文摘
由于能力的生成结构配置合理的力学性能和材料利用率高、拓扑优化工程设计已被广泛采用。虽然许多建筑师试图应用拓扑优化工具协助建筑形态设计在实际项目中,拓扑优化,像其他定量分析技术,没有系统地纳入建筑形态设计。在这项研究中,通过将拓扑优化工具集和参数化设计理论,结合多属性决策分析,提出了一种设计方法能够有效地获得一些建筑结构建筑形态与结构的合理性和审美规则并完成评估和绩效排名的选择。在这项研究中,基本架构应用场景分为表面应用场景和体积应用场景,和拓扑优化的可能变化范围参数定义建筑的应用场景。通过反复调整参数的影响,得到了不同结构形态的结果。发现小拓扑优化参数的变化将带来巨大差异的结果。这样一个敏感的关系可以被利用来生成一组合理的拓扑结构,而这些拓扑结果可以作为建筑形态设计方案。绩效评估和排名的分析选择,FANP-TOPSIS的应用提出了多属性决策模型。案例研究表明,该决策分析模型是有效的,方便,适用于建筑形态设计。这项研究的结果可以提供新思路和关键参考学者和建筑师在建筑领域的探索建筑形态设计的过程和方法等相关问题。
1。介绍
建筑业的发展设计软件和相关制造业的成熟技术在过去的二十年里已经导致建筑物的建设具有复杂和引人注目的外观1]。虽然很多人收到赞扬和地区被认为是标志性的地标,其他人则批评缺乏和谐的建筑设计和结构方面的考虑。挑战,因此仍然是获得令人满意的设计,可以同时接受建筑操作功能和审美理想的效果,以及保持合理的结构性能(2]。受结构形态(Rene Motro文选的结构形态),其中包括形式,部队,材料,结构和针对与和谐发展结构体系的综合这四个方面,建筑形态是由扩展定义的内涵结构形态,它同时涉及结构性能、建筑功能,和审美要求,旨在开发一个建筑系统与这些因素之间的平衡。
拓扑优化数学方法来优化材料分布在一个特定区域根据给定的条件和目标指数,已达到它的受欢迎程度在土木工程和建筑设计由于其潜在生成理性和aesthetic-artistic形态(3]。拓扑优化最初是为应用程序开发的航空和机械工程4),设计空间是连续的材料,甚至小节省重量很重要,例如,通过节省燃油成千上万的旅程和/或拯救成千上万的批量生产的产品的材料。在已经开发的许多拓扑优化方法,常见的方法包括固体各向同性材料与处罚(笨人)方法(5- - - - - -7),(一)渐进结构优化(ESO或BESO)方法(8,9[],水平集方法10- - - - - -12),移动morphable组件(MMC)法(13,14),和独立连续映射(ICM) [15)方法。许多这些方法一直采用建筑形态问题的应用程序域。对支撑系统的设计对高层建筑,Beghini et al。16)提出了一种拓扑优化框架集成架构和工程。优化壳牌的一代——和大型空间结构被Ohmori调查(17),他开发了一个扩展的ESO方法,而彭(18)应用的ICM方法设计树状的结构与层次拓扑结构类似于树枝。
同时广泛的文献中可以找到相关的应用拓扑优化建筑设计的方法,仍然存在许多差距,需要进一步的调查,本文地址。首先,研究人员通常专注于一个特定类型的应用程序场景中,如梁、墙、或大型空间结构,而全面研究如何使用拓扑优化生成建筑形态在许多不同的应用场景是失踪。此外,输入一个拓扑结构优化之间的关系和由此产生的形态没有详细调查。缺乏理解的输出输入的敏感性的主要障碍之一是防止建筑师在实践中使用拓扑优化工具。第三,研究进行了讨论和比较优化的拓扑和形态从拓扑优化建筑设计美学的角度。
本文首先提取和分类最常见的建筑场景基于其几何特性和结构特性。然后得出影响拓扑结果的关键参数,并讨论它们的相对影响这些结果。方法结合参数化建模和拓扑优化然后采用建筑形态生成。利用敏感的关系产生的拓扑和输入参数的优化,一个单一的解决方案,或集群解决方案,可以获得。他们被视为潜在的候选人为建筑设计,因此解决问题的建筑形态生成。最后,采用数值例比较形态不同的优化壳结果并提供一些基本的审美评价从建筑师的角度来看。
这篇文章的大纲如下。节1的背景下研究和所需的背景知识。节2,形态生成过程,提出了参数识别和影响力。基本架构的应用场景进行分类3一起讨论如何影响参数之间的关系架构的应用程序。部分4评估优化参数和拓扑之间的关系为每个分类结果,并在部分5的具体的例子,形态生成壳结构调查。最后,部分6强调工作的结论,探讨了在实践中对形态生成。
2。形态生成方法
拓扑优化的结构一般包括加法、减法,或消除材料内部设计领域。通过迭代调整的材料,最优拓扑,代表域内的力流,会逐渐出现。除了最好的力学性能,通常情况下,获得拓扑也高度审美。因此这成功的工程和艺术建筑形态设计视为一个理想的候选人。然而,没有保证产生的配置虽然拓扑优化总是适合直接就业在未来设计阶段,通常一些修改是必要的,这可以通过调整影响的参数。
考虑如何相应地调整影响参数之前,一种解决问题的方法的建筑形态生成通过下面介绍拓扑优化和参数扮演关键角色在决定最终的形态。
2.1。有影响力的参数
在这篇文章中,拓扑优化用于生成建筑形态;因此,不同结构的拓扑优化参数优化和结构成员也用作形态学参数生成。一些额外的参数所需的拓扑优化,如负载场景、边界条件、材料特性,不直接与形态有关。
第一个参数需要考虑,设计领域,由几何与平面或空间特性。这通常是定义基于考虑建筑功能,如空间划分,人流,光,通风要求。例如,它可以是一个代表门窗、墙开口的半球形壳孔顶部代表天窗或修剪固体框代表一个完整的建筑。应该注意的是,在优化过程中,只有材料在设计域可以删除,保留,或者重新引入。这意味着最优拓扑只能由设计域内的材料。通过这种方式,设计领域,一方面,提供了空间形态的改变,但是,另一方面,限制了这种变化的范围。因此,这个基本设计领域之间的关系和由此产生的最优拓扑的设计领域最主要的参数之一,影响原始结构的优化结果。
第二个需要考虑的因素是不同的加载场景原始结构。拓扑优化的目的是生成结构配置与外部荷载作用下力学性能最好。负荷作用于建筑物包括重力、生活,风,和雪荷载,以及集中(点)部队应用于特定位置来表示特定对象。小外部负载的变化,最优拓扑可能发生的主要变化,因为它是机械作用下结构的响应,这些负荷决定了优化过程的进化方向。
边界条件是第三个参数需要考虑。对于建筑,边界条件通常包括pin-supports,辊轴支承或fixed-supports。这些支持可以出现在特定的离散点,应用不断沿直线或曲线,甚至分布在整个表面。边界条件指定的位置将其外部负载转移到基础结构。也因此,细微变化的边界条件引入显著变化的优化结果。
还需要仔细定义材料属性,通常情况下,将会有超过一种类型的材料被使用在一个建筑设计的建筑或任何特定的结构成员。例如,许多高楼大厦是由钢梁,列和甲板,钢筋混凝土板倒在甲板上原位复合地板系统。指定不同的材料特性对不同区域的建筑结构响应有着至关重要的影响,因此其最优拓扑。然而,建筑形态生成通常是在建筑设计的早期阶段进行,这时它通常被认为是可接受的只有一个材料用于拓扑优化。也是一个共同的假设在早期阶段设计中只有线性弹性变形会发生的结构。在这种情况下,最优拓扑的材料也是另一种物质的最优拓扑。因此,对于本文的目的,拓扑优化结果的差异变化造成的材料可以被认为是可以忽略不计。
除了上述初始化参数优化,拓扑优化的配方本身也涉及到定义的参数对结果的影响。一般来说,制定一个拓扑优化问题需要目标函数和约束函数的定义。目标函数使用客观指数或性能指标作为因变量和输入参数作为自变量,和客观指数或性能指标是研究想最大化或最小化,例如,最大限度地提高整体结构刚度。除此之外,研究人员可以使用约束函数应用特定的几何或机械约束优化结构,如最小/最大特征尺寸(19,20.和对称和重复模式21]。这两种函数通常是决定基于考虑力学性能或设计的原始结构的几何特性,可以涉及到变形的措施,压力稳定,材料体积等。上面介绍的有影响力的参数分为两类总结如表1。
2.2。形态生成过程
在本文中,作者采用拓扑优化方法生成候选建筑形态的设计,通过改变影响参数表中列出1。采用过程如图1,并给出详细解释如下:(1)定义制定参数(目标和约束函数)(2)定义初始化参数(设计领域,荷载、边界条件和材料特性)(3)使用参数中定义的步骤(1)和(2)解决拓扑优化子问题(4)评估步骤(3)产生的拓扑。如果满意,输出结果;否则,返回步骤(1)或(2)和修改相应的参数
有各种选项可用来解决拓扑优化问题在步骤(3)中,一种方法是实现源代码,如介绍了魏et al。22]。代码解决了最小合规问题,最大化整体结构刚度下有限的材料使用。然而,大多数用户将选择应用现成的软件,提供了拓扑优化功能,例如,许多插件之一犀牛/蚱蜢,如TopOpt [23和阿米巴24]。这种软件广泛应用于参数模型生成优化的架构。此外,一些商业有限元软件包具有内置的拓扑优化功能,如“牵牛星”激励(25]和OptiStruct [26]。这种软件是采用广泛的工程产品设计。
本研究使用三个分析技术在多属性决策方法建立一个评价分析模型来评估获得的拓扑结果。首先,模糊德尔菲法(FDM)是用来提取设计元素,它可以获得拓扑的满意度有重要影响的结果。这项技术已广泛应用于规划和评估等相关领域的研究区域治理、社区管理、景观建筑(27,28]。与传统的Delphi相比,引入模糊技术的优点包括(i)减少的数量调查,(2)专家的意见完全表达,(3)专家相对合理、符合需求,和(iv)经济方面的时间和成本。其次,关于尺寸的优先级的澄清层,本研究将层次分析法(AHP),已广泛应用于相关研究培训评估元素之间的相对权重(尺寸/元素)。该分析技术的应用依赖于专家领域知识,通过元素之间的两两比较,阐明利益相关者元素的相对重要性的考虑。最后,技术优先的顺序通过相似性理想溶液(TOPSIS)用于排序和选择几个获得拓扑的性能结果。这种分析技术提出了黄和尹29日]。接近的基本思想是积极的理想的解决方案,更好的;相反,远离负理想解,越好。
在这项研究中使用的FDM是将专家意见集成的“双三角模糊数”(30.],测试专家认知是否显示了一致收敛效果“灰色地带的验证方法。“具体步骤如下:步骤(F1):“最保守的认知价值”和“最乐观的认知价值”所有专家给出的每个元素我外的极值统计分析,“2倍标准差”是消除。然后,最小值 ,几何平均值 ,最大值在剩余的“最保守的认知价值,”和最小值 ,几何平均值和最大价值在“最乐观的认知价值”计算,分别。步骤(F2):根据步骤(F1)的计算结果,three-angle模糊数字 “最保守的认知”和three-angle模糊数 “最乐观的认知”为每个评估元素我分别计算。步骤(F3):测试是否在场的专家的意见一致的收敛效果可以通过以下方式来判断。(1)如果没有两个三角模糊数之间的重叠,即, ,它将表明,每个专家都有一个共识的观点区间值部分,往往是在这个意见和部分,所以“共识价值”这个评估的元素我可以通过计算 (2)如果有两个三角模糊数之间的重叠,即, ,和灰色区域 模糊关系的比范围小 乐观的“几何平均数之间的认知”和“几何平均数的保守的认知”专家的评价标准,这意味着虽然没有共识部分区间值为每一个专家的意见,极端的两位专家意见(最保守的专家乐观的认知和保守的乐观专家认知)没有太多其他专家的意见不同,导致不同的意见。然后,“共识价值”这个评估的元素我可以通过计算 (3)如果 和 大于 ,这意味着没有共识部分区间值为每一个专家的意见,和极端的两位专家意见(最保守的专家乐观的认知和保守的乐观专家认知)太多的其他专家的意见和不同导致了不同的意见。因此,有必要开展新一轮的调查问卷,重复步骤1到3,直到所有评估项目已达到收敛,和相应的“共识价值”。
AHP是一个全面的框架,适用于当人们犯多目标情况下,multicriterion, multisector决定使用或不确定性的任何数量的选择。描述的技术程序获得权重如下:步骤(A1):比较两两因素的相对重要性和获得一个 成对比较矩阵,意味着元素的数量。步骤(A2):使用一致性指数检查逻辑判断的一致性 和一致性比率 。C.I.值被定义为 ,在哪里成对比较矩阵的最大特征值。C.R.值被定义为 ,位于美国罗德岛州,是一个随机指数决定的价值吗n。(位于美国罗德岛州的值对应n= 1,2,…,10 0,0,0.58,0.9,1.12,1.24,1.32,1.41,1.45,和1.49,分别)。一般来说,C.I.和C.R.的值应该小于0.1或相当一致。步骤(A3):使用归一化特征向量最大的特征值因子权重。TOPSIS(技术顺序偏好相似理想溶液)方法提出了陈和黄31日),关于黄和尹29日]。TOPSIS过程由以下步骤组成。步骤(T1):计算标准化决策矩阵。归一化值通过计算 步骤(T2):计算加权标准化决策矩阵。加权归一化值是计算 在哪里的重量吗属性, 。步骤(T3):确定正理想和负理想的解决方案。 的意图使用(5)是计算每个标准的最大和最小的分数在每个选择。步骤(T4):计算分离从积极的理想的解决方案,给出 同样,从负理想解作为分离 步骤(T5):计算相对接近理想的解决方案。的相对亲密的选择关于被定义为 自≥0和≥0之后,很明显, 。步骤(T6):根据计算R我价值,替代情况下的性能排名,和越高R我价值越高排名顺序。
3所示。分类架构的应用场景
为了执行上述过程,重要的是要知道每个参数的允许范围内(设计领域、负载情况和边界条件)等建筑应用场景可以有所不同。自从范围在很大程度上取决于被调查的具体问题,有必要将潜在的问题划分为子类,然后地址每个反过来确定合适的范围。
3.1。基本架构的应用场景
这两个标准的分类问题场景采用作者是场景的力机制和几何特性,总结在表和典型场景2。对于那些场景,在力机制限制在两个维度,即。,the forces are generally flowing within one plane, they are classified as surface application scenarios. Shells are included in this group, because the influence of their third dimension (thickness) is negligible to the other two dimensions, and under external load, the force within the shell can be viewed as flowing within its mid-surface. Scenarios that transfer load in three dimensions are classified as volumetric applications. They include joints (where forces do not generally lie in a single plane), multifloor buildings, and spatial structures. Of course, there are other ways of categorizing architectural application scenarios, and there are other scenarios that are not explicitly considered within this paper. However, the classification adopted here is sufficient to assess the likely limits for the modelling parameters across a suitably wide range of architectural scenarios.
3.2。优化参数
根据上面的分类,形态生成影响参数的范围可以调查。因为形态生成通常发生在早期设计阶段,制定的参数的拓扑优化问题(目标函数和约束函数)可以保持不变。此外,它通常是结构刚度和材料体积优化设计,吸引最多的关注;因此,它是合理的采用结构刚度和材料体积作为目标和约束,分别。
在接下来的研究中,只有参数初始化的优化问题(设计域、加载和边界条件)。这里省略了材料属性,因为在概念阶段,合理的分配只有一种材料整个设计领域,正如上面所讨论的。然而,不同的材料组合的影响拓扑结果仍应牢记(32]。
3.2.1之上。参数为梁/拱门
梁或拱可以以他们的长度高度比例。他们通常有一个跨度约十倍比他们的高,这使得弯矩占主导地位的行动。常见的优化参数为梁/拱门总结在表3,但当然存在很多其他参数,本文中提出的方法也同样适用于他们的调查。
的设计领域,它可以是一个矩形,有或没有一个锥形或弯曲的上边缘。常见的负载场景包括分布载荷作用在顶部,中产阶级,或底部边缘,或集中沿跨度点荷载作用在某种程度上。支持可能是固定的,滚,或者(旋转)固定,通常位于两端的梁拱。梁和拱之间的主要区别是是否支持抵抗水平运动,用一个拱推力水平的支持,和梁。此外,可能会有几个支持连续梁的长度。
3.2.2。参数的墙壁
总结了常见的墙优化参数表4,墙上的span-height比率更接近于团结。一堵墙可以支持两个低的角落,或完全支持其下缘。压缩载荷通常主导墙的设计,和重力负载通常是主要来源。然而,在高层建筑中,一堵墙的高度可以显著相比,其跨度,和风压产生的横向荷载可以占主导地位的场景。
3.2.3。参数贝壳
总结了常见的贝壳优化参数表5,外壳的几十或几百个厚度。shell可以半球形、圆柱形、鞍,或是完全自由。最常见的负荷作用于壳是平面外加载重力或area-distributed等,但他们也可以抵制加载在一个水平面,他们是在一个方向或twisting-loads诱导。壳通常是支持在较低的边缘,在通过固定或离散点(旋转)fixed-supports或不断地边缘。
3.2.4。关节参数
关节通常发生在十字路口的几个不同的组件(通常是梁),和他们共同优化参数总结在表6。设计域联合是一个多边形的几何,传入的成员所在的平面上,或实心球体完全3 d关节。载荷作用在联合部队转移从周围的组件。在拓扑优化,它的一个边缘或其表面通常假定完全固定(33]。
3.2.5。参数多层的建筑
总结了常见的多层的建筑优化参数表7。他们的设计域可以是一个正多面体几何或几个这样的几何图形的集合。通常来自负荷作用于他们,但水平部队也可以成为高层建筑的主流。常见的边界条件包括point-supports角落,edge-supports底部边缘,或全部整个底面的转动约束。
3.2.6。为大型空间结构参数
总结了常见的大型空间结构优化参数表8。他们的设计领域类似于多层的建筑,区别在于,张成的空间结构通常比其大得多的高度,多层的建筑的完全相反。加载和常见的边界条件是相同的多层的建筑。
4所示。优化参数和拓扑结果之间的关系
在这一部分中,首先选为梁/拱类别基准案例研究调查的重点优化参数和拓扑之间的关系的结果。扩展的方法然后讨论壳结构的形态生成。
进行参数的关系调查研究不同的输入参数和评估他们对拓扑优化结果的影响。作为基准,典型的优化参数首先假定,然后围绕这些指标变化值量化分析及其影响。
4.1。基准的例子
一个矩形表面10米的跨度和高度1米被选中作为基准的设计领域的研究。它的边界条件是两个固定支持较低的两个角落,它有一个均匀分布载荷作用在顶部边缘。确保在拓扑优化负载保持不变,一层很薄的材料,直接支撑负载保持在顶部边缘在整个优化过程。应变能选择这里作为目标是最小化,因为它是常用的优化,以反映全球结构的灵活性(7]。采用钢作为整个结构的材料,以及材料体积限制是30%的材料体积在最初的设计。
在三个不同的拓扑优化迭代如表所示9。单个大跨度拱的形式出现在开始解决方案的过程,由50的迭代。分层的树枝伸出从主拱顶部边缘逐渐变得更加精致随着迭代的进展,和更多的材料。生成的拓扑结构显式迭代150象征着force-paths但显示一个离散的和有机几何;因此,它可以被视为机械理性和建筑美学的结合。
4.2。扩展的例子
调查获得的优化参数对拓扑的影响结果,拓扑优化运行的次数,每个都有不同的组合的优化参数。拓扑结果与基准表中的示例9来演示这些影响。
4.2.1。准备设计领域
顶部边缘的矩形表面弯曲在两个不同的尺度,和拓扑结果如表所示10(行1和2)。比较基准的例子表明,形态非常相似,最大的差距的曲率拱,调整以匹配设计领域。
4.2.2。负载场景
顶部边缘荷载作用是刚搬到中线处,然后底部边缘,最后改变成为一个集中力作用在顶部边缘的中点。行3 - 5所示的拓扑结果表10,分别。负载仍然是一个均匀分布的线负载时,主结构系统仍然是一个拱门,即使行行为在不同的垂直位置。随着负载的向下移动,二级分支连接到主拱自动调整负载点的应用程序转移到拱门。这些几何变化导致相应的力学变化,因为部队在分支开关从压缩到紧张。
集中(表加载到一个点10行5)转换拱桁架,允许从其他领域材料的去除。
4.2.3。边界条件
两种类型的边界条件。一个是简支左右较低的角落,,另一个是夹在左和右边缘。相应的优化结果如表所示10(行6和7)。
当一个支持基准改变辊,不再提供横向约束(表10行6),材料是保留底部边缘,作为张力领带,防止两个支持的相对位移。另一个变化是,没有支持的水平推力的阻力,结构代表了弓弦梁结构(34),而不是一个拱门。与完全fixed-supports沿着两条边(表可用10行7),获得的拓扑又代表了弓弦梁;然而,其深度约1/5的跨越,这可以被映射到其弯矩的拐点。
4.2.4。材料体积分数
通过改变目标材料的体积分数,不同拓扑生成的结果。表的行810是获得50%的体积分数。比较基准的例子展示了没有什么差别,但保留更多的物质时,大部分进入增厚的拱门。
4.2.5。讨论
优化参数的四种类型的影响(设计领域、负载情况、边界条件和材料体积分数)研究了在这一节中。结果可以得出结论,拓扑优化参数非常敏感,轻微的变化一个参数会导致大量获得的拓扑。因此,它是合理的证明这个敏感的关系可以用来生成一个各种各样的最优拓扑,其中,可以选择最好的建筑设计。
5。形态学代的贝壳
外壳已经广泛采用高效解决方案覆盖大空间,和贝壳的实际实现中可以看到展览场馆、体育和娱乐场所,和运输交换,等等。著名的例子包括Palazzetto Pier Luigi神经在罗马体育报,或由费利克斯·坎德拉在墨西哥(Los Manantiales餐厅35]。然而,在一个完全连续的壳,通常有一些材料,不需要将负载转移到支持,因此它可以被删除。这里采用拓扑优化方法确定删除从外壳材料。在本节中,采用截球壳进行调查,这个几何的形态生成的结果列在下面。
5.1。基准的例子
我们选择体育场屋顶结构作为一个固定的功能要求,它位于广州亚热带气候。修剪几何认为这里是一个球体,60米的跨度和高度为10米,如图2。16岁是pin-supported等距的点在底部边缘。在节4,采用钢材料,应变能作为目标函数,材料部分初步设计域的目标是30%。只有一个均匀分布的表面垂直负载被认为是表演。负载是首先应用于一个相同的外壳,具有极高的刚度。然后转移到负载之间的拓扑优化模型通过定义一个tie-constraint这两个几何图形。自负载、几何形状和边界条件都是对称的,一个1/4子结构模型采用拓扑优化过程,同时完整的模型用于可视化的镜像对称的子模型在两架飞机。
(一)
(b)
优化的几何结构进行了有限元分析/托斯卡[24]。六种不同的拓扑如图迭代步骤3和4。只有细胞密度为0.3或更高版本显示提高清晰度。主结构系统开始出现了40迭代,之后,主拱和环之间的层级分支逐渐出现,越来越精致。
(一)
(b)
(c)
(d)
(一)
(b)
(c)
(d)
修改几何是由几个漏洞引入设计领域(见图5)。漏洞可以被视为反映了建筑需求,例如,roof-lighting或通风功能。进行优化的新几何也使用相同的优化参数。
(一)
(b)
六种不同的拓扑优化迭代数据所示6和7。的主要区别,没有孔是顶点附近的一个小环似乎不是一个完全填满圆。主要结构的接触也支持改变从Y - v字形,和底部环略有上升。它可以得出结论,洞在设计域导致明显的拓扑变化的结果。然而,这些变化表现为适应原始拓扑和保持的审美接受,它演示了该方法的适用性。
(一)
(b)
(c)
(d)
(一)
(b)
(c)
(d)
5.2。评估的例子
结构形式生成的结果基本上符合工程美学定律结构合理性,但多元化的评估结果选择主要是建筑师。从形式美法则的角度来看,我们请业内专家讨论壳体结构的形状和总结5重要的评价因素。在此基础上,研究使用一个九分李克特量表专家问卷调查,这是发送到37个专家。所有接受采访的专家有硕士学位或以上,其中12收到架构和相关领域的博士学位,和共有28个5年以上建筑设计工作经验。总共32有效问卷最后收集,由AHP方法和数据进行了分析。五个评价要素之间的相对重要度如表所示11,专家的意见通过了测试的一致性(CI = 0.087;CR = 0.078)。
然后用八个壳结构形式,通过拓扑优化在本文的前面部分评估的情况下,研究应用TOPSIS法来评估每种情况下的性能和等级情况下基于专家的审美体验。绩效评估问卷设计规模的清廉和管理一群专家曾完成了AHP问卷。共35份有效问卷,绩效评价分析的结果如表所示12。
根据绩效评价分析,案例C6是最好的解决方案在八个壳结构形式,而其余C5, C2, C3, C4,和性能是C1最糟糕的解决方案。研究应用AHP-TOPSIS模型集成专家的主观意见。在获得一些结构形式,结构合理性、符合审美规律,研究构建一个评价体系明确的性能排名不同的结构形式。总之,本研究整合了拓扑优化工具和参数化设计理论与MADM模型构建过程模型,从一代到绩效评估的结构形式的建筑。拓扑优化的应用和参数化设计的概念,架构师可以访问不同选择的解决方案。这些解决方案是一致的结构合理性和一定程度的工程美学。然而,在实际情况下,结构设计解决方案的评价和排名通常要求一个明确的评价客观或观点基于群决策的利益相关者。评价在本节是在结构形式美学的背景下进行的。简而言之,每一个设计案例的评价和排名是基于表单的美学评价目标。然而,更多的理论和应用价值在这项研究中,提出了包括拓扑优化、参数化造型,建筑结构设计的多属性决策过程。 It covers the form of generation to evaluation and selection of structural design solutions.
6。结论
在这项研究中,通过将拓扑优化工具集和参数化设计理论,结合多属性决策分析、形态学方法一代提出了建筑设计。设计方法可以有效地获得一些建筑结构形态与结构的合理性和审美规则并完成评估和选择几个备选方案,通过多属性决策。的形态生成、基于承载机理和几何特性,基本架构应用场景分为两组在这项研究中,即表面应用场景(包括梁/拱、墙和shell)和体积应用场景(包括关节、多层的建筑和空间结构)。在此基础上,优化参数的可能变化范围(设计领域、负载情况和边界条件)对此类建筑的应用场景。这将为建筑师提供直接指导当拓扑优化工具集和参数化设计理论应用到建筑形态生成。另一方面,通过分析优化参数和拓扑之间的关系的结果,与梁/拱应用场景为例,证明了这种敏感的关系可以用来生成一个集群建筑形态设计的选择。此外,壳的形态生成是研究通过两种不同的设计领域,一个和一个没有洞。有机、离散和机械理性的拓扑结果验证该方法的适用性和有效性。
为了澄清整个过程从建筑形态生成设计方案评价和选择的方法,FAHP-TOPSIS模型应用于完整的性能排名和选择评价8例通过拓扑方法生成结果的评估情况,以及建筑形式的原则,本研究作为基本的评估标准。在未来,学者和架构师可以应用这种设计方法在相关研究中,制定相应的评价目标在具体的现实情况下,同时完成几个拓扑的性能评估和排名结果依赖于专家经验。即使在改进后的设计方案评价排名了,DANP技术可以用来取代AHP技术在未来多属性决策模型,以澄清之间的互动关系下的标准提出了评价目标,这有助于探索不同的改进策略方案从系统和动态的角度。在后续研究中,可以使用非相加的性能分析技术初步的TOPSIS方法用于这项研究。因此,本研究中使用的TOPSIS评价案例研究是一种添加剂的性能水平的方法。但是,情况在实践中可能经常被非相加,因此后续研究可能使用非相加的方法来评估性能更接近实际情况。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果都包含在这篇文章。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者感谢所有的医务人员和设计师参加了这项研究。作者要感谢Lei Xiong,研究助理,所有的辛勤工作和努力投入,使问卷调查取得成功。作者也无限感激的校友会环境艺术设计、体系结构和应用艺术学院,广州美术学院,在研究的支持。这项研究是由国家社会科学基金支持的艺术项目(项目号:18 bg08)。这项工作也由广东省哲学社会科学“十三5年”计划2020年度纪律Co-construction项目“多属性决策分析和激活策略研究文化遗产街区Guangfu地区基于该概念”(项目编号:GD20XYS41)。