建筑节能并行设计研究摘要25468.docx

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1、建筑节能并并行设计计研究摘要：设计计方法的优优劣将影影响设计计的效率率，建筑筑节能并并行设计计可提高高建筑节节能设计计的效率率。本文文在分析析建筑节节能设计计信息模模型的基基础上，提提出建筑筑节能并并行设计计微循环环模型，分分析其设设计过程程的分解解与修正正，并提提出适用用于建筑筑节能并并行设计计的回溯溯搜索策策略。 关键词：建建筑节能能并行行设计 搜索策策略 Abstrractt Foor tthe dessignn, tthe metthodd afffeccts thee effficcienncy. Thhe cconccurrrentt deesiggn wwilll ennhann

2、ce thee effficcienncy of dessignningg ennerggy-eeffiicieencyy buuilddinggs. On thee baasiss off annalyyzinng tthe infformmatiion moddel of thee ennerggy-eeffiicieencyy buuilddingg, tthiss paaperr puuts forrwarrd tthe Miccro-Dessignn-Cyyclee off thhe eenerrgy-effficiienccy bbuilldinng, anaalysses its

3、 ddecoompoosittionn prroceess andd coorreectiion proocesss, andd esstabblisshess thhe rrecuursiive seaarchhingg sttrattegyy foor tthe conncurrrennt ddesiign of thee ennerggy-eeffiicieencyy buuilddingg.Key wwordds eenerrgy-effficiienccy bbuilldinng, conncurrrennt ddesiign, seearcchinng sstraateggy有关研

4、研究表明明：全球球的能源源消耗中中，455%用于于满足建建筑物的的取暖、制制冷和采采光等要要求，55%用于于建筑物物的建造造过程。建建筑设计计方案是是否满足足节能设设计要求求在很大大程度上上决定了了其整个个寿命周周期内是是否达到到建筑节节能的目目的，通通过设计计降低建建筑的能能耗，可可减少全全球的能能耗，有有利于保保持整个个生态系系统的稳稳定。节节能建筑筑的设计计与评价价密不可可分，节节能评价价是实现现建筑节节能设计计的必要要手段，节节能建筑筑的设计计要求建建筑设计计人员在在设计阶阶段对所所设计的的建筑进进行建筑筑能耗分分析，以以评价建建筑方案案是否节节能。1 建建筑节能能设计方方法现状状目前

5、常常用的建建筑节能能设计方方法有两两种：按按规定性性指标设设计和按按性能性性指标设设计。按按规定性性指标设设计是指指建筑物物体形特特征和围围护结构构热工性性能等均均按有关关建筑节节能标准准进行设设计。性性能性指指标由建建筑热环环境质量量指标和和能耗指指标两部部分组成成，按性性能性指指标设计计是指在在同时满满足建筑筑热环境境质量指指标和能能耗指标标的前提提下，设设计人员员可自行行确定建建筑物体体形特征征和围护护结构热热工性能能等的具具体技术术参数。按规定定性指标标设计使使设计人人员摆脱脱了复杂杂的计算算分析，在在保证工工程设计计的合理理性和成成功方面面有重大大作用，但但由于确确定规定定性指标标主

6、要考考虑普遍遍情况，而而每一个个工程都都有其不不同于普普遍情况况的特殊殊性，因因此规定定性指标标对适用用范围内内的一个个具体工工程往往往不是最最佳的，即即按规定定性指标标很难进进行优化化设计，同同时按规规定性指指标设计计容易阻阻碍新技技术的应应用和压压抑设计计人员的的创造性性。按性性能性指指标设计计使建筑筑节能设设计标准准具有充充分的灵灵活性，为为新技术术的采用用和具体体工程项项目的最最优化创创造了条条件。其其信息流流如图11所示，图图中各个个设计信信息对应应于建筑筑物体形形特征设设计、围围护结构构热工性性能等设设计内容容。按性能能性指标标设计需需要对所所设计建建筑进行行能耗分分析，进进而评价

7、价所设计计的建筑筑是否节节能，建建筑能耗耗计算方方法和节节能评价价方法的的选择成成为这种种设计方方法的重重要内容容。国内内对建筑筑节能评评价的研研究相对对缺乏，目目前建筑筑节能评评价通常常采用比比较建筑筑能耗计计算值和和相关节节能标准准指标值值的方法法，建筑筑能耗计计算值则则通过相相应的能能耗分析析软件获获得，若若评价结结果表明明所设计计的建筑筑并不节节能，则则需要设设计人员员凭借个个人的设设计经验验对设计计方案进进行反复复修改。国国外已基基本解决决建筑节节能设计计标准灵灵活性和和建筑节节能评价价方法问问题，初初步实现现了建筑筑围护结结构的节节能平衡衡分析，但但设计信信息与评评价信息息之间缺缺

8、乏沟通通，尚未未实现建建筑设计计过程的的动态评评价和建建筑设计计的全局局优化。可见，按按性能性性指标进进行建筑筑节能设设计存在在如下缺缺点：(1)过过于依赖赖能耗分分析软件件。（22）过于于依赖设设计人员员的设计计经验。实实际上，目目前得到到权威结结构确认认的能耗耗分析软软件数量量不多且且推广程程度不大大，就能能耗分析析软件本本身而言言，仍存存在提高高运行速速度、改改进人机机界面等等问题；而设计计人员的的经验需需要长期期积累。鉴鉴于现有有建筑节节能设计计方法的的局限性性，探索索新的设设计方法法成为必必然，本本文拟采采用并行行设计思思想，提提出建筑筑节能并并行设计计方法，实实现设计计过程和和评价

9、过过程的交交叉、并并行及协协调，其其信息流流如图22所示。2 建建筑节能能并行设设计理论论基础2.11 建筑筑节能设设计信息息模型信息科科学是以以信息为为研究对对象、信信息的运运动规律律为研究究内容，把把扩展人人的信息息功能作作为研究究目标的的科学1,22。依依据性质质来分类类，信息息可分为为语法信信息、语语义信息息和语用用信息。语语法信息息指事物物运动的的状态和和方式；语义信信息指事事物运动动状态及及状态改改变方式式的含义义；语用用信息指指事物状状态及状状态改变变方式的的效用。设计是是为实现现一定目目标而寻寻求和选选择满意意的备选选方案的的活动，它它反映出出设计对对象的状状态，因因此建筑筑节

10、能设设计可看看成一种种语法信信息，节节能设计计的过程程就是信信息的运运动过程程，信息息运动规规律可应应用于设设计过程程中。信信息科学学研究的的信息运运动规律律包括信信息产生生、信息息提取、信信息再生生、信息息施效等等四类，其其一般模模型如图图3所示示。在建筑筑节能并并行设计计中，设设计对象象是指节节能设计计的对象象，即建建筑平台台；设计计主体为为设计人人员和计计算机软软、硬件件系统；设计对对象本身身所包含含的设计计信息即即为产生生信息；信息提提取过程程是指设设计主体体从设计计对象提提取试探探性设计计所需信信息的过过程；信信息处理理过程是是设计主主体根据据试探性性设计信信息进行行节能评评价的过过

11、程；设设计主体体根据设设计目标标和信息息处理结结果产生生决策信信息，这这一过程程即为信信息再生生过程；设计主主体根据据决策信信息进行行确定性性设计的的过程就就是信息息的施用用过程；作用于于设计对对象的确确定性设设计信息息即为受受用信息息。信息息提取、信信息处理理、信息息再生、信信息施用用由设计计主体完完成。2.22 并行行设计理理论并行设设计属于于设计理理论和方方法学的的范畴3,44,5，其本本身也是是设计理理论和方方法学的的研究对对象。并并行设计计强调产产品开发发各环节节之间实实现最大大程度的的交叉、并并行及协协调，其其实质就就是把传传统的“设设计评价再设设计”的的大循环环转变为为多次的的“

12、设计计评评价再设计计”小循循环，以以便尽可可能早地地发现设设计中存存在的问问题。工工程设计计本质上上是顺序序性、交交互性的的，所谓谓“并行行”并不不是指同同时进行行，而是是指逐步步、交替替地实现现设计、工工艺、管管理等活活动，在在设计阶阶段的每每一步骤骤都最大大可能地地考虑到到有关后后续环节节的约束束，由此此，并行行设计所所说的“并并行化”应应当理解解为通过过对产品品设计对对象和设设计进程程的精心心分解，达达到有效效的协同同实施开开发周期期中诸多多子活动动、子任任务的目目的。从信息息科学角角度看，设设计过程程可分成成分析、综综合、评评价三个个过程组组成，其其通用模模型如图图4所示示。分析析的作

13、用用是根据据事物的的功能需需求，把把客观世世界简化化为模型型，把问问题分解解到可以以解决的的程度；综合的的作用是是把元素素组合成成一个能能工作的的整体，提提供多个个备选方方案；评评价的作作用是检检验设计计方案是是否能实实现既定定目标。分分析和评评价都需需要接受受评价产产生的反反馈信息息，设计计者反复复回到设设计过程程的起点点，完善善和改进进设计方方案，直直到满足足设计的的需求。设计过过程从总总体上来来说是顺顺序性的的，但设设计过程程可分成成多个阶阶段，各各阶段包包括若干干子任务务，每个个子任务务分别工工作于设设计对象象的不同同方面。设设计过程程中不一一定要等等所有子子任务完完成后才才开始后后续

14、设计计活动，如如果有与与之相适适应的描描述设计计对象的的方式，使使得提前前进行的的下游环环节子任任务仍然然有他们们所需的的完整信信息，那那就完全全有可能能把子任任务按其其处理对对象重新新组成一一些彼此此相对独独立的工工作循环环，并使使这些工工作循环环在一定定程度上上并行进进行。文献3开开发的微微循环模模型可以以实现上上述设计计的并行行要求，其其基本思思想是把把工程设设计过程程分解成成一系列列的设计计微循环环过程，如如图5所所示。在在每个微微循环中中，根据据已知的的信息内内容可以以同时进进行从概概念设计计到详细细设计中中的一些些或全部部的活动动环节。微微循环模模型是一一种宏观观上并行行、微观观上

15、顺序序的机制制。将设设计对象象分解成成子对象象，宏观观上并行行的机制制使得设设计人员员可以同同时工作作于设计计对象的的不同方方面，从从而缩短短了整个个设计周周期；而而微观上上顺序的的机制使使得从概概念设计计到详细细设计的的各个具具体活动动环节仍仍然有完完整的信信息而得得以继续续进行。3 建建筑节能能并行设设计过程程3.11 建筑筑节能并并行设计计过程分分解建筑节节能并行行设计的的设计分分解应根根据建筑筑节能设设计的一一般规律律来进行行。综合合考虑建建筑节能能评价的的17个个分项指指标66，将将建筑节节能并行行设计过过程分解解成如下下四个步步骤： 建建筑所在在地选择择。采暖暖度日数数、空调调度日

16、数数、采暖暖期太阳阳总辐射射量、空空调期太太阳总辐辐射量等等4个室室外气象象特征固固化于建建筑所在在地，在在建筑节节能并行行设计中中，当建建筑所在在地确定定后，这这4个参参数即为为常量，无无需进行行节能评评价。 体体型特征征设计。体体型特征征设计的的内容包包括：极极限体型型系数设设计、体体型完善善系数设设计、建建筑朝向向设计等等。为方方便用户户输入，建建筑节能能并行设设计软件件实现时时可将33个体型型特征的的输入转转换为输输入建筑筑长度、宽宽度、层层高、层层数和朝朝向。 窗窗墙比设设计。窗窗墙比设设计是指指建筑前前向、后后向、左左向、右右向窗墙墙比的设设计。建建筑节能能并行设设计软件件实现时时

17、可将前前向、后后向、左左向、右右向窗墙墙比的输输入分别别转化为为窗户宽宽度、高高度和窗窗户数量量的输入入。 构构件类型型设计。构构件类型型设计的的内容包包括：屋屋面传热热系数、热热惰性设设计，外外墙传热热系数、热热惰性设设计，窗窗户传热热系数、吸吸收系数数设计。在设计计分解基基础上，建建立并行行设计微微循环模模型如图图6所示示。3.2 建建筑节能能并行设设计过程程修正在建筑筑节能并并行设计计中，“设设计评价再设设计”大大循环被被分解成成多个“设设计评价再设设计”小小循环，各各个小循循环的设设计通常常不能一一次性完完成，而而是需要要根据节节能评价价结果修修正设计计，因此此建筑节节能并行行设计过过

18、程是试试探性的的、循环环的过程程。小循环环中，窗窗墙比设设计修正正和构件件类型设设计修正正相对复复杂。为为提高建建筑节能能并行设设计效率率，窗墙墙比设计计修正应应解决东东向、南南向、西西向、北北向窗墙墙比设计计修正的的次序问问题；构构件类型型设计修修正应解解决外窗窗、外墙墙、屋面面设计修修正的次次序问题题。本文文根据建建筑节能能综合指指标随窗窗墙比、构构件类型型的变化化率大小小，分别别对窗墙墙比设计计和构件件类型设设计的修修正顺序序进行排排序。分分析变化化率采用用的建筑筑模型主主要参数数如下：建筑面面积100100m2，层高高2.88m，外外墙传热热系数为为1.554W/( mm2K)，屋面面

19、传热系系数为00.933 W/( mm2K)，窗户户传热系系数为33.1 W/( m22K)，窗墙墙比为00.355，通风风次数为为1次/h。能能耗分析析工具采采用DeeST软软件。建筑节节能综合合指标耗耗电量随随窗墙比比的变化化如图779所所示。建建筑全年年耗电量量随窗墙墙比的变变化率从从大到小小依次为为西向、东东向、北北向、南南向；耗耗热量随随窗墙比比的变化化以南向向最为明明显；耗耗冷量随随窗墙比比的变化化南、北北向相差差不大。对对于住宅宅建筑，东东向、西西向山墙墙通常不不开窗或或者所开开窗属于于厨房等等不控温温房间，窗窗墙比设设计修正正优先修修改南向向窗墙比比，然后后是北向向窗墙比比，接

20、着着是西向向、东向向窗墙比比。建筑节节能综合合指标随随外墙和和屋面传传热系数数的变化化如图110112所示示，耗热热量指标标随外墙墙传热系系数的变变化率较较大；全全年耗电电量、耗耗冷量指指标随外外墙传热热系数和和屋面传传热系数数的变化化率基本本一致。考考虑窗户户是建筑筑围护结结构中热热工性能能最薄弱弱的环节节，其传传热系数数通常远远大于外外墙和屋屋面的传传热系数数，构件件类型设设计修正正时应优优先修改改窗户的的类型，其其次修改改外墙类类型，最最后修改改屋面类类型。4 建建筑节能能并行设设计过程程搜索策策略yyjy11微循循环微循循环由于对对建筑节节能并行行设计过过程进行行了分解解，小循循环中建

21、建筑节能能评价存存在评价价信息不不完全7的的情况，本本文采用用缺省参参数代替替不完全全信息。设设计过程程中，试试探性设设计方案案由实际际设计输输入参数数和缺省省参数组组成。由由于缺省省参数的的选取具具有随机机性，若若没有有有效的搜搜索策略略，将会会产生试试探性设设计方案案组合爆爆炸，从从而降低低建筑节节能并行行设计的的效率。常用的的搜索策策略有盲盲目搜索索和启发发式搜索索两类，盲盲目搜索索包括回回溯搜索索、广度度优先搜搜索、深深度优先先搜索等等。盲目目搜索按按预定控控制策略略进行搜搜索，搜搜索过程程中获得得的中间间信息不不用来改改变控制制策略；启发式式搜索需需要有与与问题本本身有关关的信息息。

22、因此此，盲目目搜索不不涉及语语义、语语用层次次的信息息，适合合于语法法层次信信息的搜搜索，而而启发式式搜索则则适合于于语义、语语用层次次的信息息的搜索索。回溯溯搜索策策略是一一种试探探性的搜搜索策略略，其基基本思路路是：先先选择一一个规则则，然后后应用这个个规则；如果它它不能求求得解答答或离解解答越来来越远就就舍弃这这个规则则而另选选一个规规则，经经过若干干次回溯溯，终究究可以得得到解答答。衡量搜搜索策略略性能的的准则通通常有三三个： 完完备性。即即只要问问题有解解，在搜搜索策略略的控制制下就一一定能找找到解。 尽尽量避免免无用搜搜索。即即增强搜搜索的目目的性，尽尽量避免免产生及及考察无无用的

23、选选项。 控控制开销销小。即即要求搜搜索策略略实现简简单，选选择及调调度可用用知识的的开销尽尽可能小小。本文拟拟采用回回溯搜索索策略。为为提高回回溯搜索索的效率率，在分分析建筑筑节能评评价特点点的基础础上，提提出以两两个极端端情况作作为回溯溯搜索的的规则，从从而大大大减少规规则的数数量，如如图133所示。所所谓极端端情况，就就是最不不利情况况和最有有利情况况。最不不（有）利利情况是是指选取取最不（有有）利于于节能的的评价指指标，如如：选取取墙体类类型的缺缺省参数数时，传传热系数数最大（小小）的选选择项即即为最不不（有）利利情况。采采用极端端情况作作为规则则的回溯溯搜索策策略完全全符合衡衡量搜索

24、索策略性性能的三三个准则则，可以以避免节节能评价价指标组组合爆炸炸，提高高建筑节节能并行行设计的的效率。图133的建筑筑节能并并行设计计过程描描述如下下： 设设计人员员输入第第i步设设计的设设计参数数； 按按最不利利情况选选取缺省省参数，节节能评价价程序对对此时的的试探性性方案进进行评价价； 若若试探性性方案达达到用户户要求的的节能率率，则后后续的设设计参数数可由设设计人员员自行输输入，无无需再进进行节能能评价； 若若试探性性方案的的节能率率达不到到用户要要求，则则缺省参参数按最最有利情情况重新新选取，节节能评价价程序对对此时的的试探性性方案重重新评价价； 若若此时的的节能率率达到要要求，则则

25、进行第第i+11步设计计，如此此循环，直直至设计计结束； 若若此时的的节能率率达不到到要求，则则需设计计人员修修正第ii步设计计参数，重重复上述述过程。若若修正设设计参数数后仍无无法达到到要求的的节能率率，则必必须调整整节能率率大小。5 结结语（1） 对建筑筑设计过过程进行行分解，提提出建筑筑节能并并行设计计微循环环模型，实实现节能能设计与与节能评评价的并并行。（2） 通过比比较建筑筑节能综综合指标标随窗墙墙比、构构件类型型的变化化率大小小，指出出窗墙比比设计和和建筑构构件设计计时的修修正次序序。（3） 采用以以极端情情况为规规则的回回溯搜索索策略，可可避免试试探性设设计过程程设计方方案组合合爆炸，有有利于提提高设计计效率。