用于评估多个不同建筑体量配置的能量使用的系统和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请为于2012年3月19日提交的美国专利申请序列号13/424, 233的 部分继续，其被给予于2011年3月17日提交的、名称为"Methodandsystemto plan,design,constructanddeploybuildings"的临时美国专利申请序列号 61/453, 867 的权益，通过引用方式将两个申请的全部内容并入本文中。
技术领域
[0003] 本发明通常涉及建筑，且更具体地涉及用于评估不同建筑体量选项的能量要求的 基于计算机的技术。
【背景技术】
[0004] 建筑为我们日常生活的组成部分。规划、设计和构造这些建筑的处理已经演进了 几千年。今天，尤其是现代化设施（其为从其递送复杂服务的地方）（像医疗设施），随后物 理实现这些建筑物的步骤非常复杂并且需要跨越几个不同学科的高级技术劳力。
[0005] 这种复杂性在为了建造能够用于以有效且有利方式递送预定服务的可行设施而 消耗的时间、金钱和其它资源方面造成巨大挑战。几个行业和服务业通过改变它们的工作 流程且使其适应于更好利用快速增长和廉价计算资源来满足类似的复杂性挑战。这已经导 致这些行业中的不断增加的生产力。
[0006] 然而，技术能力和计算能力的突现已经发现建筑设计和构造的很好建立处理中的 有效利用。因此，几乎不存在总生产力的增加，今天极度需要总生产力来满足增长的复杂性 需求。例如，已经发现了虽然所有其它非农行业从1964到2004已经加倍了它们的生产力， 但是建筑行业同胞实际上已经落后。
[0007] 虽然关于为什么构造生产力未跟上其它领域存在大量理由，但是它可能是在建筑 设计和构造行业中使用的传统方法未进行施加通用技术和尤其是计算技术。几乎所有其它 行业由于计算技术的智能适配而增加了生产力，但是因为未立即显现的原因，所以构造行 业未见到任何类似增加。
[0008] 建筑具有所有不同形状和尺寸，并且建筑的复杂性取决于它们的使用而变化。例 如，从许多不同角度，医疗建筑例如医院比空仓库建筑更复杂。当一个人尝试数学上描述， 建模，仿真，优化且验证建筑设计例如医院的设计时，建筑的复杂性变得明显。具体地，数学 上的描述、建模、仿真、优化和验证每一个为三维（3D)空间和时间操作的复杂组合。例如， 3D空间的特征包括：建筑的外壳和核心、房间的尺寸和布局和功能以及建筑基础设施的布 线的特性。例如，时间操作的特征包括：建筑内提供的服务、建筑上的负载（例如患者的数 量）以及动态环境条件（例如内部/外部温度、光线、能量成本等）。
【发明内容】
[0009] 根据本发明的一个实施例，公开用于表征多个不同建筑体量配置的能量使用的基 于计算机的方法和系统。基于计算机的方法涉及：指定用于建筑体量配置的参数集合；计 算满足指定的参数集合的多个不同建筑体量配置的标准化能量使用指数，其中，用于多个 不同建筑体量配置中的每一个的所述标准化能量使用指数相对于参考建筑的参考能量使 用指数来标准化；按相应标准化能量使用指数来对多个不同建筑体量配置进行排序；并且 根据所述排序来选择不同体量配置中的至少一个以用于在图形用户界面上显示。
[0010] 结合经由本发明的原理的示例示出的附图，本发明的实施例的其它方面和优势将 从下面的详细描述中变得显而易见。
【附图说明】
[0011] 图1示出整体建筑管理系统，该整体建筑管理系统利用高性能和高生产力计算资 源来实施建筑实现平台，该建筑实现平台进行从开始到建筑操作的建筑项目。
[0012] 图2描述了其中可以实施建筑实现平台的高生产力高性能计算机架构的实施例。
[0013] 图3示出了使用建筑实现平台来实施并行层次设计技术的实施例。
[0014] 图4描绘了建筑实现平台的用户界面的实施例，该建筑实现平台包括用于激活建 筑实现平台的实现引擎的可选择标签。
[0015] 图5描绘了来自建筑实现平台的商业模型域的用户界面的实施例。
[0016] 图6描绘了来自商业模型域的用户界面的另一个实施例。
[0017] 图7描绘了来自建筑实现平台的空间布置域中的形式和外壳标签的用户界面的 实施例。
[0018] 图8描绘了来自建筑实现平台的空间布置域的块和堆叠标签的用户界面的实施 例。
[0019] 图9和图10描绘了来自建筑实现平台的空间布置域的房间布局标签的用户界面。
[0020] 图11示出由建筑实现平台使用的统一数据模型的示例；
[0021] 图12是用于从客户需求集合来生成系统集成设计的基于计算机技术的处理流程 图。
[0022] 图13示出了系统元件以及用于使用建筑实现平台来从商业模型生成空间布置的 对应处理流程。
[0023] 图14示出建筑实现平台的实施例的架构的实施例。
[0024] 图15示出由实现引擎中的一个提供的服务的执行。
[0025] 图16是用于实现复杂建筑系统的方法的处理流程图。
[0026] 图17是用于实现在其内向患者提供医疗服务的建筑系统的方法的处理流程图。
[0027] 图18描绘了包括处理器、存储器以及通信接口的计算机。
[0028] 图19a至图19h描绘了九个不同预先限定的建筑占地形状。
[0029] 图20描绘了参考建筑的占地形状。
[0030] 图21描述用于计算参考建筑的能量使用指数EUI的处理的实施例。
[0031] 图22描述用于生成用于具有占地形状R的建筑物的标准化能量使用指数nEUI的 处理的实施例。
[0032] 图23示出用于生成用于具有占地形状L的建筑物的标准化能量使用指数的处理 的实施例。
[0033] 图24示出了标准化能量使用指数推导操作的实施例，其包括具体形状nEUI数据 库、标准化能量使用指数公式推导引擎以及具体形状nEUI公式数据库。
[0034] 图25描述用于在建筑设计处理中在早期使用具体形状的公式来表征多个不同建 筑体量配置的能量使用的处理的实施例。
[0035] 图26至图28描述与用于使用图25的体量配置评估器来表征多个不同建筑体量 配置的能量使用的技术有关的图形用户界面。
[0036] 图29描述用于根据形状语法从基本固定块和至少一个空白目标的应用来生成建 筑体量配置基元的处理。
[0037] 图30描绘了图形地显示矩形占地形状的建筑体量配置的图形用户界面。
[0038] 图31描绘了使用如参照图29描述的形状语法生成的建筑字母表数据库中的条目 的图形用户界面。
[0039] 图32描绘了允许指定搜索的某些参数的搜索窗口的图形用户界面。
[0040] 图33示出将形状语法应用于建筑字母表来形成更复杂建筑体量配置。
[0041] 图34描绘了图形用户界面，其图形地显示通过组合建筑字母表的不同基元形成 的的建筑字。
[0042] 图35描绘了通过建筑字母的组合形成的不同建筑体量配置的图形用户界面。
[0043] 图36示出将形状语法应用于建筑字集合来生成建筑句子。
[0044] 图37描绘了用于实现如上面所述的建筑体量配置生成和管理技术的系统的实施 例。
[0045] 在整个描述中，类似参考符号可以用于识别类似元素。此外，在一些情况下，在每 个附图中未重复参考符号以保持附图的清楚且避免附图的错乱。
【具体实施方式】
[0046] 容易理解的是，如本文中通常描述的且在附图中示出的实施例的组件可以被布置 且设计成多种不同配置。因此，如在附图中表示的各个实施例的下面更详细描述不旨在限 制本公开的范围而仅仅表示各个实施例。虽然在附图中呈现了实施例的各个方面，但是除 非特别指出，否则附图未必按比例绘制。
[0047] 所述实施例在各个方面仅被认为示例性的而非限制性的。因此，本发明的范围由 所附权利要求而不是由该详细描述指出。落入权利要求的等同含义和范围的所有变化均被 包含在它们的范围内。所述实施例在各个方面仅被认为示例性的而非限制性的。因此，本 发明的范围由所附权利要求而不是由该详细描述指出。落入权利要求的等同含义和范围的 所有变化均被包含在它们的范围
[0048] 在整个说明书对特征、有事或者类似语言的参考未暗示可以使用本发明实现的所 有特征和优势应当为任何单个实施例或者在任何单个实施例中。相反，参照特征和优势的 语言被理解为意味着结合实施例描述的具体特征、优势或者特征被包括在至少一个实施例 中。因此，在该说明书中的特征和优势和类似语言的讨论可以指的是相同实施例，但是未必 指的是相同实施例。
[0049] 而且，本发明的所述特点、优势和特征可以可以在一个或者多个实施例中以任何 适当方式组合。相关领域中的技术人员根据本文中的描述将识别本发明可以在没有特定实 施例的具体特征或者优势中的一个或者多个的情况下来实施本发明。在其它实例中，可以 在某些实施例中识别额外的特征和优势，其可以未呈现在本发明的所有实施例中。
[0050] 在整个说明书中对"一个实施例的"、"一实施例"或者类似语言的引用意味着结合 指出的实施例描述的特定特点、结构或者特征被包括在至少一个实施例中。因此，在整个说 明书中的短语"在一个实施例中"、"在一实施例中"及类似语言可以均指代相同实施例，但 是未必均指代相同实施例。
[0051] 计算机已经用于在数学上描述，建模，仿真且优化建筑物。然而，传统的基于计算 机的技术利用具有有限计算能力的基于PC的计算机平台来执行集中于单个问题的非常具 体操作，例如结构性能、温度建模或者工作流优化。由于基于PC的计算资源的固有限制，所 以促使传统的设计、建模、刺激和优化操作依赖能够在合理时间内仅评估几个设计标签的 相对粗糙的数学模型。增加复杂性到建筑系统的一些特征为：该系统组件未必具有数学上 类似的结构且可以涉及时间或者空间上的不同尺度；组件的数量可以较大有时巨大；组件 可以各种不同方式最通常非线性和/或经由网络来连接；局部现象和系统范围现象可以复 杂方式彼此依赖；整个系统的行为可难以根据个别组件的行为来预测；并且整个系统行为 可以沿着定性不同路径演进，该不同路径可以显示在任何阶段对较小扰动的高灵敏度。由 于这些建筑系统的复杂性，所以如果有可能的话难以以将提供超过传统技术的显著进展的 方式在基于PC的计算机平台上综合设计，建模，仿真或者优化这些建筑系统。
[0052] 根据本发明的一个实施例，对复杂建筑系统的整体研究涉及使用高生产力高性能 (HP2)计算资源来管理从建筑开始直到建筑操作的复杂建筑系统。例如，HP2计算资源用于 把客户需求集合转变成能够用于构造建筑的完整虚拟建筑设计。进一步地，在虚拟建筑的 设计期间生成的信息可以用作稍后用于制造，调试且操作虚拟建筑的建筑版本的信息的基 础。因为使用HP2计算资源，所以可以在迄今为止未应用于复杂建筑系统的规模上从单个 平台执行建模、优化、仿真和验证。此外，对复杂建筑系统的整体研究涉及使用集中式数据 库来管理与建筑系统有关的所有信息。集中式数据库与其中每个不同学科（例如建筑师、 结构工程师、电气工程师等）维持其自己的特定学科信息的私有数据库的传统研究形成对 照。
[0053] 图1示出整体建筑管理系统100,该系统100利用HP2计算资源来实施建筑实现 平台（BRP) 102,该建筑实现平台（BRP)进行从开始（例如客户需求）到建筑操作的建筑项 目。BRP为可以维持从客户需求的最初规范到建筑操作的建筑信息的中央枢纽。在一个实 施例中，BRP包括实现引擎104和建筑数据库106。在一个实施例中，实现引擎包括驱动与 建筑系统有关的设计、建模、仿真、优化和验证操作的逻辑，并且建筑数据库包括存储的、与 (虚拟的和/或真实的）建筑系统有关的数据，该建筑系统由实现引擎设计，建模，仿真，优 化且验证。
[0054] 从高级角度来看，BRP102支持一系列层次域，其运行在从更多抽象到更少抽象的 处理流中。图1中示出的层次域从更多抽象到更少抽象为客户需求110、商业模型112、空 间布置114、系统集成116、制造118、装配120、调试122和操作124。在复杂建筑系统的生 命循环中，每个域依赖于与之前域相关联的数据。像这样，图1也示出了不同域之间的时间 关系，因为在该处理可以移动到下一个域之前必须指定前域的某些细节。此外，追踪域之间 的相关性以与之前域的要求对应。
[0055] 在一个实施例中，客户需求110域涉及来自所有者角度的期望建筑系统，即建筑 系统的用途是什么（例如医疗、酒店等），建筑系统将位于哪里，并且评估设计质量的度量 和它们重要性是什么。商业模型域112涉及将被提供以满足客户需求的服务的类型和体 积。该商业模型也可以支持建筑系统的行为建模和建筑系统的功能程序和空间程序。空间 布置域114涉及作为建筑结构集合的建筑系统，该建筑结构集合使用相对放置的房间来实 施期望建筑配对（parti)。系统集成域116涉及完全详细的设施，该设施包括限定的3D空 间以及可以从其获得详细构造文档的建筑基础设施。制造域118涉及需要如何制造基本元 件（例如建筑块）且需要制造多少基本元件来构造建筑系统（例如建筑组件的列表）。装 配域120涉及需要如何装配基本元件且需要以什么顺序装配基本元件来构造建筑系统。调 试域122涉及物理建筑系统及其行为。调试域可以包含信息，该信息与系统集成域中拥有 的信息类似而且说明可以在建筑系统的制造和装配期间出现的偏差。操作域124涉及操作 时的建筑系统。在操作域中，建筑系统的虚拟模型可以实时用于优化处理例如房间、员工和 患者安排并且评估和适应于未安排的事件。
[0056] 在一个实施例中，使用预先限定的物理建筑组件集合来从建筑开始设计，建模，仿 真，优化且验证每个复杂建筑系统。例如，预先限定的物理建筑组件集合可以包括结构组 件、面板（deck)组件以及墙组件。预先限定的物理建筑组件中的每一个具有已知特征的集 合（例如，尺寸、构造材料、结构性能、热性能），其可以在BRP的各个域中使用以产生更迅速 且准确的结果。具体地，预先限定的物理建筑组件的使用允许数学模型的发展和再用，该数 学模型能够设计，建模，仿真，优化且验证复杂建筑系统。可以在建筑设计处理中例如在商 业模型域内、空间布置域以及系统集成域内在早期考虑预先限定的物理建筑组件集合。
[0057] 执行参照BRP102描述的处理需要很好超过由典型的基于PC的计算机系统能够 提供的计算资源。在一个实施例中，BRP在复杂建筑系统的整个生命循环内利用HP2计算 资源。图2描述了其中可以实现BRP的HP2计算机架构140的实施例。具体地，HP2计算 机架构包括大容量网络化存储系统142、大型处理系统144以及用户接口装置146例如客户 机。此外，可以从大型处理系统供给负载均衡器148和流服务器150。
[0058] 用户接口装置146可以为客户机，典型地台式计算机、膝上型计算机或者平板计 算机，可以在其上打开会话以控制设计流且观察特定建筑系统设计的执行结果。用户接口 装置允许用户提供设计意图且调用设计和分析步骤。当结果可用时它们进入用户接口装 置。在一个实施例中，用户接口装置用于经由接入网络152接入BRP102的基于浏览器的 用户接口。
[0059] 大容量网络化存储系统142包括存储器，其用于存储用于实施实现引擎的软件代 码且用于存储与使用BRP管理的多个不同复杂建筑系统有关的数据。在图2的实施例中， 大容量网络存储系统包括存储服务器154的网络化组合，其提供大约兆兆位数据的存储容 量。
[0060] 与其中每个不同学科（例如建筑师、结构工程师、电气工程师、HVAC工程师等）具 有其自己的内部私有计算机网络和建筑信息的数据库的传统技术相比，图2中描绘的计算 机架构包括用于跨越与复杂建筑系统有关的多个不同学科的数据的中央储存器。例如，用 于具体建筑的数据可以包括与客户需求、商业模型、空间布置、系统集成、制造、装配、调试 和操作有关的数据。这可以包括交叉在建筑的生命循环中通常涉及的多个学科的信息。在 图2的实施例中，大容量存储系统142包括：存储建筑数据库106信息的一个或者多个存储 服务器或者存储实施实现引擎104的计算机指令的一个或者多个服务器。
[0061] 在一个实施例中，数据库服务器154存储按如下方式组织的设计信息：构造数据 库、分析数据库、处理知识库以及设计规则库。构造数据库可以包含与如何构造该系统无关 的各种系统描述。分析数据库可以包含通过构造数据库中包含的系统的各种分析和仿真获 得的性能和质量结果。处理知识库可以包含与处理、人物图案、部门图案、建筑图案和机械、 电气和管道（MEP)布