一种针对建筑生命周期环境影响和成本优化的方法

：本发明涉及建筑参数化设计与自动优化领域，具体涉及一种针对建筑生命周期环境影响和成本优化的方法。

背景技术

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背景技术：

1、生命周期评价(life cycle assessment，简称lca)和生命周期成本(life cyclecost，简称lcc)的方法被越来越广泛的应用于考察建筑全生命周期内对环境的影响，以生命周期环境影响和成本的耦合优化为目标，以使用能耗基准值和初建成本为约束条件，对设计方案进行生命周期评价和筛选，对绿色建筑的低碳化设计具有重要意义。

2、建筑设计问题存在大量的设计参数，在设计概念与初步阶段所有可能的组合都对应着成千上万种不同的设计方案，在巨大的搜索空间内选择理想的设计十分困难。早期决策会影响到建筑的整体性能和外观，计算优化技术成为建筑设计中的一个必要方法。现有的参数化性能优化设计研究很少综合的考虑生命周期范畴的环境影响和成本优化，且无法实现对设计方案中大量工程信息与材料生命周期环境影响值信息等数据的对接管理，需借助建筑信息模型(building information modeling，简称bim)方式整合信息输入以确保最终计算的准确性。建筑师在指导和进行性能驱动的设计中，难以使用合适的优化工具进行设计工作，伴随设计流程的寻优工具与方法有待被开发完善。

3、grasshopper(简称gh)是一款在rhinoceros软件环境下运行的可视化编程软件，可通过组合不同的组件来创建程序，创建几何形状、交互式绘图、图形化数据分析和算法优化等。revit是以bim为核心的适用于建筑业的建模软件，提供了一个基于对象型的建模环境，使得模型能够被按照不同的参考系进行查看、操作和管理，还提供了api接口，使用户能够添加自定义功能和处理程序。将二者通过rhinoinside.revit插件联动，可实现建筑方案设计参数的设定与多目标优化，建材施工等的生命周期环境影响与成本信息管理来辅助以生命周期环境影响和成本为目标的设计，目前现有技术中尚没有这种技术方案。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、针对现有技术存在的技术问题，本发明的目的在于：建立了有效的方法和工具，在参数化建模与建筑信息模型平台上，实现建筑生命周期评价(lca)和生命周期成本(lcc)的自动计算、反馈和优化，实时辅助建筑师获得兼具美学多样性、最优生命周期环境和经济性能的建筑设计方案。

2、该发明核心内容可归结如下：

3、在概念设计阶段，通过参数化建模gh系统将建筑体量几何参数和建筑围护结构类型作为变量建立建筑参数化模型；

4、以生命周期环境和成本为优化目标建立第一建筑多目标优化模型；

5、根据第一建筑多目标优化模型生成建筑基本形体及构造设计参数最优解集，若建筑参数化模型满足建筑基本形体及构造设计参数最优解集则进入下一步骤，否则返回步骤1修改建筑参数化模型变量；

6、在初步设计阶段，在revit系统内根据建筑参数化模型内几何体的实际工程属性赋值生成第一建筑信息化模型；

7、通过rh inoins ide.revit插件读取建筑信息化模型的信息至gh参数化系统中，进行形体变量微调、并将表皮设计及围护结构构造和材料的参数作为变量建立第二建筑信息化模型；

8、根据以生命周期环境影响和成本为优化目标方法对第二建筑信息化模型进行建立第二建筑多目标优化模型

9、根据第二建筑多目标优化模型生成建筑设计参数最优解集，若第二建筑信息化模型满足建筑设计参数最优解集则结束，否则返回步骤4修改第一建筑信息化模型变量。

10、进一步，所述建筑参数化模型中变量为数字型变量，以实数滑块控制连续型变量，以自然数滑块结合代数运算控制离散型变量；变量可变区间人为依据原始方案预设值设定，后根据优化结果调整。

11、进一步，所述建筑参数化模型、第一建筑信息化模型和第二建筑信息化模型建模过程中，包含有在参数化建模gh系统内建立的外部数据输入功能，对接不同数据来源，将建立能耗分析模型所需的材料热工属性、lca/lcc计算所需的生命周期清单及工程造价信息带入参数化建模环境及建筑信息化建模环境中。

12、进一步，所述第一建筑多目标优化模型和第二建筑多目标优化模型计算过程中，包含有建筑运行能耗模拟单元，该单元是参数化建模gh系统内用于建筑设计中环境模拟和分析的开源插件包ladybug和honeybee。

13、有益效果

14、1、本发明以降低建筑的运行能耗、生命周期一次能耗、生命周期碳排放及生命周期成本为目标，以建筑方案设计的美学价值和多样性为基础，建立了与设计阶段相结合的生命周期环境影响及成本目标下的参数优化设计方法。

15、2、本发明构建了联动参数化建模平台gh与建筑信息模型平台revit的设计参数自动优化工具框架，能够精准地对建筑生命周期环境影响和成本评估。

技术特征：

1.一种针对建筑生命周期环境影响和成本优化的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种针对建筑生命周期环境影响和成本优化的方法，其特征在于，所述建筑参数化模型中变量为数字型变量，以实数滑块控制连续型变量，以自然数滑块结合代数运算控制离散型变量；变量可变区间人为依据原始方案预设值设定，后根据优化结果调整。

3.根据权利要求1所述的一种针对建筑生命周期环境影响和成本优化的方法，其特征在于，所述建筑参数化模型、第一建筑信息化模型和第二建筑信息化模型建模过程中，包含有在参数化建模gh系统内建立的外部数据输入功能，对接不同数据来源，将建立能耗分析模型所需的材料热工属性、lca/lcc计算所需的生命周期清单及工程造价信息带入参数化建模环境及建筑信息化建模环境中。

4.根据权利要求1所述的一种针对建筑生命周期环境影响和成本优化的方法，其特征在于，所述第一建筑多目标优化模型和第二建筑多目标优化模型计算过程中，包含有建筑运行能耗模拟单元，该单元是参数化建模gh系统内用于建筑设计中环境模拟和分析的开源插件包ladybug和honeybee。

技术总结
本发明公开了一种针对建筑生命周期环境影响和成本优化的方法，包括如下步骤：在概念设计阶段，通过参数化建模GH系统输入变量建立建筑参数化模型；以生命周期环境和成本为优化目标建立第一建筑多目标优化模型；根据第一建筑多目标优化模型计算获得建筑基本形体及构造设计参数最优解集，在初步设计阶段，通过信息化建模Revit系统构建第一建筑信息化模型；通过Rhinoinside.Revit插件读取第一建筑信息化模型的信息转至参数化建模GH系统建立第二建筑信息化模型；根据以生命周期环境和成本为优化目标方法，基于第二建筑信息化模型建立第二建筑多目标优化模型；根据第二建筑多目标优化模型计算获得建筑设计参数最优解集；本发明通过构建了联动参数化建模系统GH与建筑信息模型系统Revit的设计参数自动优化工具框架，能够精准地对建筑生命周期环境影响和成本进行评估。

技术研发人员：杨崴,于汉泽
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15