性能驱动的城市街区形态生成与优化

总序

前言

第一部分

1 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 环境与能源问题

1.1.2 气候变迁

1.1.3 绿色城市设计

1.1.4 城市气候

1.1.5 计算机模拟技术的发展

1.2 研究现状与动态

1.2.1 国内外相关研究综述

1.2.2 综合评述小结

1.3 研究目的与意义

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究意义

2 概念解析与基本原理

2.1 气候适应性设计

2.1.1 气候适应性设计原理

2.1.2 气候适应性设计基本原则

2.1.3 气候适应性城市设计策略

2.2 与微气候相关的城市形态要素

2.2.1 研究尺度

2.2.2 不同尺度的城市形态要素

2.3 基于性能提升的城市形态自动寻优

2.3.1 性能评价标准——人体热舒适度

2.3.2 室外人体热舒适度评价指标

2.3.3 自动寻优

3 研究思路与平台构建

3.1 形态生成部分

3.1.1 节点可视化

3.1.2 动态操作界面

3.1.3 强大的扩展性能

3.2 性能分析部分

3.2.1 Ladybug环境分析

3.2.2 流体力学计算软件OpenFOAM+Butterfly风环境分析

3.3 评价优化部分

3.3.1 遗传算法原理

3.3.2 遗传算法插件Galapagos

第二部分

4 夏热冬冷地区城市开放空间布局与自动寻优

4.1 研究概述

4.1.1 实验原理与操作

4.1.2 研究思路与框架

4.2 优化实验与步骤

4.2.1 模型生成部分

4.2.2 模拟分析

4.2.3 评价及目标优化

4.2.4 优化实验

4.2.5 以夏季室外平均通用热气候指数最小为目标的开放空间布局

4.2.6 以冬季室外平均通用热气候指数最大为目标的开放空间布局

4.3 结果分析与讨论

4.3.1 夏季城市开放空间形态优化结论

4.3.2 冬季城市开放空间形态优化结果分析

4.4 策略探讨与总结

4.4.1 设计策略总结

4.4.2 从策略指引到模式语言

5 湿热地区城市开放空间生成与自动寻优

5.1 研究概述

5.1.1 研究思路

5.1.2 实验对象概况

5.2 总体布局优化实验与步骤

5.2.1 建筑形态的抽象生成

5.2.2 热舒适度模拟过程

5.2.3 优化算法平台搭建

5.3 总体布局结果分析

5.3.1 有效性检验

5.3.2 优化结果

5.3.3 结果分析

5.4 空间形态优化模拟实验

5.4.1 建筑形体的抽象生成

5.4.2 热舒适度模拟

5.4.3 构建优化算法平台

5.5 空间形态生成分析与讨论

5.5.1 有效性检验

5.5.2 优化结果

5.5.3 结果分析

5.6 策略探讨与总结

5.6.1 总体布局优化策略

5.6.2 空间形态优化策略

6 干热地区街区空间形态生成与自动寻优

6.1 研究概述

6.1.1 技术路径

6，1，2方法建构

6.2 优化实验与步骤

6.2.1 软件应用

6.2.2 容积率、建筑密度可变条件下的街区布局自动寻优

6.2.3 容积率、建筑密度限定条件下的街区布局自动寻优

6.2.4 干热地区实际街区的室外热舒适度模拟及自动寻优

6.3 讨论与分析

6.3.1 容积率、建筑密度可变条件下的街区布局自动寻优结果解析

6.3.2 容积率、建筑密度限定条件下的街区布局自动寻优结果解析

6.3.3 干热地区实际街区室外热舒适度模拟及自动寻优结果解析

6.4 策略探讨与分析

6.4.1 城市层面的优化策略

6.4.2 建筑层面的优化策略

6.4.3 景观层面的优化策略

7 寒冷地区街区空间形态布局与自动寻优

7.1 优化实验与步骤

7.1.1 研究区域形态特征分析与提取

7.1.2 软件平台搭建

7.2 结果分析与讨论

7.2.1 单一形态街区微气候性能模拟

7.2.2 街区整体微气候性能寻优

7.2.3 街道空间微气候性能寻优

7.2.4 以街道空间微气候性能为目标的高层布局优化

7.2.5 寒地开放空间微气候性能模拟

7.3 策略探讨与总结

7.3.1 实验小结

7.3.2 基于实验结果的综合优化策略

8 结语

8.1 关键技术

8.2 主要创新点

8.3 应用前景

8.4 存在问题

8.5 研究展望

术语中英对照

后记

1绪论

1.1研究背景

40多年来，随着改革开放进程的不断推进和经济的持续发展，中国城市面貌发生了翻天覆地的变化，相当多的城市都在不同程度上经历了城市规模的急剧扩张、人口激增，城市功能结构、街廓肌理和空间环境均发生了显著变化，但也出现了一些“城市病”问题。国家统计局数据显示，2012年，中国历史上第一次居住在城市区域的人口超过了50%，预计到2030年，中国的城市化率将在66%左右。放眼世界，我们的星球也先于中国进入了城市时代，目前全球已有超过一半的人口居住在城市中。城市代替了自然，成为在此繁衍生息的人类赖以生存的最直接、最重要的外部环境。

1.1.1环境与能源问题

城市是自然环境与人工建设相互作用的综合产物。以现代文明要求为基准建立的钢筋混凝土都市，在促进社会经济发展的同时也丧失了一部分面对自然变化的调节能力，需更加依赖人工环境的改良方式，也不可避免地会导致城市热岛效应、空气污染、酸雨等一系列城市所特有的环境问题。20世纪中后期，发达国家开始着手研究生态城市设计的技术路径与方法，以遏止城市不断扩张所造成的环境恶化趋势。1980年代，联合国人居署和联合国环境规划署在全球范围内提出“可持续城市发展计划”，倡导建设社会、经济、环境和资源都可持续的城市，历经30多年的发展，此计划已成为引导城市经济、社会发展的基本理念。

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