基於生態性能的建築方案設計生成系統研究

《基於生態性能的建築方案設計生成系統研究》是依託南京大學，由吉國華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於生態性能的建築方案設計生成系統研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：吉國華
• 依託單位：南京大學

項目摘要

基於性能的建築設計生成系統是計算機輔助建築設計領域新興研究方向，它試圖將計算機生成系統與性能分析結合，由計算機自動進行設計問題求解，輔助建築師新型的基於性能的設計，推動建築設計發展創新。 本項目在大力提倡建築節能減排形勢下，研究基於建築生態性能的方案設計生成方法，開發相應的輔助設計系統，為建築師提供方法參考和有效工具，推進我國綠色/生態建築發展，在學術和實踐層面均具重要意義。 研究將針對自然通風、自然採光、日照控制、保溫、風能太陽能套用等方面建築性能，分析設計策略和生成策略，再以實驗研究探討計算機生成方法及發生、分析、評價、最佳化等環節的關鍵問題，形成基於各單項性能和綜合性能的方案設計生成模組的原型。最後通過開發形成以建築師為主導的輔助設計系統。 項目組前期開展了大量相關研究，本項目的理論研究和部分實驗研究已經開展，研究思路、方法和路徑已明晰，項目周期內可達成目標。

結題摘要

本研究著眼於基於生態性能的計算機輔助建築設計方法，旨在對相應的生成-分析-最佳化系統（生成最佳化系統）進行搭建、套用和開發進行研究。課題組通過對生成最佳化系統的主要部分，即參數化模型生成、生態性能模擬及評價、智慧型尋優，以及相關技術方法，包括軟體間接口、最佳化設計策略等進行系統研究，最終搭建一系列針對單項及綜合生態性能的最佳化系統。作為一項集計算機技術、建築物理與建築設計與一體的交叉學科研究，本課題的研究內容涵蓋建築生成設計、建築性能模擬與分析、計算機最佳化、電腦程式開發等多個方面。 在研究期間，課題組在生成最佳化系統的各個方面獲得了顯著的進展。首先，課題組根據各種生態設計策略，建構相應的參數化模型，同時也探討了模型的建構邏輯，以及控制結構的套用策略，並提出基於“性能-形態”的參數化模型建構方法、參數化模型控制結構對尋優過程“效率-效用”分析方法。其次，課題組研究軟體間接口的傳輸機制，並對所缺的數據接口在參數化設計平台上進行二次開發，完成“Grasshopper-Fluent”接口外掛程式開發。第三，課題組在參數化模型和接口研究的基礎上，對各種單項和綜合的生態性能生成設計系統進行搭建，並對不同最佳化算法的運算機制和套用策略進行深入的研究，對比分析和改進適用於不同生態性能的系統搭建和性能評價方法。最後，針對建築生態最佳化生成設計涉及的模擬時間長、輸入變數多等特點，課題組針對“小樣本量最佳化”和多目標最佳化的套用策略進行研究，並提出利用“多島遺傳算法”、“分步式”等生成最佳化設計系統套用策略，使最佳化生成設計系統能更好地滿足建築設計行業的實際需求。 課題組成員在國核心心期刊發表13篇研究文章，完成碩士學位論文16篇，申請1項軟體著作權，6次參加國內外相關會議並做會議報告，培養碩士畢業生24人，在讀博士3人。此外，課題組也進行多項國際交流和舉辦一次國際學術會議，進一步推動建築性能最佳化生成設計的發展與普及。