[發(fā)明專利]一種基于多目標(biāo)優(yōu)化算法的嚴(yán)寒地區(qū)建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611154564.6
• 申請(qǐng)日: 2016-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN106599467B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫澄;韓昀松;張博;董琪;賈永恒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 蔡巖巖

本發(fā)明涉及建筑構(gòu)造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于多目標(biāo)優(yōu)化算法的嚴(yán)寒地區(qū)建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)方法。該方法通過建立外墻構(gòu)造多目標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)模型，并利用決策參量與約束條件的參數(shù)聯(lián)系，在性能指標(biāo)的引導(dǎo)下對(duì)決策參數(shù)進(jìn)行進(jìn)化計(jì)算，并自動(dòng)篩選最優(yōu)方案。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)建筑整體的節(jié)能環(huán)保，并極大程度上優(yōu)化了建筑構(gòu)造，提高建筑的整體質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及建筑構(gòu)造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于多目標(biāo)優(yōu)化算法的嚴(yán)寒地區(qū)建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

東北作為典型的嚴(yán)寒地區(qū)，作為中國工業(yè)發(fā)展的搖籃，在現(xiàn)階段技術(shù)條件下，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)仍然以工業(yè)為主，技術(shù)比較落后，能源效率不高，每年需要大量消耗煤炭、石油等礦產(chǎn)資源，同時(shí)產(chǎn)生巨大的碳排放量，這對(duì)于我國承諾的減排任務(wù)的完成是十分不利的。作為碳排放較多的地區(qū)，我國東北嚴(yán)寒地區(qū)的減排壓力較大。而嚴(yán)寒地區(qū)建筑的大量建造與使用，也伴隨著巨大能源消耗與碳排放量，因此對(duì)于建筑碳排放的研究和計(jì)算，對(duì)建筑節(jié)能有著重要影響。

嚴(yán)寒地區(qū)公共建筑的全年空調(diào)采暖能耗中，大約有50％由外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱所引起。根據(jù)有關(guān)技術(shù)統(tǒng)計(jì)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部位散熱熱損失比例為：墻體結(jié)構(gòu)傳熱損失約占60％～70％；門窗傳熱損失約占20％～30％；屋面?zhèn)鳠釗p失約占10％。因此外墻的節(jié)能設(shè)計(jì)，對(duì)于降低建筑能耗至關(guān)重要。

外墻結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方式?jīng)Q定了外墻的傳熱性能，是影響室內(nèi)熱環(huán)境的關(guān)鍵因素，并直接影響建筑采暖和空調(diào)能耗。因此，建筑外墻的保溫隔熱性能是建筑能耗控制的關(guān)鍵。墻體作為建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要部分，起著承重、保溫、防潮、隔熱等功效。外圍護(hù)墻體節(jié)能是建筑節(jié)能一個(gè)重要環(huán)節(jié)，開發(fā)和利用外墻節(jié)能技術(shù)、優(yōu)化墻體構(gòu)造是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的主要途徑。嚴(yán)寒地區(qū)充分考慮冬季保溫要求，部分地區(qū)兼顧夏季防熱，因此應(yīng)選擇傳熱系數(shù)較小的外墻結(jié)構(gòu)。

雖然外墻保溫技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到寒地建筑外墻，但現(xiàn)有技術(shù)無法針對(duì)外墻構(gòu)造類型的選取以及外墻構(gòu)造不同層級(jí)厚度的控制，進(jìn)行空間解集的全面搜索，達(dá)到節(jié)能的最優(yōu)化。結(jié)合多目標(biāo)進(jìn)化算法，能夠以建筑能耗和碳排放量為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)建筑外墻構(gòu)造不同層級(jí)厚度進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，并得到能耗和碳排放量最少的最優(yōu)解集。因此基于多目標(biāo)進(jìn)化算法的嚴(yán)寒地區(qū)建筑外墻構(gòu)造優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于我國嚴(yán)寒地區(qū)建筑節(jié)能效果有著重要影響。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種基于多目標(biāo)優(yōu)化算法的嚴(yán)寒地區(qū)建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)方法

一種基于多目標(biāo)優(yōu)化算法的嚴(yán)寒地區(qū)建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)方法，所述構(gòu)造設(shè)計(jì)方法的步驟為：

第一步：針對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)建筑外墻的構(gòu)造類型，建立與構(gòu)造類型相應(yīng)的構(gòu)造參數(shù)可控的外墻數(shù)學(xué)模型；

第二步：根據(jù)嚴(yán)寒地區(qū)建筑外墻的構(gòu)造類型建立建筑熱性能分析建筑模型，所述建筑熱性能分析建筑模型集成的項(xiàng)目信息包括建筑類型、項(xiàng)目位置、圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料熱屬性、建筑運(yùn)行時(shí)間表、暖通空調(diào)系統(tǒng)類型和通風(fēng)率；

第三步：結(jié)合氣候數(shù)據(jù)，以第二步所述建筑熱性能分析建筑模型的全年能耗和碳排放量為圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)，建立多目標(biāo)進(jìn)化算法模塊；

第四步：利用第三步所述多目標(biāo)進(jìn)化算法模塊對(duì)嚴(yán)寒地建筑外墻構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果構(gòu)建外墻構(gòu)造多目標(biāo)優(yōu)化模塊。

優(yōu)選地，第一步所述構(gòu)造類型包括外墻內(nèi)保溫、外墻夾芯保溫以及外墻外保溫三種類型。

進(jìn)一步地，對(duì)第一步所述構(gòu)造參數(shù)可控的外墻數(shù)學(xué)模型進(jìn)行決策參量與約束條件參數(shù)化建模，具體步驟為：

A1：確定第一步所述構(gòu)造參數(shù)可控的外墻數(shù)學(xué)模型的約束條件范圍；所述約束條件范圍為：保溫層中，EPS板厚度不小于90mm，XPS板厚度不小于40mm，聚氨酯泡沫塑料厚度不小于40mm。結(jié)構(gòu)層中，混凝土空心砌塊、陶粒混凝土砌塊、鋼筋混凝土剪力墻厚度均不小于200mm；將建筑外墻的構(gòu)造厚度作為決策參量；