基于数字信息技术的建筑模块化设计优化方法研究

Aiming at the existing problems in modular design, which are pattern's simplicity of the module and how to connect the form design of module with construction, the project reexamines the generating mechanism of architecture modular design. By applying the method of digital information technology, the research contains three aspects: the optimization design method of module unit, the optimization design method of group combination, as well as the constructive feasibility of optimal design. Firstly, utilizing the parametric programming tools, the research combines shape grammar and constructing logic to transform entity module into information module. By adjusting parameters, the probability and adaptability of the module's form generating can be extended; Secondly, on the basis of utilizing algorithm logic to realize the diversity of the modules combination, by applying the method of space syntax analysis and 3D virtual reality technology, the research obtains the optimal solutions to the modular space combination from the perspective of quantitative; Finally, by applying Kangaroo, SAT2000, Revit information model, the constructive feasibility of optimal design is verified, which forms a feedback to the design. Based on digital information technology, the project proposes a modular design method to update and optimize form generating and space operation mode of the existing modular design and promotes the transformation from design to construction, meanwhile to provide guidance for practical applications.

针对现阶段模块化设计中模块形式单一、模块设计如何与建造对接的问题，本课题重新审视建筑模块化设计的生成机制，运用数字信息技术，从模块单元设计优化研究、模块群体组合优化研究及优化设计的建造可行性研究三个层面展开：首先，运用参数化工具，结合图形语法与建造逻辑进行编程，使实体模块向信息模块转化，通过参数设定拓展模块形式生成的可能性与适应性；其次，在利用算法逻辑实现模块组合形式多样性的基础上，运用空间句法分析、3D虚拟现实技术，从量化角度对空间组合进行优化求解；最后，运用Kangaroo、SAT2000、Revit信息模型技术，验证模块单元及其组合的建造可行性并对设计形成反馈。课题提出基于数字信息技术的模块化设计方法，更新与优化现有模块化设计的形式生成与空间操作模式，促进模块化设计向建造顺利转化，为实际应用提供指导。

项目基于现阶段模块化设计中模块形式单一、模块设计如何与建造对接的问题，课题重新审视模块化建筑系统内设计、建造的生成机制与操作方式，主要研究内容如下：①构建建筑模块化认知图景。厘清学科内部模块化定制设计的内涵与特征，将模块与模数、原型、分形相关理论进行关联性研究，对模块化设计运行特征、存在优势、局限性进行总结归纳；②基本建筑原型模块研究。以合院、L型等基本建筑形式和空间组织为基础模块参照，求解生成元与生成路径，还原形式生成踪迹；③基于数字信息技术的模块单元设计优化研究。基于基本建筑原型模块变形规则、空间拓补关系，结合图形语法设定，从“尺度”、“可变性”“轻质性”更改模块的可变参量，生成“逻辑相同”而“形态相似”的模块单元，拓展模块形式生成的可能性与适应性；④基于数字信息技术的模块群体组合优化研究。基于参数化编程的“生成”式组合设计，结合图示转化、组合模拟和算法运算进行模块组合空间设计，求解定制参数与设定方法，归纳基于参数化编程的“生成”式组合设计方法；运用空间句法、性能模拟解析了基于品质、环境和结构性能的模块组合优化方法，完成单体模块与模块组合的空间设计方法及其参数化定制设计方法，优化需求与设计的对接方式，建立以数字信息技术影响下的模块化定制设计方法；⑤模块化优化设计操作下的建造可行性研究。利用参数化平台内的插件及相关分析软件对其进行物理性能验证，获得初步验证结果；将模型赋予材料属性，导入结构分析软件，生成更加精确的计算分析模型；基于 Revit 信息平台，整合相关专业人员的设计数据，完善模块的层级系统，验证模块单元及其组合的建造可行性，对设计形成反馈；⑥理论应用和案例实践。对研究成果进行应用实践，验证其可行性。研究提出模块化建筑设计优化方法，并使其与建造形成有效对接，促进建筑系统向更高层级递进。