性能驅(qū)動(dòng)綠色建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

■ 程 光 Cheng Guang 宋德萱 Song Dexuan

性能驅(qū)動(dòng)綠色建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

■ 程 光 Cheng Guang 宋德萱 Song Dexuan

通過(guò)對(duì)建筑基本屬性的抽象化描述，將綠色建筑的形態(tài)和性能要求所涉及的諸多問(wèn)題轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的參數(shù)模型問(wèn)題，并利用模擬仿真/優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)綠色建筑的多變量、多目標(biāo)復(fù)雜問(wèn)題的求解過(guò)程。

數(shù)字化；建筑基本屬性；性能驅(qū)動(dòng)；綠色建筑；集成優(yōu)化

1 研究背景

1.1 全球化對(duì)建筑發(fā)展的影響

近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，隨著世界經(jīng)濟(jì)、文化、藝術(shù)、科技等方面的全球化發(fā)展，人們?cè)诠I(yè)化生產(chǎn)、城市建設(shè)、建筑設(shè)計(jì)等改造自然，征服自然的活動(dòng)中取得了卓越的成績(jī)。然而，當(dāng)這種全球化影響給人們生活帶來(lái)全新體驗(yàn)的同時(shí)，它的建筑文化及地域性卻在不斷地消失，再加上高密度城市化、生態(tài)環(huán)境污染及不可再生資源的高消耗等問(wèn)題，也給人們?cè)鎏砹嗽S多新的煩惱。因此，在建筑規(guī)劃和設(shè)計(jì)的過(guò)程中，如何運(yùn)用新技術(shù)、新方法構(gòu)建相應(yīng)的適宜性優(yōu)化設(shè)計(jì)策略，將會(huì)對(duì)我們今后的可持續(xù)性建筑設(shè)計(jì)，綠色技術(shù)研發(fā)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)制訂等工作帶來(lái)重要的意義和影響。

1.2 數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展

隨著應(yīng)用數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的飛速發(fā)展，使得數(shù)字化技術(shù)逐漸滲透到人們生活的方方面面。這一現(xiàn)象也引起了許多前衛(wèi)建筑師的興趣，大量具有實(shí)驗(yàn)性、未來(lái)感的建筑形式得以實(shí)現(xiàn)。但由于建筑設(shè)計(jì)學(xué)科的特殊性，數(shù)字化技術(shù)在建筑學(xué)方面的應(yīng)用，相較于其它經(jīng)濟(jì)、工業(yè)、軍事、航空航天等學(xué)科，還處于起步晚、基礎(chǔ)差、全面落后的處境。

在建筑設(shè)計(jì)方面，早期的數(shù)字化技術(shù)更多體現(xiàn)在方案設(shè)計(jì)圖及施工圖的CAD繪制、3DMAX效果圖渲染表達(dá)等輔助方式上，提高了工作效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。近年來(lái)，隨著仿真模擬技術(shù)、建筑信息化模型等技術(shù)的發(fā)展，使得建筑師逐步從大量繁瑣的重復(fù)工作中解脫出來(lái)，可以將更多的精力投入到方案設(shè)計(jì)構(gòu)思和設(shè)計(jì)問(wèn)題的輔助分析等方面。其中，針對(duì)綠色建筑設(shè)計(jì)的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用方面，總體來(lái)說(shuō)存在兩種設(shè)計(jì)導(dǎo)向：一種是以建筑師為主導(dǎo)的形式表達(dá)；另一種是以技術(shù)和設(shè)備工程師為主導(dǎo)的模擬仿真和指標(biāo)評(píng)價(jià)。由于其側(cè)重點(diǎn)存在的差異，往往會(huì)出現(xiàn)信息交流不暢，技術(shù)方法不統(tǒng)一等問(wèn)題，因此，兼顧兩種設(shè)計(jì)導(dǎo)向，發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建基于性能驅(qū)動(dòng)下的綠色建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)方法便顯得尤為重要。

2 性能驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

綠色建筑的性能驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法包含建筑問(wèn)題決策和數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用兩方面內(nèi)容。建筑問(wèn)題決策屬于理論分析部分，通過(guò)對(duì)具體建筑問(wèn)題的描述和分析，確立相應(yīng)的研究對(duì)象及范圍，設(shè)計(jì)變量，模擬精度和優(yōu)化目標(biāo)。數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用屬于實(shí)踐操作部分，通過(guò)參數(shù)模型系統(tǒng)的構(gòu)建，工具平臺(tái)的選擇和流程控制，實(shí)現(xiàn)綠色建筑性能驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)字化應(yīng)用。

2.1 建筑問(wèn)題決策

建筑是一個(gè)復(fù)雜的綜合體，它所涉及的問(wèn)題種類繁多。為了能夠更好地將綠色建筑問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題，我們大體上可以將建筑的基本屬性特征進(jìn)行“形”“域”“質(zhì)”三類抽象化的描述（表1）。這其中，通過(guò)對(duì)屬性特征 “形”和“域”的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)具體性能問(wèn)題中研究對(duì)象的描述，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和規(guī)則，確定研究對(duì)象的設(shè)計(jì)變量及設(shè)計(jì)精度；而屬性特征中的“質(zhì)”則體現(xiàn)其性能要求，以此來(lái)確定設(shè)計(jì)目的及優(yōu)化目標(biāo)。因此可以說(shuō)，性能驅(qū)動(dòng)綠色建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)方法就是以“質(zhì)”為核心驅(qū)動(dòng)因子，將其與“形”或“域”建立交互影響關(guān)系，通過(guò)數(shù)字化科學(xué)方法，實(shí)現(xiàn) “形”“域”“質(zhì)”三者的優(yōu)化平衡結(jié)果。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，三者之間在保持其獨(dú)立特征的同時(shí)，還體現(xiàn)出相輔相成、相互影響的關(guān)系，這也是造成建筑問(wèn)題復(fù)雜性的根本原因。因此，當(dāng)我們研究綠色建筑的復(fù)雜性問(wèn)題時(shí)，我們更應(yīng)該關(guān)注其關(guān)聯(lián)性，不要顧此失彼。面對(duì)如何發(fā)展綠色建筑的問(wèn)題，早期的建筑師和學(xué)者們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究，通過(guò)大量的歸納整理和試驗(yàn)分析工作，取得了豐碩的經(jīng)驗(yàn)和成果。這些都為綠色建筑性能驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的決策奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2 數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用

2.2.1 參數(shù)模型系統(tǒng)的構(gòu)建

參數(shù)模型系統(tǒng)的構(gòu)建是性能驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，是根據(jù)研究目的和要求把實(shí)際建筑問(wèn)題轉(zhuǎn)譯成數(shù)字化模型問(wèn)題的過(guò)程。參數(shù)模型具有兩個(gè)特征：一是描述性，參數(shù)模型不是實(shí)際建筑本身，不可能描述建筑的所用問(wèn)題，而是依據(jù)研究目的描述建筑某方面的屬性特征；二是簡(jiǎn)潔性，根據(jù)研究問(wèn)題對(duì)系統(tǒng)要素進(jìn)行合理、正確的抽象和簡(jiǎn)化，而不是片面追求高分辨率模型，高分辨率模型不但會(huì)給模擬仿真過(guò)程帶來(lái)較大的負(fù)荷，甚至?xí)?duì)仿真結(jié)果帶來(lái)錯(cuò)誤影響。

2.2.1.1 模型系統(tǒng)的類別

整個(gè)性能驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)框架是由不同層面的模型系統(tǒng)共同組成的。一個(gè)模型系統(tǒng)本身僅能回答設(shè)計(jì)框架中的部分問(wèn)題，根據(jù)其作用的不同，可以分為應(yīng)變系統(tǒng)和影響系統(tǒng)。應(yīng)變系統(tǒng)是指對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)境和影響因素做出相應(yīng)反饋的模型系統(tǒng)，是參數(shù)模型系統(tǒng)的主體部分。影響系統(tǒng)是指對(duì)研究對(duì)象產(chǎn)生直接或間接作用的客觀因素，根據(jù)其影響作用的不同，可以分為驅(qū)動(dòng)型和約束型。驅(qū)動(dòng)型是影響系統(tǒng)中的積極因素，可以通過(guò)某種方式加以轉(zhuǎn)化和利用；而約束型是影響系統(tǒng)中的消極因素，很難受其他因素影響，對(duì)研究問(wèn)題起阻礙作用。然而，系統(tǒng)類別的劃分也并非涇渭分明，有時(shí)也可能會(huì)出現(xiàn)類別轉(zhuǎn)化，或者在某一種模型系統(tǒng)中同時(shí)兼具兩種或兩種以上的類別特征的情況。

2.2.1.2 模型系統(tǒng)的要素

不同類別的模型系統(tǒng)是由各種模型要素所組成的。從面向?qū)ο蟮慕嵌瘸霭l(fā)，可以依據(jù)建筑的基本屬性特征將研究問(wèn)題轉(zhuǎn)譯為實(shí)體模型、空間模型和映射模型作為研究對(duì)象（圖1）。

（1）基于實(shí)體模型的問(wèn)題描述可以分為兩類：一是強(qiáng)調(diào)實(shí)體本身構(gòu)成形態(tài)的表現(xiàn)型實(shí)體，如外墻、屋頂、樓板、門窗等建筑元素；二是不關(guān)注實(shí)體本身的形態(tài)特征，而強(qiáng)調(diào)實(shí)體在某一時(shí)刻的狀態(tài)及實(shí)體間相互結(jié)構(gòu)關(guān)系的邏輯型實(shí)體，例如粒子系統(tǒng)等。

（2）空間模型往往不具備獨(dú)立功能，需要基于實(shí)體模型提取出相應(yīng)的空間模型，實(shí)現(xiàn)其實(shí)體化。

表1 建筑的基本屬性特征

圖1 建筑性能化問(wèn)題的數(shù)字化轉(zhuǎn)換

（3）映射模型是對(duì)模擬仿真/優(yōu)化結(jié)果的數(shù)據(jù)反饋。在某種程度上，將實(shí)體模型或空間模型所處的物理區(qū)域進(jìn)行分組，分解為若干片段單元，這些片段單元之間互相同構(gòu)或幾乎同構(gòu)，通過(guò)描述每個(gè)片段單元的變化，進(jìn)而可以理解整個(gè)模型系統(tǒng)的變化情況。這種映射模型對(duì)實(shí)體模型或空間模型的性能模擬結(jié)果反饋，被稱為映射，這在模擬仿真/優(yōu)化的過(guò)程中起到了非常大的作用[1]。

綜上，通過(guò)模型系統(tǒng)類別和模型要素便可以建立較為完善的模擬仿真系統(tǒng)，依據(jù)研究問(wèn)題側(cè)重點(diǎn)的不同，可以形成幾種不同的組合模式（表2），以滿足多種綠色建筑性能驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求。

2.2.2 工具平臺(tái)的選擇

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，Windows操作系統(tǒng)取代了DOS成為PC主流操作系統(tǒng)，很多軟件操作也由原先的命令行形式轉(zhuǎn)變?yōu)楦颖憬莸膱D形界面和操作窗口，大大提升了軟件的易用性。但當(dāng)需要解決復(fù)雜性建筑問(wèn)題時(shí)，就不得不面對(duì)兩類問(wèn)題，即軟件當(dāng)前操作界面不具備的功能和軟件根本實(shí)現(xiàn)不了的功能。針對(duì)這兩類問(wèn)題，可以采用以下兩種方法嘗試解決。

表2 參數(shù)化模型模擬仿真系統(tǒng)的操作模式

（1）功能開(kāi)發(fā)技術(shù)：通過(guò)軟件本身的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言或引用第三方代碼庫(kù)，擴(kuò)展該軟件的功能。例如，SketchUp的二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言是Ruby，Maya的二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言是MEL和Python，Rhino的二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言是VB-Script、C#和Python，以及Microsoft Visual Studio、PHP、eclipse等插件開(kāi)發(fā)工具。

（2）接口技術(shù)：每個(gè)軟件在功能使用上都存在自身的優(yōu)勢(shì)和不足，采用接口技術(shù)可以在不同軟件之間形成不同功能的“嫁接”關(guān)系，以便完成更加復(fù)雜的仿真模擬和優(yōu)化操作。

但是，這兩種方法操作需要具備較深的數(shù)學(xué)知識(shí)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，且容易消耗很大的人力和時(shí)間成本。因此，在技術(shù)平臺(tái)工具的選擇和使用上易應(yīng)遵循以下3點(diǎn)：①選擇廣泛通用的軟件；②選擇具有強(qiáng)大二次開(kāi)發(fā)的軟件；③充分利用開(kāi)源社區(qū)。

2.2.3 流程控制

從數(shù)字化技術(shù)的角度來(lái)看，參數(shù)模型系統(tǒng)是數(shù)據(jù)參數(shù)的載體。性能驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)是指利用軟件工具平臺(tái)，依據(jù)特定要求和規(guī)則，采用相應(yīng)的算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)參數(shù)的輸入、輸出、加工和管理等工作（圖2）。在整個(gè)流程控制的過(guò)程中，還要注意以下幾個(gè)方面。

（1）參數(shù)設(shè)置：依據(jù)系統(tǒng)對(duì)象和作用的不同，可以將參數(shù)分為初始參數(shù)、過(guò)程參數(shù)和目標(biāo)參數(shù)。參數(shù)設(shè)置的大小與多少，將對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的流程控制產(chǎn)生很大的影響。

（2）優(yōu)化目標(biāo)：針對(duì)建筑單一問(wèn)題的目標(biāo)優(yōu)化求解問(wèn)題是較為常見(jiàn)的，然而，在綠色建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中，更多問(wèn)題屬于多變量、多目標(biāo)問(wèn)題，且很多變量和目標(biāo)之間存在相互制約、相互影響的關(guān)系。因此，針對(duì)這一問(wèn)題，可以分析不同設(shè)計(jì)目標(biāo)在建筑問(wèn)題中的影響權(quán)重，實(shí)現(xiàn)平均最優(yōu)解的求解過(guò)程。

（3）流程控制的方向性：其本質(zhì)是數(shù)據(jù)參數(shù)的回溯現(xiàn)象，即從數(shù)據(jù)參數(shù)的傳輸方向看，后面參數(shù)的變化是否對(duì)前面的參數(shù)產(chǎn)生影響及改變。現(xiàn)階段，大多數(shù)采用的是按照傳統(tǒng)順序分析的線性分析系統(tǒng)，針對(duì)具有明確量化目標(biāo)的問(wèn)題，可以嘗試參數(shù)回溯、反復(fù)迭代的循環(huán)分析系統(tǒng)。

圖2 性能驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程控制

3 實(shí)驗(yàn)案例分析

針對(duì)上節(jié)性能驅(qū)動(dòng)綠色建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的理論基礎(chǔ)和技術(shù)應(yīng)用的闡述，本節(jié)將通過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)性案例分析，詳細(xì)說(shuō)明在綠色建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，性能驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方法是如何在建筑設(shè)計(jì)與性能需求之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)參數(shù)自動(dòng)循環(huán)，并利用智能優(yōu)化算法工具實(shí)現(xiàn)多方案優(yōu)選的過(guò)程。本案例不僅要考慮綠色建筑的某一項(xiàng)性能指標(biāo)和要求，還要依據(jù)所處的地域環(huán)境，根據(jù)建筑需求，綜合考慮影響建筑設(shè)計(jì)的建筑形態(tài)、朝向、開(kāi)口、層數(shù)等參數(shù)對(duì)建筑通風(fēng)、采光、能耗等性能要求的綜合影響。

3.1 通風(fēng)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.10.1 線性范圍 按 1.8 和 1.9 項(xiàng)的方法制備標(biāo)準(zhǔn)曲線，平行操作 5 份，同時(shí)平行處理 5 份空白腦脊液樣品作為測(cè)定本底值，按 1.6 和 1.7 項(xiàng)的 UPLCMS/MS 條件連續(xù)進(jìn)樣分析，以對(duì)照品濃度（X）為橫坐標(biāo)，5-羥色胺和 5-HIAA 扣除本底后的峰面積與內(nèi)標(biāo)的峰面積比值（Y）為縱坐標(biāo)擬合回歸方程。

進(jìn)行建筑規(guī)劃時(shí)，建筑室外風(fēng)環(huán)境狀況的變化會(huì)對(duì)區(qū)域的微氣候環(huán)境產(chǎn)生很大的變化，進(jìn)而對(duì)建筑的室內(nèi)環(huán)境和人的熱舒適度帶來(lái)很大的影響。對(duì)建筑室外風(fēng)環(huán)境的計(jì)算，常常采用建筑的迎風(fēng)面積比作為粗略判斷室外風(fēng)環(huán)境優(yōu)劣的指標(biāo)。所謂建筑的迎風(fēng)面積比，是指建筑物在某風(fēng)向流動(dòng)方向上的投影面積與該建筑物最大可能的迎風(fēng)面積的比值。建筑的迎風(fēng)面積比對(duì)風(fēng)的阻擋面越小，越有利于環(huán)境通風(fēng)。雖然實(shí)際情況下，建筑組團(tuán)中不同風(fēng)向建筑的擋風(fēng)作用會(huì)造成下風(fēng)向建筑的迎風(fēng)面積比不確定（如后排建筑接受的局部風(fēng)向、風(fēng)速都會(huì)發(fā)生變化，它的迎風(fēng)面積比也就不確定），但就總體而言，當(dāng)一個(gè)建筑組團(tuán)確定以后，該建筑組團(tuán)的平均迎風(fēng)面積比（即所處建筑組團(tuán)內(nèi)所有建筑物迎風(fēng)面積比的算數(shù)平均數(shù)）一定是介于0～1之間的數(shù)值。因此，建筑組團(tuán)的布局與調(diào)節(jié)環(huán)境的通風(fēng)效果之間，完全可以建立一定的相關(guān)性。

3.1.1 建筑模型的構(gòu)建

本案例擬定在一個(gè)140m×80m的矩形場(chǎng)地內(nèi)，建6棟基地面積為15m×30m的長(zhǎng)方體建筑體塊，建筑組團(tuán)所處環(huán)境的夏季和冬季主導(dǎo)風(fēng)向如圖3所示。為了通過(guò)調(diào)節(jié)每棟建筑的朝向來(lái)調(diào)節(jié)建筑組團(tuán)的通風(fēng)效果，每棟建筑以其中心為軸線，0°～45°作為角度調(diào)節(jié)參數(shù)的變化區(qū)間，進(jìn)而通過(guò)水平旋轉(zhuǎn)改變每棟建筑的朝向。

3.1.2 建筑迎風(fēng)面積比的計(jì)算方法

建筑迎風(fēng)面積比計(jì)算公式：ξs=Fyf/Fyf·max。

式中，ξs—某棟建筑主導(dǎo)風(fēng)向的迎風(fēng)面積比；

Fyf—某棟建筑主導(dǎo)風(fēng)向的迎風(fēng)面積（m2）；

本案例采用Grasshopper for Rhino的參數(shù)化建筑設(shè)計(jì)分析軟件（圖3）。在建筑幾何模型中，生成一個(gè)以風(fēng)向?yàn)榉ň€方向的平面，再將單個(gè)建筑形體截面的對(duì)角點(diǎn)投影到該面上，計(jì)算兩個(gè)投影點(diǎn)的距離，求得此距離與該建筑形體截面對(duì)角點(diǎn)距離的比值，即為該建筑的迎風(fēng)面積比。將每棟建筑的迎風(fēng)面積比求和，再除以建筑的總棟數(shù)，即得出了該建筑組團(tuán)的平均迎風(fēng)面積比。該比值越小，其通風(fēng)效果越好；反之，該比值越大，其通風(fēng)效果越差。以此可調(diào)節(jié)建筑組團(tuán)在夏季和冬季不同主導(dǎo)風(fēng)向影響下的平衡。

3.2 采光性能優(yōu)化設(shè)計(jì)

建筑單體的采光性能，尤其是自然采光性能對(duì)人的日常工作和生活會(huì)帶來(lái)很大影響。因此，窗墻面積比（穿墻比）是影響建筑節(jié)能計(jì)算的重要建筑設(shè)計(jì)參數(shù)。所謂窗墻面積比，是指窗戶洞口面積與室內(nèi)單元面積之比。該比值越小，其節(jié)能效果越好。但由于減小了窗體面積，會(huì)降低建筑室內(nèi)采光的效果，因此，需要在確立合理建筑窗墻比的基礎(chǔ)上，提高建筑室內(nèi)環(huán)境的光照度，以改善人居環(huán)境的舒適性要求。為了保障建筑組團(tuán)內(nèi)每棟建筑采光性能的均好性，在模擬分析計(jì)算中，采用了求房間光照度方差的方式，力求使不同建筑房間采光效果的偏差不會(huì)太大。

本案例選取某個(gè)建筑房間的一側(cè)開(kāi)窗，通過(guò)改變窗體面積所占單側(cè)墻體面積的比例，來(lái)調(diào)節(jié)房間室內(nèi)的光照度。其中，窗墻比系數(shù)擬定控制在0.3～0.9的區(qū)間范圍內(nèi)，采用基于Grasshopper for Rhino 開(kāi)發(fā)的radianse建筑采光性能插件進(jìn)行模擬分析（圖4）。

3.3 能耗性能優(yōu)化設(shè)計(jì)

建筑能耗是衡量建筑綜合性能的重要指標(biāo)。本案例擬定建筑的功能屬性為民用多層住宅，累計(jì)使用時(shí)間定為10h，配置完整的空調(diào)、冰箱、電燈等機(jī)械設(shè)備。選用了能耗軟件EnergyPlus的熱能耗分析功能，對(duì)該組團(tuán)內(nèi)部建筑的總熱能進(jìn)行模擬計(jì)算，努力降低其熱量損耗，從而改善建筑的綜合性能指標(biāo)（圖5）。

圖3 采用參數(shù)化建筑模型進(jìn)行迎風(fēng)面積比計(jì)算

圖4 采光性能分析

圖5 能耗性能分析

3.4 綜合性能優(yōu)化設(shè)計(jì)

以上三類性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法更多的是強(qiáng)調(diào)某項(xiàng)性能指標(biāo)的優(yōu)化。通過(guò)控制各自性能目標(biāo)的要求并將三者結(jié)合起來(lái)，以獲取滿足綜合性能設(shè)計(jì)要求的多種設(shè)計(jì)方案供其選擇。本案例擬定的建筑模型調(diào)節(jié)參數(shù)是控制每棟建筑方位的旋轉(zhuǎn)角度和建筑表面的窗墻比系數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)這兩個(gè)參數(shù)，力求獲得較好的夏季通風(fēng)和采光，并降低能耗損失，從而在對(duì)其進(jìn)行深化設(shè)計(jì)之前，進(jìn)行科學(xué)、快捷和針對(duì)性較強(qiáng)的性能綜合判斷（圖6、7）。

圖6 基于Grasshopper的腳本代碼

圖7 綜合性能優(yōu)化方案

4 結(jié)論及展望

參數(shù)模型系統(tǒng)的構(gòu)建，即將綠色建筑問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)字化模型，是一種“自上而下”的設(shè)計(jì)過(guò)程。參數(shù)模型的模擬仿真/優(yōu)化評(píng)估，則是對(duì)綠色建筑的性能進(jìn)行反饋，是一種“自下而上”的設(shè)計(jì)過(guò)程。通過(guò)數(shù)字化技術(shù)將兩類設(shè)計(jì)過(guò)程結(jié)合起來(lái)，并同時(shí)采用量化指標(biāo)評(píng)價(jià)和人的感性評(píng)價(jià)，進(jìn)行適宜方案的選擇，這為綠色建筑設(shè)計(jì)和研究工作開(kāi)辟了一條新的道路。但是，我們也要看到，由于該設(shè)計(jì)方法屬于多學(xué)科交叉領(lǐng)域，仍處于起步階段，還存在較大的缺陷和不足，今后還需要從以下幾個(gè)方面深入研究和思考。

（1）提高建筑理論研究的深度和廣度，為參數(shù)系統(tǒng)模型的建構(gòu)提供理論支持。

（2）數(shù)字化集成優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，只有加大對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和算法研發(fā)的投入，降低應(yīng)用門檻，才能夠更好的為集成優(yōu)化設(shè)計(jì)提供強(qiáng)大的技術(shù)保障。

（3）對(duì)實(shí)際項(xiàng)目要做好科學(xué)、有效的評(píng)價(jià)反饋，這樣可以為今后建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化策略的制定指引明確的方向。

[1]李群等編著.仿真模型設(shè)計(jì)與執(zhí)行[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010.(2).

Study on Optimization and Design of Performance Driven Green Buildings

Through abstract description of building basic properties, many problems involved in form and performance requirements of green building are translated into corresponding parameter model problem and simulation/optimization technology is utilized to solve the problems of multi-variable and multi-goal of green buildings.

digitization, basic building properties, performance driving, green building, integration and optimization

2016-08-29）

程光，同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，博士研究生；宋德萱，同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。