[发明专利]一种寒地体育馆建筑自然通风参数化设计方法

说明书

本发明是一种寒地体育馆建筑自然通风参数化设计方法。本发明中提出的优化方法整合了自然通风参数化模拟与多目标遗传优化算法，首先将CFD性能模拟与参数化建模平台结合起来，提出针对寒地体育馆建筑的自然通风参数化模拟流程和模型，减少中间数据转换的繁复过程，提高性能模拟的效率。在此基础上利用多目标遗传优化算法，旨在提高体育馆空间形态设计过程中对风环境模拟对自然通风设计决策制定过程的支持力度。寒地体育馆建筑自然通风参数化仿真优化设计方法发明主要包括建筑几何信息与环境边界条件信息整合；建筑空间形态优化参量与自然通风性能目标对应关系建立；通风换气与热舒适多性能目标优化导向搜索三个步骤。

技术领域

本发明涉及建筑节能被动设计技术领域，是一种寒地体育馆建筑自然通风参数化设计方法。

背景技术

体育馆建筑由于其巨大的体量和对室内物理环境的严格要求，是城市公共建筑中的能耗大户。众多学者通过理论和实践的研究表明，利用自然通风在大量节约能源和资金的同时能够改善室内热舒适环境，保证室内的空气循环，提高空气质量。在体育馆建筑中引入自然风有利于降低其运营成本，促进体育建筑的绿色低碳可持续发展。但是体育馆作为典型的高大空间，引入自然风的难度较大，需要在设计过程中对建筑形态和通风组织的方式进行合理优化，来提升体育馆自然通风的性能。

随着建筑科学和计算机技术的发展，传统的CFD模拟技术应用领域已经广泛深入到建筑设计和暖通设计之中。但是，传统商用CFD软件操作复杂并且对于使用者的理论基础要求高，应用在设计过程中的难度较大。近年来，科研人员基于计算机编程技术开发出能够在CFD模拟平台与参数化建模平台中实时传输数据的接口工具，数据交互的Rhino+Grasshopper相连接的CFD模拟软件，通过运用此软件能够量化自然通风设计，模拟的结果可以直观的显示建筑内部自然通风的数据和图像。依托于Rhino强大的非标准形态建模能力以及Grasshopper节点式编程功能,这一方法在体育馆建筑空间形态优化设计中优势愈发明显。在Rhino平台上可以将参数化自然通风模拟与多目标遗传算法结合，构建出寒地体育馆自然通风参数化仿真优化方法，必将能够帮助建筑师在体育馆设计方案阶段寻找到具有最优自然通风性能的建筑空间形态。

发明内容

本发明为解决体育馆建筑引入自然风难度大的问题，本发明提供了一种寒地体育馆建筑自然通风参数化设计方法，本发明提供了以下技术方案：

一种寒地体育馆建筑自然通风参数化设计方法，包括以下步骤：

步骤1：整合体育馆建筑空间形态信息与环境边界信息，对所述体育馆建筑空间形态信息与环境边界信息参数化，建立体育馆建筑环境信息模型，采用butterfly接口将rhino-grasshopper参数化建模平台和CFD模拟平台中的OpenFOAM结合；

步骤2：根据体育馆建筑环境信息模型，对所述模型进行求解得到测点的风速值和温度值，以初始数据为性能评价指标，确定优化参量与评价指标对应关系，输出模拟数据；

步骤3：对体育馆建筑内部通风换气与热舒适多性能目标优化导向搜索，采用多目标遗传算法对模拟数据进行分析，确定每一个体育馆建筑空间形态优化设计参量数值；

步骤3：对体育馆建筑内部通风换气与热舒适多性能目标优化导向搜索，采用多目标遗传算法对模拟数据进行分析，得到室内环境性能优化目标值，确定每一个体育馆建筑空间形态优化设计参量数值；

步骤4：当得到室内环境性能优化目标值最大时，筛选出对应的体育馆建筑空间形态优化设计参量数值，根据筛选出体育馆建筑空间形态优化设计参量数值确定寒地体育馆建筑空间形态信息并保存。

优选地，所述步骤一具体为：

步骤1.1：收集体育馆建筑空间形态信息，所述体育馆建筑空间形态信息包括体育馆建筑平面形态、屋面形态、侧界面形态、天窗形式和侧界面开窗形式；