genetic algorithm
در نشریات گروه هنر و معماری-
Spatial arrangement is a complex problem for architects, who must consider adjacencies, room sizes, and site constraints. This research optimizes spatial layout in two dimensions using genetic algorithms. Visual programming languages that interface with BIM software are used to allow for semantic and topological qualities of each station to be utilized for developing complete floor plans. A set of case studies are presented with the adoption of different machine learning techniques to demonstrate the relative performance of each approach, using the minimization of unusable space as a performance metric. Previous research has considered purely mathematical solutions to support the automation of these layouts, often resulting in irregular polygons or other room shapes. From an architectural perspective, this is undesirable, and therefore a rectangular packing algorithm has been developed and utilized. On the other hand, architectural heritage in historical areas, as a complex type of heritage, encompasses both the uniqueness of the building itself and the cultural and regional characteristics as a group. This paper develops a digital form generation method for a railway station using design typology analysis.
Keywords: Automated Floor Plan Generation, BIM, Design Typology, Genetic Algorithm, Parametric Modeling -
امروزه با رشد روزافزون شهرنشینی و عدم تناسب زیرساخت های حمل و نقل با تقاضای استفاده از خودروی شخصی، اتخاذ برنامه های مناسب به منظور ایجاد تناسب مابین تقاضا و عرضه موجود حائز اهمیت است. در این راستا، برنامه ریزی حمل و نقل مبتنی بر اشتراک مدهای مختلف یک روش مناسب برنامه ریزی متناسب با فضا و طراحی المان های شهری است که بر اساس 10 اصل بنیادین بنا نهاده شده است. این مقاله سعی در تعیین میزان اهمیت هر یک از آن ها در حوزه برنامه ریزی حمل و نقل شهری زیست پذیر دارد. بدین منظور از ترکیب روش بهترین- بدترین با الگوریتم ژنتیک وزن بهینه هر یک از اصول تعریف شده تخمین زده شده است. جهت پیاده سازی روش پیشنهادی، کلان شهر تهران به عنوان یکی از پرتراکم ترین شهرهای خاورمیانه به عنوان نمونه موردی مدنظر قرار گرفت. برای جمع آوری نظرات خبرگان در ابتدا پرسش نامه شناسایی بهترین (بااهمیت ترین) و بدترین (کم اهمیت ترین) اصل طراحی و جمع آوری شد و در ادامه، پرسش نامه دوم به منظور بررسی وزن هریک از 10 اصل معرفی شده در منابع استفاده شد. نتایج پرسش نامه اول نشان داد که از بین 10 اصل معرفی شده، برای شهر تهران، اصل برنامه ریزی حمل ونقل و شهر توامان بیش ترین و اصل تعیین نرخ کرایه عادلانه مدهای مختلف حمل ونقلی کم ترین میزان اهمیت را داشته اند. مطابق با تحلیل پرسش نامه دوم و اجرای الگوریتم ژنتیک تا رسیدن به پایداری پاسخ ها، مشخص شد که اصل برنامه ریزی حمل ونقل و شهر توامان حدودا سه برابر سایر اصول اهمیت دارد و در برنامه ریزی های حمل ونقل شهری باید به آن توجه ویژه ای شود. دلیل این موضوع می تواند فاصله ی قابل توجه شهر تهران از اصول زیست پذیر باشد و لذا هم افزایی در راه کارهایی که از دید یکپارچه و توامان به دست خواهد آمد می تواند راهگشای حل مسائل پیچیده شهری باشد.کلید واژگان: برنامه ریزی حمل و نقل شهری، شهر زیست پذیر، بهترین- بدترین، الگوریتم ژنتیکThe rapid urbanization of cities has significantly increased travel demands and led to a rise in single-occupant vehicle ownership. Achieving a balance between transportation supply and demand is crucial in addressing these challenges. This paper focuses on the importance of ten key principles in urban planning for shared mobility to create livable cities. The Best-Worst method is employed to examine and estimate the impact of each principle, utilizing a genetic algorithm to determine the resulting weights. The case study is conducted in Tehran province, known for being the densely populated capital of Iran with a diverse range of transportation modes. A questionnaire method is employed to collect expert opinions, categorizing them into two groups. The first group evaluates the impact of each principle individually, identifying "planning cities and mobility together" as the most influential and "seek fair user fees" as the least significant. The second group provides pairwise comparisons between the best and worst principles. The results indicate that integrating urban transportation planning with city planning, specifically focusing on moving people over cars, is of paramount importance. Seamless connectivity and designing for equitable access are recognized as the second and third most crucial principles, respectively. The study emphasizes the need for considering these principles in transportation planning to address complex city problems and enhance connectivity, especially for pedestrians and cyclists. The findings, derived through a genetic algorithm optimization technique, highlight the significance of prioritizing certain principles in policymaking. By incorporating these insights, policymakers can allocate budgets more effectively and develop the built environment based on key principles, resulting in cost-effective and sustainable transportation planning for the future.Keywords: Urban Mobility Planning, Livable City, Best-Worst, Genetic Algorithm
-
اکنون ایجاد ادراک در نرم افزارهای رایانه ای از مهم ترین چالش های معماری دیجیتال است. چرا که نرم افزارهای رایانه ای از مهم ترین ادوات معماران و یا طراحان به شمار رفته و به صورت گسترده در زمینه طراحی پروژه ها، به کار گرفته می شوند. در طراحی به کمک نرم افزارهای دیجیتالی، رسیدن به طرح و چیدمان بهینه یکی از مراحل مهم و تاثیرگذار به شمار می رود. اما نرم افزارهای رایانه ای هیچ شهود ذاتی در مورد فرایند طراحی ندارند و این علت اصلی عدم واگذاری فرایندهای طراحی به رایانه ها است. ازاین رو هدف این پژوهش تبیین روشی محاسباتی مبتنی بر نمونه داده های کمی و کیفی برای ایجاد شهود نسبی در ماشین ها از طریق ترکیب الگوریتم های تکاملی و یادگیری ماشین است. روش پژوهش کمی و کیفی در بستر الگوریتم های ژنتیک (Genetics)، یادگیری ماشین (k-means clustering) و همچنین یادگیری مبتنی بر نمونه (instance based) است. نتایج این پژوهش نشان می دهد برخلاف روش های مبتنی بر ترکیب الگوریتم های ژنتیک و برنامه نویسی ژنتیک می توان با ترکیب سه الگوریتم ژنتیک، یادگیری ماشین و مبتنی علاوه بر ایجاد شهود نسبی در ماشین ها، دقت و سرعت تولید نقشه ها را افزایش داد. همچنین ویژگی دیگر روش پیشنهادی، نرخ یادگیری نزدیک به نود درصد در شناسایی و ارائه طرح ها است. البته تولید پلان توسط رایانه ها در گام های اولیه خود است و هنوز فرایند طولانی لازم دارد تا این گام توسط رایانه ها به طور کامل برداشته شود.
کلید واژگان: تولید خودکار پلان، الگوریتم ژنتیک، یادگیری ماشین، مبتنی برنمونه، کی مینزNow creating perception in computer software is one of the most important challenges of digital architecture. Because computer software is one of the most important tools of architects or designers and is widely used in project design. In designing with the help of digital software, reaching the optimal design and layout is one of the most important and influential steps. But computer software does not have any inherent intuition about the design process, and this is the main reason for not handing over design processes to computers. Therefore, the aim of this research is to explain a computational method based on quantitative and qualitative data samples to create relative intuition in machines through the combination of evolutionary algorithms and machine learning. The quantitative and qualitative research method is based on genetic algorithms, machine learning (k-means clustering), and instance-based learning. The results of this research show that unlike methods based on the combination of genetic algorithms and genetic programming, it is possible to increase the accuracy and speed of map production by combining three genetic algorithms, machine learning, and based on relative intuition in machines. Also, another feature of the proposed method is the learning rate of nearly ninety percent in identifying and presenting designs. Of course, the production of plans by computers is in its early stages and it still needs a long process for this step to be completely taken by computers.
Keywords: Automatic Plan Generation, Genetic Algorithm, Machine Learning, Sample-Based, K-Means -
اهداف
با توجه به سهم حدود 35 درصدی مصرف انرژی توسط ساختمان ها، مدیریت مصرف انرژی توجه ویژه ای از سوی معماران خواستار است. فرم بنا یکی از تاثیرگزارترین پارامترها بر میزان مصرف انرژی است و شهر یزد به عنوان نمونه اقلیم گرم و خشک در جهان که دارای تابستان های گرم و طولانی است مورد توجه پژوهش حاضر است. هدف از این پژوهش ارائه راهکاری برای تولید فرم بهینه ساختمان بومی مستقل به عنوان سیاست پایه ای در فاز طراحی مفهومی در شهر یزد است.
روش هابا استفاده از مدل سازی پارامتریک و شبیه سازی انرژی توسط ابزار رایانه ای مناسب، بهینه سازی چندهدفه فرم ساختمان با در نظر گرفتن دو شاخص آسایش حرارتی و آسایش بصری توسط الگوریتم ژنتیک برای اقلیم گرم و خشک شهر یزد انجام گرفت. چند مقدار مساحت زیربنا به عنوان ورودی در نظر گرفته شد و نتایج در قالب چهار نوع فرم کلی مکعب، L، U و O ارائه شد.
یافته هادر این پژوهش گزینه های بهینه مورد تحلیل و مقایسه قرار گرفت و مدلی کلی برای فرم و جهتگیری بهینه ساختمان ارائه شد. نتایج پژوهش نشان داد که بهینه ترین فرم با در نظر گرفتن شاخص آسایش حرارتی به عنوان شاخص دارای اولویت برای تمامی مساحت های مورد بررسی، فرم مکعب مستطیل با فاکتور شکل حدود 8/1 و جهتگیری شمالی-جنوبی است.
نتیجه گیریاستفاده کردن از فرم و جهتگیری بهینه ساختمان به عنوان سیاست غیر فعال که پایه ای برای سیاست های فعال و غیر فعال دیگر است می تواند تاثیر مناسبی بر ایجاد آسایش و کاهش مصرف انرژی به صورت توامان داشته باشد.
کلید واژگان: بهینه سازی چند هدفه، فرم پارامتریک، آسایش حرارتی، آسایش بصری، الگوریتم ژنتیک، طراحی پایدار، اقلیم گرم و خشک، فناوری های نوینAimsConsidering the share of about 35% of energy consumption by buildings, energy consumption management requires special attention from architects. Building form is one of the most influential parameters on energy consumption, and the Yazd city, as an example of an arid and warm climate, is the focus of this research. The purpose is to provide a solution to produce the optimal form of independent vernacular building as a basic policy in the conceptual design phase in Yazd city.
MethodsUsing parametric modeling and energy simulation by suitable computer tools, multi-objective optimization of the building form was carried out considering two indicators of thermal and visual comfort by genetic algorithm for the arid and warm climate of Yazd city. Several subsurface area values were considered as input and the results were presented in four general forms: cube, L, U and O.
FindingsIn this research, the optimal options were analyzed and compared, and a general model for the optimal form and orientation of the building was presented. The results of the research showed that the most optimal form, considering the thermal comfort index as a priority index for all the investigated areas, is a rectangular cube form with a shape factor of about 1.8 and a north-south orientation.
ConclusionUsing the form and optimal orientation of the building as a passive policy that is the basis for other active and passive policies can have an Appropriate effect on creating comfort and reducing energy consumption in a combined manner.
Keywords: Muti-Objective Optimization, Parametric Form, Thermal Comfort, Visual Comfort, Genetic Algorithm, Sustainable Design, Arid, Warm Climate, Technology -
ساختمان ها یکی از ارکان اصلی توسعه اجتماعی و اقتصادی کشورها می باشند که بخش زیادی از انرژی و منابع طبیعی را مصرف می کنند. سهم این بخش از مصرف انرژی، به طور میانگین، 30-50% می باشد. در ایران بر پایه ترازنامه انرژی سال های اخیر، حدود 33% از انرژی تولید شده مربوط به بخش خانگی، تجاری و عمومی، یعنی بخش ساختمانی می شود. محدوده تحقیق، ساختمان های آپارتمانی مسکونی متداول در شهر تهران می باشد. روش تحقیق بدین صورت است که 6 بلوک مسکونی مشابه و در موقعیت های نورگیری متفاوت، در نظر گرفته شده است. این 6 بلوک از لحاظ مساحت زمین، مساحت زیربنا، تعداد طبقات، سیستم های گرمایشی و سرمایشی و سایر مشخصات، کاملا مانند هم بوده و تنها تفاوت آن ها، موقعیت قرارگیری آن ها در یک گذر می باشد. متغیرهای تحقیق عبارت اند از: جنس دیوارخارجی (سفال یا لیکا) و نمای خارجی (سنگ یا آجر)، نوع شیشه پنجره (ساده یا کم گسیل)، نوع گاز بین لایه های شیشه پنجره (هوا یا آرگون) و نسبت پنجره به سطح جبهه های مختلف بنا و اهداف تحقیق نیز کمینه سازی مصرف انرژی و هزینه ساخت می باشند. برای بهینه سازی متغیرها از نرم افزار دیزاین بیلدر و الگوریتم ژنتیک استفاده گردید. نتایج تحقیق حاکی از این است که بهینه ترین حالات ممکن برای نمای خارجی، سنگ، جنس دیوار خارجی لیکا، شیشه پنجره ها، دوجداره کم گسیل همراه با گاز آرگون بین لایه های شیشه، و wwr بهینه بلوکی که از جبهه های جنوب و غرب نور می گیرد، به ترتیب 60 % و 25% ، wwr بهینه بلوکی که فقط از جبهه جنوب نور می گیرد، 55% ، wwr بهینه بلوکی که از جببه های جنوب و شرق نور می گیرد، به ترتیب 60% و 45%، wwr بهینه بلوکی که از جبهه های شمال، جنوب و شرق نور می گیرد، به ترتیب 60% ، 35% و 30%، wwr بهینه بلوکی که از جبهه های شمال و جنوب نور می گیرد، 45% و 25% و wwr بهینه بلوکی که از جبهه های شمال، جنوب و غرب نور می گیرد 40%، 35 % و 35% می باشد.اهداف پژوهش:بررسی تاثیر موقعیت قرارگیری ساختمان بر بهینه سازی مصرف انرژ.به دست آوردن نسبت بهینه پنجره به سطح از منظر صرفه جویی در مصرف انرژی، در وجوه مختلف.سوالات پژوهش:موقعیت قرارگیری یک ساختمان نسبت به گذر و جبهه های نورگیری، چه تاثیری در بهینه سازی مصرف انرژی دارد؟نسبت های بهینه پنجره به سطح در جبهه های مختلف یک ساختمان، به منظور کمینه سازی مصرف انرژی چه درصدی می باشند؟
کلید واژگان: ساختمان مسکونی، بهینه سازی، موقعیت ساختمان، دیزاین بیلدر، الگوریتم ژنتیک -
استفاده مناسب از نور روز، استفاده از منبع رایگان روشنایی است و توجه به کمیت و کیفیت آن، از بعد مصرف انرژی نیز در مراحل اولیه طراحی معماری بسیار حایز اهمیت است. با توجه به اینکه تغییر در هندسه فرم بنا می تواند پاسخ های متفاوتی (و حتی بعضا متضادی) در بحث نور و انرژی داشته باشد، یافتن فرم بهینه هندسی ساختمان اهمیت دوچندانی پیدا می کند. با وجود تاثیر بالای فرآیند تحلیل حساسیت در تحلیل عملکرد انرژی ساختمان و کاهش زمان شبیه سازی پژوهش های اندکی در این زمینه انجام شده است. این پژوهش به دنبال بهینه سازی تناسبات هندسه ی یک ساختمان اداری در شهر قم است. شبیه سازی مقداری نور و انرژی در مدل پایه ی پژوهش انجام شده و پارامترهای هندسی طول، عرض و ارتفاع ساختمان و همچنین اندازه پنجره شمالی و جنوبی و تعداد سایه بان در مدل های مختلف به کمک الگوریتم ژنتیک بررسی شده است. سپس تاثیر این پارامترهای هندسی به کمک محاسبات ریاضی درروش تحلیل حساسیت سراسری و بر مبنای شاخص SRC انجام شده است. نتایج حاصل از پژوهش حاکی از آن است که در مدل بهینه، نسبت طول به عرض ساختمان 1.13 و نسبت پنجره به دیوار برای جبهه جنوبی ساختمان 43 درصد و نسبت پنجره به دیوار برای جبهه شمالی ساختمان 10 درصد است و تعداد سایه بان جبهه جنوبی 2 عدد است. نتایج حاصل از تحلیل حساسیت حاکی از آن است که طول اتاق و بعدازآن عرض اتاق موثرترین پارامترهای هندسی ساختمان دررسیدن به یک طراحی انرژی-نور کارا در بستر این پژوهش بودند.
کلید واژگان: تحلیل حساسیت، بهینه سازی، نور روز، هندسه ساختمان، الگوریتم ژنتیکProper use of daylight is use of free source and Paying attention to quantity and quality of energy, is very important in the architectural design. Given that change of building geometry can have different answer (even sometimes antithetical) in the energy and daylight, so finding optimal building geometry is very important. Despite high impact of the sensitivity analysis on the building energy performance and the reduction of simulation time, little research has been done in this field. This study wants to optimize the geometric proportions of an office building in Qom. Quantitative simulation of daylight and energy in the basic model of the research have been done and the geometric parameters of length, width and height of the building and also window to wall ratio of the north and south facade in different models will using genetic algorithm have been checked. Then, the effect of geometric parameters were determined by mathematical calculations in the global sensitivity analysis method based on the SRC method. The results indicate that in the optimal models, the length to width ratio of the building is 1.13 and the window to wall ratio for the south facade of the building is 43% and the window to wall ratio for the north facade of the building is 10% and the number of shading for the south facade is 2. The sensitivity analysis indicate length and width of building are the most important geometric parameter to achieving the energy _ daylight efficient in the context of this research.
Keywords: Sensitivity analysis, Optimization, Daylight, Building Geometry, Genetic Algorithm -
International Journal of Architectural Engineering & Urban Planning, Volume:33 Issue: 3, Jul 2023, P 1
In recent years, increasing attention has been given to improving the energy efficiency of buildings in order to reduce their environmental impact and operational costs. As a result, multi-objective optimization methods have become an important tool for optimizing building energy performance. This research reviews building performance analysis approaches in a comparative method and results in a systematic overview of the existing multi-objective optimization methods used in the field of building energy performance. This review covers a wide range of optimization techniques, including genetic algorithms (NSGA-II), evolutionary algorithms, particle swarm intelligence algorithms, and other metaheuristic approaches. Furthermore, the review provides a comprehensive analysis of the strengths and weaknesses of each method in different fields such as daylight, ventilation, and thermal performance analysis. In order to achieve the aims of the research alongside reviewing the Scopus scientific database, various relevant studies were investigated. Eventually, this study provides. Eventually, this review identifies gaps in the literature potential in research directions and proposes multiple ways for future research.
Keywords: Multi-objective Optimization, Building envelopes, Thermal Performance, NSGA-II, Genetic Algorithm -
In residential buildings, good daylight is critical in maintaining key aspects of our psychological and physiological health, and windows have a key role in the daylight performance. However, achieving successful window design in the term of daylight is rather problematic, it can cause thermal discomfort in summer or winter. The balancing of different interrelated window factors is particularly challenging for Tabriz climate. Fortunately, because of advancements in building optimization methods in recent years, genetic algorithms used to explore for design solutions have shown their efficiency in solving complicated architectural problems. The aim of this current study is to determine the applicability of a genetic algorithm for the optimization of windows for a typical residential building in the cold climate of Tabriz considering daylight and thermal performance. Using a parametric algorithm and evolutionary multi-objective optimization via Wallacei X plug-in for Grasshopper, various windows-to-wall ratios and sill height were combined, to find potential solutions that achieve a good performance in terms of thermal comfort and daylight. The survey has shown that in optimal conditions, the increase in useful daylight illuminance towards the base cases for south and north facade is 3.2% - 10.3% and the reduction rate of discomfort hours is 1.1%-23.8% through modification of window-to-wall ratios and still height in a residential building with a common plan in this climate.The results illustrated how an optimization methodology can be applied in the early stages of building design to understand how the windows can be tailored to ensure a good balance between daylight and thermal performance.
Keywords: Window, Residential building, Daylight, Thermal Comfort, Genetic Algorithm -
اهداف
بررسی عملکرد و میزان تاثیر پوسته ساختمان بر مولفه های روشنایی طبیعی و دریافت تابش، به عنوان مولفه های موثر بر کیفیت فضای داخلی، درقالب طراحی یک پوسته با الگوریتم ورونوی، هدف اصلی مقاله است.
ابزار و روشبا استفاده از الگوریتم ژنتیک و شاخص های روشنایی مفیدنور روز و انرژی دریافتی ازتابش خورشید، حالتهای بهینه از بین گزینه های طراحی پوسته ارایه شده اند. روش کار به صورت بهینه یابی چندهدفه -با استفاده ازالگوریتم ژنتیک رتبه بندی نامغلوب و مدل سازی پارامتریک در پلتفرم راینو و افزونه گرسهاپر با بهره گیری از ابزارهای آنالیز محیطی همچون انرژی پلاس و رادیانس برای محاسبات عددی- بوده است. طراحی پوسته دوم برای تمامی جهه هاحالات ممکن بررسی شدو برای هر جبهه به حالت بهینه نهایی دست یافتیم ودر انتها پوسته های طراحی انتخاب شده درسه حالت 1- بدون پوسته دوم، 2- لوورهای افقی و 3- ایجاد پوسته ورنوی؛ موردآنالیز و مقایسه قرار گرفتند.
یافته هادر حالت بهینه نهایی پوسته ورنوی به عنوان پوسته دوم میزان افزایش روشنایی مفید نور روز نسبت به حالت بدون پوسته دوم برابر با63.29 درصد افزایش و نسبت به حالت استفاده از لوور های افقی 21.02 درصد افزایش داشته است. همچنین استفاده از این ایده طراحی، میزان دریافت تابش خورشیددر مقایسه با حالت بدون پوسته دوم برابر با 63.86درصد کاهش و نسبت به حالت استفاده از لوورهای افقی به عنوان پوسته دوم 15.38 درصد کاهش یافته است.
نتیجه گیریپوسته طراحی شده حاصل فرایند بهینه سازی و استفاده از هندسه ورونویی عملکرد مناسبی در بهبود شاخص روشنایی مفید نور روز و کاهش دریافت تابش خورشید دارد.
کلید واژگان: نور روز، طراحی پارامتریک، فضای اداری، بهینه سازی چند هدفه، الگوریتم ژنتیک، الگوریتم ورونویی، معماری معاصر، پایداری، فناوری های نوینNaqshejahan- Basic studies and New Technologies of Architecture and Planning, Volume:12 Issue: 4, 2023, PP 116 -141AimsThe main purpose of this article is to investigate the performance and impact of the building shell on natural lighting components and radiation reception, as components affecting the quality of the interior space, through designing a shell with Voronoi algorithm.
MethodsFor this purpose, using the genetic algorithm and taking into account the Useful Daylight Illumination and the Total Radiation, optimal configurations are presented from among the design options of the shell, which is based on the Voronoi algorithm. The working method has been multi-objective optimization using NSGA-II and linear modeling in the Rhino platform and Grasshopper plugin using environmental analysis tools such as Energy Plus and Radiance for numerical calculations. Also, skins are analyzed in three cases: 1-an infilled wall without the second skin, 2-using horizontal louvers, and 3- Voronoi skin as the second skin.
FindingsIt has been indicated that with Voronoi skin, the amount of average Useful Daylight Illuminance has increased by 63.86% compared to the case without the second skin, and by 21.02% compared to the case using horizontal louvers the second skin. Also, by this design idea, the amount of total solar radiation decreases by 63.86% compared to the case without the second shell and decreases by 15.38% compared to the issue of using horizontal louvers as the second shell.
ConclusionThe designed shell resulting from the optimization process and the use of Voronoi geometry has a good performance in improving the Useful Daylight Illuminance and reducing the amount of sunlight.
Keywords: daylight, parametric design, office space, multi-objective optimization, genetic algorithm, contemporary architecture, sustainability, new technologies -
روند رو به افزایش رشد جمعیت، بحران انرژی و رو به اتمام بودن منابع انرژی در کره زمین، همگی هشدارهایی هستند برای تمامی علوم و در تمام زمینه ها و حرفه ها، برای کمک به پایداری وضع موجود. ازآنجایی که مقدار زیادی از مصرف انرژی در دنیا صرف مصارف ساختمانی می گردد و از این میزان مقدار قابل توجهی صرف بار سرمایش و گرمایش و ایجاد آسایش حرارتی در ساختمان می گردد، توجه و مطالعه در این زمینه به شدت موردتوجه می باشد. در این پژوهش با انتخاب یک ساختمان به عنوان نمونه موردی، میزان تابش نور خورشید دریافتی توسط سطوح عمودی، بررسی شده است؛ و در ادامه با استفاده از روش شبیه سازی و نرم افزارهای مرتبط، به طور بی درنگ زاویه های متفاوتی بین صفر تا 180 درجه چرخش برای ساختمان درنظر گرفته شده است تا زاویه قرارگیری ساختمان بهینه گردد. زاویه بهینه به این معنا که کمترین میزان انرژی خورشید در سطوح عمودی دریافت شود و بیشترین میزان سایه اندازی را داشته باشیم. در رابطه با میزان نور خورشید دریافتی در ساختمان و زاویه بهینه پژوهش هایی بالاخص در سال های گذشته انجام شده است که نرم افزار مورداستفاده و نیز اندازه گیری بر روی سطوح عمودی در شهر تهران در این تحقیق، به عنوان نوآوری پژوهش محسوب می گردد. نتایج زاویه بهینه را به همراه نمودارهای تحلیل انرژی ساختمان نمایش می دهد.
کلید واژگان: جهت گیری بهینه، مصرف انرژی، سایه اندازی، الگوریتم ژنتیک، بهینه سازیThe increasing trend of population growth, the energy crisis, and the depletion of energy resources on the planet are all warnings for all sciences and in all fields and professions in order to help sustain the existing situation. Since a large amount of energy consumption in the world is spent on construction purposes, specifically on cooling and heating loads and creating thermal comfort in the building, a study in this field is significantly important. In this research, by choosing a building as a case study, the amount of sunlight received by vertical surfaces has been investigated. Then, using the simulation method and related software, different angles between zero and 180 degrees of rotation are considered for the building to optimize the orientation angle of the building. The optimal angle means that the minimum amount of solar energy is received on vertical surfaces and the maximum amount of shading. Numerous research has been conducted in the past years about the amount of sunlight received in the building and the optimal angle. However, the used software and the measurement on vertical surfaces in Tehran in this research are considered research innovations. The optimal angle results from building energy analysis charts are displayed in this research.
Keywords: Optimal orientation, Energy consumption, Shading, Genetic algorithm, Optimization -
دیواره های بنا به لحاظ تبادل حرارت و کنترل مصرف انرژی ساختمان مهم است، زیرا خارجی ترین پوسته بناست که در تماس مستقیم با هوا وتغییرات دما قرار دارد. بدنه سقف نسبت به سایر دیواره های ساختمان از اهمیت بیشتری برخوردار است، زیرا تبادل حرارتی آن، با توجه به مساحت و زمان، نسبت به سایر دیوارها، بیشتردر معرض تابش خورشید و سایر عوامل قرار دارد. هدف این مقاله کاهش مصرف انرژی در ساختمان مسکونی در شهر شیراز و دستیابی به آسایش حرارتی در فضاهای ساختمان با بهینه سازی سقف ساختمان است. در این راستا پرسش زیر طرح شد که: بهینه ترین حالت طراحی سقف ساختمان (مصالح و روش های غیر فعال طراحی) چگونه باشد تا مصرف انرژی ساختمان کمینه شود و فضاهای بنا در محدوده آسایش حرارتی قرارگیرد؟ میزان کاهش انرژی مصرفی ساختمان نیز مد نظر این پژوهش بوده است. روش پژوهش، کمی است و میزان مصرف انرژی ساختمان و شاخص آسایش حرارتی با نرم افزار انرژی پلاس و روند بهینه سازی با الگوریتم ژنتیک انجام شده است. متغیرهای سقف بنا در سه دسته کلی: سیستم غیر فعال انرژی، ویژگی های کالبدی سقف و موقعیت قرارگیری سقف، استخراج و تعریف شد. نتایج به دست آمده از محاسبات شبیه سازی ساختمان و خروجی تابع هدف الگوریتم ژنتیک، نشان داد که بهترین مدل های سقف ارایه شده، مصرف انرژی را از سی ونه تا پنجاه درصد کاهش و میانگین شاخص آسایش حرارتی را نیز به میزان0.9 و 0.68 به ترتیب در گرمترین و سردترین ماه های تابستان و زمستان بهبود می دهد.
کلید واژگان: مصرف انرژی، آسایش حرارتی، بهینه سازی سقف ساختمان، الگوریتم ژنتیک، شبیه ساز انرژیAmong the components of the building envelope, the roof section is the most important medium of energy loss, because, compared to vertical walls, a larger area of the rooftop is exposed to sunlight and atmospheric condition for a longer period, which results in greater heat exchange through this section. The goal of this research is to reduce the energy consumption of residential buildings in the city of Shiraz (Fars, Iran) through the optimization of their roof sections by answering the bellow question:”What is the most optimal combination of materials and passive roof design technique for reducing energy consumption in this climate and how much will it reduce energy consumption?”The purpose of the research, which is to identify the best combination of roof specifications and passive design methods for minimizing energy consumption in the buildings of the area of interest, was achieved with help of the EnergyPlus simulation and a genetic algorithm developed in MATLAB. The roof variables were defined in three categories of the passive energy system, physical roof specifications, and positioning and the optimization was carried out using the genetic algorithm and the EnergyPlus software. The outputs obtained from the simulation software and the objective function of the genetic algorithm showed that the roof optimization models could reduce the energy consumption of the building by 39-50%
Keywords: energy saving, roof, Optimization, Genetic Algorithm, energy simulator -
تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز در ساختمان های انرژی کارا توسط خود بنا یکی از راهبردهای توصیه شده در کاهش سهم عمده بخش ساختمان در کل سرانه مصرف انرژی است؛ در این بین سامانه های پیل خورشیدی یکپارچه با پوسته بنا به دلیل قرارگیری در سطح بیرونی ساختمان موقعیت ممتازی در تولید الکتریسیته دارند اما تغییرات زیاد شدت و جهت تابش نور خورشید در طی فصول و در طول روز باعث کاهش بازده این سامانه ها می شود. این پژوهش که بستر مطالعاتی آن اقلیم سرد ایران است، نشان می دهد که طراحی الگوریتمیک یک پوسته تلفیقی از ترکیب بازتابنده تخت و پیل خورشیدی بر اساس الگوی تابش راهکاری کارآمد درافزایش بازده الکتریکی پوسته به ویژه در فصل تابستان است. پژوهش از منظر ماهیت در دسته تحقیقات کمی از بعد هدف، کاربردی و از جهت روش در زمره پژوهش های توصیفی- شبیه سازی قرار دارد. در این تحقیق از افزونه گرس هاپر برای پیاده سازی الگوی مولد پوسته و از الگوریتم ژنتیک درروند بهینه سازی استفاده شده و روند رسیدن از سوال به جواب با روش استدلال منطقی انجام شده است. در این پژوهش افزایش بازده سامانه پیشنهادی به میزان 87.38 درصد در ابتدای فصل تابستان، 33/63 درصد در شروع فصل بهار و 17.83 درصد در آغاز فصل زمستان با میانگین 46.44 درصد در طول سال محاسبه شد. یافته های پژوهش شش مولفه اصلی سازنده پوسته تلفیقی را در تعیین بازده آن موثر دانست که به ترتیب تاثیر عبارت اند از زاویه شیب عرضی بازتابنده های طرفینی، زاویه شیب عرضی بازتابنده های زیرین، عمق افقی بازتابنده های کناری، تعداد تقسیمات پوسته در امتداد قایم، شیب طولی بازتابنده های کناری و درنهایت کمترین تاثیر که مربوط به شیب طولی بازتابنده های زیرین است؛ به طوری که درصد تاثیر مهم ترین مولفه بر افزایش شدت تابش 64.14 درصد و بر افزایش سطح بازتابش 62.21 درصد به دست آمد و برای کم اثرترین مولفه بر بازده این مقادیر به ترتیب 15.85 و 15.90 درصد محاسبه گردید.
کلید واژگان: نمای یکپارچه با پیل خورشیدی، پوسته تلفیقی، بازتابنده تخت، الگوریتم ژنتیک، بازده الکتریکیObjective and BackgroundAccording to the International Energy Agency, the construction sector accounts for more than 33 percent of total energy consumption per capita as the largest energy consumer globally, while in Iran, the share is accounting for 40 percent. Meanwhile, the loss of nearly 11 percent of electrical energy while transmitting it through grid lines to cities has led to the rapid growth of a decentralized generation of electricity at end-use through building integrated photovoltaic (BIPV) systems over the past fifteen years. Exposing to the Sun, façades have great potential to supply the electricity needs of energy-efficient buildings using photovoltaic panels. However, the improper orientation to the radiation direction, especially in summer, reduces the efficiency of PV panels integrated into the facades. Aiming to increase the efficiency of the southern BIPV’s facade, this research introduces an optimal combined pattern of PV panels and flat reflectors as an integrated system capable of improving both the intensity and the area of solar irradiation on panels.
MethodsThe research has an applied approach, and the method of the research is founded on experimental and simulation models. Research tools used in the study process include descriptive geometry to analyze solar radiation and reflection on the panels, study models to consider the reflections, and Grasshopper plugin in Rhino software environment as a parametric tool to simulate the proposed integrated envelope. Ladybug plugin has also been used to extract solar radiation properties from the climate information file generated by Meteonorm software. At first, the experimental and analytical method was used to find the best concept for the combination, and then the logical reasoning method was applied to select the best pattern among the possible alternatives for a combined, concentrated photovoltaic facade. At the second stage, defining the constructing parameters, the proposed envelope is simulated aiding Grasshopper software. The parameters are optimized using the genetic algorithm through the Octopus plugin. At the third and final stage, input data, related to the index days, entered to the algorithm and optimization process was done so that the best values have been introduced for each input data to fulfill the research objectives. Then through a comparative process the best setting for each month, and finally for the entire year was selected and introduced.
FindingsHaving determined the optimum constructing parameters, the study calculated the proposed geometry output efficacy. The results showed significant increase in output power up to 87.38% in summer (June 21), 36.33% in spring (March 21), and 17.83% in winter (December 21) with an average of 46.44% during the year. The findings of the study addressed the six main parameters of the combined envelope influencing the efficiency. These parameters can be divided into two groups based on their effect. The first group includes lateral angle of side mirrors, lateral angle of underneath mirrors, horizontal depth of side mirrors with 52.75, 47.75, and 39.25 percent impact on "surface area of radiation" and with 64.5, 39.33, and 51.75 percent effect on the "increase in radiation intensity" respectively. The second group, meant, the number of panels in the vertical direction, side mirrors slope angle and the underneath mirrors ‘slope angle with 34.75, 23.25 and 18.75 percent of the impact on “the area of radiation" respectively, and 10.5, 15, and 13.7 percent of the effect on the "increase in radiation intensity" are at the fourth to sixth order of influence on the proposed envelope- efficiency. It’s proved that changing the most vital parameters affect the amount of “increase in radiation” up to 64.14% and cause 62.21% variation on “increasing the area of reflection” values while for the least influencing parameters, these items were calculated 15.85% and 15.90%, respectively.
ConclusionFacades integrated photovoltaic panels have low efficiencies due to the non-optimal angle of the building envelope to the radiation, especially in summer. On the other hand, the need to design openings, particularly in the southern facade of the building, reduces the solar system’s efficiency by reducing the area of installable panels. In this study, the strategy of combining a flat reflector with PV panels in the form of a novel geometry was used to form the main idea to increase the efficiency of BIPVs. In this research, the two main criteria meant, radiation intensity and the area of reflection, were considered as objective functions in optimization. The results showed that using the proposed integrated system during the year will increase the radiation intensity by an average of 38.8% and the reflection area by 46.70%. However, they will improve, in order, up to 71.41% and 100.53% in summer. In other words, using the proposed model, about 30% of the southern facade surface can be allocated to openings, and at the same time, the irradiated surface during the year is considered equal to the total facade surface. The study showed that the electrical output power in summer, using the proposed model, will increase to 88%, and for the two seasons of winter and spring, it will be 17.84 and 34.36%, respectively. The study showed that the proposed geometry could be introduced as a practical solution to enhance the façade integrated photovoltaic efficiency. So, it is capable of generating more electricity, especially in the cold climate of Iran.
Keywords: Facade Integrated Photovoltaic, Combined Envelope, Flat Reflector, Genetic Algorithm, Electrical Efficiency -
هدف اصلی پژوهش بررسی ظرفیت و کاربرد الگوریتم های پیشرفته ریاضی در بازتعریف و یکپارچه سازی فرآیند طراحی معماری خلاق است. روش-های نوین طراحی بیش از هر زمان دیگر بر اهمیت پایداری، بهینه سازی چندهدفه، انرژی رایانشی، فرمیابی اقلیمی، واقعیت مجازی، اینترنت اشیاء و کاربرد ابردادهها تاکید دارند؛ الگویی که بر اساس نظریه معماری سرآمد، برای تعریف معماری آینده ضروری است. بر اساس روش شناسی پژوهش، برای تحلیل میزان تاثیر این الگوریتم ها، نمونه ای با حجم پنجاه عضو انتخاب شده تا کارایی الگوریتم ژنتیک بررسی شود. بر اساس نتایج به دست آمده از طریق رگرسیون خطی و ضریب همبستگی اسپیرمن، میزان کارایی الگوریتم ژنتیک به دلیل رفتار کاملا پیش بینی ناپذیر در مواجه با موضوعات مختلف از اعتبار کافی برخوردار نیست؛ اما مطابق با بررسی انجام گرفته در رگرسیون لجستیک، میزان رضایت مندی از نتیجه کاربرد الگوریتم ژنتیک بسیار بالا معادل 76% ارزیابی شده است. نتایج پژوهش نشان می دهد که الگوریتم های پیشرفته ریاضی مانند الگوریتم ژنتیک، توانایی اکتشاف و آفرینشگری خلاقانه در فرآیند طراحی معماری را تقویت می کنند، هرچند ممکن است که نتایج نهایی با خواسته های اولیه فاصله داشته باشد. از این رو در طراحی معماری با کمک هوش مصنوعی قوی، یادگیری عمیق ماشینی و در ترکیب با الگوریتم های ریاضی پیشرفته، نتایج مناسب تر و بهینه ارایه می شود.کلید واژگان: الگوریتم های پیشرفته ریاضی، نظریه معماری سرآمد، طراحی مقداری، الگوریتم ژنتیک، معماری آیندهThe manuscript is to investigate the application of advanced mathematical algorithms to outline creative architectural design process as part of an integrated architectural design process. The literature review shows that new emerging technologies have challenged the conventional creative architectural design process. The sci-tech poetics of the future trends is in need of a meta-heuristic algorithm to integrate subjective and objective criteria in architectural design process. The conceptual framework of the research is based on high-performance architecture theory which emphasizes on the new generation of high-tech phenomena such as designerly approach to energy efficiency, smart eco-building, computational energy, strong artificial intelligence, agent-based modeling of human behavior, IoT, big-data and machine learning. Based on the methodology of the research, fifty cases selected randomly to analyze impacts of the sci-tech creativity on the integration and efficiency of the architectural design process. The linear regression, the logistic regression and the Spearman correlation coefficient showed a meaningful contribution in harmony of different parts of the architectural design process. The results concluded that advanced mathematical algorithms might be seen as catalysts for shifting to integrated architectural design process.Keywords: Advanced mathematical algorithms, High-performance architecture theory, Parametric architecture, Genetic Algorithm, Future architecture
-
رشد سریع جمعیت منجر به افزایش نیاز به ساخت ساختمان های جدید می شود. با توجه به محدودیت زمین های شهری، ناگزیر ساختمان های بلند توسعه پیدا خواهندکرد. متغیرهای زیادی از جمله مشخصات معماری ساختمان بر میزان نیاز انرژی ساختمان و تامین آسایش حرارتی کاربران تاثیر گذارند. در این پژوهش بهینه سازی متغیرهای معماری به منظور تامین حداقل مصرف انرژی و حداکثر آسایش حرارتی با دو روش تحلیل پارامتریک و الگوریتم ژنتیک در سه اقلیم تهران، بندرعباس و تبریز بررسی شده است. همچنین حساسیت نتایح به دست آمده نسبت به تراکم بافت شهری ارزیابی شده است. نتایج نشان داده اند که در روش پارامتریک ساختمانی با فرم مستطیل در جهت گیری جنوبی با 40% سطح پنجره در دو شهر تهران و تبریز مناسب است. از طرف دیگر تنها در شهر بندرعباس تراکم بافت شهری زیاد در هر دو بخش انرژی وآسایش مناسب است و در دو شهر تهران و تبریز تراکم بافت شهری کم به عنوان الگوی شهری برگزیده انتخاب می شود. متغیرهای معماری: درصد پنجره، ساختار پنجره، فرم ساختمان به ترتیب با 4/15، 9/9 و 8/8 (درصد) بیشترین میزان حساسیت را با استفاده از روش پارامتریک در بخش انرژی نمایش داده اند. این در حالی ست که در بخش بهینه سازی مصرف انرژی، شهرهای تهران، بندرعباس و تبریز به ترتیب با میزان 16، 6 و 23 (درصد) حساسیت در متغیرهای معماری در روش الگوریتم ژنتیک را نشان می دهند. با بررسی هر دو روش بهینه سازی، الگوریتم ژنتیک نسبت به پارامتریک در بخش ارزیابی مصرف انرژی و عملکرد حرارتی دارای شاخص حساسیت بالاتر به میزان 9.4 و 23.3 درصد به ترتیب است. از طرف دیگر روش پارامتریک با ایجاد روندی مرحله به مرحله، نتایج تصمیمات طراح را در گام های نخستین از وضعیت حرارتی و مصرف انرژی به واسطه ی تغییر در هر یک از متغیر های معماری ساختمان آشکار می سازد.کلید واژگان: طراحی پارامتریک، الگوریتم ژنتیک، آسایش حرارتی، مصرف انرژی، شاخص حساسیتRapid population growth and lack of enough urban land increase the need for high-rise buildings. Due to high energy consumption of highrise buildings establishing energy saving measures is crucial. This paper aims to explore multiple factors that influence energy demand and thermal comfort in high-rise buildings. In this regard the impact of architectural parameters including building form, orientation, and window wall ratio on highrise building’s energy demand and thermal comfort is investigated in three different climate context(Tehran, Bandar Abbas, and Tabriz) by parametric analysis and optimization methods. Moreover the impact of urban density on results are assessed. The results show that the rectangular form with a south orientation with a 40% window to wall ratio in both Tehran and Tabriz is acceptable in the parametric method. On the other hand, in Bandar Abbas, high urban density is ideal in both the energy and comfort sectors, while Tehran and Tabriz need a low urban density context. Architectural parameters including window to wall ratio(WWR), window characteristic, building form, with 15.4%, 9.9%, and 8.8% respectively, showed the highest sensitivity by the parametric method in the energy demand assessments. However, the sensitivity index of architectural parameters on energy demand in Tehran, Bandar Abbas, and Tabriz are 16%, 6%, and 23%, respectively, based on the genetic algorithm. Based on results a higher sensitivity index of the genetic algorithm over the parametric approach is established with 9.4% and 23.3%, respectively, in the energy demand and thermal performance. On the other hand, the parametric method can establish a step-by-step process for the designer to evaluate each architectural variable's impact on thermal comfort and energy demand in the first stages of building design.Keywords: parametric design, Genetic Algorithm, Thermal Comfort, energy consumption, Sensitivity Index
-
بیان مسئله:
کاربست روش های شکل-محور در سیستم طراحی مولد ، اگرچه د ر جهت توصیف و تحلیل یک سبک یا معماری منطقه ای و یا اثری خاص در مطالعات متعددی مورد بررسی قرارگرفته اند ، پیچیدگی و تعدد قواعد ساختاری و عدم انعطاف پذیری این روش ها در ارزیابی و بهینه یابی نمونه های جدید تولید شده تا حدودی از مطلوبیت کاربرد آن ها کاسته است. با این وجود ، توانایی تولید فرم های جدید بر مبنای قوانین اشکال، علاوه بر تحلیل و استخراج قواعد شکلی یک ساختار سنتی، لزوم بررسی بیشتر روش های شکل-محور را مشخص می کند .
هدف پژوهش:
این پژوهش در راستای پاسخگویی به این کاستی، رویکرد ترکیبی تکاملی مولد را پیشنهاد می کند . کاربست روش های تکاملی مولد می تواند نگرش جدید ی در فرایند تحلیل ساختارهای سنتی و طراحی جدید مبتنی بر این ساختارها ارایه د هد .
روش پژوهش:
روش پژوهش بر مبنای مطالعات کتابخانه ای و به صورت تحلیلی-توصیفی جهت بررسی ادبیات موضوعی مرتبط بود ه و همچنین با د رنظرگرفتن نمونه های مورد ی از میان خانه های سنتی کاشان، از ترکیب روش شیپ گرامر (دستورزبان شکل) جهت تحلیل ویژگی های ترکیب بندی و روابط فیزیکی-فضایی د ر خانه های سنتی، و ابزار الگوریتم ژنتیک جهت بهینه یابی ساختارهای جد ید تولید ش ه، استفاده می کند .
نتیجه گیرینتیجه تحقیق نشان دهنده کارایی روش های تکاملی مولد در بهبود و تسریع فرایند تحلیل ویژگی های ساختارهای سنتی و همچنین تولید طرح های متنوع جدیدی است که می توانند جوهره فضایی ساختارهای سنتی را حفظ کنند .
کلید واژگان: طراحی تکاملی مولد، الگوریتم های تکاملی، د ستورزبان شکل، طرحواره قوانین فضایی، الگوریتم ژنتیکBagh-e Nazar, Volume:18 Issue: 95, 2021, PP 19 -36Problem statement:
Although the application of shape-based methods in the generative design systems has been studied as a means for describing or analyzing a style, regional architecture, or a specific design in numerous works of literature, the complexity and multiplicity of the structural grammars, as well as the lack of flexibility in the system for evaluation and optimization of new models has somewhat dwindled the applicability of these approaches. However, in addition to investigating and extracting the shape grammar of a traditional structure, the potential of generating novel designs based upon the shape rules indicates the necessity of further examination of the shape-based approaches.
Research objectivesAddressing the issue, this study proposes a hybrid generative evolutionary approach. The use of generative evolutionary methods can provide fresh insight into the process of analyzing traditional structures and designing new ones based on these structures.
Research methodThe methodology is based upon library studies with the analytical-descriptive approach to examine the related literature review. Furthermore, with the consideration of Kashan’s traditional houses as a case study, it applies the combination of shape grammar method for analyzing configuration characteristics and physical-spatial relationships in historic houses, with genetic algorithm for optimizing the new generated forms.
ConclusionThe results of the study indicate the effectiveness of generative evolutionary methods in improving and accelerating the process of analyzing the characteristics of traditional structures as well as producing a variety of new designs that can preserve the spatial essence of traditional structures.
Keywords: generative evolutionary design, evolutionary algorithms, Shape grammar, Rule Schemas, Genetic Algorithm -
پژوهش حاضر ارزیابی و بهینه سازی عملکرد انرژی و نورروز پوسته ساختمان های مسکونی در اقلیم سرد همدان را مد نظر قرار می دهد. برای این منظور الگوی رایج ساختمان های مسکونی در شهر همدان که آپارتمان های مسکونی 5 طبقه با همسایگی شرقی و غربی و در نتیجه نورگیری از سمت شمال و جنوب می باشد، در قالب مدل پایه انتخاب گردید و مصرف انرژی سالانه و میزان بهره گیری از نورروز به عنوان توابع هدف بهینه سازی در نظر گرفته شدند. پس از بررسی روش های مورد استفاده و شاخص های مختلف ارزیابی عملکرد انرژی و نورروز، شاخص های مصرف انرژی سالانه در واحد سطح (EUI) به منظور ارزیابی مقدار مصرف انرژی و روشنایی مفید نورروز (UDI) به عنوان شاخص ارزیابی بهره وری از روشنایی طبیعی انتخاب گشتند تا در یافتن راه حل های بهینه به منظور طراحی پوسته جبهه اصلی ساختمان های مسکونی بکار گرفته شوند. سپس مولفه های مختلف پوسته ساختمان های مسکونی شناسایی شده و تحلیل حساسیت داده ها با استفاده از روش غربالگری موریس به منظور رتبه بندی متغیرهای کلیدی موثر بر تابع هدف انجام گرفت. در ادامه مطالعات پارامتریک بر روی متغیرهای خروجی و بهینه سازی راه حل ها با استفاده از الگوریتم ژنتیک مد نظر قرار گرفت. بدین ترتیب از طریق تعامل میان نرم افزار شبیه سازی و روش بهینه سازی چند هدفه، یک سری راه حل های بهینه پارتو تولید شدند که از طریق مقایسه آنها با در نظر گرفتن هر دو جنبه انرژی و نورروز، طرح بهینه انتخاب گردید. نتایج نشان می دهد که از طریق بهینه سازی پارتو می توان در الگوهای انتخابی به میزان 17.44% و 23.72% شاخصEUI و 17.61% و 21.1% شاخص UDI را بهبود بخشید. بر این اساس طراحی پوسته ساختمان از این طریق می تواند به میزان زیادی مصرف انرژی را کاهش داده و در عین حال بهره وری از روشنایی طبیعی را افزایش دهد.کلید واژگان: بهینه سازی، تحلیل حساسیت، ساختمان های مسکونی، عملکرد انرژی و نورروز، الگوریتم ژنتیکThe present study evaluates and optimizes daylight and energy performance of residential buildings in the cold climate of Hamedan. For this purpose, the common pattern of residential buildings in Hamadan city, which has 5-storey residential apartments with eastern and western neighborhoods and as a result of lighting on the north and south, was selected as the base model and annual energy consumption and utilization of natural light were considered as the objective functions. After examining the methods used and the various metrics of daylight and energy performance evaluation, annual energy consumption per unit area (EUI) to evaluate the amount of energy consumed, and daylight illumination (UDI) for assessing the utilization of natural light were selected to find optimum solutions for the design of the main envelope of residential buildings. Then, various components of the envelope of residential buildings were identified; following that the sensitivity analysis was performed using Morris screening method in order to rank the key variables affecting the objective functions. Further, parametric studies on output variables and optimization of solutions were considered using genetic algorithm. Thus, Based on the interaction between the simulation software and the multi-objective optimization method, a number of Pareto optimal solutions were produced that through comparing them with consideration of both aspects of energy and daylight, optimal design was selected. The results show that through Pareto optimization in selected patterns, 17.44% and 23.72% of the EUI metrics and 17.61% and 21.1% of the UDI metrics can be improved. Accordingly, the design of the building envelope in this way can greatly reduce energy consumption and, at the same time, increase the efficiency of natural light.Keywords: Optimization, Sensitivity analysis, residential buildings, Daylight, Energy performance, genetic algorithm
-
نور روز همواره یکی از عوامل مهم و تاثیرگذار در طراحی معماران و مهندسین بوده است. بهبود آسایش و راحتی فضای داخلی با بهینه سازی سطح نور طبیعی، امروزه یکی از موضوعات مهم در بازسازی و بهسازی فضا به ویژه در ساختمان های اداری است. کیفیت نور و آسایش بصری در فضاهای اداری رابطه مستفیم با میزان رضایت کارکنان دارد. از سوی دیگر با افزایش مصرف انرژی ضرورت بهینه سازی و تلاش برای کاهش مصرف به خصوص در کشورهای در حال توسعه رو به افزایش است و این امر طراحان را به سمت استفاده حداکثری از انرژی های تجدیدپذیر سوق داده است. انرژی خورشید در میان انرژی های تجدیدپذیر، نقش مهمی در تامین نیازهای روشنایی ساختمان ها داشته است، استفاده بهینه از انرژی و روشنایی خورشید در طول روز نه تنها محیط مطلوبی را برای کاربران فراهم می نماید بلکه که سبب کاهش مصرف انرژی به منظور سرمایش و گرمایش محیط می گردد. درنتیجه یکی از عوامل مهم برای بهبود بهره وری انرژی در ساختمان، کنترل میزان نور ورودی به فضا است و با توجه به این که تنها بخش از ساختمان که به طور مستقیم تابش خورشید را وارد فضا می کند پنجره است بنابراین استفاده از لوورها جهت کنترل میزان نفوذ تابش خورشید به داخل فضا امری ضروری است. استفاده از نور روز در گستره وسیعی از شهرهای ایران از جمله شهر تهران به علت موقعیت جغرافیایی مناسب و برخورداری از ساعات آفتابی زیاد در طول سال مورد توجه است. هدف از این پژوهش، کاربرد هوش مصنوعی و برنامه ریزی و برنامه دهی الگوریتمیک به منظور تخمین تناسبات و مشخصات فنی لوورهای خارجی و پیشنهاد الگویی جهت طراحی بازشوهای جنوبی فضای اداری در جهت بهره وری و مصرف هوشمندانه انرژی، و فراهم نمودن سطح نور موردنیاز فضای داخلی است. روش تحقیق در این پژوهش استدلال منطقی است، از این رو با استفاده از شبیه سازی فضایی اداری، طراحی پارامتریک لوورها و بهینه سازی پارامترها (میزان چرخش، طول، فاصله از پنجره، میزان انعکاس و تعداد لوورها) با استفاده از الگوریتم ژنتیکی به طراحی پنجره جداره جنوب منطبق با شرایط تابش خورشیدی در تهران مورد تحلیل و بررسی قرار گفته است. نتایج حاکی از آن است که استفاده از لوورهای خارجی جهت کنترل و ارتقا کیفیت روشنایی بسیار کارآمد است.کلید واژگان: بهینه سازی چندهدفه، معماری دوستدار نور، هوش مصنوعی، سیستم کنترل نور، سیستم لوور، معماری سرآمد، الگوریتم ژنتیکArchitectural Thought, Volume:3 Issue: 5, 2019, PP 214 -235Daylight has always been a major factor in the design of architects and engineers especially in daylightophil architecture. It is significant to concentrate on improving the comfort of the interior by optimizing the natural light level today is one of the important issues in the reconstruction and improvement of space, especially in office buildings. The quality of light and visual comfort in office spaces has a direct relationship with the level of employee satisfaction. On the other hand, with the increase in energy consumption, the need for optimization and efforts to reduce its consumption, especially in developing countries, has been increasing, which has led designers to use renewable energies. Solar energy among renewable energies plays an important role in providing lighting requirements. The optimal use of solar energy not only provides for users a favorable environment but also reduces energy consumption for cooling and heating of the environment. Combinations of external shading devices as facade shading systems are essential aspects of the optimization of daylighting in building design. There are different types of shading to create optimal conditions in the interior spaces. One of the effective ways of designing shading is to take into account the weather conditions and the state of the sun and the amount of light demand. As a result, one of the important factors in improving the energy efficiency of a building is controlling the amount of light entering the space, and the only part of the building that directly enters the sunlight is the window, so using the Louvers to control the amount of penetration of sun radiation is indispensable in space. A louver, which is one type of sunshade system, is mainly configured to acquire adequate solar radiation and control over lighting. There are many ways to analyze and design the exterior facade of the building and the window system, where the difference in design and design materials has a strong impact on the internal comfort and external beauty of the building. The use of daylight in a wide range of Iranian cities, including Tehran, is due to the geographic location and high sunny hours during the year. The main objective of this research is to optimize daylight through the use of external louvers and measure the amount of lighting in the interior. The purpose of this research is using artificial intelligence and algorithmic programming in order to estimate the proportions and specifications of external louvers and to propose a model for designing the southern openings of office space for smart energy consumption and providing the level of light required for the interior. The method of research is logical reasoning, hence, using administrative spatial simulation, parametric projection of louvers and optimization of parameters (rotation, length, distance from the window, reflection and number of louvers) using a genetic algorithm to design louvers of the window which is located in the south has been analyzed according to solar radiation conditions in Tehran. The results indicate that the use of external louvers is highly effective in controlling and improving the quality of lighting.Keywords: Optimization, daylightophil architecture, artificial intelligence, light control system, high-performance architecture, Genetic algorithm
-
With current new urban developments, no balance can be found between green spaces and open areas present within urban networks and natural land patterns since urban networks are dominating ecological networks. Accordingly, one of the major tasks of urban and regional planners is the optimal land use allocation to urban green spaces. Therefore, to achieve this goal in this research, locations of newparks(basis on physical, social and economical factors) were analyzed using weighted linear combination (WLC)techniques and evolutionary algorithms. After comparing the results of the two methods, suitable locations for the development of urban green spaces on a local scale were proposed, on the basis of which it was found that heuristic algorithms have good potential to work with spatial data and evaluate land use suitability since they obtain better solutions with greater accuracy and flexibility in less time. Afterwards, suitability analyses of existing local parks(basis on physical, social , economical and ecological factors) were performed using the WLC method and Fragstats software. It was discovered that the existing parks are not on a suitable level based on the study criteria. Therefore, it is suggested that newer parks be established in areas with greater potential and small green spots as well asin the northern parts of the city for improvement.
Keywords: Suitability Analysis, Site Selection, Genetic Algorithm, Local Park, Weighted Linear Combination -
Urban Management, Volume:15 Issue: 42, 2016, PP 119 -130No unique method has been so far specified for determining the number of neurons in hidden layers of Multi-Layer Perceptron (MLP) neural networks used for prediction. The present research is intended to optimize the number of neurons using two meta-heuristic procedures namely genetic and hill climbing algorithms. The data used in the present research for prediction are consumption data of water subscribers in Fasa City of Fars Province (Iran) between the years 2010 to 2013. Ultimately, using the respective data set, the data of the subsequent year 2014 can be predicted. In the present research it was observed that the mean square errors of per data (MSEPD) for the abovementioned algorithms are less than 0.2, indicating a high performance in the neural networks prediction. Correlation coefficients using genetic and hill climbing algorithms were respectively equal to 0.891 and 0.759. Thus, GA was able to leave a better effect on optimization of neural network.Keywords: Water Consumption Prediction, Genetic Algorithm, Hill Climbing Algorithm, Artificial Neural Network, Multi, Layer Perceptron, Correlation Coefficient
-
بهره گیری از هندسه در پیمایش همساز میان فرم، ایستایی و تناسبات، به عنوان اصلی جاری در تعامل سازه و معماری سنتی ایران همواره برقرار بوده است. شناخت رفتار هندسی اجزا در مسیر ایجاد اتحاد ارگانیک میان سامانه های کالبد، فضا و زمینه، موجب شک لگیری بازخوردی یکپارچه به عوامل موثر در پایایی مجموعه می گردد. گره های ایرانی بر مبنای، y و x قیود هندسی موجود در ساختار و تناسبات خویش، به عنوان واحدهای مدولار، قابلیت توسعه و گسترش در محورهای با حفظ همسازی میان ارز شهای بصری و کارایی عملکردی را دارا م یباشند. با توجه به روند نظم پذیری ساختار گره های برای حفظ کارکرد سه بعدی مجموعه سازه، مسئله ای قابل بحث، z ایرانی در محورهای اشاره شده، انتقال این نظم در محور است. از این رو، مقاله حاضر نخست به بررسی نحو هاستفاده از پارامترهای مولد هندسه گره با استفاده از نرم افزار کدنویسی گرافیکی گر سهاپر پرداخته، سپس با معرفی روش الگوریتم ژنتیک، مجموع ه حاصل از تولید فرم های مختلف منتج از هندس ه گره را به عنوان جمعیتی از ژن های قابل تحلیل معرفی می کند. در این راستا، فرایند جانمایی بهین ه تکیه گاه ها، با حفظ کارکرد سه بعدی میان اجزا، در مسیر دستیابی به هندسه ای کارآمد از فرم گره را پیش می گیرد. بر همین اساس، پس از تحلیل همزمان فرم و سازوکار متعاقب ساز های ب هوسیله افزونه کارامبا، جمعیت برتر از مجموع ه ژن های معرفی شده، گزینش گردیده و بهین هترین حالت جانمایی تکیه گاه ها، در شرایطی که اجزای سازه دارای تنش حداقل هستند، گزینش می شود. در ادامه نیز با بررسی عملکرد حالت بهینه و نمون های منتظم در جانمایی تکیه گاه ها رفتار متعاقب هر دو حالت نسبت به انتقال بار به پی، مورد بررسی قرار می گیرد. با استناد به نتایج این پژوهش، می توان این گونه برآورد نمود که سازوکار هندسی در گر ه های ایرانی، با تعریف قیود خاص، موجب کنترل رفتار یکپارچه و کارکرد چند بعدی میان پارامترهای کیفی نظیر هندسه منعطف جهت طراحی سازه های پوششی و پارامترهای کمی همچون رفتار متناسب با نیروها می گردد. این بازخورد همساز میان معماری و سازه در جانمایی بهینه تکیه گاه ها که به مدد روش الگوریتم ژنتیک حاصل می گردد، کاهش تنش در اجزای سازه و همچنین پایایی حدا کثری سازه را همراه با صرفه اقتصادی در مصالح مورد استفاده، در کنار حفظ ارزش های معماری به دنبال خواهد داشت.
کلید واژگان: ساختار هندسی ساز های پوشانه ها، جانمایی بهینه تکیه گا ه ها، گره های معماری سنتی ایران، الگوریتم ژنتیک، تعامل معماری و سازهTaking advantage of geometry has been always a current base in Iranian traditional architecture for accommodate survey among form، stability and coordination. Recognition of components’ geometrical behavior along organic union making’s direction among skeleton، space and background systems causes integrated feedback formation among effective elements in collection’s stability. Based on existing geometrical limitations in their structures and coordination، Iranian girih as modular units are capable of developing in x and y axes by considering visual values and actionable efficiency. According to controlled process of Iranian girih s’ structure in mentioned axes، transferring this discipline in z axis for -3dimensional action’s maintenance of structure collection is also discussed. So، firstly current article has considered usage method of girih geometry productive parameters by Grasshopper graphical coding software، and then resulting collection of various forms from girih geometry is introduced as a population of analyzable genes by genetic algorithm method. Thereby، supports’ optimized location is developed by -3dimentional action among components for reaching an efficient form of girih’s geometry. Adapted to survey، prevalent population of introduced genes collections is selected after simultaneously analysis of form and mechanism by Karamba addition and the most optimized status of supports’ location is selected in circumstances that structure’s components has the minimum stress. Then، the optimized state and organized sample in supports’ location are considered to explore about resulting behavior in both states toward load transferring to case foundation. According to this study results، it can be concluded that by defining certain legislations، geographical mechanism of Iranian girih causes an integrated behavior’s controlling and multi-dimensional action among quality parameters such as cladding structures’ designing and quantity parameters such as proper behavior toward forces. This coordinating feedback between architecture and structure in supports’ optimized location which results from genetic algorithm method، decreases stress in structures’ components and also maximizes structure’s stability besides economic advantage in used materials. So، firstly current article has considered usage method of girih geometry productive parameters by Grasshopper graphical coding software، and then resulting collection of various forms from girih geometry is introduced as a population of analyzable genes by genetic algorithm method. Thereby، supports’ optimized location is developed by -3dimentional action among components for reaching an efficient form of girih’s geometry. Adapted to survey، prevalent population of introduced genes collections is selected after simultaneously analysis of form and mechanism by Karamba addition and the most optimized status of supports’ location is selected in circumstances that structure’s components has the minimum stress. Then، the optimized state and organized sample in supports’ location are considered to explore about resulting behavior in both states toward load transferring to case foundation. According to this study results، it can be concluded that by defining certain legislations، geographical mechanism of Iranian girih causes an integrated behavior’s controlling and multi-dimensional action among quality parameters such as cladding structures’ designing and quantity parameters such as proper behavior toward forces. Based on existing geometrical limitations in their structures and coordination، Iranian girih as modular units are capable of developing in x and y axes by considering visual values and actionable efficiency. According to controlled process of Iranian girih s’ structure in mentioned axes، transferring this discipline in z axis for -3dimensional action’s maintenance of structure collection is also discussed. So، firstly current article has considered usage method of girih geometry productive parameters by Grasshopper graphical coding software، and then resulting collection of various forms from girih geometry is introduced as a population of analyzable genes by genetic algorithm method. Thereby، supports’ optimized location is developed by -3dimentional action among components for reaching an efficient form of girih’sgeometry. Adapted to survey، prevalent population of introduced genes collections is selected after simultaneously analysis of form and mechanism by Karamba addition and the most optimized status of supports’ location is selected in circumstances that structure’s components has the minimum stress. Then، the optimized state and organized sample in supports’ location are considered to explore about resulting behavior in both states toward load transferring to case foundation. According to controlled process of Iranian girih s’ structure in mentioned axes، transferring this discipline in z axis for -3dimensional action’s maintenance of structure collection is also discussed. So، firstly current article has considered usage method of girih geometry productive parameters by Grasshopper graphical coding software، and then resulting collection of various forms from girih geometry is introduced as a population of analyzable genes by genetic algorithm method. Thereby، supports’ optimized location is developed by -3dimentional action among components for reaching an efficient form of girih’s geometry. Adapted to survey، prevalent population of introduced genes collections is selected after simultaneously analysis of form and mechanism by Karamba addition and the most optimized status of supports’ location is selected in circumstances that structure’s components has the minimum stress. Then، the optimized state and organized sample in supports’ location are considered to explore about resulting behavior in both states toward load transferring to case foundation. According to controlled process of Iranian girih s’ structure in mentioned axes، transferring this discipline in z axis for -3dimensional action’s maintenance of structure collection is also discussed. So، firstly current article has considered usage method of girih geometry productive parameters by Grasshopper graphical coding software، and then resulting collection of various forms from girih geometry is introduced as a population of analyzable genes by genetic algorithm method. Thereby، supports’ optimized location is developed by -3dimentional action among components.Keywords: Iranian geometry structure of claddings, support's optimized location, Iranian traditional architecture, genetic algorithm, architecture, structure Integration
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.