“被動式建筑設(shè)計”一般采用可再生資源實現(xiàn)建筑的通風(fēng)、采光、得熱，并被廣泛認(rèn)為是一種有效的可持續(xù)建筑設(shè)計方法。

然而，在設(shè)計建筑的整體形態(tài)，或建筑的“體量”時，大多數(shù)建筑師主要基于經(jīng)驗判斷來選擇被動式設(shè)計策略。然而，由于缺乏充分的設(shè)計策略探索，這種常規(guī)的設(shè)計手法很難充分利用被動式設(shè)計策略提升建筑的能源效率。

近日，西交利物浦大學(xué)和南京大學(xué)的學(xué)者在共同發(fā)表的論文中，提出了一種“逆向”被動設(shè)計方法。該方法可以輔助建筑師在建筑方案階段通過計算性設(shè)計優(yōu)化，對被動式建筑設(shè)計策略進行更為全面和系統(tǒng)的探索和分析，而不是在建筑師憑借經(jīng)驗選定的某一特定的被動式設(shè)計策略的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化。因此，這種方法可以幫助建筑師發(fā)現(xiàn)更符合場地周邊環(huán)境和氣候條件的被動式策略。

(資料圖)

創(chuàng)新的逆向被動式建筑設(shè)計方法

西浦建筑系助理教授、論文通訊作者王力凱博士表示，這一設(shè)計方法反轉(zhuǎn)了“策略在先、優(yōu)化在后”的常規(guī)被動式建筑設(shè)計流程，使得建筑師可以從計算優(yōu)化的結(jié)果中提取出合適的被動式設(shè)計策略。

他說：“常規(guī)的由手動調(diào)整的建筑設(shè)計探索過程周期長，設(shè)計流程效率低下，且設(shè)計結(jié)果難以避免地會受到建筑師主觀經(jīng)驗的影響。因此，通過這一‘逆向’被動設(shè)計方法，我們希望克服這樣的局限性?！?/p>

“利用我們的方法，建筑師可以篩選出針對不同性能目標(biāo)（如采光、通風(fēng)、得熱等）合適的被動設(shè)計策略，這對于方案階段的建筑設(shè)計很有幫助?！?/p>

（本文提出的設(shè)計優(yōu)化與探索的工作流程）

在論文中，研究人員使用了在設(shè)計師中十分流行的3D建模軟件Rhino-Grasshopper平臺下名為“EvoMass”的插件，進行建筑設(shè)計的生成和優(yōu)化。

“EvoMass可以根據(jù)設(shè)計師的體量要求（如建筑高度和面積等）進行配置，并能根據(jù)不同的性能目標(biāo)，通過進化式優(yōu)化輸出性能較優(yōu)的設(shè)計?！?/p>

“傳統(tǒng)的計算優(yōu)化方式一般把優(yōu)化后的設(shè)計作為最終結(jié)果，但是我們的方法中，計算優(yōu)化將被用于幫助建筑師進行針對被動式策略的設(shè)計探索。”王博士說。

EvoMass是一種基于優(yōu)化的設(shè)計探索工具，由王博士在南京大學(xué)攻讀博士期間自行開發(fā)。截至目前，它的下載量已超過12000次。

（使用提取的信息和被動策略綜合而成的方案）

未來的探索

王博士說，這項研究的目的是進一步鏈接建筑師實際需求與設(shè)計優(yōu)化研究，以在建筑設(shè)計實踐中為建筑提供改善建筑性能和可持續(xù)性的新方法。

“我們的方法生成的是相對抽象的信息，這樣建筑師就有更大的設(shè)計空間和自由度，把這些信息和其他性能因素以及設(shè)計意圖綜合考慮，進一步調(diào)動建筑師的創(chuàng)造性思維，促使他們尋找更具創(chuàng)新性的設(shè)計方案?！?/p>

“目前，我們正在開發(fā)一個結(jié)合了EvoMass和云端性能模擬和優(yōu)化的平臺，希望以此為建筑師在現(xiàn)實設(shè)計場景中提供更加友好和集成化的工作環(huán)境?！彼f。

該論文的共同作者還包括南京大學(xué)的吉國華教授、羅婷和邵桐。論文標(biāo)題為《Reverse passive strategy exploration for building massing design-An optimization-aided approach （面向建筑體量的逆向被動式設(shè)計策略探索-一種基于優(yōu)化的設(shè)計方法）》，可點擊此處閱讀原文。（記者：錢懿 翻譯：韓香音 圖片提供：王力凱博士 編輯：石露蕓）