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摘要：绿色建筑设计是建筑行业发展的必然趋势，采用综合性能分析方法对绿色建筑方案设计进行优化有利于提升建筑设计的综合效益。本文首先对绿色建筑综合性能分析方法进行研究，提出一种Ecotect-TOPSIS决策模型，并结合某项目实例，探讨综合性能分析方法在绿色建筑方案设计优化中的具体应用，给出其设计优化过程和结果，以供绿色建筑设计活动进行参考。
关键词：综合性能分析；绿色建筑方案；设计优化
前言
绿色建筑已进入规模化发展阶段，绿色建筑标准在各类设计标准中所占的地位逐步提升，在建筑设计过程中，必须采用科学的设计方法和方案优化策略，提升建筑的节能环保效益。按建筑设计流程进行划分，具体可分为方案设计（SD）、初步设计（PD）、扩初设计（DD）和施工图设计（CD）等阶段。其中方案设计展总造价费用的比例仅为1%~1.5%，但对工程总体影响高达70%以上。只有在该阶段采用综合性能分析方法，构建多目标评价体系，才能确保方案设计的科学性，进而提升工程总体建设效益。
一、绿色建筑综合性能分析方法
1.建筑性能模拟
随着计算机技术的快速发展，新型建筑性能模拟工具的出现彻底改变了设计师凭经验进行方案设计的局面。采用灵活、高效的建筑性能模拟工具，可以有效提升方案设计效率，同时提高方案设计的科学性与合理性。其中，Ecotect工具是一种3D建模可视化分析软件，具有全面模拟分析功能，可准确分析设计方案的综合性能及运营方式，而且建模效率高，能够与常用的AutoCAD、3DMAX等分析软件实现数据共享，应用范围较为广泛[1]。
2.多目标决策模型
建筑综合性能分析依赖于一套多目标、多属性的决策方法，比如层次分析法、秩和比法、综合指数法等。本次研究推荐使用的TOPSIS方法是一种目标相似性顺序优选技术，作为多目标决策方法的一种，可以有效提高决策分析的可操作性和分析结果的可靠性。而且该方法对样本数据无特殊要求，可充分利用原始数据，确保分析结果与实际向吻合，并对评价对象作出直观的优劣排序[2]。
3.基本优化流程
通过采用Ecotect工具和TOPSIS多目标决策模型，构建Ecotect-TOPSIS方案决策模型，可以满足绿色建筑综合性分析及方案设计优化需求。其基本应用流程包括：（1）同趋势化，对综合评价中的不同评价指标进行同趋势化处理，具体是对低优指标进行高优化，绝对数低优的指标采取倒数法，即“1/X”，相对数低优指标采用差值法，即“1-X”；（2）指标值归一化，消除计量单位应向，得到归一化矩阵；（3）确定最优、最劣设计方案，分别记做Z+、Z-；（4）计算方案距离，对其他设计方案进行方案距离计算，分别与最优、最劣方案进行计算，得到加权欧式距离Di+、Di-；（5）确定方案优劣秩序，通过计算评价方案与最优方案的接近程度，即Ci=Di-/（Di++Di-），对所有设计方案进行排序，Ci值接近于1表示评价方案接近于最优方案，Ci值接近于0则表示评价方案接近于最劣方案，通过对其进行计算和排序，可以直观反映各方案间的优劣程度。
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二、基于综合性能分析的绿色建筑方案优化实例分析
1.项目概况及评价指标
按照上述综合性能方法，对实际工程项目方案设计进行优化。项目案例为一栋办公楼建筑，为两层的框架结构，层高3.3m，总建筑面积300㎡。该建筑的窗体尺寸为1500×2100mm2，在分析和评价过程中，首先利用Ecotect工具进行建模。考虑到建筑朝向和窗体设计对建筑能耗影响较大，而窗墙比与建筑采光系数和能耗有密切联系，因此将建筑朝向、窗类型、窗墙比作为主要设计参数，设计参数个数S=3。同时，选取热环境分析的能耗和光环境分析的采光系数作为评价指标。根据建筑地理位置，确定最佳朝向为200°，并在允许的朝向范围内，确定另外两个朝向，分别为210°和190°。窗户类型为单层木框结构、双层木框结构、双层铝合金框结构三种。由于该工程处于夏热冬冷地区，确定窗墙比标准限值时选取窗户规格为1500×2100、1800×2100mm2，并改变一、二层窗墙比。由此得到27个设计方案。
2.综合性能分析模型计算
采用上述构建的Ecotect-TOPSIS方案决策模型对该项目的27中设计方案进行分析评价，包括热环境评价和光环境评价，进而确定能耗和采光系数的评价指标值。在进行光系数评价分析时，考虑到最不利条件，采用全阴天分析条件，因此建筑朝向实际对采光系数没有影响。在评价过程中，借鉴了美国绿色建筑LEED评价体系、英国BREEAM评价体系和目前在国际上使用较多的GBTool评价体系等，确定能耗和采光系数权重，并采用均值作为本例分析系数，具体为采光系数0.41，能源消耗指数0.59。首先利用Excel表格对Ecotect-TOPSIS模型进行计算，在Excel中输入给定权重值，同时输入经过指标同趋势化处理后的模拟结果。然后对评价指标矩阵进行规范化处理，确定27个方案中的最优方案和最劣方案。接下来计算其他备选方案和最优、最劣方案之间的距离，对计算结果进行优劣排序，确定备选方案评价结果。
3.设计优化结果
在本例中的27个备选方案中，设计参数为3项，分别为Rx、Ox和Mx，每项参数的待选赋值为3个，即R1~R3，O1~O3，M1~M3。通过对27个备选方案进行培训，可以确定最优方案为R2O3M2，即房屋朝向190°，窗规格为1800×2100mm2，窗结构为双层木框。从确定的最佳结果来看，所选择的建筑朝向不是最佳朝向，说明最佳朝向不会对最终设计方案的优劣产生决定性影响。而窗体规格越大，可以使建筑室内获得更高的采光系数，同时也会增加建筑室内能耗。从窗体结构来看，双层木框窗体能够降低建筑能耗。因此，排名前几和方案设计一次为R2O3M2、R2O1M2、R2O2M2、R2O3M3、R3O3M3。通过采用这种方法分析不同参数情况下的设计方案单项性能指标，可以直观反映评价指标分析结果以及各指标对最终方案选择的影响。在此基础上利用TOPSIS决策方法进行最优解求取，可以确定综合设计方案的优劣程度。该方法可以普遍适用于各类建筑工程的绿色方案设计优化，但在应用过程中应加以注意，如果设计参数出现连续变化而形成无限个方案，则不适合采用该方法进行最优方案选择，还需要寻求其他方法。从工程实践角度而言，该方法能够满足应用需求。
结束语
综上所述，在绿色建筑设计标准的要求下，通过采用科学的分析评价方法，对有限个备选方案进行分析评价，可以明确各方案之间的优劣程度，帮助工程项目在方案设计阶段选择出综合效益最高的设计方案，从而有效提升建筑方案设计的节能环保性能。
参考文献：
[1]许翔.基于综合性能分析下绿色建筑方案设计优化的思考[J].居舍，2018（01）：90.
[2]孙萍.浅议综合性能分析背景下绿色建筑设计优化对策[J].山东工业技术，2014（14）：94.
论文作者:王骞骞,王利华
论文发表刊物:《防护工程》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/1
标签：建筑论文; 方案论文; 方案设计论文; 性能论文; 方法论文; 朝向论文; 评价论文; 《防护工程》2018年第17期论文;