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  二、数字技术辅助绿色建筑设计的技术归纳

  1.性能评测数据的“可视分析”

  实质是在参数化关联模型中加入“生态评价模块③”并链接各类生态分析软件,提取评测结果数据并将之反馈至关联模型,以“数据可视化”(如色彩过渡等)的方式对方案进行反馈和评估,设计师可依此调整方案。严格来说,参数化平台的结果数据可视化并不能完全体现数字技术介入的优势,一是目前绝大多数性能评测软件均具有分析数据后处理(可视化)的功能,二是即使数据在参数化平台可视化,但其并未纳入关联模型系统,无法体现数字技术对信息传递的控制。然而,在Grasshopper等参数化平台中的确存在一部分插件来实现生态模拟数据的可视化,其意义是“统一平台界面④”。同直接使用评测软件进行生态分析相比,参数化平台下的结果可视化有利于设计师对方案的直观判断。因其可在设计推敲的同时得到相应的生态分析视觉化结果,在方案初期给使用者较为充分的性能改进建议,所以该类型亦可被看作数字技术同绿色建筑设计的“弱链接”。

  2.性能评测数据的“控制深化”

  实质是将生态模拟结果作为过程数据参与关联模型构建并指导后续设计生成。如通过模拟得出方案几何体表面每片区域的阳光辐射量数值,以此控制其开窗、遮阳的生成等。该类型特点在于,所涉及方案的前一阶段(如体量、界面等)已确定,而评测数据能够同关联模型对应,并基于现存的几何体量对方案的后续深化进行控制(如开窗大小和多少、遮阳构件形态等)。由此,设计本身与评测数据间建立了直接且相互呼应的关系:阳光辐射模拟数值较大的区域相应开窗较小或遮阳出挑较多,抑或维护结构较厚等,因此方案的立面或细节处理将更具合理性。

  3.性能评测数据的“反馈优化”

  实质是在参数化关联模型中加入“优化算法模块”,能以生态评测中的某一个或几个指标为优化方向,并反向调节初始的输入参数组合,来使输出结果在满足生态评测标准的前提下较为优化。特点在于,所涉及方案前一阶段(如体量、界面等)并未确定,模拟数据所起的作用即反馈并协助获取方案初期较优化的结果。该类型中,概念方案由关联模型控制,一系列不同的输入参数可生成众多的设计备选。关联模型中的“生态评价模块”用以评测这些潜在的备选方案,并得到相关结果数据;“优化算法模块”(例如“遗传算法”)则将评测结果数据作为设计发展方向,通过反馈调整初期的众多输入参数,来将其协调配比并得到较优化方案。

  4.相关工具归纳

  基于Grasshopper平台,应用于绿色建筑设计的辅助工具归纳。

  三、数字技术辅助绿色建筑设计的策略展开

  1.组团层级

  (1)概述

  宏观层面的城市设计、居住区或传统聚落,其生态策略可从建筑与环境间关系、建筑与建筑间关系两个角度展开。对于建筑与环境,应考虑如何有效利用建筑所处的地域资源,即合理调节阳光、风、地形、土地、水源、绿化等要素同建筑间关系;对于建筑与建筑,则需探讨建筑的组团布局,即合理规划建筑群落整体朝向、建筑间缝隙、街道或开放空地等。总体来说,组团层级的生态策略主要体现在建筑整体布局的关系及形态上的`优化,从而达到对室外风环境、自然采光、阳光辐射等方面的利用或防控。

  (2)数字技术介入

  首先,在数字平台中建立关联模型来描述群组的形态及空间关系,精确、多样化的输入参数(如建筑形态、高度、数量、疏密等)能够对建筑群的整体呈现进行调节;其次,评测体系(计算公式或生态模拟平台)可将室外风环境、热环境、建筑采光优劣、容积率等作为待优化目标,通过性能模拟结果数据来“反馈优化”,得到组团聚落的生态最优方案。具体来说,策略一为城市生成,属于方案从无到有的“控制深化”过程,多见于国际城市设计竞赛或数字城市设计研究等。首先需确定形态结构原型,而后性能模拟则会为城市群落的生成提供“中间数据”或切入点。这类城市设计探索更具建筑设计倾向,因其由参数关联模型整体控制,所生成的城市结构和形态更加有机、整体且较纯粹。策略二为“反馈优化”,多见于建筑群组结构已确定的城市片区或居住区,通过设定单或多目标来优化各个建筑单体的朝向、开间进深、层高和布局等。其在工程实践中帮助较大,能在建筑师人为介入的前提下对群组空间结构、形态进行可控调节。此外,由于众多设计规范(如采光、防火、疏散间距等)的严格限定,加之“行列式”等现存参考模式,数字技术的统筹能极大地提高该尺度层级的设计效率。

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