城规建筑优化设计参考资料1Word文档格式.docx

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所谓系统，可以定义为：

处于一定相互联系中的、与环境发生关系的各组成部分的总体，是由若干个相互区别、相互联系、相互作用的要素所组成，它处于一定的环境之中，是为实现整体目的而存在的有机结合体。

系统具有如下八大特征：

（1）集合性；

（2）相关性；

（3）目的性；

（4）整体性；

（5）环境适应性；

（6）层次性；

（7）综合性；

（8）动态平衡性。

从系统论的观点出发，可以认为城市和建筑、公路、桥梁、隧道等均是世界上存在的无数系统之中的特殊“社会—经济—自然”复合生态系统。

优化设计（OptimalDesign）是20世纪60年代发展起来的一门新的学科，它是最优化技术和计算机技术在设计领域应用的结果。

所谓“优化设计”是指：

研究问题和寻求解决问题的最优方案，“最优”两字应理解为在给定条件下得到尽可能满意的结果。

千百年来，在现实生活中，人们总是试图把现实状况转变为所希望、所追求的状态，正如1978年诺贝尔奖金得主H·

西蒙在“关于人工事物的科学”一书中提到了上述的“满意”是不同专业人们思考、选择、表达面临的不同方案的基点，此为不同领域工作者的共性问题，也即是“广义设计”的概念。

因此，追求“优化”是创造一切人工事物的共同目标。

实际上，在任何一项设计工作中都包含着寻优过程，但这种寻优在很大程度上带有经验性，多根据人们的直觉、经验及不断试验而实现的，由于受到经验、时间、环境等条件的限制，往往难以得到最佳的结果。

目前的设计，多采用类比法，参考已有的设计或经验数据，进行分析对比，从而确定所需的设计参数。

也有选择有限的几种方案进行计算，最后根据设计要求确定一组较好的设计参数。

一般来说，这样确定的设计方案，不是最佳的设计方案。

但是，如果采用最优化方法进行设计，则可以获得最佳的设计方案。

系统工程是把已有学科分枝中的技术有效地组织起来，用以解决综合工程问题的方法，它不仅涉及科学技术，而且涉及经济、社会、环境等因素，从问题的整体性、综合性着眼，使系统效益达到优化。

优化设计主要包括两部分内容，一是优化设计的建模技术；

另一是优化设计问题的求解技术。

如何将一个实际的设计问题抽象成一个优化设计问题，并建立起符合实际要求的优化设计数学模型，这是优化技术的关键。

建立实际问题的优化数学模型，不仅需要掌握优化设计方法的基本理论，更重要的是要具有该设计领域的设计经验。

从大类来分，优化设计可分为参数优化与方案优化两大类。

基本建设优化学与绿色建筑设计

刘启波刘士铎

（长安大学，西安710061）

摘要：

本文阐述了绿色建筑与基本建设优化学的内涵以及它们之间的联系，提出了在基本建设优化学概念下绿色建筑设计的主要目标、研究途径与应遵循的设计原则。

关键词：

绿色建筑；

基本建设优化学；

生态文明；

系统设计法

OptimizationTheoryofCapitalConstructionandDesignofGreenBuilding

LiuQibo,LiuShiduo

（Chang’anUniversity,Xi’an710061）

Abstract:

Thispaperexpoundedintensionofgreenbuildingandoptimizationtheoryofcapitalconstruction,thendiscussedtherelationofthem.Italsoraisedprimaryaim,channelofresearchandabidingbyprincipleofdesignundertheconceptionofoptimizationtheoryofcapitalconstruction.

Keywords:

greenbuilding;

optimizationtheoryofcapitalconstruction;

ecologicalcivilization;

designmethodinsystem

一、前言

21世纪之初，整个世界正面临着工业文明向生态文明的过渡，人类社会也将从工业社会转向生态社会、从工业化发展模式转向生态化发展模式。

而在20世纪90年代，当可持续发展问题被世界各国提到重要议事日程上来后，真正含义上的绿色建筑

（1）

（2）也应运而生。

绿色建筑是在可持续发展环境伦理观与生态化发展模式理念指导下的建筑发展的必然趋势，它建立了建筑与自然共生的观念，即以积极的态度，把人与建筑、人与自然环境间的关系建立在生态价值观的基础之上，以“配合应用”取代“消费”环境资源，视大自然为生命体，与自然环境维持共生共存关系，实现自然生态、社会生态、经济生态和历史文化生态的平衡、协调发展，此观念正好弘扬了我国优秀传统的“天人合一”的思想，为丰富和发展建筑设计理论与设计实践，为建筑科学与环境科学的融合、传统特色和现代技术的融合打开了新的视野（3）。

在上世纪七十年代末由我国学者首先创建的“基本建设优化学”是一门大型横向交叉学科（4），从它一开始诞生，就确定研究的对象为社会—经济—自然复合系统，用优化的理论和方法揭示、测度、评价基本建设中的矛盾运动发展规律并选择其运行机制，试图解决基本建设领域中经济建设与社会、生态环境之间的最优适应和协调发展问题，谋求经济、社会、生态环境三方面的综合效益。

早在上世纪80年代末，中国基本建设优化研究会就提出了65项“重要研究课题（5），几乎覆盖了有关可持续发展的大部分内容，其中不少课题的提出与研究，早于国际社会陆续正式提出好几年，这是我国基本建设优化工作者对人类作出的重要贡献。

1996年9月，作者在“基本建设优化学与可持续发展”（6）一文中，曾雄辩地论证了基本建设优化学是可持续发展的一门前沿学科；

强调了人类进入“生态文明”时代，谋求人与自然和谐统一的共生关系，走社会、经济与生态环境相协调的可持续发展道路，已成为必然；

同时在该文中提出了在世纪之交的十五年左右时期，将是我国发展的关键时期，基建优化工作者应优先进行七项工作。

该文发表后，在国内外基建界，受到许多有识之士的充分重视与热烈响应。

该文在“大力开展人类聚居环境课题的研究”一项里，曾强调指出，本学科要顺应城市化的进程，大力开展基于生态环境保护与自然能源、资源有效利用的“绿色建筑”体系、优化人居物理环境的研究，土地可持续利用规划的研究等。

另外，提出的有关“加强资源综合利用的研究，优化基建投资效益”、“加强能源结构优化和节能的研究”、“大力研究与环境保护密切结合的基本建设课题”以及“加强抗震减灾的研究”等项工作，无不是预见性地成为后来绿色建筑研究的中心议题。

七年过去了，广大基建优化工作者在可持续发展理念下结合实践做了大量研究工作，为进一步充实基本建设优化学的内涵作出了重大贡献，而在与绿色建筑设计密切结合的研究中也取得了可喜的成果。

在基本建设优化学概念下，绿色建筑设计不同于传统的建筑设计，是将建筑视为一个人工生态系统，一个自组织、自调节的开放系统，一个有人参与、受人控制的主动系统，总的来说，即是一个“社会--经济--自然复合生态系统”，其侧重研究的并不仅仅是单纯的建筑形式与功能的问题，而要更多地注意建筑系统的能量传递和运动机理，其设计目标是多元的。

它一方面依然强调建筑师创作思想的体现，强调建筑的社会性、文化性、地域性和精神性等主观感性的因素；

另一方面又可应用运筹学、现代统计学、计算机建筑辅助设计（CAAD）等现代科技手段对感性的、经验的建筑创作思想进行整理、归纳和反馈修正，使建筑设计在应用科学的设计方法、感性经验结合逻辑推理中进行。

“基本建设优化学”与“现代设计法”两大横向交叉学科所极力倡导的“系统设计法”的理论和方法为我们提供了一个有力的工具，在这里建筑师可以对建设项目进行系统分析，对项目的社会、经济和环境的相关因素进行科学的研究，对建筑设计的各种内部和外部条件进行定量的分析和逻辑的推理，再通过科学的综合评价，使得建筑师在此基础上完成的设计具有良好的社会效益、环境效益和经济效益。

众所周知，在基于机械理性思维的现代主义建筑理念中，建筑与自然、建筑与文化是分离的，空间的组织与具体的、动态的社会需求是对立的。

而绿色建筑是建筑思维与生态观的融合物，以普遍联系的、动态协调的整体观代替了分离的、静止的思维定势，成为思考建筑与自然、文化要素、社会行为关系的基本出发点；

以改变环境为目标的建筑范式渐渐被那种与环境互融共生的建筑思维所代替；

传统的建筑经济标准让位于综合效益评价；

静态的建筑空间形式结构走向对具体行为需求的开放，这些构成了当今绿色建筑思维的核心（7），也恰好与基本建设优化学的概念完全一致。

二、基本建设优化学概念下绿色建筑设计的主要目标

　从基本建设优化学的概念出发，绿色建筑设计应达到以下几个主要目标：

（1）和谐性目标。

绿色建筑的和谐性，一是反映在人与自然的关系上，即追求自然、人共生，人回归自然、贴近自然，自然融于人工环境，营建一种朴实无华、多样性高、生命力强、能自我调节的人居环境，具有强的竞争、共生、自生的生存发展机制，强调水的流动性、风的畅通性、生物的活力、能源的自然性，以及人对自然的适应性和低的风险。

二是反映在人与人的关系上，人们期望的绿色建筑应是营造满足人类自身进化需求的环境，强调以人为本，主张尊重人，肯定人的价值，崇尚人格理想和道德，向往人的自由而全面的发展，因此要使科学精神与人文精神互补、协调，最大限度地满足居民身心健康的基本需求和交流、学习、健身、娱乐、美学及文化等社会需求，诱导和激发人们的自然境界、功利境界、道德境界、信仰境界和天地境界的融合与升华。

因而，在争取到和谐的前提下，创造出使人生理、心理、现实、未来的需求能得以满足且具有健康特质的建筑应是绿色建筑设计的首要目标。

（2）高效性目标。

在基本建设优化学概念下，绿色建筑设计最坚决地摒弃现代城乡建设常见的“高消耗”、“高能耗”、“非循环”的运行机制，力求做到物尽其用、地尽其利、人尽其才，物质、能量得到多层次分级利用，废弃物循环再生利用，各行业、各部门之间的共生关系协调。

争取以尽可能小的物理空间容纳尽可能多的功能，以尽可能小的生态代价换取尽可能高的经济效益，以尽可能小的物理交通量换取尽可能大的生态交流量，实现资源利用效率的最优化

　　（3）可持续性目标。

从发展的历时性上看，人类社会是一个不断延续和发展的动态系统，当代社会发展只能以上一代遗留下来的基础为前提条件，同时它又为未来的发展提供必要的基础。

因此，应当以持续的和长远的获利作为社会发展的一个重要尺度，在发展问题上，任何急功近利的短期行为，任何以今天利益牺牲明天利益的主张，任何吃祖宗饭、断子孙路的现象，都是不科学的、不合理的发展，都是与可持续发展理念背道而驰的。

在基本建设优化学概念下，绿色建筑设计要兼顾不同时间、空间，合理地配置资源，公平地满足现代与后代在发展和环境方面的需要，决不因眼前的利益而用“掠夺”的方式促进暂时的所谓“繁荣”或“安乐”，要努力做到保证城乡建设系统发展的健康、持续、协调。

（4）整体性目标。

基本建设优化学强调绿色建筑设计要兼顾社会、经济和环境三者的整体效益，认为三者构成一个不可分割的系统，它们具有内在的结构性及相关性，发展必须着眼于系统整体的互利互动和协调一致，追求系统内部关系的优化，包括人与自然关系、人与人关系的优化；

追求系统内部各个方面、各个要素的协调发展和整体推进，因此绿色建筑设计是在整体协调的新秩序下寻求发展。

基本建设优化学针对传统城乡建设中条块分割、学科分离、技术单干、行为割据所造成的弊病，倡导引进生态学和中国传统文化相结合的整体、协同、循环、自生的复合生态系统原理，重视景观整合性、代谢循环性、反馈灵敏性、技术交叉性、体制综合性和时空连续性，以期实现整体的优化。

（5）开放性目标。

绿色建筑的开放性不仅意味着与自然环境系统的沟通，同样是处理与社会系统关系的一种思路。

这要求绿色建筑设计过程中要以系统的、动态的，而非机械的、静态的观点来研究社会行为，构筑一种弹性、可变的绿色建筑空间形态，与社会生活多样性、历时性的特征相适应。

绿色建筑走向开放的过程也是一个积极倡导公众参与设计、共同决策的过程，使绿色建筑构思直接与具体的行为要求对话。

三、基本建设优化学概念下绿色建筑设计研究途径的讨论

从基本建设优化学概念出发，进行绿色建筑设计研究时，应遵循以下研究途径：

1）强调对不同地域进行“聚类分析”。

鉴于我国幅员辽阔，各地区由于地理、气候条件及社会、经济、文化发展方面的差异大相径庭以及民族、历史背景的不同等，故应划分为若干类地区，通过对代表各地区的有关社会、经济、地理及民族、历史情况等主要代表性特征进行分析后，赋以不同的“值”，然后通过“动态聚类分析程序”在计算机上解算而“聚类”，此种聚类方法的优点之一是可预先指定若干有代表性的城、乡单元作为“凝聚中心”，从而避免了聚类可能的“失误”。

对于不同类的地区，设计时考虑的有关设计因素的相对重要性权重值会有很大的差别，从而设计时的思维角度也就会随之不同。

（2）强调设计的综合评价。

充分考虑生态环境、社会人文与经济效应的协调要求，进行定性与定量相结合的综合评价。

系统设计法中的综合评价既适用于系统分析阶段方案“非劣解集”获得时的评价、系统设计阶段最优方案选择时的评价，也适用于对已建成的绿色建筑进行评价。

另外要注重综合评价指标体系的开放性，首先表现在设计指标相对重要性的“权重数值”可因适应不同的地区而异，用于解决地方案例，而不是全国通用的；

其次，它是动态发展的，其各指标权重的数值可以随着人们生态环境意识的不断加强以及经济、社会的不断发展而被修正，做到与时俱进（8）。

（3）研究对象上要从传统的以物与事为中心转向以人为中心；

空间尺度上要重视区域和流域研究；

时间尺度上要重视中跨度间接影响的研究；

研究方法上要从描述性转向机理性；

研究目的上要从应急型、消耗型转向预防型、效益型；

技术路线上要重视自下而上的生态单元（如生态建筑、生态小区等）研究。

四、基本建设优化学概念下绿色建筑设计的基本原则

绿色建筑设计着眼于资源与能源的有效利用、材料与建造方法的无害性与经济性、高质量的居住环境、弹性可变的空间体系以及对地方技术及建筑历史的尊重等，采用定性与定量相结合并以定量化为主要手段，以确保从建筑单体到城镇整体环境逐步实现对生态系统的保护和控制。

因此，基本建设优化学概念下绿色建筑设计的基本原则，应从经济性、生态环境保护与促进、建筑空间环境质量优化、地域文化保护与促进四个方面加以考虑：

（1）经济性原则。

建筑是一种产品，产品的投资、能源消耗等经济性指标也不仅仅反映在初始建设时一次性投资中，更反映在使用期的维修管理费、能源消耗费以及报废拆除费等全寿命周期费用上，另外，绿色建筑设计还要考虑环境保护的投入产出的经济评价。

（2）生态环境的保护与促进原则。

主要包含结合当地地理、气候、原有生态环境等客观条件，从能源利用、不超过环境承载力的土地的开发利用、资源使用、防止污染等方面考虑，运用适宜技术来达到对能源、资源的节约、合理用地及减少或防止污染，从而保护与促进生态环境。

（3）建筑空间环境质量优化原则。

.主要涉及结合当地地形、地貌及地域气候的合理布局，尊重并继承符合当地实际情况的传统“适灾”技术，现实可靠的防灾规划、组织及实施，与地域生态系统具有共生关系的植被与绿化体系，基础设施完善度，有益于人体身心健康的室内空间、物理和卫生环境等。

（4）地域文化保护与促进原则。

主要着眼于考虑能否尊重和保持当地的民俗民风和生活模式，继承地方传统的营造技术；

能否注重对建筑历史的保护与继承；

能否保持居民对原有地域的认知特性，使建筑及其环境有归属感和认知感；

能否使新建筑与特定的城（村）镇环境相融合；

能否鼓励当地居民参与设计，.努力使建筑更贴近当地生活和文化，更符合居民的心理感受；

新建筑能否面向城（村）镇充分开敞，创造更多的交往空间，营造精神文明的社区等。

当前，我国城市化进程加快，建筑的容量与日俱增，同样具有人造环境性质的城市空间与建筑空间日趋一体化，随着绿色建筑体系的成熟，建筑作为生存环境的有机组成，将走向顺应人与自然和谐关系的发展方向。

在基本建设优化学概念下创造符合我国国情、具有中国文化内涵的绿色建筑时，必须既保持对当今前沿新技术的敏感，又要关注传统技术的更新应用，在现代与传统、国际性与地域性各种文化交流共存的基础上，根据自身条件，对各种技术综合利用、发展创新，并为进一步完善、丰富基本建设优化学的内涵作出贡献。

本论文发表在国家一级杂志《基建优化》上。

绿色住区综合评价指标体系的研究

刘启波1周若祁2

（1.西安建筑科技大学，2.西安交通大学）

本文从绿色建筑的基本概念出发，应用层次分析法（AHP）构建了符合我国国情的“绿色住区综合评价指标体系”，利用改进的TOPSIS方法及程序结合各指标的权重及评价值，可直观地得出衡量有关绿色住区优劣程度的等级。

本指标体系及评价方法同样适用于未来绿色住区规划设计方案的择优比选。

绿色住区；

综合评价；

AHP；

TOPSIS方法

绿色建筑是可持续发展思想指导下的建筑发展的必然趋势，它建立了建筑与自然共生的观念，即以积极的态度，把人与建筑、人与自然环境间的关系建立在生态价值观的基础之上，以“配合应用”取代“消费”环境资源，视大自然为生命体，与自然环境维持共生共存关系，此观念正好弘扬了我国优秀传统的“天人合一”的思想，为丰富和发展建筑设计理论与设计实践，为建筑科学与环境科学的融合、传统特色和现代技术的融合打开了新的视野[1-2]。

绿色住区作为绿色建筑体系的重要组成部分，是一种复杂的多因素、多层次的大型“自然——社会”人工系统[3]，其设计目标涉及经济、社会、生态环境诸领域，且相互联系、相互制约。

绿色住区系统要达到的目标很多，这就决定了针对系统进行的分析、设计等工作具有整体性、综合性和多学科交叉的特点，而且在各方面有其具体的目标和各不相同的要求，这些要求有时甚至是互相矛盾的，为此从系统总体上对其各项设计指标进行综合评价，从而追求获得最优的效益是必不可少的[4]。

在国外，有关绿色建筑及住区的评价工作是绿色建筑体系研究工作的重要组成部分，典型的如有名的“绿色建筑挑战’98”和“绿色建筑挑战2000”研究课题中，评价部分都占了很大篇幅。

在国内，有关建筑设计和城市规划领域的综合评价工作一直较迟滞，而绿色住区研究作为新生事物尚未见到可操作性及系统性较强的综合评价指标体系，因此建立符合我国国情的绿色住区综合评价指标体系，在当前就显得十分紧要。

我们利用AHP模型表达“绿色住区综合评价”指标体系，整个模型共分四层：

由总目标层（A）、分目标层（B）、准则层（C）和基本指标层（D）四个层次组成。

简化框图如框图1—1所示。

AHP（层次分析法）是美国T.L.Saaty教授于20世纪70年代首先提出的一种定性与定量相结合的决策方法，在各学科领域中均有广泛应用。

在绿色住区综合评价指标体系中，我们利用AHP方法把复杂问题分解为若干有序层次，并根据对一定客观事实的判断，就每一层次各元素的相对重要性给予定量表示，利用数学方法确定出表达每一层次的全部元素相对重要性次序的权重数值，并通过对各层次的分析导出对整个问题的分析,从而构架出整个指标体系的模型。

在建立该评价指标体系的过程中，我们着重考虑了“绿色”评价的特点和体系的适用性，课题组不同学科的成员对几个关键性问题的解决方案达成共识，使该评价体系具有以下特点：

（1）强调对不同地域进行“聚类分析”。

鉴于我国幅员辽阔，各地区由于地理、气候条件及社会、经济、文化发展方面的差异大相径庭以及民族、历史背景的不同等，建立全国通用的唯一“权重数值”体系是脱离实际的，故应划分为若干类地区，通过对代表各地区的有关社会、经济、地理及民族、历史情况等主要代表性特征进行分析后，赋以不同的“值”，然后通过“动态聚类分析程序”在计算机上解算而“聚类”，此种聚类方法的优点之一是可预先指定若干有代表性的城、乡单元作为“凝聚中心”，从而避免了聚类可能的“失误”。

（2）进行评价计算时，采用了先进的算法和程序。

我们在国内首次改进了“离散型理想点法”综合评价算法（国际上称TOPSIS方法），以“加权欧几里得距离”代替了一般的“欧几里得距离”，并编成易学易用的程序，可供对单个方案的综合评价或多个方案的最优方案比选之用。

计算机运算输出结果可直观地与“理想点”（实际上不可能存在）方案进行“相对接近度”的比较，不仅可选出相对“最优”方案，且可定出每个方案相对于“理想点”方案的优劣程度[5]。

故此算法优于过去我们在住宅建筑方案优化设计时所采用的“ELECTRE多因素决策方法”及“意见集中法”算法[6]，这也是该体系的一个重要特色。

（3）可多层次地进行评价。

一个好的评价指标体系应该能够处理不同层次的评价，具有不同的适应性，能够处理相关的大类评价、全方位评价，我们设计的绿色住区评价体系力求具有这样的特点。

如我们可以以总目标层A为总目标进行全方位评价，又可以以子目标层中的一个或几个为“总目标”，如以B2为“总目标”，评价建筑及住区对生态环境的影响是正面的还是负面的；

或以B1+B2为“总目标”，进行经济性和生态环境保护方面的评价。

（4）注重评价体系的开放性。

首先表现在“权重数值”体系可因适应不同的地区而异，解决地方案例，而不是全国通用的一个体系；

其次，它是动态发展的，其各指标权重的数值可以随着人们生态环境意识的不断加强以及经济、社会的不断发展而被修正。

（5）该体系强调综合评价，强调定量与定性结合，充分考虑生态环境、社会人文与经济效应的协调要求，既适用于系统分析阶段方案“非劣解集”获得时的评价、系统设计阶段最优方案选择时的评价，也适用于对已建成的绿色住区进行评价。

绿色住区综合评价指标体系的总目标要求设计遵循可持续发展的设计方法，着眼于资源与能源的有效利用、材料与建造方法的无害性与经济性、高质量的人居环境、弹性可变的空间体系以及对地方技术及建筑历史的尊重，对住区建设质量进行全面的综合评价；

采用定性与定量相结合，以定量化为主要手段，以确保从建筑单体到城镇整体环境逐步实现对生态系统的保护和控制。

基于总目标层下的各项分目标是在总目标的限定下，从经济性、生态环境保护与促进、建筑空间环境质量及地域性四个方面加以展开，它基本上涵盖了绿色住区所应关注的几个方面，并将生态环境保护与促进所包含的因素作为评价的重点。

分目标层（B）所涵盖的主要内容为：

B1：

经济性。

建筑是一种产品，产品的投资、能源消耗等经济性指标也不仅仅反映在初始