嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑形態(tài)數(shù)字化節(jié)能設(shè)計(jì)研究.pdf

1、我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑建設(shè)量大，單體能耗高，節(jié)能潛力巨大。建筑形態(tài)作為辦公空間與自然環(huán)境的交互界面，對(duì)于嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑能耗水平控制與室內(nèi)物理環(huán)境舒適度有著重要影響。既有嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑形態(tài)節(jié)能設(shè)計(jì)過程在節(jié)能設(shè)計(jì)效率、決策精度和復(fù)合性能權(quán)衡方面均有待提升。研究旨在提出嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑形態(tài)數(shù)字化節(jié)能設(shè)計(jì)流程、平臺(tái)與策略，從而提高嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑形態(tài)節(jié)能設(shè)計(jì)效率，提升節(jié)能設(shè)計(jì)決策精度，加強(qiáng)節(jié)能設(shè)計(jì)過程對(duì)于復(fù)合性能的權(quán)衡能力。
　　研究基

2、于由思維到流程，循流程建平臺(tái)，基平臺(tái)提策略的思路，綜合應(yīng)用文獻(xiàn)歸納、案例分析、抽樣調(diào)查、統(tǒng)計(jì)分析、建筑信息建模、參數(shù)化編程、建筑性能模擬、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模、遺傳優(yōu)化搜索等方法，從設(shè)計(jì)思維演化、設(shè)計(jì)流程數(shù)字化重構(gòu)、設(shè)計(jì)平臺(tái)數(shù)字化革新和設(shè)計(jì)策略數(shù)字化轉(zhuǎn)型四方面解析了建筑形態(tài)節(jié)能設(shè)計(jì)數(shù)字化趨向；建立了包含建筑與環(huán)境信息集成、形態(tài)與性能映射關(guān)系建構(gòu)和多目標(biāo)建筑形態(tài)優(yōu)化三項(xiàng)子流程的嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑形態(tài)數(shù)字化節(jié)能設(shè)計(jì)流程；研發(fā)了嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑環(huán)境信息

3、模型、建筑能耗與光熱性能預(yù)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和遺傳優(yōu)化模型，并通過編寫接口程序?qū)崿F(xiàn)了上述模型的耦合工作，進(jìn)而研發(fā)了數(shù)字化節(jié)能設(shè)計(jì)平臺(tái)；基于嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑能耗與光熱性能要求，結(jié)合控制變量實(shí)驗(yàn)，提出了包含設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)參量和約束條件的嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑形態(tài)數(shù)字化節(jié)能設(shè)計(jì)策略；最后，結(jié)合案例實(shí)踐驗(yàn)證了嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑形態(tài)數(shù)字化節(jié)能設(shè)計(jì)流程、平臺(tái)和策略的應(yīng)用效果。
　　研究揭示了建筑形態(tài)節(jié)能設(shè)計(jì)思維由“形態(tài)塑造”、“形態(tài)發(fā)生”至“性能驅(qū)動(dòng)”的

4、演化脈絡(luò)，解析了建筑形態(tài)節(jié)能設(shè)計(jì)流程、平臺(tái)與策略的數(shù)字化變革趨向，首次系統(tǒng)闡明了數(shù)字化節(jié)能設(shè)計(jì)研究的必要性；提出了嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑形態(tài)數(shù)字化節(jié)能設(shè)計(jì)流程，相比既有建筑節(jié)能設(shè)計(jì)流程其具備性能驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)決策制定、復(fù)合性能一體模擬和多學(xué)科信息參數(shù)化協(xié)同三方面技術(shù)優(yōu)勢(shì)；研發(fā)了建筑環(huán)境信息模型，實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科交叉信息集成與設(shè)計(jì)參數(shù)協(xié)同，驗(yàn)證結(jié)果表明該模型能夠展開環(huán)境信息分析，可對(duì)標(biāo)準(zhǔn)與非標(biāo)準(zhǔn)建筑進(jìn)行建筑信息建模，能夠展開建筑能耗與光熱性能模擬；構(gòu)建了

5、嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑能耗和光熱性能預(yù)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，驗(yàn)證結(jié)果表明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)值與目標(biāo)值相關(guān)系數(shù)達(dá)0.980以上，且無過度擬合，相比既有模擬軟件可顯著降低建筑性能評(píng)價(jià)耗時(shí)；耦合遺傳優(yōu)化模型、建筑環(huán)境信息模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，建立了GANN-BIM數(shù)字化節(jié)能設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)踐應(yīng)用表明該平臺(tái)能夠有效改善嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑能耗和光熱性能，計(jì)算出平衡多性能目標(biāo)要求的非支配解；基于嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑地域特征與性能要求，提出了包含設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)參量和約束條件的數(shù)字

6、化節(jié)能設(shè)計(jì)策略。
　　研究可提高節(jié)能設(shè)計(jì)效率，提升節(jié)能設(shè)計(jì)決策精度，加強(qiáng)對(duì)復(fù)合性能要求的權(quán)衡考慮，改善嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑形態(tài)節(jié)能設(shè)計(jì)效果；同時(shí)，本文研發(fā)的數(shù)字化節(jié)能設(shè)計(jì)平臺(tái)可用于建筑信息建模、建筑復(fù)合性能預(yù)測(cè)和建筑形態(tài)多目標(biāo)優(yōu)化，能夠提升我國(guó)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)信息化水平；而且，研究通過抽樣調(diào)查集成了嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑與環(huán)境信息，建構(gòu)符合嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑特征的建筑能耗與光熱性能預(yù)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，可加強(qiáng)建筑形態(tài)節(jié)能設(shè)計(jì)過程對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)地域特征的考