基于多目标遗传算法的高层建筑概念设计优化.pdf

2005年10月系统工程理论与实践第10期

文章编号:100026788(2005)1020120205

基于多目标遗传算法的高层建筑概念设计优化

吴子燕,张智,胡秦
(西北工业大学力学与土木建筑学院,陕西西安710072)

摘要:在高层建筑方案概念设计阶段,同时考虑了建筑、结构、设备等多种因素,并运用多目标遗传算
法及MATLAB编程,对高层建筑概念设计进行优化.算法中的随机变权重因子可以更好地体现不同决策
的侧重倾向,从而更好地符合实际需要.以高层办公建筑为例,提出了具体的方法和实施步骤,所得结果
可为工程设计人员提供有益的借鉴.
关键词:多目标遗传算法;高层建筑;概念设计
中图分类号:TU24312,TP39文献标识码:A

TheOptimizationforConceptualDesignofHigh2riseBuildings
BasedonMulti2objectiveGeneticAlgorithm

WUZi2yan,ZHANGZhi,HUQin
(SchoolofCivilEngineering&Architectural&Mechanics,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi’an710072,China)

Abstract:Thispaperoptimizestheconceptualdesignofhigh2risebuildingsbyusingmulti2criterionfunctionGenetic
AlgorithmsandMATLAB.Onthebuildingschemephaseofconceptualdesign,itconsidersmanykindsoffactors
synchronously,suchasarchitecture,structure,equipment,etc.Therandomweightedfactorsforindividualobjectivecan
meetdifferentactualrequirements.Thispaperpointsouttheidiographicmethodandimplementaryapproach;
meanwhile,ahigh2riseofficebuildingexample.Theresultscanoffertherelativeengineersagooduseforreference.
Keywords:multicriterionfunctiongeneticalgorithms;high2risebuildings;conceptualdesign

1引言
工程设计的理论和方法的最终目的,是为了寻求令人满意的设计方案.在一项建筑工程的设计过程
中,最开始的概念设计阶段是最难的.不同于最终的详细设计阶段,概念设计阶段通常是不确定的,并且典
型的缺乏可供选择的结构方案.在概念设计阶段,起控制作用的标准通常是由业主的经济利益以及关注所
确定.特别的是,在满足所有功能要求的同时,业主希望建筑物的设计在前期、在运行期间的成本以及经过
一段时间后可以预料的收益之间有一种切实可行的关系[1].而这,就给工程设计、决策人员提出了更高的
要求.但应该看到,当前我国大多数建筑的设计过程都是“先建筑方案,再结构方案,再到设备方案等”.在
“串行式”的设计模式中各工种缺乏必要的交流,其后果就是设计方案频繁变更,增加了不必要的设计成
本.基于上述背景,本文提出在初始概念设计阶段,就要综合考虑建筑、结构、设备等多种因素,以实现设计
的“集成化”,变“串行式”设计为“并行式”设计[2],从而在保证建筑物安全可靠的前提下做到经济上的优
化.高层建筑概念设计阶段,需要考虑的主要因素包括建筑初始总投资、运行费用和收益等,这些主要因素
在规划总目标中所占权重的改变将影响整个规划目标的优化,显然这些权重应不相同并可以调整.为了实
现上述目标,本文采用以随机加权多目标遗传算法[3]为基础的概念设计优化方法,以产生一系列Pateto解
(Pateto解也称非劣解或有效解),这较好地解决了设计规划中各项指标的变权重问题.

2概念设计的优化方法和步骤

收稿日期:2004210214
资助项目:西北工业大学博士论文创新基金(CX200310)
作者简介:吴子燕(1962-),女,浙江宁波人,教授,博士生,主要从事土木工程系统理论及建筑工程设计集成研究.
第10期基于多目标遗传算法的高层建筑概念设计优化121

工程项目的设计受多种客观目标所影响,而这些目标之间常常是相互矛盾的,任何一种目标的改变都
要以牺牲其它的目标为代价(例如,对一幢办公建筑在总投资上的减少将会导致潜在收益的降低).这