土建設(shè)計中優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用解析

【摘 要】本文概述了土建優(yōu)化設(shè)計的方法、應(yīng)用及價值，提出了概念設(shè)計和全局優(yōu)化對工程優(yōu)化設(shè)計的重要性，最后對優(yōu)化設(shè)計的使用提出建議，以供大家參考。

【關(guān)鍵詞】土建優(yōu)化；智能計算；全局優(yōu)化

一、前言

近年來土建設(shè)計的優(yōu)化及應(yīng)用取得了非常顯著的成績，但仍然存在著一些不足之處需要我們改進。對土建設(shè)計中優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用做進一步的理解具有非常重要的作用。

二、優(yōu)化技術(shù)的運用對土建設(shè)計帶來的現(xiàn)實意義

在土建設(shè)計中合理的運用優(yōu)化技術(shù)，不僅能夠節(jié)省工程造價，還能夠使建筑更具合理性、美觀性和實用性。在滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性和可靠性的同時，盡最大的可能減少建筑投資的成本，獲得最大的經(jīng)濟效益。

通過對優(yōu)化技術(shù)進行合理利用，能夠維持建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)更大的市場經(jīng)濟效益。和傳統(tǒng)的土建設(shè)計相比較，運用優(yōu)化技術(shù)能夠減少土建的工程造價，該工程造價可比原有的造價少10%～30%，土建設(shè)計中運用優(yōu)化技術(shù)，能夠使建筑場地、建筑材料等得到充分的利用，實現(xiàn)建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)各單元之間的相互協(xié)調(diào)，并且滿足國家規(guī)范規(guī)定的建筑物安全度的要求。因此，優(yōu)化技術(shù)的合理應(yīng)用，是實現(xiàn)項目設(shè)計安全性、適用性的有效途徑。優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，不僅是實現(xiàn)項目經(jīng)濟效益的關(guān)鍵點，也是保證工程整體質(zhì)量的關(guān)鍵。例如在進行建筑間距設(shè)計時，因為建筑間距的的計算方法是根據(jù)容積率、日照間距和防火間距等因素，結(jié)合項目布置形式等因素進行確定，通常來講，各建筑之間的間距越小，帶來的經(jīng)濟效益就會越大，但容積率、日照間距和防火間距必須控制在一定的范圍以內(nèi)，否則會給用戶的舒適度和人生安全造成嚴重的影響，因此優(yōu)化設(shè)計間距，對保證工程整體質(zhì)量極為重要。

三、土建優(yōu)化設(shè)計方法

土建設(shè)計中的優(yōu)化方法比較多，按照優(yōu)化方法的特征進行分類，主要包括三種，即：優(yōu)化準(zhǔn)則法、數(shù)學(xué)規(guī)劃法和智能計算法。

（一）優(yōu)化準(zhǔn)則法

優(yōu)化準(zhǔn)則法主要是從工程觀點出發(fā)，滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)中需要的某些準(zhǔn)則，例如滿應(yīng)力設(shè)計準(zhǔn)則、齒形法、滿應(yīng)變能準(zhǔn)則等，之后通過迭代法計算出滿足這些準(zhǔn)則的解。優(yōu)化準(zhǔn)則法的優(yōu)點是收斂速度快，計算量小，缺點是只適用于布置確定的結(jié)構(gòu)，且它的設(shè)計優(yōu)化結(jié)果通常只是接近最優(yōu)化。

（二）數(shù)學(xué)規(guī)劃優(yōu)化法

數(shù)學(xué)規(guī)劃優(yōu)化法運用的基本原理是結(jié)構(gòu)力學(xué)，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，利用數(shù)學(xué)規(guī)劃法、優(yōu)選法等方法尋找結(jié)構(gòu)設(shè)計中的最優(yōu)變量。這種方法是在給定的限制條件下，求出使某一指標(biāo)函數(shù)達到極大值或極小值的一組參數(shù)。此方法在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)土建設(shè)計的最優(yōu)化。目前，對于土建的優(yōu)化設(shè)計還沒有形成特定的形式，主要是根據(jù)不同建筑物的實際情況進行確定，具體問題具體分析。

（三）智能計算法

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，近年來智能計算法在優(yōu)化設(shè)計中得到了極大的推廣。智能計算是人們受自然（生物界）規(guī)律的啟發(fā)，根據(jù)其原理模仿求解問題的算法。主要包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模擬退火網(wǎng)絡(luò)等。其中遺傳算法近年來已在橋梁、房屋、工業(yè)建筑的優(yōu)化設(shè)計中得到了大量的使用。智能計算的應(yīng)用前景極為廣泛，但是也存在一定的局限性，其計算只能得到近似最優(yōu)解。

四、概念設(shè)計和全局優(yōu)化

建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計是在未做計算前，依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機理、震害、試驗現(xiàn)象和工程經(jīng)驗所獲得的基本設(shè)計原則和設(shè)計思想，從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。例如，地震是常見的自然災(zāi)害，并且地震一旦發(fā)生，人為力量無法控制。因此在房屋結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計中，應(yīng)該將地震列為重要課題。為了減輕地震造成的損失，首先，應(yīng)選擇對結(jié)構(gòu)抗震有利的場地，避開不利地段。其次，適當(dāng)處理構(gòu)件的強弱關(guān)系，使其形成多道防線，是增加結(jié)構(gòu)抗震能力的重要措施。例如單一的框架結(jié)構(gòu)，框架就成為唯一的抗側(cè)力構(gòu)件，那么采用“強柱弱梁”型延性框架，在水平地震作用下，梁的屈服先于柱的屈服，就可以做到利用梁的變形消耗地震能量，使框架柱退居到第二道防線的位置。第三，結(jié)構(gòu)具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性，避免結(jié)構(gòu)在地震下發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞。此外，建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)該保證各連接構(gòu)件之間的連接的可靠性，避免地震中填充墻、樓梯間等的破壞而導(dǎo)致的人員傷亡。

優(yōu)化設(shè)計中不僅僅局限于要考慮單個構(gòu)件，單個建筑的優(yōu)化，還要結(jié)合場地條件，綜合考慮各個建筑之間的內(nèi)在聯(lián)系，合理規(guī)劃場地。只有綜合考慮各個建筑之間的內(nèi)在聯(lián)系，合理規(guī)劃場地布置后，對整個項目進行整體優(yōu)化，通過對各個單體的調(diào)整，從而得到整個項目的最優(yōu)解，節(jié)約大量社會資源。合理的進行概念設(shè)計和全局優(yōu)化，會對整個優(yōu)化設(shè)計起到事半功倍的作用，意義重大。

五、實用性與藝術(shù)性相互融合

在土建設(shè)計中，應(yīng)該將實用性與藝術(shù)性充分結(jié)合。在實際工作中，設(shè)計人員應(yīng)該在確保建筑結(jié)構(gòu)安全性的基礎(chǔ)上實現(xiàn)建筑的美學(xué)性。比如，建筑結(jié)構(gòu)的平面布局應(yīng)該具有一定的規(guī)律性和對稱性，這樣一來，既能防止房屋在巨大荷載作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)，也可以使建筑結(jié)構(gòu)更加美觀。

六、土建設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用及實踐價值

1、土建設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用，主要包括建筑工程的全局優(yōu)化設(shè)計、建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和建筑工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。其中建筑工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計又包括基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計、上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、屋蓋優(yōu)化設(shè)計以及圍護結(jié)構(gòu)方案和結(jié)構(gòu)細部設(shè)計等等。這些方面又包括很多細小方面的內(nèi)容，如選型、布置、受力分析、造價分析等，這些都要嚴格依據(jù)相關(guān)的設(shè)計規(guī)范和使用要求，結(jié)合工程具體情況，來進行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，促使綜合經(jīng)濟效益得到顯著提升。

2、土建設(shè)計優(yōu)化方法的實踐價值：要充分考慮整個項目的長遠效益，來對土建的近期投資進行減少，并且促使整個項目的可靠性和合理性得到顯著提升。通過實踐研究表明，相較于傳統(tǒng)的設(shè)計方法，采用優(yōu)化技術(shù)，可以在較大程度上降低工程土建造價。通過優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，可以將社會資源、各功能單元、材料性能最合理的利用起來，有效協(xié)調(diào)土建內(nèi)部各個單元。在安全性和適用性符合國家規(guī)范的同時，還可以合理決策整個項目的規(guī)劃設(shè)計。通過優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，在大量節(jié)約社會資源的同時，可以促使項目的各項目標(biāo)得到更好的實現(xiàn)。

七、結(jié)束語

通過新時期下對土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的解析，我們發(fā)現(xiàn)隨著智能計算方法的不斷推廣，優(yōu)化設(shè)計趨于智能化和計算機化，但采用這些技術(shù)的同時，設(shè)計人員還是應(yīng)該不斷提高自身的專業(yè)素養(yǎng)，優(yōu)化過程中應(yīng)能把握優(yōu)化設(shè)計的核心因素，適當(dāng)忽略次要因素，從而提高優(yōu)化效率。與此同時，設(shè)計人員還應(yīng)充分發(fā)揮創(chuàng)造力，合理的綜合使用各種優(yōu)化方法，從而更高效的完成優(yōu)化設(shè)計工作。

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