[發明專利]一種基于生命周期碳中和的建筑多目標優化設計方法

有效

• 申請號: 202110436592.1
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113094798B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 楊倩苗;張磊;尹紅梅;王崇杰
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/27;G06F111/04;G06F111/06
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

本發明提供了一種基于生命周期碳中和的建筑多目標優化設計方法，包括碳部品參數化、模塊化建構，構建幾何、材料、熱工、碳排四維信息集成的碳部品庫；基于確定的建筑設計參量及數值約束條件、綠色性能多優化目標，探索建筑部品與建筑設計參量、碳中和目標的的信息關聯；構建基于碳中和的綠色性能優化設計方法，包括設計初始方案生成模塊、設計神經網絡預測模型建構模塊、設計多目標優化搜索模塊、設計優化設計決策模塊。本發明結合建筑設計參量智能優化的要求，通過參數化的、全生命周期的、集成碳信息的建筑部品，將碳中和目標集成到常規綠色性能中，共同驅動建筑優化設計，革新設計流程和框架。

技術領域

本發明涉及一種基于生命周期碳中和的建筑多目標優化設計方法，屬于建筑碳排放技術領域。

背景技術

建筑部品是具有相對獨立功能的建筑構件，表皮部品一般包括不透明墻體、門窗、屋頂、地面，良好的設計能有效較少建筑運行過程中二氧化碳的排放，稱之為減排部品。從碳中和的角度，表皮部品還包括固碳部品和消碳部品，固碳部品是指垂直綠化和屋頂綠化，能夠吸收、固定建筑全壽命期排放的二氧化碳，消碳部品是指BIPV、集熱蓄熱墻等與表皮集成的產能部品，獲得的可再生能源能夠抵消建筑排放的二氧化碳。減排部品、固碳部品和消碳部品統稱建筑碳部品，其排放、固化、抵消二氧化碳的能力統稱為碳性能。

碳部品以幾何尺寸為變量參數化建模，模型需要表征部品模塊化特征，并滿足性能驅動設計過程對于設計參量自適應協同調整的需求，因此碳部品模型的模塊化、參數化建構是擬解決的關鍵科學問題之一。散點圖、平行坐標圖不能進行非支配解數據特征的挖掘，無法為建筑師指明進一步深化設計的方向，因此基于建筑設計參量、建筑優化目標兩個維度，聚類、解讀非支配解集的特征是擬解決的另一個關鍵科學問題。

發明內容

本發明目的是提供了一種基于生命周期碳中和的建筑多目標優化設計方法，通過參數化的、全生命周期的、集成碳信息的建筑部品，將碳中和目標集成到常規綠色性能中，共同驅動建筑優化設計，革新設計流程和框架。

本發明為實現上述目的，通過以下技術方案實現：

步驟1：碳部品參數化、模塊化建構

1-1：以幾何尺寸為變量，材料、性能為定值，使用的Grasshopper+Rhino參數化平臺，通過尺寸模數增值、基本模塊重復累加，探索參數化、模塊化的碳部品建模，構建幾何、材料、熱工、碳排四維信息集成的碳部品庫；部品依據其材料、性能進行編碼，幾何信息函數、碳信息函數計算部品的特征碳排量Ct，并分別反映部品的模數化和參數化特征；

1-2：基于確定的建筑設計參量及數值約束條件、綠色性能多優化目標，探索建筑部品與建筑設計參量、碳中和目標的的信息關聯；

步驟2：構建基于碳中和的綠色性能優化設計方法

2-1：設計初始方案生成模塊：分析碳部品構成立面的特征，歸納立面組合的美學、功能、性能規則，作為初始建筑形態生成的依據；根據建筑部品與建筑立面的邏輯關系，使建筑擁有高效碳性能的形態基因；

2-2：設計神經網絡預測模型建構模塊：基于設計目標、設計參量及約束條件，研究高效的建筑形態與性能的映射關系，構建基于碳中和目標的建筑性能優化設計預測模型；

2-3：設計多目標優化搜索模塊：基于遺傳優化搜索模型與神經網絡預測模型，對初始建筑形態設計參量進行選擇、交叉和重構，評價、重構后新建筑形態的建筑性能，展開迭代計算，求解多性能目標具有非劣性的非支配解；

2-4：設計優化設計決策模塊：針對非支配解篩選、解讀，基于SOM自組織映射神經網絡，結合建筑設計參量導向和優化目標導向，運用神經元聚類及篩選、神經元層次聚類及篩選，研究兼顧建筑優化目標與建筑設計參量的決策流程，提出進一步深化的設計方案和深化設計的方向。

優選的，所述步驟1中部品的特征碳排量方法如下：