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摘要：本文从建筑围护结构物质能量传递内涵解读入手，分析了现有还原论思想下环境参数分析方法的局限性，对基于建筑环境整体性信息的分析方法进行了探索研究。应用信息融合技术对室外综合环境信息进行描述，研究表明采用神经网络方法较适用于进行建筑环境信息分析方法的研究，提出了基于神经网络法的建筑环境信息融合体系框架。最后，应用类比分析，建立了建筑围护结构与滤波器结构的对应关系，基于滤波算法的研究思路明确了建筑围护结构对室外环境信息滤波效应的描述方式，为未来开展基于环境信息综合影响下建筑室内环境响应特性研究提供理论参考依据。
关键词：信息处理；建筑环境；分析方法探讨
引言
我国传统的“天人合一”思想及建筑文化强调了建筑营造过程应“崇尚天地”、“中庸适度”，建筑营造方式应以为人提供良好生理和心理信息为目标。其中园林建筑，融居住环境于自然环境，使位于繁华区域的人们领略到自然环境的气息，是此营造思想的具体体现。环境信息集众多已知或未知参数信息于一体，以物质、能量为载体作用于建筑和人，表征其特征是复杂性问题。近代科学基于还原论的思想，将这一环境信息还原成一些基本的物理参数，如温度、相对湿度、太阳辐射、风速、风向等，通过对各参数的分析认知自然环境特征，分析单参数作用下的建筑围护结构物质能量传递过程。实际上，基于还原论思想的研究忽略了各参数之间相互依存关系以及建筑环境的整体性，因此，对自然环境的认知会不可避免的产生一定偏差。本文据此提出以下两点思考：如何综合表征建筑环境信息?如何描述在室外环境信息综合影响下通过围护结构的物质能量传递形成室内环境信息过程?本研究正是基于对还原论思想的环境参数分析方法局限性的考虑，转向探索建筑环境信息分析方法。应用信息融合技术和滤波理论，探索研究建筑环境整体信息综合表征参数的描述方法及建筑围护结构对室外环境信息的“滤波效应”。
1从环境参数到环境信息分析方法的转变
自然环境信息以物质能量为载体，经建筑围护结构的“过滤”作用，从室外转移到室内。美国化学家翁萨格对物质能量传递过程进行了大量研究，结果表明传递过程决定于直接传递效应和附加传递现象的综合作用。若系统同时存在多个传递驱动力Xi（i=1，2，…，n），则它们产生的物质能量流Ii的作用会存在相互影响，这时流矢量与力矢量的关系可并用线性方程组（1）进行描述。I1=L11X1+L12X2+L13X3+L14X4I2=L21X1+L22X2+L23X3+L24X4I3=L31X1+L32X2+L33X3+L34X4I4=L41X1+L42X2+L43X3+L44X4（1）也就是说，通过围护结构的物质能量传递的本质为建筑环境信息的整体传递过程，对此问题的描述为复杂性问题。限于科学技术水平，国内外学者基于还原论思想应用参数分析方法对围护结热湿传递等进行了大量研究，主要分为：模型研究方法与系统辨识方法。模型研究方法，主要存在以下问题：1）围护结构物质能量耦合传递机理复杂，现有研究对其认识不够深入，难以对多参数耦合作用进行精确建模与求解；2）现有数学模型理论应用存在一定的局限性，如：需假设常系数或物理意义不明确；3）由于理论的不完善，模拟结果必须与实测数据相互验证才能保证结果具有一定的可靠性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆系统辨识方法在一定程度上避免了上述问题。基于现代控制理论建立围护结构动态热特性模型，不需要了解围护结构的构造及复杂的物质能量传递机理，只需测出围护结构系统的输入输出数据，应用一定的数据处理方法及系统辨识算法可预测室内环境的参数响应特征，计算得到围护结构的热特性模型。与传统的最小二乘法、谱分析法和频域回归法等系统辨识方法相比，神经网络算法和滤波算法具有计算简单和精度高等优势，因此被广泛使用。基于神经网络的围护结构动态热特性辨识方法，该方法将实验测得的室内外温差作为输入数据，内表面热流密度作为输出数据组成学习样本训练多层神经网络，结果具有较高的精度，并指出为近一步提高精度应考虑太阳辐射对室外空气综合温度的影响。室外气候条件（空气温度、风速、太阳辐射强度等）作为输入数据建立神经网络模型，用以评估不同季节、不同被动式技术下的室内环境温度、相对湿度等参数特征。应用滤波算法处理实验采集数据，采用低通数字滤波器将低频响应的墙体热力系统无法响应的高频信号从采样数据中滤去，辨识精度进一步提高。应用指数滤波法建立系统模型，用来预测围护结构传热系数。应用粒子滤波器与扩展卡尔曼滤波器预测围护结构传热系数，结果表明粒子滤波器精度更高，可进一步推广使用。综上所述，物质能量传递参数分析方法取得了一定成果，但其本质为还原论方法，将环境整体信息传递过程分解成局部或低层次事物来研究，即研究一个参数或有限个参数的耦合作用，较难真实反映建筑环境信息的综合作用过程。建筑环境信息分析方法基于建筑环境信息的整体性，通过建立环境参数之间的融合关系，从整体上考虑建筑环境信息的综合作用，从而实现从环境参数分析到环境信息分析方法的转变。
2建筑环境信息处理方法
2.1信息融合技术综合表征建筑环境信息
信息融合技术是在指定准则下采用计算机技术对按时序获得的多传感器观测信息加以分析、综合和支配，为完成所需的决策和估计任务而进行的信息处理过程，此技术为融合建筑环境参数信息，得到表征环境整体的综合信息提供了途径。建筑环境信息来源复杂，各参数之间存在着复杂的非线性关系，在进行建筑环境参数信息融合分析过程中，采用神经网络融合算法具有很大优势。人工神经网络融合算法是理论化的人脑神经网络的数学模型，能够进行复杂的逻辑操作和非线性关系实现。首先用传感器采集的建筑环境参数信息（如磁场、空气品质、气象参数等）通过特定的学习算法得到不确定性推理机制，输出建筑环境综合信息，然后根据这一推理机制不断进行信息融合与再学习。
2.2基于滤波理论围护结构对室外环境信息的滤波效应描述
滤波基本原理为含有杂波的输入信号通过滤波器，改变信号的频谱特性，以得到期望的输出信号。围护结构对室外环境信息的传递具有相同的作用，如可衰减温度、湿度等参数信息，不透明围护结构可隔绝光信息等，即围护结构可“过滤”室外综合环境。基于滤波理论，本研究将室外环境整体信息作为输入信号，室内环境整体信息作为输出信号，以滤波器对输入信号的处理方法描述围护结构对环境信息的“滤波”效应。建筑围护结构物质能量传递过程与滤波过程的对应研究问题如表1所示。通过这样的类比分析，为预测在室外信息的综合作用下通过围护结构的物质能量传递所形成的室内环境信息提供了研究途径。信息。
结语
本文通过探讨参数分析方法向信息分析方法转变途径，得到以下初步结论：1）通信理论的信息融合技术为综合表征建筑环境信息特征提供了途径；2）基于滤波理论，可类比分析滤波器信号处理过程和建筑围护结构信息传递过程；3）本文只从理论上对初步探索结果进行了描述，提出了建筑环境信息分析方法的途径。在此基础上，将结合实测数据，应用所提出的神经网络信息融合体系框架，对环境参数信息进行融合，以得到综合表征参数的具体描述。
参考文献
［1］周霞，刘管平．“天人合一”的理想与中国古代建筑发展观［J］．建筑学报，2016，46（11）：50-51
［2］雷柯夫．能量与物质的转移理论［M］．北京：科学出版社，2015
论文作者:王勇毅
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第14期
论文发表时间:2018/9/19
标签：信息论文; 环境论文; 建筑论文; 方法论文; 结构论文; 参数论文; 神经网络论文; 《建筑学研究前沿》2018年第14期论文;