淺析性能化建筑的方案優(yōu)化設(shè)計

■聶云峰 ■武漢市民用建筑設(shè)計研究院，湖北 武漢 430014

目前，全球環(huán)境陷入了一個生態(tài)危機(jī)當(dāng)中，為了能積極的進(jìn)行應(yīng)對，提出了可持續(xù)發(fā)展的策略。所以，我國大部分行業(yè)都積極的響應(yīng)號召，尤其是建筑行業(yè)，近年來，有效的將計算機(jī)運(yùn)用到建筑性能數(shù)值的分析技術(shù)當(dāng)中。與此同時，我國推行了綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)，建筑性能受到極大的重視。

1 性能化建筑優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)容

建筑的性能種類非常的多，其中包括了經(jīng)濟(jì)、光質(zhì)量、噪聲等級、私密性、空氣質(zhì)量等。下面將其性能分成幾類，我們來一一進(jìn)行了解與分析。

1.1 經(jīng)濟(jì)性能

在建筑中，經(jīng)濟(jì)的性能作為每一個建筑工程項目都要重點(diǎn)考慮的性能之一，投資方對其也是非常關(guān)注。而設(shè)計團(tuán)隊與投資方產(chǎn)生矛盾也是因為經(jīng)濟(jì)效益。因為在建筑經(jīng)濟(jì)性能中，最大的一個特點(diǎn)就是從表面上看它與其它性能有沖突的地方。也就是說如果在建筑中提升某一個物理性能，那就會直接導(dǎo)致總投資相應(yīng)增多。所以，有很多專家會將建筑中的經(jīng)濟(jì)性能當(dāng)做是優(yōu)化重點(diǎn)。其實建筑經(jīng)濟(jì)性能是一項能夠進(jìn)行量化的性能。

1.2 物理性能

物理性能化在建筑中非常的多樣以及復(fù)雜，尤其是在熱、光、聲等方面有極大的表現(xiàn)。而建筑物理性能中結(jié)構(gòu)以及力學(xué)在很大程度上能夠使建筑安全性得到保障，因此有了一整套的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行約束。而其中的熱、光以及聲則是“生態(tài)、可持續(xù)、綠色”等建筑在進(jìn)行設(shè)計時非常重要的一個部分。目前大部分綠色建筑的評估標(biāo)準(zhǔn)對建筑中的熱、光、聲都有了很多規(guī)定。

1.3 文化、美學(xué)的性能

在建筑中，除了經(jīng)濟(jì)、物理以及空間等可以進(jìn)行量化的性能之外，在建筑中還是存在不能進(jìn)行量化的文化以及美學(xué)等性能。尤其是建筑學(xué)科悠長的發(fā)展歷史，使人們以往的審美觀都被科學(xué)或社會發(fā)展等影響，產(chǎn)生了極大的變化。在設(shè)計中，建筑中的文化以及美學(xué)等性能會對其決策造成影響。但是因為不能進(jìn)行量化，所以這一類的性能，在進(jìn)行評估時多數(shù)都是以主觀的角度來進(jìn)行判斷，所以也因此有很多爭議產(chǎn)生。對于這一性能必須要用科學(xué)合理的方法來進(jìn)行處理，只有這樣，才能發(fā)揮其性能最大的作用。

1.4 空間使用性能

在進(jìn)行建造建筑以及設(shè)計的時候，主要目的是想建立多個空間組合能滿足人們娛樂、工作以及生活等。所以，在建筑當(dāng)中，最基礎(chǔ)的性能就是空間使用的性能，因為其基本性，所以在進(jìn)行方案設(shè)計的時候，對這一性能的考慮最詳細(xì)。而且空間使用性能與造型和形體有很密切的聯(lián)系，所以大部分建筑在進(jìn)行方案設(shè)計的時候會先行對空間使用性能進(jìn)行詳細(xì)分析。

2 性能化建筑優(yōu)化設(shè)計的影響

綠色建筑不斷在推廣，所以建筑性能設(shè)計也對以往傳統(tǒng)的建筑設(shè)計產(chǎn)生了極大的影響，其問題主要在兩個方面有體現(xiàn)。下面我們來具體了解一下。

2.1 創(chuàng)新設(shè)計工具

專業(yè)的不同在很大程度上也造成了使用軟件工具的差異化，而即使是相同的模型軟件，專業(yè)不同其模型建立的格式以及方法也會有很大的區(qū)別。因為介入了模擬的分析工具，所有常見的數(shù)據(jù)運(yùn)輸問題也因此出現(xiàn)，例如將模型直接的導(dǎo)入進(jìn)去會使幾何信息出現(xiàn)缺失等問題。就算是重新進(jìn)行建模，其功能也完全比不上其設(shè)計軟件，設(shè)計軟件可以在很大程度上減少幾何問題的出現(xiàn)，但是建模會使很多幾何的問題簡單的被處理，導(dǎo)致建筑的方案缺少真實。

2.2 延長設(shè)計周期

在建筑中需要利用各種科學(xué)模擬的分析工具來進(jìn)行方案性能的預(yù)測與設(shè)計，其設(shè)計過程當(dāng)中會有時間的要求，因為必須要劃分一段時間來進(jìn)行設(shè)計。不過，在建立模擬模型與分析軟件中，整個計算時間都會造成設(shè)計過程周期的延長。而在現(xiàn)階段，綠色建筑的項目一般都是等方案設(shè)計完后再將其綠色技術(shù)利用進(jìn)來。在其中添加綠色的材料以及設(shè)備，再將模擬分析的結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充，最后進(jìn)行審核，這在很大程度上會使性能化建筑方案的設(shè)計成被動的狀態(tài)。而其方案設(shè)計以及模擬工作的合理性與銜接的時間中也有很多地方的不足，所以使綠色建筑設(shè)計的效率低下。

3 方案設(shè)計的重要性

在指導(dǎo)建設(shè)活動中，其性能原則已經(jīng)成為了一項設(shè)計的基本原則。從建筑性能被專業(yè)所影響的方面來看，因為其建筑方案的設(shè)計階段會使建筑的性能產(chǎn)生很大的影響，所以，其設(shè)計方案的建筑師就會認(rèn)真考慮建筑設(shè)計中其性能的原則，這時候就需要到很多種類的模擬分析工具，其建筑師必須要準(zhǔn)備的了解每一個工具的具體使用原理以及防范，在對其初始的方案反復(fù)的進(jìn)行預(yù)測。以工作效率的方面來看，以往傳統(tǒng)的建筑設(shè)計的軟件以及模擬分析的軟件在進(jìn)行設(shè)置參數(shù)以及建立模型當(dāng)中其傳輸數(shù)據(jù)的方式還有很多地方有缺陷，而模擬分析的工作一般是在設(shè)計方案完成后才進(jìn)行的，在很大程度上是并非是成為了一個指導(dǎo)工具的設(shè)計而是一種結(jié)果的驗證工具，所以導(dǎo)致了性能化建筑設(shè)計的工作出現(xiàn)了逐漸試錯以及其性能的目標(biāo)模糊等問題，所以降低了性能分析工具使用的效率。所以引用了高效率的優(yōu)化方法，使設(shè)計工程有一個良好的發(fā)展流程。

4 方案性能化優(yōu)化設(shè)計具體方法

以一個技術(shù)層面來分析，其性能化建筑方案優(yōu)化設(shè)計其方法的本質(zhì)是，有效的將一套有模擬分析以及方案設(shè)計的流程來進(jìn)行性能的模擬分析結(jié)構(gòu)獲取到，再向其設(shè)計的方法進(jìn)行自動的反饋，以此來依照過程與目標(biāo)的參數(shù)間對比的結(jié)果，使方案源的參數(shù)設(shè)計能進(jìn)行自動的調(diào)整，最后能達(dá)到其目標(biāo)參數(shù)中所提出的要求，而一種或者是多種的建筑性能的優(yōu)化也就完美實現(xiàn)了。所以在進(jìn)行流程設(shè)計的時候一定要具體以及精確的制作一整套的參數(shù)傳遞的系統(tǒng)，將其設(shè)計優(yōu)化的過程控制住，而一般構(gòu)成的步驟可分為5 步。

第一步，設(shè)定源參數(shù)，首先，要在方案的建模端處生成一個或者是多個有要求的最初方案，而且還要先將其方案參數(shù)化。第二步，在模擬的分析軟件當(dāng)中合理的將設(shè)計的信息轉(zhuǎn)入，認(rèn)真參考步驟一的設(shè)計方案，再從中來選擇好所需要的環(huán)境參數(shù)、幾何信息以及物性參數(shù)等等，再將它們很好的往性能模擬的分析程序端中進(jìn)行傳送。第三步，獲取過程中的參數(shù)，在性能的模擬分析程序當(dāng)中，要依照已被接受的數(shù)據(jù)再將其制定的性能進(jìn)行有效的計算。第四步，對比目標(biāo)參數(shù)以及過程參數(shù)。當(dāng)性能的結(jié)果出來之后，再將與其早已設(shè)定好的目標(biāo)來進(jìn)行對比，如果與目標(biāo)的參數(shù)相符合，那就可以將設(shè)計的流程結(jié)束，如果不能相符，那就必須要進(jìn)入性能的優(yōu)化了。第五步，性能優(yōu)化，如果在步驟4中沒有其結(jié)果數(shù)據(jù)沒有與目標(biāo)的參數(shù)相吻合，那么就必須啟動自動或者人工的方法將設(shè)計的方案進(jìn)行調(diào)整，再重新回到步驟2 中，再進(jìn)行流程的重復(fù)設(shè)計。

在這個設(shè)計的流程當(dāng)中，是作為一個會進(jìn)行多次循環(huán)的尋優(yōu)方式，而至于其循環(huán)的次數(shù)那就要根據(jù)很多的因數(shù)來決定,其中包括了原有的方案當(dāng)中的科學(xué)性與合理性，還有其設(shè)計時在進(jìn)行性能目標(biāo)的預(yù)設(shè)時的嚴(yán)格程度，以及自動或者人工對設(shè)計方案進(jìn)行有效調(diào)整所運(yùn)用的模式等。

5 結(jié)束語

終上所述，在性能化建筑的方案中，優(yōu)化設(shè)計是非常符合時代潮流與發(fā)展的方案設(shè)計，將其融入至方案的設(shè)計當(dāng)中，在很大程度會使綠色建筑的概念在現(xiàn)今的社會中實現(xiàn)的更好。在優(yōu)化設(shè)計中，各個模塊之間都有其特色及作用，合理的進(jìn)行應(yīng)用，才能發(fā)揮其最大的作用，使優(yōu)化設(shè)計的效果達(dá)到最佳。

［1］楊文杰.性能化建筑方案優(yōu)化設(shè)計的概念、目標(biāo)和技術(shù)［J］.南方建筑，2013(01):62-67.

［2］李引擎，張向陽，李磊，劉文利，肖澤南.建筑防火安全的新思維——我國建筑防火性能化設(shè)計的發(fā)展歷程［J］.建筑科學(xué)，2013(11):70-79.