装配式钢结构超低能耗建筑多目标优化设计方法及平台技术

本发明专利技术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。智能化。智能化。

【技术实现步骤摘要】
装配式钢结构超低能耗建筑多目标优化设计方法及平台


[0001]本专利技术属于房屋建筑领域，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。而对于建筑结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一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；构建人工智能算法数据库，至少包括XGBoost算法(XGBoost)、Gradient Boosting算法(GBR)、随机森林算法(RFR)、Extra Trees算法(ETR)、高斯过程算法(GPR)和K近邻回归算法(KNR)在内的若干数量的智能算法；利用建筑能耗数据库，以关键外围护结构材料性能参数为输入，能耗值为输出，训练人工智能算法库中的各种智能算法，找到当前最优的智能算法为建筑能耗预测模型；在建筑能耗预测模型中找到各个关键外围护结构材料性能参数的贡献值，确定对建筑能耗影响最大的两个关键外围护结构材料性能参数；4)多目标优化以建筑总长、建筑总宽、建筑总层数、柱尺寸、梁尺寸、关键外围护结构材料性能参数，构成BIM参数化库，以BIM参数化库的数据为基础，以单位面积建筑成本Cost(x)和单位面积建筑能耗Energy(x)来作为优化的目标函数，按照下式构建多目标优化设计计算模型；Cost(x)＝TC/(L*W*N)Energy(x)＝E/(L*W*N)其中，TC—居住建筑经济费用；L—建筑总长；W—建筑总宽；N—建筑总层数；E—建筑总能耗由步骤3)的建筑能耗预测模型获得；居住建筑经济费用TC：
其中：C
b
—基础墙体成本；C
win
—窗户成本；C
r
—屋面保温成本；C
w
—外墙保温成本；C
d
—地面保温成本；r—贴现率；y
i
，z
i
—更换年限；C
s
—系统成本；C
钢
—钢框架成本，由步骤1)参数化建模中得到的用钢量*钢单价获得；多目标优化的约束条件为关键外围护结构材料性能参数的热工系数限值标准约束及钢框架结构的强度、刚度及稳定性约束；利用多目标优化算法获得最优解，将最优解放入参数化建模流程中的钢框架的BIM模型，获得最终BIM模型，实现装配式钢结构超低能耗建筑的优化设计。2.根据权利要求1所述的装配式钢结构超低能耗建筑多目标优化设计方法，其特征在于，所述关键外围护结构材料性能参数包括外墙保温层厚、屋面保温层厚、地面保温层厚、东向窗墙比、西向窗墙比、南向窗墙比、北向窗墙比和外窗类型；所述钢框架结构的强度、刚度及稳定性约束是指满足以下条件：所述钢框架结构的强度、刚度及稳定性约束是指满足以下条件：v
b
≤[v
b
]＝I
b
/400λ
cx
＝l
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马国伟，苗茹云，黄轶淼，董威，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：