建筑工程設(shè)計(jì)中多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化探析

緒論：寫作既是個(gè)人情感的抒發(fā)，也是對(duì)學(xué)術(shù)真理的探索，歡迎閱讀由發(fā)表云整理的1篇建筑工程設(shè)計(jì)中多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化探析范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發(fā)。

1多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化概述

多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化，又名MDO，由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，是一種充分探索子系統(tǒng)相互作用的復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法論。在多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)用中涉及多個(gè)學(xué)科，且分為層次系統(tǒng)與非層次系統(tǒng)，其中非層次系統(tǒng)又稱為耦合系統(tǒng)，耦合系統(tǒng)可以充分體現(xiàn)對(duì)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)分析的復(fù)雜性，這種非層次的系統(tǒng)需要將復(fù)雜的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化問題分解為若干個(gè)簡(jiǎn)單學(xué)科或子學(xué)科，對(duì)子學(xué)科的各個(gè)模型進(jìn)行多次迭代才能完成整體的系統(tǒng)分析，使拆分后進(jìn)行迭代試驗(yàn)得出的優(yōu)化結(jié)果更加科學(xué)、準(zhǔn)確，有利于多學(xué)科設(shè)計(jì)的整體優(yōu)化，增加多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的應(yīng)用性與實(shí)施性。

2建筑工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要性

在建筑工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，需要應(yīng)用建筑學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、施工暖通等方面的專業(yè)知識(shí)，而在應(yīng)用這些專業(yè)知識(shí)的過程中，對(duì)知識(shí)的專業(yè)性與建筑工程設(shè)計(jì)的整體優(yōu)化方面有嚴(yán)格的要求，而各個(gè)學(xué)科之間的知識(shí)交流有一定的障礙，導(dǎo)致建筑設(shè)計(jì)的時(shí)間增長(zhǎng)、各學(xué)科的專業(yè)性無法整合等問題。而利用多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的設(shè)計(jì)，可以對(duì)工程系統(tǒng)中各個(gè)相互作用的協(xié)同機(jī)制進(jìn)行探索與檢測(cè)，在檢測(cè)過程中，可以充分了解、利用各個(gè)學(xué)科之間的相互作用，將整個(gè)工程系統(tǒng)協(xié)調(diào)至最好的結(jié)果，在優(yōu)化建筑工程設(shè)計(jì)的同時(shí)，還會(huì)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)效果，極大地解決了工程設(shè)計(jì)耗時(shí)長(zhǎng)、整合效果不好等問題。

3多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化在建筑工程設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

3.1構(gòu)建設(shè)計(jì)模型

在建筑工程設(shè)計(jì)中，可利用多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化構(gòu)建建筑信息模型，通過對(duì)各個(gè)學(xué)科的對(duì)象化數(shù)字物體描述與實(shí)際建筑構(gòu)件的表現(xiàn)展示建筑設(shè)計(jì)的數(shù)字化參數(shù)模型。在利用多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行數(shù)字化建筑模型的構(gòu)建過程中，保證初始設(shè)計(jì)意圖與建筑設(shè)計(jì)的智能性，由此確保建筑模型的科學(xué)性與真實(shí)性以及后續(xù)修改過程中的靈活性。例如，在房屋建筑中，構(gòu)建的數(shù)字化建筑模型中應(yīng)包含參數(shù)集合、約束集合、目標(biāo)集合、方法集合4種數(shù)據(jù)集合的要求。參數(shù)集合是指房屋的長(zhǎng)、寬、高、橫梁間距、縱梁間距、窗戶與門在墻中的位置參數(shù)等基本的房屋建筑參數(shù)信息，這些信息的輸入可以使房屋建筑模型更形象化，更精確。約束集合則是指對(duì)房屋的力學(xué)結(jié)構(gòu)、施工暖通、采光效果等方面的專業(yè)信息進(jìn)行填充，這些信息的輸入旨在保障房屋的結(jié)構(gòu)安全、鋼筋結(jié)構(gòu)部件的規(guī)范化、房屋力學(xué)要求的科學(xué)化、采光效果要求最佳化等房屋使用性能。目標(biāo)集合則是對(duì)房屋建筑中的鋼結(jié)構(gòu)成本等各方面的建筑運(yùn)營(yíng)成本進(jìn)行控制，以滿足建筑施工企業(yè)的成本要求與利益要求。方法合集是針對(duì)不同的幾何設(shè)計(jì)要求以及不同的結(jié)構(gòu)要求建立不同的智能優(yōu)化方法，以實(shí)現(xiàn)建筑商與業(yè)主對(duì)房屋建筑的具體要求。

3.2多學(xué)科耦合

在建筑工程設(shè)計(jì)中，多學(xué)科耦合是必不可少的，系統(tǒng)的整體目標(biāo)并不能成為各個(gè)學(xué)科目標(biāo)的增函數(shù)。在此狀態(tài)下，需要應(yīng)用多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)對(duì)各學(xué)科目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化、協(xié)調(diào)。以上文中的房屋建筑為例，對(duì)房屋的建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。將房屋朝向增加10°，將房屋長(zhǎng)度變更為11m，并增加縱梁與橫梁的種類至55種與54種，柱結(jié)構(gòu)的種類設(shè)置為8種，最后，依據(jù)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行多學(xué)科的耦合，將不同的建筑數(shù)據(jù)要求進(jìn)行不同的搭配，得到最佳建筑設(shè)計(jì)數(shù)字化模型。在多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中，將不同的子學(xué)科與建筑模型進(jìn)行分離，對(duì)子學(xué)科進(jìn)行調(diào)整與設(shè)定，在結(jié)構(gòu)與能源的可解空間中得到共同的可解空間，并依據(jù)可解空間對(duì)建筑進(jìn)行整體優(yōu)化，進(jìn)而滿足客戶與建筑施工方的多方面要求。

3.3模塊劃分

在多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化中，需要將原有的建筑工程系統(tǒng)進(jìn)行模塊的拆分，將整體建筑工程拆分為不同方向的子系統(tǒng)，對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)的、合理的、科學(xué)的優(yōu)化與調(diào)整。在調(diào)整過程中，需要對(duì)拆分后的子系統(tǒng)進(jìn)行層次系統(tǒng)與非層次系統(tǒng)方面的區(qū)分，依據(jù)區(qū)分后的結(jié)果對(duì)屬于非層次系統(tǒng)的子學(xué)科進(jìn)行對(duì)應(yīng)關(guān)系的探索，將不同學(xué)科、不同方面的子系統(tǒng)聯(lián)系在一起，使子系統(tǒng)之間進(jìn)行相互作用，促進(jìn)子系統(tǒng)的優(yōu)化，進(jìn)而提升建筑模型的整體水平。例如，在上述建筑模型構(gòu)建中，將房屋的門、窗、橫梁、縱梁、柱結(jié)構(gòu)等子學(xué)科從建筑模型中拆分出來，利用CAD軟件進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，調(diào)整其中7根橫梁與8根縱梁的荷載，將荷載適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)移給兩面承重墻與12根柱結(jié)構(gòu)，同時(shí)在對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行更改的同時(shí)保持房屋的實(shí)際結(jié)構(gòu)形狀，進(jìn)而促進(jìn)各個(gè)子系統(tǒng)的優(yōu)化，提升建筑模型的整體水平。

3.4應(yīng)用案例

在建筑工程設(shè)計(jì)中，可針對(duì)商場(chǎng)、居民樓等預(yù)建設(shè)的建筑設(shè)施進(jìn)行多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化。本文以住宅建筑為例，在建筑設(shè)計(jì)中，首先要確定住宅樓的建筑設(shè)計(jì)原則與建筑設(shè)計(jì)方法；其次，根據(jù)住宅樓在建筑設(shè)計(jì)中的施工圖，建立框架結(jié)構(gòu)、柱結(jié)構(gòu)等建筑模型，由此形成完整的、參數(shù)信息化的住宅樓建筑設(shè)計(jì)模型。然后，將建筑模型交由設(shè)計(jì)師與工程師進(jìn)行查驗(yàn)，對(duì)住宅樓的建筑理念進(jìn)行進(jìn)一步的規(guī)劃。最后，依據(jù)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行住宅樓模型參數(shù)的調(diào)整，在多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)中，輸入?yún)?shù)集合、約束集合、目標(biāo)集合、方法集合4種數(shù)據(jù)集合對(duì)住宅樓的詳細(xì)參數(shù)信息進(jìn)行進(jìn)一步的規(guī)劃，對(duì)工程項(xiàng)目中的拓補(bǔ)圖以及各種復(fù)雜參數(shù)進(jìn)行確定，保障這些參數(shù)數(shù)據(jù)能夠利用多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)將住宅樓的采光效果、力學(xué)結(jié)構(gòu)、暖通設(shè)施等基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)進(jìn)行最優(yōu)化，進(jìn)而促進(jìn)住宅樓整體的使用環(huán)境、使用效果的優(yōu)化。

4結(jié)語

本文通過對(duì)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)進(jìn)行概述，分別從構(gòu)建設(shè)計(jì)模型、多學(xué)科耦合、模塊劃分、應(yīng)用案例等方面對(duì)建筑工程設(shè)計(jì)中多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的應(yīng)用狀況進(jìn)行詳細(xì)研討。結(jié)果表明，在多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)用領(lǐng)域中，依然存在應(yīng)用不到位的現(xiàn)象。因此，在未來的研究中，還應(yīng)進(jìn)一步對(duì)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方面進(jìn)行探索，希望本文的研究可以為多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化在建筑行業(yè)的應(yīng)用中提供可行性建議，并促進(jìn)建筑事業(yè)的蓬勃發(fā)展。