建筑工程设计中多学科设计优化的应用

    摘要：建筑工程设计为一项多学科参与完成的环节，考虑到各学科互相作用产生的整体
效应大于学科间各自独立的效应。为此，本文提出了未来建筑工程设计的发展走向为在多学
科设计的基础上，兼有优化、整合功能，使建筑设计中各个效应得到最大化的体现。

 

　　关键词：多学科；设计应用；优化；建筑工程；

 

　　

1. 多学科优化设计 

　　多学科设计优化

 (Multidisciplinary Design Optimization,简称 MDO)是一种通过充分探索

和利用工程系统中相互作用的协同机制来设计复杂系统和子系统的方法论。多学科优化设计
的中心思想是在复杂系统设计的整个过程中利用分布式计算机网络技术来集成各个学科的
知识，应用有效的设计优化策略，组织和管理设计过程。多学科设计应用于建筑设计中，实
现了充分开发利用各个学科间相互作用关系达到协同效应，在建筑设计中进行最优化的系
统整合。由于实现了多学科的并行设计，节约了设计时间，更增强了设计的效果。

 

　　建筑设计环节在建筑工程项目的全寿命周期中占有重要位置，不仅影响着工程下阶段
的子项目质量，也影响着建筑的经济、节能等效应。多学科优化设计体现于建筑工程设计的
各个环节，在方案设计阶段，涉及到建筑学、环境学、经济学等学科；在施工图设计阶段涉
及结构力学、流体力学、暖通等学科。

 

　　目前，建设工程设计中存在耗时、低效、费钱等问题，多学科知识在设计中的应用并未
得到综合整合、优化，学科间存在沟通、交流障碍。设计中，各学科信息得不到共享，成为主
要的阻力之一。根据建筑工程设计多学科优化理论有效改善了工程设计的现状，并经历了独
立静态优化、独立动态优化和均衡优化的理论发展过程，使得设计中各个资源优势得到有效
发挥，合理设计资源结构的配置。也就是将改变传统将各学科之间的联系仅限于建筑工程设
计的具体问题的应用，多学科优化设计重视了各学科间的紧密联系、互相作用、综合效应。不
难发现，多学科设计优化将在建筑工程设计各个环节中引起巨大的影响。

 

　　

2. 多学科优化设计的优势 

　　传统工程项目设计中，先由建筑设计师制定符合业主要求的设计方案，再由工程项目
团队成员共同设计完成设计图纸。工程设计团队一般由结构工程师、机械工程师、暖通工程师、
电气工程师组成。工程设计团队各工程师在相对独立的环境下工作，在遇到具体问题时，才
通过合作交流、信息共享来解决。最后，通过业主与工程师间的信息交流，完成设计整个过
程。这种建筑项目设计仅能满足设计的建筑物符合各类标准，达到设计上的合理性、实用性，
没有过多的考虑设计过程的系统优化。如在建筑结构设计、建筑机械系统设计、照明系统设计
上等都处于各自独立，使得建筑结构的整体效能、各子系统的配合协同程度低。而且，设计
过程多有人工操作完成，且各工作人员间信息交流不便，导致设计阶段的耗时长、效率差，
影响了整个建筑工程的进度。传统的设计过程和方法不符合现代设计理念，需要经过创新和
改变来完善。分析过去设计环节过程中大致存在如下问题：阻隔了设计师间的交流、信息共
享存在障碍，工程师将重心较大投入与设计的管理和执行，忽视了信息的自动化和对信息
进行的评价。如果能合理分配设计环节，注重设计环节的资源配置，提高设计的效率和效益，
提高信息的自动化水平和信息评价结果，才能真正达到建筑设计的目的。

 

　　建筑工程设计中多学科优化设计理念还体现于对于设计多套可行性代替方案上。因为设
计理念的最优化来自于对多个可行性方案的不断的替换和提高。以往，设计工程师注重于一