基于绿色建筑设计及技术增量成本的多目标优化方法研究

Sustainable design has quantitative definition on different objectives such as the total annual energy consumption, comfort, economy, etc. However, the strategies on achieving the optimal solutions are not advanced enough for sustainable design process..This study focuses on the quantitative strategy for the sustainable building design and technology parameters. Heuristic optimization algorithms are implemented in cold and severe cold climates to run multi-objective optimization to achieve these design objectives. The main goals include: impact of climate and environment on sustainable design and technology; integrated simulation and genetic algorithm to achieve global optimum; Pareto frontier to achieve the optimal solutions for low energy demand and incremental cost..The result of this research will figure out the impact of climate and environment on sustainable design and technology; provide strategies to achieve the design objectives of high-performance building and low incremental cost; build up sustainable design and technology system which is adaptive for the cold and severe cold climate architectural design.

绿色建筑设计对建筑的全年总能耗、舒适度、经济性等多种优化目标都提出了定量性的明确要求。然而，当前在取得绿色建筑设计策略及技术手段最优解的方法上存在滞后性。本项目围绕绿色建筑设计参数和技术体系的量化方法，及如何在多目标前提下利用定量性能指标主动驱动设计并实现综合判定和科学决策这两个关键科学问题，引入源自于计算机优化领域的启发式算法，以我国严寒寒冷地区为例，研究如下内容：气候及环境影响绿色建筑设计及技术体系的机制；数值模拟和遗传算法联合驱动方案自动生成并取得全局最优解的方法与技术；以提高建筑性能和降低增量成本为目标的、基于Pareto最优面和多目标权衡准则的设计方案综合判定和科学决策方法。研究成果将深入揭示建筑气候和环境对绿色建筑设计及技术体系的影响机制，提供提高建筑性能和降低增量成本的多目标条件下设计方案综合判定和科学决策方法，建立基于适宜于当地气候和环境并满足多目标条件的绿色建筑设计体系。

本项目围绕被动式超低能耗建筑设计参数和技术体系的量化方法，及如何在多目标前提下利用定量性能指标主动驱动设计并实现综合判定和科学决策这两个关键科学问题，引入了源自于计算机优化领域的遗传算法，以我国不同气候区（严寒寒冷、夏热冬暖）为例，对如下内容进行了研究和应用：.1、基于遗传算法的、适宜于不同气候区超低能耗建筑优化模拟计算的人工智能模拟软件开发及其应用；.2、数值模拟和遗传算法联合驱动方案自动生成并取得全局最优解的方法与技术；.3、我国不同气候区超低能耗建筑技术体系研究和应用。.研究成果：.1、深入揭示了我国不同建筑气候区超低能耗建筑最优化的设计方法；.2、提供了提高建筑性能和降低增量成本的多目标条件下设计方案综合判定和科学决策方法；.3、建立了基于适宜于我国不同气候区的超低能耗建筑技术路线；.4、结合新冠疫情爆发以来大批量模块式建筑的生产和应用需求，可以应用于偏远地区模块化军队建筑产品，一方面可以帮助这些地区解决在全期内低成本地快速搭建生活、训练、驻守等基础设施的需求，可以满足青藏高原、新疆、漠河严寒地区、南沙群岛等边哨营地的特殊需求，减缓广大边防部队面临的极寒和高温之苦，提高生活舒适度，提高部队的作战能力。同时也可适用于闪建防疫医院、学校、宿舍、科考营地等以单元功能为主的中小型建筑中。