优化算法和知识库驱动的方案阶段建筑节能设计与技术工具原型研究

Building energy efficient design is one of the core components of green building design. Energy efficient design in the conceptual design stage has the largest impact on the final performance of energy; yet it is the most difficult one which faces three significant challenges, namely uncertainty, multi-objective, and trial-and-error. Currently, there is no effective methodology or technology to perform energy efficient design in the conceptual stage. This proposal aims at the conceptual stage from the perspective of architects and focus on: (1) the completeness of the parameters for building energy simulation in the conceptual stage; (2) the methodology of creating database and generating data to support energy simulation in the conceptual design stage; (3) building energy efficient design technique driven by algorithms; (4) development of the software prototype and its testing. The research will develop a new methodology for the conceptual design stage which is driven by optimization algorithms, supported by the database, addresses the needs of the coneptual stage, and produces the software prototype. The results will promote the innovation of the building energy efficient design methodology and set up the foundation for future development of the commercial software.

建筑节能设计是绿色建筑设计的核心内容之一，方案阶段节能设计对建筑节能最终效果的影响最大，但却是最具难度的一环，面临三大挑战：不确定性、多目标性、循环试错性。目前针对方案阶段的建筑节能设计尚缺乏有效的方法和技术。本项目站在建筑设计专业的视角，瞄准方案阶段，重点研究：（1）建筑方案设计阶段能耗模拟参数的完备性；（2）支撑建筑方案阶段能耗模拟的知识库建构及数据生成方法：（3）算法驱动的建筑方案阶段节能设计优化技术；（4）技术工具（软件）原型开发及应用测试。研究成果将提出以优化算法为节能设计调整的驱动引擎，以知识库为节能设计的数据依托，面向方案阶段的建筑节能设计新方法，并开发出新型技术工具的原型。在推动建筑节能设计方法创新的同时，也为未来进一步开发可在设计实践中使用的商用软件奠定研究基础。

建筑节能设计是绿色建筑设计的核心内容之一，而方案阶段节能设计对建筑最终节能效果的影响最大，同时也是是最具难度的一环，目前尚缺乏有效的方法和技术工具。由于方案阶段的不确定性、多目标性和循环试错性，对节能设计进行充分的优化具有很高难度。目前，国内外主流建筑节能设计软件都需要精细化的参数输入，本质是一种后置的检验性工具，无法在方案阶段介入，无法真正辅助建筑师在设计早期进行建筑节能优化设计。..本研究站在建筑设计专业的视角，瞄准方案阶段，以优化算法为设计调整的驱动引擎，以知识库作为节能设计的数据依托，提出创新的建筑方案阶段节能优化设计方法。基于提出的方法，开发建筑方案阶段节能优化设计技术工具（软件）原型，为未来进一步研发可用于实践的成熟商用软件奠定基础。..对驱动建筑节能优化设计的关键引擎——优化算法展开了较深入的研究，提出了系统评价优化算法效能的方法，揭示了某些优化算法在特定情况下失效的机理，针对常见的建筑节能优化设计问题，给出了最佳算法推荐。成果丰富了建筑节能优化设计这一国际建筑学热点方向的理论体系，为科学合理地评价优化算法的效能提供了方法支持，提升了现有建筑节能优化设计的技术水平。