绿色性能导向下的建筑设计决策信息记录与回溯工具研发

摘要：本文通过Python编程语言研发了基于Grasshopper的设计决策信息记录与回溯工具——transDATA，旨在通过自动记录多方案物理环境模拟数据比较设计过程中的建筑参数和绿色性能数值波动，向设计者呈现不同设计决策对建筑绿色性能的影响，从而为面向节能的设计决策提供技术支持。本文以寒地某居住建筑为例展开案例研究实践，结果表明该工具能向设计者反馈窗墙比、建筑开间进深比变化等参数对建筑能耗和自然采光性能的影响，可有效支持设计决策过程。

关键词：绿色性能导向；Grasshopper二次研发；transDATA;数据记录与可视化；

一、引言：

截止到2010年，建筑耗能占全球能源消耗的32%，其中，居住建筑耗能所占比例为24%，商业建筑耗能所占比例为8%[1]。建筑能耗所占比例较大，使得建筑绿色性能研究成为建筑领域的重点。其中，绿色建筑评价与决策支持工具的研发是一项重要内容，国内外学者在此方面已有不少成果，例如国内的刘煜学者倡导建立面向不同建筑参与者的绿色建筑设计辅助工具体系[2]，提出目前绿建辅助设计工具涉及面广而不专的缺点[3]，并认为面向建筑师的绿色建筑设计工具所包含的操作内容应为建筑师方案设计时所涉及的内容[4]；有王成国等学者开发了基于《绿色建筑评价标准》的绿色建筑评价与辅助设计软件，可提供智能知识库显示、绿色建筑指导设计、专家辅助设计与决策等高级功能[5]；有重庆大学的Yan Hang学者研发了基于文字与案例推理功能的TM-CBR(Text Mining Case-Based Reasoning)体系，实现了建筑设计前期将体系中储存的绿色建筑技术案例的提取与展示，方便绿色建筑设计技术使用种类的快速决策[6]；有依希克大学Senem Seyis学者研发了GB-CS tool(Green Building Credits Selection tool)绿色建筑等级评分工具，依据专家意见与设计要素分配权重自动生成绿色建筑等级，减少了后期决策的隐性成本[7]；有伊斯坦布尔的大学的Bahriye Ilhan等学者研发了基于BIM技术的GBAT(Green Building Assessment Tool)绿色建筑辅助决策工具，实现从BIM模型中抽取建筑数据并进行绿色等级评估[8]。

然而，面向建筑师方案设计过程中的决策工具较少，现有的主要为如Ecotect等独立建筑物理环境仿真工具，这类软件不能将“窗墙比”“开间进深比”等建筑师语汇囊括，与建筑师方案设计流程不能很好的结合，在大型项目中需要建筑师进行权衡与比较的因素更为复杂，鉴于此，为更方便建筑师在方案设计时对复杂参数进行多方案比较与性能能模拟结果的比较，本文基于Rhino与Grasshopper参数化平台，创建了一种新的基于性能仿真模拟的多方案比较工作流（图1），并研发了绿色性能导向下的建筑设计决策信息记录与回溯工具——transDATA，弥补了现有Grasshopper平台建筑仿真模拟结果数据量复杂，决策效率低的缺陷。

二、方法

（1）transDATA工具构成

Rhino软件中Grasshopper插件的每个电池块功能是由相应内置的一组代码执行实现的，其中电池块Gh_CPython可将Python语言编程环境内置入Grasshopper平台，在Grasshopper平台中完成Python功能的调用。transDATA工具是以Gh_CPython为编程环境，以Python语言为编程基础进行构建，并包括数据生成，数据交互以及数据可视化三个功能模块的数据处理工具。其中，数据生成模块是transDATA的额外配置功能块，可决定后期进行建筑模拟的设计参量，以此优化性能目标。例如，在数据生成模块中可生成建筑的窗面积数据，在后期可对室内热辐射性能进行模拟与优化；数据交互模块可将Python语言中的Xlrd与Xlwt模块内置入Grasshopper平台[9]，实现前者数据生成模块中生成数据的记录与读取；数据可视化模块可依托Python编程中的matplotlib模块实现记录数据库中数据的图形化转换[10]，方便建筑师对多方案的多组数据进行比较，或对一组方案的多组历史数据进行比较，图形化的数据相对于多组数据更易于比较，这较符合建筑师工作特点，因此提高了设计方案的决策效率。

（2）基于transDATA模块的仿真模拟与多方案比较工作流介绍

TransDATA的研发为了完成在Grasshopper平台下的绿色性能导向的建筑设计工作流，该工作流可将影响某优化性能目标的设计参量的多组数据进行记录与比较，在建筑师设计过程中即可查找性能优化模型所对应的设计参量，即方案创作与方案评价并行的设计方式，这较符合建筑师的创作思路。其主要工作流为以下几个步骤：