建筑和城市基础设施作为民众福祉、经济发展和城市安全运行的载体和基础，其变革对中国社会的绿色、低碳、可持续发展有重要影响；考虑到建筑业年总产值达21万亿元、GDP占比25%，其变革对自身及相关战略性新兴产业有巨大推动作用。因此，有必要将战略性新兴产业的人工智能、3D打印、机器人、大数据、物联网等与建筑产业相融合，将传统土木工程注入新内涵，从而实现技术跨越和产业变革。同济大学于2015年在“工业4.0”基础上率先提出“建造4.0（智能建造）”概念，定义了智能建造的内涵、提出了智能建造技术体系架构和基本研究框架（下图）；其中，“智能设计”是整个智能建造系统的先行者和统筹者，具有重要的研究价值。

图为基于时间维度的智能建造系统框架及其核心技术

众所周知，计算机已成功应用于土木工程的结构分析、设计与施工图绘制，但如何利用计算机“模拟人脑进行方案设计”还面临巨大挑战。这主要是由于结构方案设计包括了建筑、结构、施工等各方面的量化和非量化信息，使得擅长重复计算的计算机难于胜任；与此同时，随着结构跨度的增大和结构向轻巧美观方向的发展，工程系统中的各类繁杂信息可能已远远超过设计人员的初步分析与判断能力，使得此类结构的设计已难以按照传统的设计方法去完成。一个自然的想法就是能否利用计算机的高速运算和海量信息存储特性、以及人工智能和知识工程的相关理论和技术，将量化与非量化因素模型化、数字化，构建一种数值计算理论和算法来模拟人脑进行拓扑构建、经验嵌入、系统优化等工作，以数字化、智能化的方式帮助工程师提升设计质量和设计效率，进而实现整个工程系统的智能建造。