能耗和成本约束下基于模糊动态特征的建筑工程项目前期集成建模方法与应用研究

The cost estimation and energy evaluation in project early stages provide the basic foundations for project decision-making and process management. Considering the difficulties of construction cost estimation and lifecycle energy evaluation in early stages, this proposal focuses research objects on building feature parameters, and on revealing their mutual relations and variation principles in all early stages. Since the parameters of the architectural features are fuzzy and dynamic in the early stages, a case database is developed based on the statistical analysis of practical data of a large number of the engineering and the simulation data of emulated projects. A fuzzy feature-driven cost estimation model and a fuzzy feature-driven energy model are developed respectively from above database. Furthermore a fuzzy feature-driven integrated model for the early stages is presented to solve dynamic decision problems in those stages and changeable multi-objective circumstance, and an optimization algorithm to solve combination problems of continuous and discrete variations is developed. In order to manage popular loss in project controlling, an optimal process control model is proposed under constrains of cost and energy. The optimized controlling methods with standard designs are suggested. An application system is developed in the end, and is applied with practices, which will testify the applicability of above models. Feature-driven integrated modeling methodology provides a base for complex project integrate research, and this feature-driven modeling system will help investment decision and boost design optimization in building projects.

项目前期成本估算和能耗评价是项目决策和过程管理的重要依据，针对建筑工程前期成本估算和生命周期能耗评估的困难，本课题以建筑特征参数为基本研究对象，揭示其在项目前期各阶段的相互关系及变化规律。面对建筑特征参数在前期阶段的模糊性和动态性，在大量工程实践数据和仿真模拟数据的统计分析基础上，形成案例数据库，据此分别建立基于模糊特征驱动的前期成本估算模型和能耗估算模型。针对项目前期各阶段动态决策和不断变化的多目标环境，建立基于模糊动态特征驱动的前期集成模型，且开发连续变量和离散变量混合条件下的优化算法。为解决工程项目常见的管理失控现象，进一步提出成本限额或能耗限额条件下的项目前期最优过程控制模型，与标准设计相结合，提出最优控制措施。最后开发应用系统，指导工程实践，验证模型适用性。特征驱动的集成建模方法为研究复杂项目集成提供了研究基础，特征驱动的建模系统可为建筑工程投资决策和设计优化提供有效支撑。

本项目执行期为四年(2014.01‐2017.12)，聚焦建筑工程的前期阶段，分析主要建筑参数对其造价、能耗等的影响规律。通过对我国大量工程实践数据进行回归分析，提出影响建筑前期设计的关键因素，建立建筑前期设计的能耗、成本和工期等模型。工程实践数据主要来源于最近20年的上海市建筑工程案例、全国各省市的中国移动办公建筑和生产用房，通过统计汇总形成案例数据库，验证研究成果。提出基于遗传算法、蚁群算法等的优化改进算法，求解建筑工程前期设计问题，并且将改进算法应用于工程领域的类似优化问题，取得较好的效果。针对中国移动大规模办公建筑的需要，开发了相应的前期设计标准和估算系统，持续工程实践提供最佳服务。. 除工程实践成果外，还发表了3篇SCI检索和1篇SSCI检索的国际期刊论文、4篇EI检索论文、8篇国内CSCD检索论文、3篇国内CSSCI论文、11篇国内核心期刊论文，培养各类硕士研究生23名。. 在科学理论创新方面，本项目为解决建筑工程前期决策的难题，首先提出了对大量工程实践数据按关键特征聚类与多元回归的理论方法，其次针对建筑工程前期设计特点构建了各类单目标和多目标优化模型，并且提出基于遗传算法、蚁群算法的改进算法，将各类优化创新算法和建模方法应用于类似工程案例，验证了上述理论方法的有效性。本项目拓展了建筑工程前期决策的相关理论，补充了大量工程数据的聚类与回归理论，对优化算法进行创新，有力推动了工程管理的理论与应用发展。