基于建筑环境动态信息模型的寒冷地区建筑节能设计模式研究

During the urbanization process , the problems of China have caused the widespread concern, such as the massive construction and its rapid growth, as well as the high energy consumption and high emission of the construction industry. According to the harsh climate of the cold region, the architectural energy consumption is especilly high. It lacks both the deep analyses of the special rules of the dynamic function of the architectural environment in the cold region plus the effective quantitative method and the technology platform of the architectural energy-consuming analysis, so that the architectural energy-saving design in the cold region cannot be accurate and efficient and it is difficult to combine with the whole dynamic design process, which turns to be a bottleneck problem of the architectural energy-saving effects and the design level in the cold region.. With the combination of the regional characteristics, this project analyzes the interaction between the buildings and the cold environment, summarizes the dynamic operating rules of the architectural environment and turns the rules into the parametric equations on the basis of the computing method of the architectural energy consumption. Based on this, the project applies the architectural information modeling technology and parametric technology to the quantitative model of the energy transformation between the buildings and the environment- - the dynamic information model of the architectural environment, studies its operating process and the related energy-saving design strategies, furthermore, brings up the architectural energy-saving design mode and makes the empirical research of the practical examples and provides a scientific, operable and propagable auxiliary tool for the architectural energy-saving design in the cold region.

在快速城市化进程中，我国建筑总量规模大、增长快，建筑产业高能耗、高排放的问题引起了广泛关注。寒冷地区因其地域气候严酷，建筑能耗问题尤为突出。由于缺乏对于寒地建筑环境动态作用特定规律的深入解析，缺乏分析建筑能耗的有效量化方法与技术平台，使得寒地建筑节能设计无法实现应有的精确度与高效性，难以与整个建筑设计过程动态化结合，成为制约寒地建筑节能效果和设计水平的瓶颈问题。.本课题结合寒地建筑地域特征，从系统科学的角度分析寒地建筑与环境的相互作用，归纳总结出建筑环境动态作用规律，根据建筑能耗计算方法将其转化为参数方程；在此基础上，应用建筑信息建模技术与参数化技术建立建筑与环境能量交换量化模型- - 建筑环境动态信息模型，研究其运作流程及相关节能设计策略，进而提出基于建筑环境动态信息模型的寒地建筑节能设计模式，并结合具体工程案例开展实证研究，为寒地建筑节能设计提供科学的、可操作性和推广性强的辅助工具。

寒地建筑室内外温差大，冬季采暖能耗高，碳排放量大，已成为我国节能减排目标达成的沉重负担。同时，寒地建筑节能设计决策制定过程依赖设计者主观转译，信息化程度低，随机性大、科学性差、节能设计精度和效率均亟待提升。研究旨在综合应用建筑信息建模、建筑性能模拟、遗传优化搜索、参数编程等数字技术，研发建筑环境动态信息模型，进而提出基于建筑环境动态信息模型的寒地建筑节能设计模式，提升寒地建筑节能设计信息化水平，降低寒地建筑能耗。. 课题研究内容包括寒地建筑与环境动态作用规律研究、建筑环境能量交互参数化模型建构、建筑环境动态信息模型研发和基于建筑环境动态信息模型的寒地建筑节能设计模式研究四项内容。在寒地建筑与环境动态作用规律研究方面，课题组提出了数字语境下建筑与环境互动作用规律，建构了寒地低能耗公共建筑空间性能驱动设计体系，量化解析了寒地建筑形态、空间设计参数与风环境、热环境的动态作用规律；在建筑环境能量交互参数化模型建构中，课题组应用人工神经网络建构了寒地办公建筑采暖能耗预测模型、寒地办公建筑整体能耗预测模型、寒地办公建筑照明能耗预测模型和寒地建筑外墙传热性能预测模型，显著减少了寒地办公建筑能耗预测耗时，大幅提升了寒地办公建筑能耗预测效率；在建筑环境动态信息模型研发方面，课题研发了GANN-BIM建筑环境动态信息模型，有效改善了寒地建筑节能设计效率，提高寒地建筑节能设计决策制定精度；结合研发的GANN-BIM建筑环境动态信息模型，课题组建立了基于建筑环境动态信息模型的寒地建筑节能设计流程和策略，形成了基于建筑环境动态信息模型的寒地建筑节能设计模式。. 相比既有节能设计模式，研究成果具有性能驱动设计决策制定、复合性能一体模拟和多学科信息参数化协同三方面技术优势，显著提高了寒地建筑节能设计决策制定科学性，降低了寒地建筑节能设计耗时，促进了建筑行业的信息化转型。研究成果应用于60余项工程项目，产生了显著的经济效益和深远的社会效益。