[发明专利]装配式钢结构超低能耗建筑多目标优化设计方法及平台

说明书

本发明为装配式钢结构超低能耗建筑多目标优化设计方法及平台，考虑装配式钢结构超低能耗建筑成本和能耗两个方面，具体内容包括以下几个部分：根据装配式钢结构的结构特点，进行参数化设计研究和BIM动态模型自动建模；考虑建筑外围护结构材料参数对建筑能耗的影响，采用多种人工智能算法完成建筑能耗的预测工作，通过对比得到高效准确的建筑能耗预测方法并进行变量重要性分析；考虑结构的承载力约束条件，采用多目标优化算法进行装配式钢结构超低能耗建筑多目标优化设计。同时构建了装配式钢结构超低能耗建筑多目标优化设计平台，将结构稳定性验算和嵌入机器学习模型、多目标优化设计有机结合，使得整个实际过程更加自动化、智能化。

技术领域

本发明属于房屋建筑领域，具体涉及一种装配式钢结构超低能耗建筑多目标优化设计方法及平台。

背景技术

改革开放以来，我国建筑业在促进社会经济发展、城乡建设、人居环境改善等方面发挥了重要作用。与人民日益增长的美好生活需要相比，建筑业在科技创新、提高效率、提升质量、减少污染与排放等方面还有巨大的发展空间。装配式钢结构超低能耗建筑前期设计阶段是决定建筑性能的重要阶段，但是同时考虑多个设计目标时如何确定最佳的结构参数尚未有有效的解决方案。参数化设计在装配式钢结构超低能耗建筑中尚未形成完善的设计体系。

建筑运行能耗占我国能源消耗总量的30％以上，为了推动我国如期实现“145计划”中所规划的碳达峰和碳中和目标，建筑结构设计除了安全稳定性验算外，还应考虑结构对应的建筑能耗。但是建筑材料越优质，成本越高，能耗越小，所以降低建筑成本和降低建筑能耗设计目标之间往往相互冲突，尚未有有效的研究解决这一多目标优化设计问题导致设计方案难以满足市场既节能又经济的期望。而对于建筑结构的多目标优化设计国内外已有相关学者做了初步研究。大多基于梯度优化或通过改变加权系数的方式得到多目标函数最优解集，以及将元启发式算法应用于结构优化设计中，但是这些研究计算成本较高且耗时较长，并且针对装配式钢结构超低能耗建筑成本和能耗的研究还有所欠缺。

鉴于此，本发明专利从实际工程情况出发，旨在发明一种针对新建建筑的能够解决现有技术中上述缺点的装配式钢结构超低能耗建筑多目标优化设计方法。

发明内容

本发明的目的是，提供一种装配式钢结构超低能耗建筑多目标优化设计方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种装配式钢结构超低能耗建筑多目标优化设计方法，考虑装配式钢结构超低能耗建筑成本和能耗两个方面，其特征在于，该设计方法的具体流程是：

1)参数化建模：

由于装配式钢结构超低能耗建筑具有集成房间模块单元的模数化、标准化特点，不同建筑总长以及不同的建筑总宽有着不同的户型布置方式，充分考虑悬臂最小化、参数化布置原则及施工现场的结构装配方式，自动匹配当前建筑总长、建筑总宽的户型布置；

通过调整不同的建筑总长、建筑总宽自动生成符合特定目标的装配式钢结构建筑，通过调整建筑层数，即能完成整栋装配式钢结构的户型布置，再给梁柱赋予材料特性获得钢框架的BIM模型；

对钢框架的BIM模型根据规范进行结构稳定性计算，并统计钢框架的BIM模型中钢结构框架的用钢总量，根据钢单价得到总成本计算中的钢框架成本；

2)建筑能耗影响因素分析：

利用建筑能耗模拟软件逐个分析对建筑能耗有影响的外围护结构材料性能参数的建筑能耗变化，确定对建筑能耗有影响的关键外围护结构材料性能参数的种类及各自的取值范围；

3)建筑能耗预测：

构建基准建筑能耗模型，根据工程地域选定能耗模拟软件中的天气文件，以关键外围护结构材料性能参数为自变量，以能耗模拟软件模拟的相应能耗值作为因变量，并在关键外围护结构材料性能参数各自的取值范围变动，获得关键外围护结构材料性能参数与能耗值对应的建筑能耗数据库；