技术应用在智慧教育中愈加广泛。在中外建筑史课程中，通过虚拟实景建筑漫游，在虚拟环境中探索中外历史建筑，仿佛穿越时空亲临其境。例如大连理工大学在中外建筑史课程中应用虚拟现实技术，其通过使用VR头显和交互设备，让学生可以在课堂上直接参与虚拟实景建筑漫游，并深入了解中外著名建筑的风格、结构和艺术特点。随着虚拟现实技术的不断创新，更加真实、细致的历史建筑模型和场景将被开发出来，提供更为逼真的学习体验[14]。

2.5 人工智能在环境保护与治理中的应用

人工智能软件在城市环境保护中发挥着重要作用，其案例应用涵盖了空气质量监测、垃圾分类、水资源管理等多个领域。以空气质量监测为例，无锡市利用人工智能软件“蓝天卫士”系统进行空气污染预测和监测，该系统通过智能传感器网络收集大量空气质量数据，并结合人工智能算法对数据进行分析和处理，实现了对空气质量的实时监测和污染源的智能识别[15]。在水资源管理方面，一些国家和城市利用人工智能软件进行水质监测和水资源调度，如美国的智能水务系统。该系统通过智能传感器网络和人工智能算法对水质数据进行实时监测和分析，实现了对水资源的智能化管理和优化调度，提高了水资源利用效率和保护水环境的能力[16]。人工智能软件在城市环境保护中的案例应用丰富多样，为城市环境保护和可持续发展提供了重要支持和技术保障。

2.6 人工智能在能源管理中的应用

人工智能在能源管理中的应用涉及多个方面，包括能源生产、传输、分配和消费等环节。人工智能技术可以应用于能源生产领域，通过优化风力发电、太阳能发电和其他可再生能源的利用，提高能源生产效率和可再生能源的比例。人工智能可以用于优化能源传输和分配，通过预测能源需求、调整输电网络和智能配电系统，实现对能源流向和负载的实时监测与调控，提高能源利用效率并减少能源损耗[17]。人工智能还可以应用于能源消费端，例如智能家居和智能建筑系统，通过优化设备运行和能源使用模式，实现能源消耗的最小化和能源利用的最大化，从而降低能源成本并减少对传统能源的依赖。人工智能在能源管理中的应用可以帮助实现能源的可持续利用，通过提高能源利用效率，减少对传统能源的依赖，推动能源行业向智能化、高效化和环保化方向发展。

3 人工智能技术与城市建设的深度融合

人工智能技术通过其强大的数据分析能力、智能决策支持系统和自适应控制算法等特点，为城市建设提供了全新的解决方案和思路。首先，人工智能技术在城市规划和设计阶段发挥了重要作用。通过对城市历史数据、人口流动、交通状况等方面的深度分析，人工智能可以为城市规划者提供精准的数据支持和科学的决策建议，并帮助城市规划者更好地制定城市发展策略和规划方案[18]。其次，人工智能技术在城市交通管理中发挥了重要作用。通过智能交通信号灯控制系统、智能交通监控系统等应用，人工智能可以实现交通流量的智能调控和交通事故的及时预警，有效缓解交通拥堵和提升交通安全水平。再次，人工智能技术还在城市环境监测、智慧能源管理、智能楼宇控制等领域展现了巨大潜力。通过智能传感器网络和大数据分析，人工智能可以实现对城市环境污染、能源消耗等方面的实时监测和智能化管理，为城市环境保护和资源利用提供科学依据和有效手段[19]。最后，人工智能技术还在城市治理和公共服务方面发挥了重要作用。通过智能化的城市管理平台和智能城管机器人等应用，人工智能可以实现城市管理的信息化、智能化和精细化，提高城市管理的效率和水平，为城市居民提供更便捷、更高质量的公共服务。人工智能技术与城市建设的深度融合不仅可以提升城市的智能化水平和管理效率，还可以优化城市的资源配置和环境质量，推动城市向更加智慧、宜居、可持续的方向发展[20]。

4 结论

展望未来，可以预见到，随着人工智能技术的进一步成熟和普及，城市将迎来更加智慧化、智能化的时代。技术的应用也将推动城市建设模式的转变，由传统的规划和管理向智能化、信息化、可持续化方向发展，为构建绿色、低碳、智慧的现代化城市提供强有力的支撑。加强对人工智能技术在城市建设中的研究和应用，不仅有助于提升城市建设的科技水平和管理效率，还能够为实现城市可持续发展和人民幸福生活作出更大的贡献。

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基金项目：吉林省高教科研重点课题（JGJX2023C152）;吉林省高教科研重点课题（JGJX2023C151）

第一作者简介：闫秋梦（1995-），女，硕士，助教。研究方向为思政教学融入与智慧教学应用。