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基于采光与能耗的寒地图书馆空间形态多目标优化研究

于虹  
【摘要】:目前,寒地图书馆建筑面临着建造量越来越大、能源消耗越来越严重的问题,同时,当代图书馆的功能导向正在发生变化,由传统单一化的形式转变为多功能复合化的形式。为满足使用者的需求,图书馆建筑室内空间形态设计愈发趋于丰富复杂,不仅需要满足阅览需求下的自然采光要求,还需要尽量降低建筑能耗,而这种高复杂度空间的物理环境性能较难通过传统的控制变量方法进行评价。论文以全天然采光百分比DA(Daylighting Autonomy)、有效天然采光照度UDI(Useful Daylighting Illuminance)和能源利用强度EUI(Energy Use Intensity)为性能目标,采用基于性能模拟的多目标优化方法,对多元化语境下的寒地图书馆建筑复杂贯通空间的形态进行优化设计。首先,对寒地图书馆自然采光、节能设计以及图书馆建筑空间形态发展的趋势进行解析,以此为基础构建多目标优化设计模型,针对寒地图书馆形态参数进行抽样调研,制定优化策略,确定性能目标,选取优化参量。其次对寒地图书馆的多目标优化软件模型进行建构,包括几何参数化模型、性能模拟模型以及遗传优化模型。最后应用多目标优化参数化模型,对寒地图书馆建筑空间进行设计实践验证,以Rhino和Grasshopper为建模平台,以图书馆建筑设计自然采光性能高、能耗水平低为优化目标,对空间相关的优化参量——切挖空间位置、切挖跨数,进行自然采光性能和能耗水平优化,得出非支配解集,并基于优化结果进行验证分析,得出优选方案。基于性能模拟的多目标优化方法在寒地图书馆建筑复杂贯通空间形态设计中的应用效果得到验证,为寒地建筑多性能优化研究提供借鉴,同时为寒地图书馆建筑复杂贯通空间形态的设计方案优选提供指导。


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