GCL学术活动：成功举办“智能结构设计”研讨会
会议介绍
2025年7月6日，由中国工业与应用数学学会（CSIAM）主办，中国图学学会微观几何设计与制造专业委员会协办，中国科学技术大学安徽省图形计算与感知交互重点实验室（GCL）和CSIAM几何设计与计算专委会（GDC）承办的“智能结构设计”研讨会在中国科大成功举办。研讨会邀请了来自学术界和工业界的12位专家学者，共同交流结构优化与AI生成设计的研究进展与应用前景。会议设有主题报告和圆桌讨论环节，聚焦拓扑优化的最新发展趋势，涵盖拓扑优化算法、多功能/多物理场超材料设计、AI生成式结构设计、以及增材制造工艺等前沿方向，深入探讨跨学科研究的突破性成果与实际应用路径。
报告介绍
在开幕式，西北工业大学张卫红院士通过线上连线对研讨会的召开表示热烈祝贺。他强调智能结构设计在航空航天、土木建筑、水下设施等国家战略领域具有关键作用，但目前仍面临着许多重大挑战，希望本次研讨会搭建跨学科交流平台，为突破这些技术瓶颈提供重要契机。他还表达了对青年才俊的鼓励。中国科学技术大学刘利刚教授作为承办方代表介绍了研讨会的讲者与流程，并对大家的到来表达了热烈的欢迎。来自浙江大学的李明教授代表中国图学学会微观几何设计与制造专委会，希望在会中与各位学者们交流智能结构设计中的新技术、新应用、新范式。最后，中国科学技术大学工程学院院长吴恒安教授作为东道主代表致辞，以力学学科背景出发，重点阐述了多学科交叉融合与材料结构一体化设计的重要性，期待与大家多多交流。
报告1：机器学习驱动的几何感知Filter：设计交互的拓扑优化新方法
来自大连理工大学的张维声教授从拓扑优化的经典方法SIMP出发，探讨了传统过滤与投影机制在优化过程中的作用与局限。他指出，现有方法往往依赖高频信息抑制，虽能保证结构光滑性，但可能丢失重要的几何特征。为此，张维声教授团队提出“形状先验驱动拓扑优化”的新思路，通过引入自然形态启发或手绘草图语义，将几何感知直接融入优化过程，替代传统的数学过滤操作。这一方法不仅提升了优化结果的合理性与一致性，还增强了设计交互的直观性，为工程应用提供了更灵活的优化框架。
报告2：功能驱动的结构智能生成方法
山东大学吕琳教授在报告中深入探讨了多目标物理性能驱动的智能结构生成方法，强调了结构表达在AI生成设计中的关键作用。她指出，传统方法难以有效处理复杂结构的非线性物理关系，而通过将物理场信息嵌入神经网络，可以显著提升模型的表达能力与设计合理性。这一创新研究为智能设计与物理规律的高度融合开辟了新路径，将推动工程结构优化进入智能化、自主化的新阶段。
报告3：声学超构材料逆向设计
北京理工大学董浩文教授在报告中系统阐述了波动超材料智能设计的理论与方法创新，重点探讨了多物理场耦合下的波动调控机制。他指出，传统超材料设计受限于结构-性能间的复杂非线性关系，而通过建立动态均匀化模型与逆向设计框架，可实现从波动特性到微结构的智能映射。研究创新性地将散射参数分析与拓扑优化相结合，突破了宽带低频波动调控的技术瓶颈。这一系统性研究为智能超材料设计提供了全新的方法论指导，将推动波动操控技术向可编程、自适应方向跨越式发展。
报告4：神经进化驱动的材料微结构设计
北京大学刘珂教授在报告中介绍了一种创新的几何表达：复合模式生成网络（CPPN），该方法为结构表示提供了新的技术路径。该隐式表达方式能够在低维空间中高效表征多样化的几何结构，并支持任意精度结构的重建。研究团队进一步将这一方法与遗传算法相结合，实现了满足特定性能需求的大规模微结构数据集的智能生成。这一技术突破为材料基因组计划和多尺度设计研究提供了重要支撑，有望推动智能材料开发进入新的发展阶段。
报告5：AI驱动的力学超材料设计与应用
东京大学郑销阳教授的报告聚焦于智能材料生成领域的最新研究进展。他系统介绍了团队在构建多模态生成模型方面的创新工作，详细阐述了如何通过几何结构、特征标签和文本描述等多源数据的训练，均能生成用户指定的智能结构。报告展望了多模态数据的融合处理以及多尺度多表达结果的智能生成，从而形成更强大的、用户友好的结构生成AI系统，对推动智能材料开发范式的革新具有重要意义。
报告6：航空发动机中超材料点阵结构设计及应用
西北工业大学邱克鹏教授的报告聚焦于航空航天领域极限性能材料设计的最新研究进展。他详细讲解了智能优化算法如何实现负泊松比、指定带隙和电磁吸波等特殊性能的超材料设计，显著提升了结构的功能性和环境适应性。报告重点展示了力学性能与电磁性能协同优化的前沿探索，通过算法建模实现了材料性能的精准调控。报告充分体现了智能算法与材料设计深度融合的创新成果，对推动高性能功能材料的发展具有重要意义。
报告7：可装配可组装超材料结构拓扑优化设计
中南大学易兵教授在报告中深入阐述了超材料设计制造一体化的创新方法，重点探讨了多尺度协同优化与先进制造技术的融合路径。他指出，传统超材料研发面临设计与制造割裂的困境，而通过构建单步单尺度和多步多尺度的集成优化框架，可实现从微观结构到宏观性能的精准调控。研究创新性地将制造约束嵌入拓扑优化算法，开发出功能梯度结构的智能设计方法，并借助3D打印技术实现复杂构件的精密成型。这一系统性研究为超材料从科学发现到工程应用提供了完整解决方案，将推动智能超材料向可定制化、批量化生产方向快速发展。
报告8：三维电磁吸波超材料结构设计与展望
南京理工大学李大伟教授在报告中系统阐述了智能电磁吸波超材料的前沿进展，重点探讨了多物理场协同调控的创新设计方法。他指出，传统吸波材料面临阻抗匹配困难与功能单一等瓶颈问题，而通过融合仿生学原理与智能优化算法，可实现从静态吸波到动态可调的跨越式发展。研究创新性地将多稳态材料与深度学习相结合，开发出具有自适应特性的可重构超材料，在隐身技术、电磁防护等领域展现出重要应用价值。这一突破性研究为新一代智能电磁功能材料的设计提供了全新范式，将推动吸波材料向智能化、可编程方向快速发展。
报告9：先进陶瓷增材制造技术与应用
中科院空间应用中心刘兵山研究员在报告中深入探讨了先进陶瓷增材制造技术的创新突破，重点阐述了工业软件与智能算法在制造过程中的关键作用。他指出，传统陶瓷制造面临复杂结构成型困难与工艺缺陷控制等挑战，而通过融合隐式建模与体素化技术，可显著提升模型处理效率并降低数据量。研究创新性地开发了基于OCCS编码的三维嵌套算法，实现了类似"背包问题"的智能排布优化，将打印效率提升50%以上。这一系统性研究为航天器特种陶瓷部件的精密制造提供了完整解决方案，标志着我国在高端陶瓷增材制造领域取得重要技术突破。
报告10：大规模微孔结构的一体化设计方法探究
浙江大学李明教授在报告中系统阐述了大尺度微孔结构一体化智能设计方法，重点突破了从建模到制造的数字化全流程技术瓶颈。他指出，传统微孔结构设计面临建模效率低、数据量大等核心难题，而通过创新性地采用隐式表示方法，可大幅降低对数据存储的需求。研究团队建立了"建模-渲染-切片-仿真"的全新方法体系，其中提出的无STL转换直接切片技术，将工艺准备时间大大缩短；开发的多尺度仿真框架，有效解决了复杂微孔结构的性能预测难题。这一系统性创新实现了万级微孔结构的高效设计与精准制造，为航空航天、生物医疗等领域的轻量化构件开发提供了关键技术支撑，标志着我国在智能设计与数字制造融合领域取得重要突破。
报告11：T样条驱动的复杂薄壳气动拓扑优化设计研究
华中科技大学高杰教授在报告中深入探讨了复杂薄壳结构的气动拓扑优化设计方法，重点阐述了等几何分析与拓扑优化技术的创新融合。他指出，传统薄壳结构设计面临气动性能与结构效率难以协同优化的关键挑战，而通过T样条驱动的参数化建模方法，可实现几何精确描述与拓扑优化的无缝衔接。研究创新性地建立了气动-结构耦合优化框架，开发了基于等几何分析的高精度仿真技术，突破了复杂曲面薄壳结构轻量化设计的技术瓶颈。该成果在航空航天飞行器翼型、新能源汽车外壳等工程应用中展现出显著优势，为高性能薄壳结构设计提供了全新的智能化解决方案，将推动气动结构优化设计进入高精度、高效率的新阶段。
报告12：多物理场多功能超材料的智能设计
中国科学技术大学翟晓雅副研究员在报告中系统阐述了多物理场多功能超材料的智能设计方法，重点探讨了跨尺度协同优化与物理智能的深度融合。她指出，传统超材料设计面临多物理场耦合与功能集成等核心挑战，而通过创新性地构建"单胞微结构-功能梯度-宏观组件"的多尺度设计框架，可实现力学、热学、流体等多物理场的协同调控。研究团队突破性地将极限理论分析与生成式模型相结合，开发了基于diffusion model的智能设计系统，并建立了边界一致的数据集实现高效逆向优化。该研究不仅揭示了TPMS结构在自然界存在的物理本质，更为具身智能硬件开发提供了重要的力学基础，标志着我国在智能超材料设计领域取得原创性突破，将推动超材料向可编程、自适应方向跨越式发展。
圆桌讨论阶段，与会者与各位讲者进行了深入的学术讨论，积极交流了各自的研究心得与经验。傅孝明副教授从“设计视角”、“应用视角”、“在线平台”这三个方向出发与各位参会者对智能结构设计中的问题进行了深入讨论。
闭幕式研讨会结束时，大家一同欣赏了研讨会的精彩瞬间。刘利刚教授、陈发来教授对本次活动进行了总结，强调了智能结构设计中的智能、多物理场、超材料、一体化等关键词，并提出了建立跨学科交流平台的设想。会议的最后衷心感谢所有讲者的精彩分享，并期待未来继续保持合作与交流。伴随着热烈的掌声，本次“智能结构设计”研讨会圆满落幕。
