基于BIM技术的建筑节能及室内热舒适多目标优化研究

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随着我国城市化发展不断加快,建筑业得以迅速发展,建筑总量不断上升,由此导致对能源的消耗逐渐加大。与此同时,经济也在不断发展,人民生活品质得到改善,对居住的要求从最简单的遮风挡雨转变为良好的热舒适性,但要建立良好的室内热舒适环境,必然会导致能源消耗增加。因此,在满足人民对居住热环境舒适性需求的同时,建筑节能减排成为一个研究重点。本文结合现阶段对居住热舒适需求以及节能降耗可持续发展理念展开探索与研究,在现有研究成果的基础上,使用BIM技术、可视化编程环境插件、能耗模拟工具,对室内热舒适度和能耗两个目标并行优化。首先,通过研究建筑节能现状,归纳总结出建筑能耗分析、建筑室内热舒适环境、建筑节能及多目标优化方面的研究,分析出同时影响建筑能源消耗和室内热环境舒适程度的主要影响因素,在此基础上,探索研究建筑业中被动影响因素外围护结构在多目标优化中的作用,确定了研究框架。其次,基于BIM技术建模,通过可视化编程环境插件Dynamo关联GBS(Green Building Studio)与BIM模型,利用能耗模拟工具GBS进行建筑能耗分析。在可视化编程环境Dynamo下设置参数控制模块与自定义能耗模拟节点Computer Energy,建立GBS与BIM模型之间的交互,通过系统的API函数实现参数化驱动功能,实现了基于BIM技术进行建筑参数设置及提取与能耗模拟并行优化运行,提高了能耗分析的效率。再次,基于现阶段围护结构对建筑节能和室内热环境舒适度的研究成果,分析通过Revit、Dynamo、GBS软件之间交互参数化驱动控制方法所得到的不同体量、材质、窗墙比等参量的能耗模拟结果,得出降低能耗的决策参量,建立建筑能耗与决策参量之间目标函数、室内热舒适与围护结构决策参量之间的目标函数。最后,针对基本麻雀搜索算法的缺点,对原始麻雀搜索算法引入精英保留机制与反向学习策略进行改进,借鉴NSGA-II的非支配排序机制,实现基于改进麻雀搜索的多目标优化。选取某教学楼建筑为例,建立了基于能耗和舒适性的多目标优化模型,通过基于改进麻雀搜索的多目标算法优化,得出该教学楼建筑的节能优化方案。
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