装配式建筑快速平面生成及部品选择优化设计方法研究

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装配式建筑作为国家大力支持、推行的新型工业化绿色建筑,近年来发展迅速,数量急剧增加。然而现有装配式建筑设计常以施工建造为主导,重结构而轻功效,忽视了与传统建筑设计建造方式的差异性,未能将设计流程从设计-建造转为设计-生产-安装的模式,导致其效率低下,多部品协同的效能未能充分发挥,从而不能更好地发挥出装配式建筑构件标准化、建造效率高、质量可控、人工工作量少等优势,这些优势如果通过参数化方式进行整合,可以进一步提升装配式建筑的设计速度。载入建造前期的部品信息,从而实现数字化的快速信息检索与部品集成,成为实现建筑性能综合分析及快速生成的重要手段。因此,如何提高装配式建筑设计速度,发挥装配式建筑部品集成的优势,辅助建筑设计师自动优化平面布局及部品选择,是本研究主要要解决的问题。本文主要分为以下几个方面的内容:首先,通过文献阅读、实际调研、企业访谈等方法,梳理装配式建筑的发展瓶颈和存在问题,分析不同参数化设计平台与装配式建筑结合的可行性。其次,对装配式建筑的平面构成及信息进行统计分析,从结构体系、住宅属性、平面布局等影响建筑平面的参数进行深入的原型推演。通过对建筑类型学的分析,以模数协调为原则,归纳空间关系及各参数的变量阈值建立了典型功能空间模型,搭建Grasshopper优化平台,为装配式住宅的参数化设计提供研究基础。再次,根据Grasshopper优化平台搭建的典型模型,利用Honeybee能耗模拟插件与Galapagos优化算法,以能耗最低为优化目标,以建筑体形系数、窗墙比、长宽比、各朝向外墙面积、空间交错长度为优化变量对五个热工分区的典型城市进行空间布局优化,并对结果利用SPSS进行了回归分析,得出了不同地区的最优平面布局形式及不同变量对建筑能耗的影响规律和权重。最后,对装配式建筑节能部品、构件进行归纳梳理,建立围护结构(墙体、窗户、屋顶)的参数化部品库,以原材料成本及能耗为目标函数,以优化后的典型模型为基础利用Octopus多目标优化插件对部品选择进行优化,得到了装配式建筑不同朝向下外墙构造及保温集成的最优解集。本研究搭建了可视化设计参数优化平台,可以根据设计需要快速生成满足要求的建筑平面,提高了装配式建筑的设计效率,降低了设计成本并提高装配式建筑的节能水平,对装配式建筑参数化分析提供了研究方法和设计思路,有利于装配式建筑的推广。
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