建筑表皮优化方法、装置、终端和计算机可读存储介质与流程

本发明涉及建筑工程行业领域，尤其涉及一种建筑表皮优化方法、装置、终端和计算机可读存储介质。

背景技术：

近年来，现代建筑设计越来越关注建筑表皮设计的构建和创新，建筑表皮对营造良好的室内环境起着决定性作用。随着技术的发展与人们对于室内环境的关注，使用模拟工具依据室内环境性能表现来评价建筑设计的方法得到广泛应用。传统“设计——模拟——修改”的过程往往需要多次重复才能得到理想的建筑设计方案，这种工作流程由于修改缺乏方向性因而造成极大的人力、物力以及时间成本的浪费。现有的建筑表皮设计方法往往以视觉效果作为主要设计依据，寻求符合人们的美学要求的表皮设计方案，缺乏对室内外环境的关注。

技术实现要素：

本发明实施例的主要目的在于提供一种建筑表皮优化方法、装置、终端和计算机可读存储介质，有利于得到更适合建筑的物理环境的表皮设计方案。

为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供一种建筑表皮优化方法，该建筑表皮优化方法包括：

获取目标建筑的建筑表皮的表皮形式和尺寸；

获取建筑构件的属性，其中，所述建筑构件为所述建筑表皮将使用的建筑构件，所述建筑构件的类型为至少一种；

根据所述建筑表皮的表皮形式和尺寸对所述建筑表皮进行细分处理，其中，所述建筑表皮细分后的各小部分建筑表皮的尺寸与所述建筑构件的尺寸相同；

在所述建筑构件的数量之和与所述各小部分建筑表皮的数量之和等同的条件下，根据预设的优化算法调整所述建筑构件中各种建筑构件所占的比例以及各建筑构件在所述建筑表皮的位置得到至少两种表皮设计方案；

获取所述目标建筑的物理环境条件；

根据各表皮设计方案中所述各种建筑构件的比例、属性和各个建筑构件在所述建筑表皮的位置，以及所述物理环境条件，对所述各表皮设计方案分别进行模拟计算得到各表皮设计方案的性能评价指标，其中，所述性能评价指标用于表征所述表皮设计方案的优劣性；

按照预设的筛选规则根据各个表皮设计方案的性能评价指标筛选目标表皮设计方案，生成表皮设计方案集合。

为实现上述目的，本发明实施例第二方面提供一种建筑表皮优化装置，该建筑表皮优化装置包括：

第一获取模块，用于获取目标建筑的建筑表皮的表皮形式和尺寸；

第二获取模块，用于获取建筑构件的属性，其中，所述建筑构件为所述建筑表皮将使用的建筑构件，所述建筑构件的类型为至少一种；

细分模块，用于根据所述建筑表皮的表皮形式和尺寸对所述建筑表皮进行细分处理，其中，所述建筑表皮细分后的各小部分建筑表皮的尺寸与所述建筑构件的尺寸相同；

方案设置模块，用于在所述建筑构件的数量之和与所述各小部分建筑表皮的数量之和等同的条件下，根据预设的优化算法调整所述建筑构件中各种建筑构件所占的比例以及各建筑构件在所述建筑表皮的位置得到至少两种表皮设计方案；

第三获取模块，用于获取所述目标建筑的物理环境条件；

模拟计算模块，用于根据各表皮设计方案中所述各种建筑构件的比例、属性和各个建筑构件在所述建筑表皮的位置，以及所述物理环境条件，对所述各表皮设计方案分别进行模拟计算得到各表皮设计方案的性能评价指标，其中，所述性能评价指标用于表征所述表皮设计方案的优劣性；

筛选模块，用于按照预设的筛选规则根据各个表皮设计方案的性能评价指标筛选目标表皮设计方案，生成表皮设计方案集合。

为实现上述目的，本发明实施例第三方面提供一种终端，该终端包括：处理器、存储器及通信总线；

所述通信总线用于实现所述处理器和所述存储器之间的连接通信；

所述存储器用于存储一个或多个程序，所述处理器用于执行所述存储器中存储的一个或者多个程序，以实现如上所述的建筑表皮优化方法。

为实现上述目的，本发明实施例第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上所述的建筑表皮优化方法的步骤。

本发明实施例提供了一种建筑表皮优化方法、装置、终端和计算机可读存储介质，在获取目标建筑的建筑表皮的表皮形式和尺寸，及建筑表皮将使用的建筑构件的属性后，可根据表皮形式和尺寸对建筑表皮进行细分处理；然后在建筑构件的数量之和与各小部分建筑表皮的数量之和等同的条件下，根据预设的优化算法调整建筑构件中各种建筑构件所占的比例以及各建筑构件在建筑表皮的位置得到至少两种表皮设计方案；之后根据各表皮设计方案中各种建筑构件的比例、属性和各个建筑构件在建筑表皮的位置，以及获取的目标建筑的物理环境条件，对各表皮设计方案分别进行模拟计算得到各表皮设计方案的性能评价指标；按照预设的筛选规则根据各个表皮设计方案的性能评价指标筛选目标表皮设计方案，生成表皮设计方案集合；本实施例通过调整建筑构件的比例和位置生成多个表皮设计方案，提供了多个可供筛选的表皮设计方案，有效提高了筛选的效率，并且将物理环境条件作为得到目标建筑的性能评价指标的依据可以避免表皮设计方案与物理环境脱节而造成反复调整表皮设计方案的情况出现，使得表皮设计方案集合中的方案更加适合目标建筑的物理环境，提升了建筑表皮的表皮设计方案的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中建筑表皮优化方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中建筑表皮优化装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中终端的结构示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中对于建筑表皮设计的关注重点往往在于建筑表皮的外观，而忽视了建筑本身的物理环境，导致设计出的建筑表皮不能很好地适应建筑的物理环境，给用户带来良好的体验，为了解决该问题，本实施例提出一种建筑表皮优化方法，参见图1，该建筑表皮优化方法包括：

步骤101、获取目标建筑的建筑表皮的表皮形式和尺寸；

实际中，建筑表皮是建筑和建筑的外部空间直接接触的界面，以及其展现出来的形象和构成的方式，或称建筑内外空间界面处的构件及其组合方式的统称。本实施例的建筑表皮的表皮形式理解为目标建筑的表皮的组织(或构成)规律，例如建筑表皮由块状结构或条状结构组成。在一个示例中，建筑表皮的表皮形式可以是在进行步骤101之前就已经设计好的，可选的，获取目标建筑的建筑表皮的表皮形式和尺寸包括：获取目标建筑的建筑模型，从建筑模型中提取目标建筑的建筑表皮的表皮形式和尺寸。

在另一个示例中，建筑表皮的表皮形式可以是根据用户的自定义实时设计的。可选的，获取目标建筑的建筑表皮的表皮形式和尺寸包括：通过对目标建筑自定义其表皮形式和尺寸的方式获取目标建筑的建筑表皮的表皮形式和尺寸。

建筑表皮由块状结构或条状结构组成，每个块状结构或条状结构都可以看作是一小部分建筑表皮，建筑表皮的尺寸包括整个建筑表皮的尺寸，例如建筑表皮具有的至少一个立面中各个立面的尺寸，建筑表皮的尺寸还可以包括：每个小部分建筑表皮的尺寸，比如，建筑表皮由长条形结构的小部分建筑表皮组成，则上述的尺寸包括长条形结构的小部分建筑表皮的尺寸。

步骤102、获取建筑构件的属性，其中，建筑构件为建筑表皮将使用的建筑构件，建筑构件的类型为至少一种；

上述建筑构件的属性包括物理属性，建筑构件的物理属性的理解包括建筑构件对室内或周边环境造成的影响性能，例如建筑构件的孔隙率、透光率、反射率、传热系数、隔声量、吸声量，当建筑构件包含绿化种植构件时，建筑构件的物理属性还包括叶面积指数、单位面积滞尘量、蒸腾量以及绿量等等；建筑构件的物理属性的理解还包括与抗压强度、抗拉强度、硬度、强度、导热性能、导电性能和光学性能等。上述建筑构件的属性还包括化学属性如耐酸性、耐碱性和耐腐蚀性等，以及其它的如材料的类型，材料的平整度、材料间的色差和尺寸规格上的允许误差等等。

本实施例中，建筑构件的类型不同，则在物理属性，或化学属性，或材料类型等方面存在不同点。

步骤103、根据建筑表皮的表皮形式和尺寸对建筑表皮进行细分处理，其中，建筑表皮细分后的各小部分建筑表皮的尺寸与建筑构件的尺寸相同；

据建筑表皮的表皮形式和尺寸对建筑表皮进行细分处理后，细分后的每个小部分建筑表皮所在的位置均是一个建筑构件的设置位置，所以每个小部分建筑表皮的尺寸和建筑构件的尺寸相同。

步骤104、在建筑构件的数量之和与各小部分建筑表皮的数量之和等同的条件下，根据预设的优化算法调整建筑构件中各种建筑构件所占的比例以及各建筑构件在建筑表皮的位置得到至少两种表皮设计方案；

本实施例中表皮设计方案体现了各种建筑构件在建筑表皮上的分布和设置，对于不同类型的建筑构件来说，其具有的优点可能不同，例如某些建筑构件的隔声量高，可以满足用户不受隔壁噪声干扰和户内交谈私密性的要求；某些建筑构件的隔热性好，可以避免室外温度的提升对目标建筑的室内温度造成大的影响；某些建筑构件的反射率控制得当，则该建筑构件的光污染低。调整这些建筑构件的比例以及这些建筑构件在建筑表皮上的位置可以改变建筑表皮的某些性能如隔声量、隔热性、反射率等等。其中，预设的优化算法包括但不仅限于遗传算法、神经网络算法、粒子群算法以及退火算法。

为了使得本实施例最终得到的建筑表皮的表皮设计方案更加贴合目标建筑的物理环境，本实施例通过调整建筑构件中各类型的建筑构件的比例以及各个建筑构件在建筑表皮的位置，来增加可供筛选的表皮设计方案的数量。在步骤104的调整过程中，遵循建筑构件的数量之和等同于所有小部分建筑表皮的数量之和的条件。

步骤105、获取目标建筑的物理环境条件；

本实施例中目标建筑的物理环境条件与目标建筑所处的位置有关，在内部模拟工具获取目标建筑的物理环境条件时，可以将目标环境的位置作为一个输入条件进行模拟。

本实施例中目标建筑的物理环境条件应当理解为目标建筑所处的物理环境条件，例如目标建筑场地的采光条件、日照条件、辐射分布和建筑表面风压等等。可选的，上述获取目标建筑的物理环境条件包括：获取目标建筑的周边环境参数，根据周边环境参数模拟计算目标建筑的物理环境条件，其中，物理环境条件包括：日照、采光、辐射、噪声级和表面风压中的至少一种。目标建筑的周边环境参数的一部分可以基于目标建筑的周边建筑布局情况得到。

步骤106、根据各表皮设计方案中各种建筑构件的比例、属性和各个建筑构件在建筑表皮的位置，以及物理环境条件，对各表皮设计方案分别进行模拟计算得到各表皮设计方案的性能评价指标，其中，性能评价指标用于表征表皮设计方案的优劣性；该优劣性表现在表皮设计方案应用在目标建筑上后，目标建筑的表皮在目标建筑的物理环境中具有的优点和缺点。

在步骤106中，性能评价指标可以有很多种，包括但不限于：物理性能评价指标如日照时数、照度、采光均匀度、室内风速、室内温度、相对湿度、建筑能耗和建筑生命周期等以及其它的性能评价指标如用户的舒适度、满意度、视线范围、窗墙比例和建筑成本等等。在步骤106中，可以根据默认设置的性能评价指标的种类采用相应的计算公式或规则，根据各种建筑构件的比例、属性和各个建筑构件在建筑表皮的位置，以及物理环境条件进行建筑表皮设计方案的性能评价指标的计算，得到需要的性能评价指标；还可以根据使用者自身的需要或理解由使用者自主设置计算公式或规则，来根据各种建筑构件的比例、属性和各个建筑构件在建筑表皮的位置，以及物理环境条件进行建筑表皮设计方案的性能评价指标的计算，得到性能评价指标。

本实施例的性能评价指标基于目标建筑的物理环境条件得到，保证了目标建筑的表皮设计方案与目标建筑的物理环境的联系，避免了用户最终使用的表皮设计方案与目标建筑的物理环境脱节。

步骤107、按照预设的筛选规则根据各个表皮设计方案的性能评价指标筛选目标表皮设计方案，生成表皮设计方案集合。

可选的，本实施例中可以对各个目标表皮设计方案进行可视化，使使用者更直观地感受各表皮设计方案。例如，在生成表皮设计方案集合后，可以将该集合中的目标表皮设计方案以及该目标表皮设计方案的各个性能评价指标反映到抽象的三维空间中，使使用者通过抽象的目标建筑以及目标建筑的性能评价指标直观地看到不同方案的侧重点，

在步骤107中，筛选目标表皮设计方案可以采用现有的寻优算法实现，寻优算法使用的计算内核包括但不限于遗传算法、退火算法、粒子群算法、神经网络算法等等。在筛选表皮设计方案的时候，在一个示例中，可以根据需求选择某一个类型的性能评价指标作为筛选的指标，预设的筛选规则为目标表皮设计方案的该类性能评价指标满足预设要求，例如选择的性能评价指标为日照时数，预设的筛选规则为目标表皮设计方案的日照时数不低于9小时；由此筛选出来的目标表皮设计方案在某个性能方面具有突出的优越性，此种筛选为单目标寻优；在另一个示例中，可以根据需求选择至少两个类型的性能评价指标作为筛选使用的指标，预设的筛选规则为目标表皮设计方案的多种类型的性能评价指标上均满足预设要求，例如选择的性能评价指标为日照时数和相对湿度，预设的筛选规则为目标表皮设计方案的日照时数不低于9小时且相对湿度为49％～5l％，由此可以得到多个目标共同作用下的最优解集合(pareto最优解集)，此种筛选为多目标寻优。

所以，目标表皮设计方案可以是以单项性能指标作为评估基础得到的表皮设计方案，如采光均匀度最好的表皮设计方案。可选的，按照预设的筛选规则根据各个表皮设计方案的性能评价指标筛选目标表皮设计方案，生成表皮设计方案集合包括：筛选出在每一类性能评价指标上表现最优的表皮设计方案作为目标表皮设计方案，生成表皮设计方案集合。

目标表皮设计方案还可以是以某几项性能评价指标作为评估基础得到的表皮设计方案，例如日照时数不低于第一预设阈值，室内风速的最大值不超过第二阈值，相对湿度的最小值不低于49％且最大值不高于5l％，建筑生命周期不低于第三预设阈值的表皮设计方案等等。预设的筛选规则可以随实际情况或用户的需要设置。可选的，按照预设的筛选规则根据各个表皮设计方案的性能评价指标筛选目标表皮设计方案，生成表皮设计方案集合包括：从表皮设计方案中筛选出目标表皮设计方案，生成表皮设计方案集合，其中，目标表皮设计方案的性能评价指标中的待评估性能评价指标满足目标条件，待评估性能指标的数量为至少两种，该待评估性能指标和目标条件可以由系统默认或者由用户设置。

在得到表皮设计方案集合后，系统可以根据表皮设计方案集合中的目标表皮设计方案的优点向用户推荐在兼顾其他性能评价指标的同时在某一性能评价指标上表现优秀的表皮设计方案(即上述单目标寻优的结果)，和/或在多项性能评价指标上表现优秀的综合性能更强的表皮设计方案(即上述多目标寻优的结果)，使用者可以根据自身的需要进行选择，或者按照系统的建议选择兼顾其他性能评价指标的同时在某一性能评价指标上表现最优或综合性能更优的表皮设计方案。

可选的，按照预设的筛选规则根据各个表皮设计方案的性能评价指标筛选目标表皮设计方案，生成表皮设计方案集合后还包括：根据用户在表皮设计方案集合中的选择确定待使用的表皮设计方案。

在用户选择待使用的表皮设计方案后，为了让用户对自己选择的表皮设计方案更加了解，本实施例的在根据用户在表皮设计方案集合中的选择确定待使用的表皮设计方案后，还根据待使用的表皮设计方案对建筑表皮进行可视化操作，使得用户可通过视觉直观地了解自己选择的表皮设计方案。

本实施例的上述建筑表皮优化方法适用于各种类型的建筑表皮。

参见图2，本实施例还提供一种建筑表皮优化装置，该建筑表皮优化装置包括：

第一获取模块21，用于获取目标建筑的建筑表皮的表皮形式和尺寸；

第二获取模块22，用于获取建筑构件的属性，其中，建筑构件为建筑表皮将使用的建筑构件，建筑构件的类型为至少一种；

细分模块23，用于根据建筑表皮的表皮形式和尺寸对建筑表皮进行细分处理，其中，建筑表皮细分后的各小部分建筑表皮的尺寸与建筑构件的尺寸相同；

方案设置模块24，用于在建筑构件的数量之和与各小部分建筑表皮的数量之和等同的条件下，根据预设的优化算法调整建筑构件中各种建筑构件所占的比例以及各建筑构件在建筑表皮的位置得到至少两种表皮设计方案；

第三获取模块25，用于获取目标建筑的物理环境条件；

模拟计算模块26，用于根据各表皮设计方案中各种建筑构件的比例、属性和各个建筑构件在建筑表皮的位置，以及物理环境条件，对各表皮设计方案分别进行模拟计算得到各表皮设计方案的性能评价指标，其中，性能评价指标用于表征表皮设计方案的优劣性；

筛选模块27，用于按照预设的筛选规则根据各个表皮设计方案的性能评价指标筛选目标表皮设计方案，生成表皮设计方案集合。

进一步的，第一获取装置21，用于获取目标建筑的建筑模型，从建筑模型中提取目标建筑的建筑表皮的表皮形式和尺寸；或者，用于通过对目标建筑自定义其表皮形式和尺寸的方式获取目标建筑的建筑表皮的表皮形式和尺寸。

进一步的，本实施例的建筑表皮优化装置还包括：选择模块28以及可视化模块29。选择模块28，用于在按照预设的筛选规则根据各个表皮设计方案的性能评价指标筛选目标表皮设计方案，生成表皮设计方案集合后，根据用户在表皮设计方案集合中的选择确定待使用的表皮设计方案。可视化模块29，用于在根据用户在表皮设计方案集合中的选择确定待使用的表皮设计方案后，根据待使用的表皮设计方案对建筑表皮进行可视化操作。

进一步的，第三获取模块25，用于获取目标建筑的周边环境参数，根据周边环境参数模拟计算目标建筑的物理环境条件，其中，物理环境条件包括：日照、采光、辐射和表面风压中的至少一种。

参见图3，本实施例还提供一种终端，该终端包括：处理器31、存储器32及通信总线33；

通信总线33用于实现处理器31和存储器32之间的连接通信；

存储器32用于存储一个或多个程序，处理器31用于执行存储器32中存储的一个或者多个程序，以实现如本实施例的建筑表皮优化方法。

本实施例的终端可以是固定终端如台式电脑，或移动终端如手机、平板电脑等等，本实施例对此没有限制。

本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如本实施例的建筑表皮优化方法的步骤。

本实施例提供了一种建筑表皮优化方法，可以基于目标建筑的物理环境的选择出在一项或多项性能评价指标上表现优秀的表皮设计方案，不仅可以避免的方表皮设计方案与物理环境脱节而造成的反复调整表皮设计方案的情况出现，使得筛选出的表皮设计方案更贴合目标建筑的物理环境需求，还注重不同性能评价指标之间的相互制约关系，避免了基于单一性能评价指标寻优所带来的缺陷。

进一步的，本实施例使用了参数化的方法生成表皮设计方案，在用户选择待使用的表皮设计方案后，可以将表皮设计方案和对应的性能评价指标直接反映到三维空间中，给使用者提供可视化的表皮设计方案，便于用户的选择。

进一步的，本实施例提出由使用者挑选待使用的表皮设计方案的方法，在注重表皮设计方案与物理环境的关系的同时兼顾使用者的主观感受，有利于提升用户体验。

本实施例的计算机可读存储介质包括但不限于：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，对于前述的方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。

以上为对本发明所提供的一种建筑表皮优化方法、装置、终端和计算机可读存储介质的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。