本發明屬于合院式民居綠色低碳設計及改造，涉及一種基于多目標優化的合院式民居天井空間形態設計方法。

背景技術：

1、

2、傳統民居中蘊含著豐富的地域文化與被動式節能技術，其中南北方傳統合院民居形態具有較強的地域性特征，北方傳統合院民居以院落為主，南方則廣泛分布天井式合院民居，相關研究指出天井不僅具有文化傳承的作用，同時對于傳統民居調節物理環境方面具有不可忽視的重要作用。

3、天井空間是傳統合院式民居室內最主要的采光渠道，采光量的提高可以滿足室內采光需求但是也容易造成極端眩光區域過多的情況，同時采光產生的建筑得熱會造成室內熱環境的變動，從而對建筑能耗產生影響。所以改善采光環境、避免眩光與減少建筑能耗之間具有復雜的耦合關系。僅對其中一個目標進行優化，則容易導致另外設計目標在民居設計中效果較差，不足以達到較為全面的物理環境改善。傳統民居天井空間形態要素包括天井長、寬、高、遮陽、窗戶面積大小以及窗戶可見光透過率等。

4、隨著計算機模擬實驗技術的發展，借助參數化平臺以及人工智能等算法對建筑形態進行多目標優化改造，以實現改善室內光環境、減少建筑能耗的相關研究和實踐得到一定程度的發展。雖然目前存在不少將建筑形態作為優化參數，對建筑物理環境及建筑能耗進行多目標優化的研究與實踐，但基于光環境及節能的多目標優化研究仍存在明顯不足。首先，多目標優化計算中優化目標重要性存在明顯不同，但是當前研究均基于優化目標的平均權重推薦作為最優解決方案，不但缺乏對于不同優化目標重要程度的深入研究，而且也沒有在多目標優化決策中充分利用優化目標賦權的結果。其次，基于多目標遺傳算法的帕累托前沿解通常為一個非劣解集，包含多個解決方案，需要進一步的決策，當前研究缺乏全面科學的對于解集內的多個解決方案進行綜合排序的方法，未能為決策者選擇最優解決方案提供全面參考。

技術實現思路

1、為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于多目標優化的合院式民居天井空間形態設計方法，為合院式民居天井空間綠色低碳設計與改造提供科學合理的方法，從而得到最優的設計方案。

2、本發明采用的技術方案是：

3、一種基于多目標優化的合院式民居天井空間形態設計方法，其具體步驟如下：

4、s1，設定優化目標、優化變量以及優化變量范圍約束；

5、s2,根據步驟s1中的優化目標、優化變量設置以及優化變量范圍約束，在grasshopper平臺編程計算優化目標指標值，通過多目標優化編程獲得基于多目標優化的合院式民居天井空間形態設計解決方案集；

6、s3，基于指標相關性的指標賦權法critic(criteria?importance?throughintercriteria?correlation，critic)對優化目標進行賦權；

7、s4，基于critic+topsis進行方案綜合賦權排序，按照綜合得分指數的最大值推薦最優解決方案，topsis指逼近理想解排序法((technique?for?order?preference?bysimilarity?to?ideal?solution，topsis)。

8、進一步，步驟s1中的優化目標包括光環境優化目標之采光指標o1、眩光指標o2和節能優化目標之節能指標o3，優化變量為c1、c2，…，cq，q為優化變量數量。

9、進一步，步驟s1中的優化目標通過參數化編程來計算，具體步驟如下：

10、s21，在grasshopper平臺上編程實現參數化建筑幾何建模和物理建模；

11、s22，在grasshopper平臺上利用ladybug插件獲取當地氣象參數；

12、s23，在grasshopper平臺上利用hb-daylight插件計算采光指標o1；

13、s24，在grasshopper平臺上利用hb-annual?glare插件計算眩光指標o2；

14、s25，在grasshopper平臺上利用hb-modeltoosm插件計算節能指標o3；

15、s26，在grasshopper平臺采用wallacei插件進行多目標優化編程，獲得基于多目標優化的合院式民居天井空間形態設計解決方案集。

16、進一步，步驟s3中基于critic賦權法對優化目標進行賦權，具體步驟如下：

17、s31,構建標準化決策矩陣aij如式(1)所示，

18、

19、式(1)中：aij指第i個方案第j個優化目標指標值；i＝1，2，...，m；j＝1，2，...，n；m指方案總數；n指優化目標數量，本方法中n等于3；

20、s32,采用式(2)對式(1)中的正向優化目標指標進行min-max數據標準化處理；

21、

22、式(2)中：xij指第i個方案第j個優化目標指標的標準化值；

23、s33,采用式(3)對式(1)中的負向指標進行min-max數據標準化處理；

24、

25、s34,采用式(4)計算優化目標指標的標準化算術平均值采用式(5)計算優化目標指標變異性sj；

26、

27、s35,采用式(6)構建優化目標指標的相關系數矩陣rjj；

28、

29、式中r11＝r22＝r33＝1，r12＝r21，r13＝r31，r23＝r32；

30、s36,采用式(7)，式(8)，式(9)分別計算r12、r13、r23；并采用式(10),式(11),式(12)分別計算優化目標指標沖突性b1,b2和b3；

31、

32、

33、s37,采用式(13)計算優化目標指標的信息承載量cj；

34、cj＝sj×bj??(13)

35、s38：采用式(14)計算優化目標的權重wj；

36、

37、進一步，步驟s4中基于critic+topsis進行方案綜合賦權排序，具體步驟如下：

38、s41,采用式(15)計算賦目標權重的標準化決策矩陣zij：

39、

40、s42,采用式(16)定義理想解決方案z+；

41、

42、s43,采用式(17)定義負理想解決方案z-；

43、

44、s44,采用式(18)計算方案i和理想解決方案的距離

45、

46、s45,采用式(19)計算方案i和負理想解決方案的距離

47、

48、s46,采用式(20)計算方案i綜合得分指數yi，綜合得分指數值越高，則該方案越優，排序越靠前；

49、

50、本發明的有益效果：為合院式民居天井空間綠色低碳改造提供科學合理的方法，綜合方案排序為全面方案選擇提供參考，從而得到最優的設計方案。

技術特征：

1.一種基于多目標優化的合院式民居天井空間形態設計方法，其具體步驟如下：

2.根據權利要求1所述的一種基于多目標優化的合院式民居天井空間形態設計方法，其特征在于：步驟s1中的優化目標包括光環境優化目標之采光指標o1、眩光指標o2和節能優化目標之節能指標o3，優化變量為c1、c2，…，cq，q為優化變量數量。

3.根據權利要求2所述的一種基于多目標優化的合院式民居天井空間形態設計方法，其特征在于：步驟s1中的優化目標通過參數化編程來計算，具體步驟如下：

4.根據權利要求3所述的一種基于多目標優化的合院式民居天井空間形態設計方法，其特征在于：步驟s3中基于critic賦權法對優化目標進行賦權，具體步驟如下：

5.根據權利要求4所述的一種基于多目標優化的合院式民居天井空間形態設計方法，其特征在于：步驟s4中基于critic+topsis進行方案綜合賦權排序，具體步驟如下：

技術總結
一種基于多目標優化的合院式民居天井空間形態設計方法，其具體步驟如下：S1，設定優化目標、優化變量以及優化變量范圍約束；S2,根據步驟S1中的優化目標、優化變量以及優化變量范圍約束，在Grasshopper平臺編程計算優化目標指標值，通過多目標優化編程獲得基于多目標優化的合院式民居天井空間形態設計解決方案集；S3，基于指標相關性的指標賦權法CRITIC對優化目標進行賦權；S4，基于CRITIC+TOPSIS進行方案綜合賦權排序，按照綜合得分指數的最大值推薦最優解決方案。本發明為合院式民居天井空間綠色低碳設計及改造提供科學合理的方法，綜合方案排序為全面方案選擇提供參考，從而得到最優的設計方案。

技術研發人員：楊玉蘭,岳哲涵,王雅能,劉靈芝
受保護的技術使用者：浙江工業大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28