多目标优化设计精选(九篇)

第1篇：多目标优化设计范文

关键词：提升运输；多目标优化；控制器；安全保护

0 引言

随着工业技术的迅速发展，矿井生产向大型化、规模化的煤炭能源基地方向发展。而矿井提升机是矿山的关键设备，是联系井下与地面的“咽喉”设备，由于单次提升量及提升容器愈来愈大，提升速度愈来愈高，提升设备的安全运行直接影响到整个矿井的生产效率、国家财产和人员生命的安全。一旦发生重大事故，除设备安全、人员生命受到威胁外，可能导致整个矿井瘫痪，将造成重大的损失。所以不断完善矿井提升机的控制系统和保护装置，开展相关研究具有重要的意义。

近年来，矿井提升机的控制与安全保护问题受到国内外众多研究机构和企业的广泛关注，并开展了很多相关的研究工作，研究的主要内容包括电动机的调速与控制技术、后备安全保护装置和运行监控系统等。例如，文献[1]～[4]等对矿井提升机用电动机的控制进行了研究，其目标主要是提高启动、制动、调速的平稳性和可靠性，降低能耗等，实现的主要技术手段是应用先进的控制理论和数字变频技术；文献[5]～[7]等对后备保护装置和监控系统做了一定的研究，内容包括防过卷、防过速、提升力矩保护、过负荷及欠压保护等。但是，矿井提升机作为一个复杂的典型的机电一体化设备，其安全保护和运行控制是密切相关，互相制约的，仅就某一个或几个方面的性能进行改善往往并不能达到预期效果。因此，开展矿井提升机的多目标优化控制的研究十分必要。

本文针对矿井提升机运行过程和安全保护的特点，设计一种面向高效、节能、安全保护等多目标的矿井提升机优化控制系统。

1 控制系统构成

在矿井提升机控制系统设计过程中，将系统的安全保护与运行控制有机地结合起来，在控制装置中通过微处理器协调控制，统一管理，既能提高电机运行的性能，又能保障系统的安全运行，达到高效、节能、安全和节约制造成本等目的。本系统主要由控制器、加速度传感器、张力传感器、旋转编码器、过卷过放检测器、液压制动器、变频调速器、欠压过载保护器和彩色显示器组成。整个系统将实现如下三个方面的功能。

1）提升机运行状态监控部分由加速度传感器、张力传感器、旋转编码器等组成，实现箕斗运行的加速度、速度、钢丝绳张力的实时采集。当箕斗加速度、速度和张力超标时实现安全保护。

2）提升机的安全保护部分由过卷过放检测器、欠压过载保护器等组成，实现提升机运行异常的检测，当可能发生过放过卷及出现欠压或过载等情况时，实现安全保护。

3）提升机运行控制部分由变频调速器和液压制动器组成，由控制器输出提升运输的五段速度，经交-交大功率变频调速器控制提升主电机，实现提升机的运行；当出现异常状况时由液压制动器紧急减速或制动。

2 控制器硬件设计

控制器mcu选择晶宏科技的stc12c5a60s2单片机，这款单片机功能强大，有8路10位精度ad采样功能，可实现加速度传感器和张力传感器的信号采集；有7路外部中断i/o，可采样旋转编码器的脉冲信号以实现提升机运行速度的检测；有2路pwm可实现d/a功能以控制变频器。另外，过卷过放信号、欠压过载信号和液压制动器控制信号等属于开关量，可由此单片机的普通i/o口采集。

该单片机的ttl电平串口经max232芯片转换成rs232电平，由9针串口接至彩色显示器，以实现人机界面功能。

由于提升机运行电磁环境恶劣，控制器的输入输出信号全隔离，以提高系统的抗电磁干扰能力。开关量输出信号采用欧姆龙继电器驱动，耐20a电流冲击。

控制器电路由作者设计并进行了pcb布线，委托深圳精敏数字机器公司加工制作而成，如图2所示。

3 系统软件及控制策略设计

系统软件实现箕斗加速度、钢丝绳张力等模拟量的采集，变频调速器模拟量的输出，过卷过放信号、欠压过载信号和液压制动器控制信号等开关量的采集，通过i/o口外部中断编程实现旋转编码器脉冲信号的采集。

彩色显示器人机界面和单片机通讯采用modbus协议，由c语言编写程序实现，能将提升机运行状态、安全保护

况以及电机运行频率等信息显示在屏幕上，供操作人员查看。

控制策略设计是本控制系统软件的一个难点，既要实现提升运输的5段速度图并保证最快的运行速度，又要在兼顾效益的情况下设计安全保护的裕度。

4 结束语

本文提出了提升运输多目标优化控制方案，并设计了控制器。经模拟实验和现场试验表明，本优化控制系统能提高提升运输的性能及运行安全性。

参考文献：

[1] 王晓晨等.采用异步机矢量控制的矿井提升机开机特性的分析及改进.煤炭学报，2007（3）.

[2] 兰云，张立.igct变频器在矿井提升机调速系统中的应用.电气传动，2008（11）.

[3] 张勇等.矢量控制在矿井提升机上的应用.煤矿机械，2008（11）.

[4] 高宇等.提升机电控系统给定环节优化方法的研究.煤炭技术，2008（9）.

[5] 陆嘉，张新.矿井提升机综合后备保护装置.煤矿机械，2006（12）.

[6] 张仕明.立井提升过卷（过放）电气保护和机械保护装置的探讨.煤炭工程，2006（7）.

第2篇：多目标优化设计范文

（1.山东理工大学电气与电子工程学院，山东 淄博 255022；2.山东理工大学农业工程与食品科学学院，

山东 淄博 255022；3.山东理工大学理学院，山东 淄博 255022）

【摘要】折叠桌因其艺术性的设计以及节约空间、方便搬运的优点在现代家居生活中倍受青睐。同时，折叠桌因其可折叠的特性也承受着其稳定性与承受力大小的考验。我们采用刚体转动模型求解其稳定性指标，利用各个加工参数之间的数学关系求解其原料消耗，采用超静定次数进行定性分析描述其加工方便度，最终利用多目标规划模型分别赋予不同指标优先因子对折叠桌进行优化设计。

关键词 刚体转动；多目标规划；空间坐标系；最优加工参数

1　问题由来

工业设计师Robert van Embricqs 设计一款名为rising side table [1]，桌子外形由直纹曲面构成，桌面呈圆形，桌腿随着铰链的活动可以平摊成一张平板。桌腿由若干根木条组成，分成两组，每组各用一根钢筋将木条连接，钢筋两端分别固定在桌腿各组最外侧的两根木条上，并且沿木条有空槽以保证滑动的自由度（如图1所示）。

2　问题分析

在两根钢筋所在平面，以两根钢筋对称轴为x轴，两根钢筋中点连线为y轴，垂直地面向上为z轴方向建坐标系 （如图2），木条与圆形桌面的相连接的点记为P点，从外到里分别用P10，P9，…，P1来表示，最中间的点记为坐标为P1，且P10的坐标为(2.5,25,25)。钢筋穿过木条的点记为Q点，同理从外到里分别用Q10，Q9，…，Q1，标记顺序同P点一致。

Fi：第i根木条的开槽位置i=1，2…，10；fi：第i根木条的开槽长度（i=1，2，…，10）；h2：钢筋初始位置d：每根木条的宽度；li：木条长度α：最外侧木条与地面夹角；c：木板的厚度

3　构造约束条件

鉴于对折叠桌的设计，需要综合稳固性、经济性、加工便利性等因素进行优化其设计。

稳固性：

稳固性主要受重心位置的高低、支撑面的大小以及结构的影响[2]。根据桌子稳定性测试（BS4875-5）标准，设计的产品稳固性不达标就不能流通于市场，所以我们把力学性能分析放在首要地位。稳固性主要测试其竖直承受力与一侧承受力大小。竖直承受力大小多取决于折叠桌的材料，一侧受力多取决于折叠桌结构。将折叠桌视为刚体，其一侧受力发生侧翻即为刚体转动问题。[3]根据折叠桌使用的木料、钢筋求其质量分布，得其密度ρ（x，y，x）（此处密度可视为常数）。折叠桌的质量

经济性：折叠桌折叠之前为一块木板，所需材料即为木板的面积。

加工便利性：

由于桌腿由若干根木条组成，沿木条有空槽以保证滑动的自由度，进而木条的数目以及开槽长度影响加工便利性。根据力学原理，每增加一根木条，该结构的超静定次数便增加一次，因此该结构为多次超静定结构[4]，采取增加木条的方法来增加超静定次数，降低受力敏感度，是影响其加工便利性与稳定性的重要因素。

4　多目标规划模型

j：木条的宽度；e：木板的宽度；b1：最外侧木条所留桌面边沿长度；g：木板长度

5　结论分析

折叠桌以其灵活性、便捷性融入百姓生活。本文在保证折叠桌优良特性的前提下，引入刚体转动分析，结合多目标规划模型，优化设计折叠桌，保证了其稳固性、经济性、加工便利性。

参考文献

［1］韩佳成,Robert Van Embricqs.平板折叠桌[J].设计,2012，8．

［2］刘延柱．刚体动力学理论与应用[M]．上海交通大学出版社，2006-8-1．

［3］wenku.baidu.com/link?url=po 7 pey 2 xG_w0ELxvIgKKosCkC 6 jtfibAZW cBNT00Xx-YJNOh TpBOG 3_c22 TfersEysmn6 iyBkau_bkmEuV9 LDGZpqr51 HuOT2 OWNFqiFLx_&qq-pf-to=pcqq. c2[OL].

［4］钱令希．超静定与静定结构学[M]．科学出版社，2011．

第3篇：多目标优化设计范文

关键词：多目标 优化；设计；变刚度弹簧

1 前言

优化设计（Optimal Design）技术是一种在解决机械产品设计问题时，依据约束条件，从众多设计方案中寻找使某项或几项设计指标达到最优的先进设计方法。在日常生活和工程实际中，经常要求不仅仅是一项指标达到最优，而是要求多项指标都同时达到最优。像这种在优化设计中同时要求几项指标达到最优值的问题我们称为多目标优化设计问题。[1]多目标优化设计考虑因素比单目标优化设计更全面，优化效果更精确。

弹簧是机械工业中常用的弹性元零件，很多汽车悬架系统采用变刚度圆柱弹簧作为连接元件。[2]现在常用的变刚度圆柱螺旋弹簧主要有变节距，变中径，变簧丝直径或几种同时变化这几种形式，本文主要研究变节距的变刚度圆柱螺旋弹簧。随着生活水平的提高，人们对汽车平顺性，舒适性有了更高的要求。而变刚度弹簧既能在轻载变形量小时变形小，又可以在重载变形量大时变形大，因此受到广大汽车制造商的青睐。但变节距的变刚度弹簧工艺难度大，设计也不成熟，因为本文对研究变刚度螺旋弹簧进行多目标优化，对减少制造成本和时间，提高弹簧刚度具有实际意义。

本文以弹簧刚度kp尽可能大和弹簧质量最小为目标函数，以弹簧丝的直径d，圈数n和旋绕比C为设计变量，以弹簧丝的剪切力小于许用剪切力等为约束条件建立优化模型，运用MATLAB自带的优化工具箱对变刚度弹簧的多目标模型进行优化分析。

2 优化分析过程

概括起来，多目标优化设计大体包括以下几个步骤：

（1）将设计问题的物理问题转化为数学模型。

数学模型描述工程问题的本质，建立合理，有效的数学模型时实现优化设计的根本保障。建立数学模型时要选取设计变量，列出约束条件，给出目标函数。

（2）选择合适的优化方法求解。

选取优化方法时要遵循以下原则：适合数学模型，解题效率高，精确度高，占机时间少。

（3）计算机求解，优化设计方案。

（4）分析比较优化结果。

3 变刚度圆柱螺旋弹簧的数学模型

3.1 设计变量的确定

影响弹簧刚度和弹簧质量大小的设计变量为弹簧丝的直径d，圈数n和旋绕比C。

即，

3.2 目标函数的确定

自20世纪60年代早期以来，多目标优化问题吸引了越来越多不同背景研究人员的注意力。

多目标优化问题（multi-objective optimization problem， MOP）在工程运用上非常普遍并且处于非常重要的地位。

在弹簧设计过程中，不仅要考虑它的功能，还要考虑它的使用寿命，质量和刚度等因素在内。[3]本文以弹簧刚度尽可能大和弹簧质量最小为目标函数。

目标函数为：

其中，ni（i=1，2，3......j）表示节距不同的段数；n表示弹簧的圈数；D2表示弹簧中径，mm；р表示弹簧材料密度，d表示弹簧的簧丝直径，mm；G为弹簧材料的剪切弹性模量，GPa。

3.3 约束条件的确定

本文以某汽车前悬架的变刚度圆柱螺旋弹簧研究，主要从弹簧的强度条件，弹簧中径，簧丝直径，弹簧的旋绕比，弹簧的疲劳强度，稳定约束等方面

来约束。约束条件如下：

（3）弹簧旋绕比条件

4≤C≤16

（4）弹簧疲劳强度条件[5]

式中：[S]为许用安全系数；τ0为弹簧材料的脉动疲劳极限。

（5）不稳定条件

本文研究的弹簧认为是两端固定的，所以

（6） 螺旋升角的条件

3.4 问题的求解

本文研究变刚度圆柱螺旋弹簧是多目标设计问题，一个目标是使弹簧质量最小，另一个是使弹簧刚度尽可能的大。依据同一目标函数法的思想，通过某一个方法把原多目标函数构造为一个新的目标函数，用多目标函数来评价原多目标函数。[5]受此思想的指导，我们用子目标乘除法求解，将 f2（x）/f1（x）作为评价函数，求解设计变量。

4 优化设计的实现

4.1 优化设计的方法

MATLAB的优化工具箱提供了对各种优化问题的一个完整的解决方案。[6]本文所研究的变刚度圆柱螺旋弹簧属于求解有约束的非线性优化问题，我们使用调用函数fmincon求极小值[7]。

系统部分程序如下：

利用文件编辑器为目标函数建立M文件（my fun.m）：

Function f=myfun（x）

由于约束条件中有非线性约束，所以需要编写一个描述非线性约束条件的M文件（mycoun.m）。

.........................

%调用多目标优化函数[8]。

[x，fval，exitflag，output，lambda]=........

fmincon（@myfun，x0，A，b，[]，[]，lb，[]，@mycoun）

运行程序后，对结果进行近似精确，求出最优解。

4.2 优化设计实例

本文以某汽车的前悬架弹簧为例，要求变刚度弹簧的质量最小和刚度尽可能的大。根据系统设计理论，弹簧的参数如下：kmin=50N/mm，kmax=80N/mm；圈数：，；簧丝直径为12≤d≤2；弹簧中径为；弹簧最小载荷是4KN，最大载荷是16.39KN；根据原车悬架弹簧设计参数：所选用的材料是50Crv，密度ρ=7900kg/m3；剪切弹性模量G=81Gpa；许用剪切力；脉动疲劳极限；安全系数。把这些数据带入已经编好的程序中，得到优化结果，如表1。

通过实验分析比较，弹簧质量与弹簧刚度比减少了38.4%。可见，本文建立的多目标优化模型的可行性。

5 结论

本文对变节距的变刚度螺旋弹簧进行多目标优化设计，以弹簧质量最小和刚度最大量两个目标建立数学模型，运用MATLAB自带的优化工具箱进行优化分析。最后，以某汽车前悬架弹簧为例，计算分析了弹簧的质量和刚度之比，验证了此优化方案的可行性。此优化方案不仅对变节距的螺旋弹簧适用，还可以应用到其他形式的弹簧中，对工程机械制造行业有实践意义。

参考文献

[1] 石丽娜，曾红等.基于ANSYS的变刚度螺旋弹簧优化设计[J].辽宁工业大学学报，2009（2）：44-46.

[2] 时培成，龚建成等.汽车悬架变刚度螺旋弹簧最优化设计[J].现代制造工程，2006（11）：112-113.

[3] 姚伟，于学华等.车用变刚度圆柱螺旋弹簧的逆向设计和刚度有限元分析[J].汽车科技，2001（11）：16-17.

[4] 谌霖霖 .变刚度圆柱螺旋弹簧多目标优化设计及参数化实体建模[J].机电工程技术，2010：31-32.

[5] 张英会.弹簧手册[M].北京：机械工业出版社，1997.

[6] 梁尚明，殷国富，等.现代机械优化设计方法[M].北京：化学工业出版社，2005.

[7] 王科社.机械优化设计[M].北京：国防工业出版，2007.

[8] 王正林，刘明.精通MATLAB7[M].北京：电子工业出版，2006.

作者简介

第4篇：多目标优化设计范文

【关键词】建筑设计；方案优化；策略；方法

【 abstract 】 along with the development of social development and progress, and pay attention to the scheme optimization is of great significance. This paper mainly introduces the architecture design scheme optimization related content, to understand scheme optimization, application scheme optimization.

【 key words 】 architectural design; Scheme optimization; Strategies; methods

中图分类号：TU2 文献标识码：A文章编号：

引言

建筑设计的理念是着眼于持久的长期价值，它通过良好的功能与适用性的产品，在很长一段时间里，能够给消费者带来很高的价值。因此在目标要求、市场要求、销售要求、材料要求、结构及其要素的合理选用与商品生命周期间的配合下。形成了最佳配比和系统优化的组合，避免了资源的浪费及增加无效的投入。

一、建筑设计方案优化的必要性

建筑设计方案优化是在建筑设计招标工作结束后 建设单位 与中标设计单位需要立刻展开的一项重要工作，其必要性在于：

1、中标设计方案有待成熟与完善

方案中标并不意味着方案的完善。通常情况下，自招标文件公布至提交方案．留给设计单位的有效设计周期不会超过40天。同时，依据招投标法规，招标期间建设单位与设计单位之间，除“答疑 之外不能进行其他方式的沟通，因此，在有限时间与有限交流的前提下，要求设计单位拿出能够充分领悟建设单位意 图、完全满足建设需求的方案是不现实的。此外为了加快进度，目前建设单位一般都采用”概念设计方案 招标。在功能布局及 技术标准等方面，中标设计方案的深度难以直接衔接后续的相关设计活动，需要在设计方案优化阶段加以深化与细化。

2、建设单位的技术要求有待明确与落实

目前的建设项目 尤其是大型复杂建设项目，面临功能、交 通、环保、景观、法规等越来越复杂的内外部环境条件和设计约 束，在缺乏建筑设计方案雏形的情况下，建设单位很难提出明确 详细的设计要求，其在设计招标文件中对功能需求建筑风格的描述往往是模糊的或是框架的。因此，在明确中标方案后，应该 基于中标方案的建筑布局，对各项技术要求、功能需求及设计约 束进行逐一细化、优化和协调 并最终落实和确认。

3、集思广益，博采众长

中标方案仅为一家单位的设计成果，其设计思路的局限性在所 难免。而设计招标过程中，少则三家，多则十几家单位参与设计，各投标方案的设计手法、设计亮点对开拓建设单位和中标设计单位的思路是有价值的，可以在设计方案优化阶段集思广益、博采众长，充分借鉴其他投标方案的优点，对中标方案进行优化完善。

鉴于这些情况 对于工程建设项目，尤其是大型复杂建设项目，方案优化工作已成为工程建设过程中不可或缺的工作程序和环节。建设单位要摒弃建筑设计方案优化可有可无的思想误区，在设计招标结束后不要急于展开后续设计，而要发挥各方优势，对中 标方案进行充分的优化和深化，使各项功能指标及技术措施更为合理，建筑风格定位更为准确，造价与运营成本更为经济，并为后续工程设计、工程施工等环节提供科学、系统的工作依据。

二、建筑设计方案优化的风险与原则

建筑设计方案优化的初衷往往都是好的，但是否所有的优化工作都能够实现目标呢？一些建设单位和设计单位虽然投入了大量精力、时间进行方案优化，但由于工作方法不当，往往出现调改了一个地方，却引发更多相关问题的现象。 因此，为了实现优化目标，达到理想的优化效果，在建筑设 计方案优化过程中，如下几条原则是应该严格遵循的：

1、坚持并充分发挥专业人员的主导作用

优化不成反遭劣化的原因可能来自多方面，但非专业因素过多地干预甚至主导优化过程是其中一项主要原因，一方面是建设单位的参与热情或领导的主观意愿不知不觉中影响或压制了建筑师的创作空间：另一方面，中标单位也常常存在任务完成式的被动工作心态“既然已经中标了 业主单位说怎么改就怎么改吧! ”结果是系统思考不足引发更多的问题，造成方案的劣化。虽然建筑设计方案优化是一项需要多方参与、博采众长的 活动，但同时也是一项专业性极强的工作。为确保优化方案的科学性与合理性，来自各方面的的意见与建议必须要经过建筑师 的整理、甄别与过滤后，通过专业的设计手段与技术举措加以落实。建筑师要摒弃任务完成式的消极态度。积极承担起方案优化的主导责任。同时，建设单位要给予建筑师以充分的信任与授权，并在工作程序、机制上给予保证。

2、识别并坚持中标设计方案的精髓，避免颠覆性的修改

设计招投标制度对中标方案的法律地位是有明确规定的，且大型重要项目的中标方案一般都经过了建设单位高层领导的认可，所以不能敞开来优化，而是应该充分挖掘、识别、提炼出原有中标方案的亮点，在保持原有方案精髓的基础上开展设计优化。

三、建筑工程设计方案优化的途径。

1、主管部门应加强对优化设计工作的监控

作为《建设工程质量管理条例》配套文件之一的《建筑工程施工图设计文件审查暂行办法》已由建设部颁布施行，它的实施将对控制设计质量提供重要保证，但《办法》中规定的审查主要针对设计单位的资质、设计收费、建设手续、规范的执行情况、新材料新工艺的推广应用等方面的内容，缺乏对方案的经济性及功能的合理性内容的审查要求。因此，为保证设计方案优化工作的顺利开展，建设主管部门在执行《办法》的同时，还要制定设计方案优化的评定标准和具体实施细则，并增加专业技术人员配备和审查力度，对各阶段设计成果进行全面审查。既要审查技术可行性，又要审查经济合理性。

2、推广标准化设计

标准化设计又称定型设计、通用设计，是工程建设标准化的组成部分。各类工程建设的构件、配件、零部件、通用的建筑物、构筑物、公用设施等，只要有条件的，都应该实施标准化设计。采用标准化设计的优点有：设计质量比一般工程设计质量高；可以提高劳动生产率，加快工程建设进度；可以节约建筑材料，降低工程造价。

3、建立必要的设计竞争机制

为保证设计市场的公平竞争，设计经营也应采用招标投标。

（1）作为业主，应明确设计招标虽需多支付设计费和增加前期准备时间，但设计方案优化可节省更多的投资。为此，各地首先应成立合法的设计招标机构。

（2）各地方主管部门应制定相应规定，确定项目设计招标范围，对符合条件的项目必须进行设计招标。

第5篇：多目标优化设计范文

关键词 发动机 悬置系统 优化

中图分类号：U461.2 文献标识码：A

发动机作为一个主要激励源和噪声源，其振动传递途径是由动力总成经悬置系统传递至车身，引起车身的振动并通过其辐射到车厢内，引起空腔内部空气共振产生噪声，来自发动机的振动可能引起汽车地板和车身的剧烈振动，车内噪声较高，严重影响其行驶安全性和乘坐舒适性。所以，作为振动传递途径重要元件的动力总成的悬置系统，最大限度地减小发动机产生的振动向车身传递是一个不可忽视的环节。

1发动机悬置系统概述

减少发动机振动向车体的传递及降低车内噪声从而改善整车舒适性是设计性能良好的发动机悬置系统的出发点，是研究、控制汽车振动和噪声，进行汽车自主开发设计的重要环节，也是一直以来汽车研究者和设计师关心的问题。设计性能良好的发动机悬置，控制发动机工作时激振力向底盘的传递，可以提高汽车的耐久性和乘坐舒适性，减少发动机悬置系统传递给车身的力以及由此激发的车身饭金件和底盘相关零部件的振动噪声，降低发动机和车辆的振动。

2发动机动力总成解藕存在的问题

在各种约束条件下解决动力总成的6个刚体振动模态的频率配置问题和运动藕合问题是汽车动力总成悬置系统布置设计的基本任务。如果系统的固有振动模态存在运动藕合，在某一自由度方向上的振动会激起其它自由度方向的振动，使可能激起共振响应的频带宽度增加，对系统的隔振控制不利，尤其在发动机怠速工况下，发动机倾覆力矩主谐量的频率与发动机的刚体振动模态频率（几赫兹到二十几赫兹）较为接近，模态藕合会使隔振性能恶化。

如果频率配置不合理，将会使动力总成在工作过程中出现共振，严重影响隔振性能，甚至导致动力总成的破坏，对整车的安全性造成威胁。振动藕合的解除不仅可以减小可能激起共振响应的频带宽度，而且便于合理配置其固有振动频率，使激励频率远离共振频率，从而获得良好的整体隔振效果。

3发动机悬置系统的优化方法

发动机悬置系统的优化是在多目标优化设计中包含有多个目标函数。这些目标函数通常都是相互冲突的，一个目标性能的改善常伴随着另一个目标性能的下降。因此，不存在一个优化解同时使所有目标函数达到最优，但存在能同时较好地满足各个目标函数的解，即Pareto最优解（也称有效解）。Pareto多目标优化设计主要有两个分析步骤：

（1）找出所有的Pareto最优解，其Pareto最优解集的完整性决定了设计工作的成败，而具有平行性的优化算法能够很好地解决这个问题；

（2）在所有的Pa-reto最优解中找到最符合设计要求的一组Pareto最优解，其解决方法很多，如排序法、列表法和加权法等。因此，随着优化算法的不断发展，对多目标优化问题的处理从最初的加权多目标优化设计发展到Pareto多目标优化设计，其确定性优化设计模型为minF（X）=（f1（X），f2（X），…，fn（X））X∈{S（9）式中：f1（X）～fn（X）为须进行优化的n个目标函数；（f1（X），f2（X），…，fn（X））为优化目标函数向量；S为优化设计空间；X为优化设计变量，以找到既满足各目标函数要求又满足稳健性要求的解。

所建立的多目标稳健优化模型为maxF（K）=（f1（K），…，f6（K），f7（K），fr7（K））Kmin≤K≤K{max式中：K为设计变量，即悬置刚度，共9个；Kmax与Kmin分别为悬置刚度取值的上下限；f1（K）～f6（K）为悬置系统在6个自由度方向上的解耦率，由式（4）计算得到；f7（K）为悬置系统在怠速工况下动反力的倒数，由上式计算得到；fr7（K）为动反力的稳健性函数，其表达式为fr7（K）=ef7/lf7式中：ef7与lf7分别为动反力的均值和方差，其比值反映出悬置刚度的不确定性对动反力不确定性的影响，通过拉丁超立方抽样得到其值。

悬置系统多目标稳健优化设计流程见图：

由上可知，在建立悬置系统多目标稳健优化模型后，找到一组既优化又稳健的设计解主要包含两个步骤：

（1）在不考虑稳健性函数的多目标模型中应用遗传算法找到所有的Pareto最优解，这些解都能满足解耦率和动反力的要求；

（2）对每一组Pareto最优解进行拉丁超立方抽样，以评价每一组Pareto最优解动反力的稳健性，并在所有的Pareto最优解中找到稳健性好的设计解，最终得到既优化又稳健的解。

参考文献

第6篇：多目标优化设计范文

关键词：工程结构；优化算法；研究进展

中图分类号：TU2 文献标识码： A

引言

最优化设计的初衷在于从所有可能的设计中寻找最佳的设计进而促进目标的实现，这个寻找最优方法的过程就是最优化设计。工程结构优化设计就是指将力学概念与优化技术加以结合，然后在设计要求的指导下，将参与工程计算的部分参数以变量的形式出现在方案的设计中，然后再通过数学计算方法完成能够实现既定目标而且行之有效的方案的搜索，实践经验显示，采用优化了的工程结构方案可以最大限度地实现施工周期的压缩和工程质量的提升，与原来的施工方案相比较，可以降低将近三成的施工造价。

一、现代环境中的工程解耦优化设计

1、多目标优化

多目标优化过程中所考虑的优化目标不是单一的。一般情况下各目标函数之间往往相互矛盾，比如要取得好的安全性，就要求结构的截面面积要大，而为了取得最少重量，又要求截面面积较小。因此不存在使所有目标都达到最优的“绝对最优解”，只能求得“满意解集”，由决策者最终选定某一个满意解作为最后定解。实际工程中，多目标优化一般用于工程系统决策，即在工程决策方面先采用多目标优化进行方案确定，

再优化各个分目标。不同的优化设计数学模型有不同的求解方法。主要有以下几种方法：一是约束法。在多个分目标中选择一个为主目标，对其余分日标给出希望值，进而转化为单目标优化问题求解。二是功效系数法。将各分目标的“坏”价值用统一的功效系数表达，而后采用几何平均构成评价函数，进而转化成单目标优化问题求解。三是评价函数法。采用线性加权、平方和加权等方法将分目标函数综合成一个总函数进而转化为单目标优化问题求解。四是目的规划法。希望值与真实值之间的差值称为约束偏差，以约束偏差和目标偏差的某种组合作为总函数进而转化为单目标优化问题求解。五是多属性效用函数法。实际多目标优化时往往得到的不是某一个最优解，而是最优解的一个集合，再在这个集合中选出需要的最优解。为此可应用效用理论建立决策者的效用函数（曲线），按此曲线从有限解集中选出最终的合适方案。

2、拓扑优化

相较于形状优化，拓扑优化的优势在于可以在施工的初始阶段找到最佳的施工布局的方案，实现工程施工过程中的经济效益的提升，而且由于设计简单方便，为众多设计者接受和认可，在拓扑优化中，拓扑变量主要有两种，分别是连续型变量和离散型变量。

2.1 离散变量拓扑优化。1964年，Dom等以结构节点、支座点及荷载作用点为节点集合，集合中所有节点之问采用杆件单元连接的基结构，并以内力为设计变量，以应力为约束函数，建立单工况线性规划优化设计模型。该法计算效率较高，但不能应用于多工况和有位移约束的优化设计问题上。Dobbs等以截面面积为设计变量，采用最速下降法（steepestdescentmethod，SDM）成功地解决了多工况应力约束下桁架结构的拓扑优化问题。Kirsch等提出了两阶段算法，第一阶段以杆件截面积和赘余内力为设计变量，不考虑位移约束和变形协调条件，将离散变量拓扑优化转化为线性规划优化设计；第二阶段考虑所有约束，在已有的拓扑结构上，将离散变量拓扑优化转化为非线性规划优化设计。Lipson等建议在多l况下以杆件内力为准则来判断应删除的杆件。

2.2 连续变量拓扑优化。连续变量拓扑优化设计是一种0―1离散变量的组合优化问题。其基本思想是将设计区域离散为有限网格，根据相应的准则，删除某些网格。其主要方法有：均匀化法、变密度法和变厚法。均匀化法以微结构的单胞尺寸为设计变量，以单胞尺寸的增减实现微结构的增删和复合。其特点是：数学理论推导严密，可获得宏观的弹性常数和局部应力应变，容易收敛到局部最优解，计算量大，求解的问题类型有限，容易引起棋盘效应。

3、形状优化

该种优化是以对工程的边界进行调整的方式实现工程造价的降低和施工性能的提升，主要用于合理的系统构件的边界形状的挖掘，也具有两种方式，即连续性形状优化和离散型形状优化。

连续型形状的边界通常用曲线或者曲面来描述，在采用数值法进行优化设计时可以应用发展相对成熟的约束线性法进行，比如GRG和SQP法，在利用解析法进行泛函分析时可以得到优化函数的变形，从而导出满足最优解要求的形状函数，当然了，以上两种计算方式的使用顺序并没有严格的限制。

离散型形状优化通常是以节点坐标在几何空间中的变化为基础的，而且对于尺寸和形状的优化要求比较高，其设计方法也有两种，一是把两种变量一起处理，再进行无量纲化，此种计算方法的优点是可以实现对两种变量的同时考虑，但缺点是工作量比较大；另一种方法是将尺寸和形状优化拆分为两个层次进行优化，并在优化的过程中对两个参数进行交替变化，这种计算方法的优点是得到较大规模的求解问题规模。缺点是对形状和尺寸的耦合能力较差。

二、探索新的工程结构优化设计的思路

通常而言，工程结构优化设计主要包括三种，分别是现代优化算法、数学算法和最优算法，其中最优算法对于问题的考虑相对来说比较具有局限性，因此需要采用不同的原则对不同性质的约束进行计算，得到的结果也不是最优的，数学算法由于其巨大的计算量而使得结果的收敛比较慢，因此诞生了现代优化算法，在科技的不断发展的过程中，随着人们对自然的认识的加强，已经逐渐的开始应用仿生学的原理进行新的更加优质的算法进行计算，比如神经网络算法和遗传算法。

神经网络算法主要是由大量的神经元通过某种规律继续拧连接从而形成新的仿生学的网络，利用的是相对比较简单的线性神经单元为基础实现工程结构的优化计算，在工程结构优化领域中，首先提出神经元的数学模型的是法国的心理学家W.S.McCuloch，进而引导人们进入了神经网络的研究，此种算法能够比较准确地反映出神经网络对于知识的摄入能力和表达能力。其优点在于具有较强的运算能力和适应能力，而且对于非线性的映射能力比较强，但是这种算法容易陷入对最优解的求解中，具有非常大的计算量。

遗传算法是对于自然淘汰和遗传选择的模拟，此算法的优势在于具有较强的解题能力，缺点是操作与计算的随机性比较大，在工程结构中，遗传算法主要应用于框架结构和网络结构等的优化，比如将遗传算法应用于地震灾害的预测中，可以建立有效而准确的桥梁结构的保护措施。

三、结束语

总的来说，工程结构的优化设计的发展经历了从尺寸优化到形状优化再到拓扑优化的不同的阶段，从目标方面来看，经历了从单目标到多目标的转化，实现了结构优化的确定性与不确定性的转变，脱离于传统的算法和准则，向着仿生学的方向迈进，进而促使工程结构优化向着更高的方向发展，不论是数学计算法还是最优准则法，或者是仿生学算法都存在着一定的局限性，在进行实际的工程操作的时候需要针对实际情况研究和确定最佳的算法，不过，在工程结构优化设计过程中，对于目标函数的寻找和约束函数的精度的控制仍然是结构优化发展的重要方向。

参考文献

[1]赵同彬，谭云亮，王虹，孙振武，肖亚勋.挡土墙库仑土压力的遗传算法求解分析[J].岩土力学，2012（04）.

[2]曹洪涛，董军，居雅楠.基于MATLAB的钢―混凝土组合梁截面多目标优化设计[J].四川建筑科学研究，2012（01）.

第7篇：多目标优化设计范文

一、优化设计对建设投资的影响

1.设计方案直接影响投资

工程建设过程包括项目决策、项目设计和项目实施三大阶段。进行投资控制的关键在于决策和设计阶段，而在项目作出投资决策后，其关键就在于设计。据研究分析，设计费一般只相当于建设工程全寿命费用的1%以下，但正是这少于1%的费用对投资的影响却高达75%以上，单项工程设计中，其建筑和结构方案的选择及建筑材料的选用对投资又有较大影响，如建筑方案中的平面布置为内廊式还是外廊式、进深与开间的确定、立面形式的选择、层高与层数的确定、基础类型选用、结构形式选择等都存在着技术经济分析问题。据统计，在满足同样 功能的条件下，技术经济合理的设计，可降低工程造价5%～10%，甚至可达10%～20%，如某无线电厂的多层框架结构厂房(4层)，设计单位按常规设计为独立基础，由于多层厂房荷载较大，致使独立基础的单体尺寸较大，埋深较深(-3.2m)，事后经其他设计人员分析如采用 柱下条基，可节约大量的砼，并可降低埋深减少土方开挖，相比可节约投资20多万元；某两幢功能、结构、面积、基础形式均相近的综合楼，其中一幢因考虑立面效果设置了多处装饰柱及装饰线条，致使该部分费用相差10多万元，真可谓是笔下一条线，投资花万千扰。

2.设计质量间接影响投资

据统计，在工程质量事故的众多原因中，设计责任多数占40.1%，居第一位。不少建筑产品由于缺乏优化设计，而出现功能设置不合理，影响正常使用；有的设计图纸质量差，专业设计之间相互 矛盾，造成施工返工、停工的现象，有的造成质量缺陷和安全隐患，给国家和人民带来巨大损失，造成投资的极大消费。震惊全国的宁波大桥事故就是这方面的典型例证。

3.设计方案影响经常性费用

优化设计不仅影响项目建设的一次性投资，而且还影响使用阶段的经常性费用，如暖通、照明的能源消耗、清洁、保养、维修费等，一次性投资与经常性费用有一定的反比关系，但通过优化设计可努力寻求这两者的最佳结合，使项目建设的全寿命费用最低。

二、优化设计运作困难的成因

1.政府主管部门对优化设计监控不力

长期以来，形成了一种设计对业主负责，设计质量由设计单位自行把关的观念，主管部门对 设计成果缺乏必要的考核与评价，有的仅靠图纸会审来发现一些简单问题，只有等出现了大 的技术问题才来追究责任，而方案的经济性则问及更少。另外，对设计市场管理不够，越级、无证、挂靠设计时有发生，从而导致设计质量下降，加之由于设计工作的特殊性，不同的项目有各自的特点，所以针对不同项目优化设计的成果缺乏明确的定性考核指标。

2.业主要求优化设计的意识不强

目前，业主往往把投资的控制重心放在施工环节上，而对设计环节重视不够。其原因：一是对设计对投资影响的重要性认识不够，只看到搞施工招标，投标价要低于标底价、施工单位 要让利等，殊不知设计方案的优化会带来更大的节约；二是无法很好地选择设计单位，因为在设计前业主不知道谁能优化到什么程度。有些项目设计虽通过招投标，但此时方案不细， 概算粗略，很难来综合评定；三是业主由于专业知识上的限制，对设计方案难以从优化扰的角度提出要求或疑义；四是有些业主经济实力雄厚扰，项目建设赶时髦，求新颖，根本不提优化要求；五是有些业主自身对工程应具备的功能要求及应达到的目标不明确，随意性 大，要求出图时间紧，又压低设计收费，从而也影响了优化设计的开展。

3.优化设计的开展缺乏必要的压力和动力

由于目前的设计经营往往凭的是关系，缺乏公平竞争，所以设计单位的重心不在技术水平的提高上，设计只要保证不出大的质量问题，方案的好坏、造价的高低，关系不大，使优化设计 失去压力。由于现在的设计收费是按面积或按造价的比例计取，几乎跟投资的节约和设计质 量的优劣无关，导致对设计方案不认真进行经济分析，而是追求高标准，或为保险起见，随意加大安全系数，造成投资浪费。相反，设计单位即使花费了较多的人力、物力，优化了设计方案，给业主节约了投资，但也不能得到应有的报酬，有时设计费反而变少了，从而挫伤了优化设计的积极性。

4.优化设计运行的机制不够完善

优化设计的运行需有良好的机制作为保证。而目前的状况，一是缺乏公平的设计市场竞争机 制，设计招标未能得到推广和深化，地方、行业、部门保护严重；二是价格机制扭曲，优化 不能优价；三是法律法规机制薄弱。

三、搞好优化设计的几点建议

1.主管部门应加强对优化设计工作的监控

为保证优化设计工作的进行，开始可由政府主管部门来强制执行，通过对设计成果进行全面审查后方可实施。作为《建设工程质量管理条例》的配套文件之一的《建筑工程施工图设计 文件审查暂行办法》已由建设部建设［2000］41号文颁布施行，它的实施将对控制设计质量提供重要保证。但《办法》规定的审查主要是针对设计单位的资质、设计收费、建设手续、 规范的执行情况、新材料新工艺的推广应用等方面的内容，缺乏对方案的经济性及功能的合 理性方面的审查要求，所以建设主管部门在执行《办法》的同时，应增加人员配备和审查力度，对设计成果进行全面审查。第二，应加强对设计市场的管理力度，严格通过资质管理、人员注册、设计招标、图纸审查等环节来规范设计市场，减少黑市设计。第三，利用主管部门的职能，总结推广标准规范、标准设计、公布合理的技术经济指标及考核指标，为优化设计的进行提供良好服务。

2.加快设计监理工作的推广

优化设计工作的推行，仅靠政府监控还不能满足社会发展的要求，设计监理已成为形势所迫 ，业主所需。通过设计监理可打破设计单位自己控制自己的单一局面。因此，主管部门应在 搞好政府监理的同时，一方面应尽快建立设计监理单位资质的审批条件，加强设计监理人才 的培训考核和注册，制定设计监理工作的责职、收费标准等；另一方面通过行政手段来保证 设计监理的广度，为设计监理的社会化的提供条件。

3.建立必要的设计竞争机制

为保证设计市场的公平竞争，设计经营也应采用招标投标，虽然早在1984年，当时国家计委 和城乡建设环境保护部就印发《工程设计招标投标暂行办法》，1995年建设部230号文印发了《城市建筑方案设计竞选管理办法》，新颁的《招标投标法》中也规定符合条件的项目的 勘察设计必须招标，但实际招标项目的量一直很少，只占总项目的10%左右(不同的地区其 比例可能有所不同)，即使采用招标的项目，其招标体系不完善评标方法不健全，缺乏公平竞争性，因此应完善设计招投标的相关环节。首先，应成立合法的设计招标机构；其次，各地方主管部门应建立相应的规定，符合条件的项目必须招标；第三，业主对拟建项目应有明确的功能及投资要求，有编制完整的招标文件；第四，招标时应对投标单位的资质信誉等方面进行必要的资格审查；第五，应设立健全的评标机构合理的建设评标方法，以保证设 计单位公平竞争，并限制业主在项目上的随意性。

设计单位为提高竞争能力，在内部管理上应把设计质量同个人效益挂钩，促使设计人员加强经济观念，把技术与经济统一起来，改变以前设计过程中不算帐，设计完了概算见分 晓的现象，由画了算扰变为算着画扰，并通过室主任、总工程师与造价工程师层层把关，共同控制设计过程。

4.完善相应的法律法规

优化设计的推广还应有一定的法律法规作为保证，目前已有《合同法》、《建筑法》、《招投标法》、《建筑工程质量管理条例》等在规范项目建设工作，但这些都是从项目建设的总 体出发，对设计方面的规范不够具体，因此为更好地监督管理设计工作，还应建立和完善相应法律法规，如设计监理、设计招投标、设计市场及价格管理等。江苏省人民政府于2000年3月31日颁布的《江苏省建设工程勘察设计管理办法》便是该省加强建设工程勘察设计管理，规范工程勘察设计行为的法规。

5.注意优化设计工作的综合性

第8篇：多目标优化设计范文

【关键词】建筑性能 优化 设计 绿色建筑

1 引言

为了响应全球可持续发展战略的需求，建筑行业的计算机辅助数字生成与建筑性能数值模拟技术对建筑房屋设计产生了至关重要的价值。即有利于建筑行业对绿色建筑设计的实施和推广，但同时也给建筑方案优化设计带来了更多的难题。在建筑行业领域里，很多科研人员和工程师都开始展开对实现高效科学的性能化建筑方案设计的研究。因此，在这样情况下，一套可行性高的绿色建筑方案优化设计的诞生是非常重要的。

2 建筑性能及方案优化设计的概念

2.1 建筑性能

建筑性能包括了空间的私密性、光质量、通风性能、空气质量、空间噪声和可持续发展性能等非常多样化。本文主要是从建筑设计的绿色可持续发展角度入手，将限定建筑物理环境定位于建筑设计的性能上，主要是指建筑群周边的环境影响和内部环境质量相关的建筑物理环境性能。多样化的环境性能都是能直接或间接的影响到建筑内部使用者对室内的舒适度、外部区域的舒适度以及周边能源的节约与利用等[2]，这些都是和建筑物密切相关。

2.2 性能化建筑方案优化设计

性能话建筑设计可以理解成为以建筑性能为出发点，以规范化的绿色建筑标准与定量评估体系为基本准则，精确地设计建筑具体性能的设计方法。

建筑的设计、使用、拆迁全部生命周期都是由建筑的性能问题决定。专业之间在各个阶段互相合作和交流，都对建筑性能有着或轻或重的影响。传统设计中建筑方案设计阶段决策是可以决定整个建筑的能耗。所以应该从方案阶段主动考虑建筑性能，对于整个竣工后投入使用的建筑全生命周期有着巨大的影响。

综合上面的叙述，我们需要建立一套以性建筑优化设计为目标，可以早期介入建筑方案设计的方法面向整个建筑师群体。这样一套方案包含了流程设计效率高、优化方法科学、适用范围广的特点。此方案统称为性能化方案优化设计方法。

3 性能化建筑方案优化设计的目标

3.1 目标

性能化建筑方案设计简单的形容就是一种整个过程需要明确的性能目标作为引导的科学、定量的设计方法。在建筑的设计、修建、投入使用整个过程首要需要确定的就是设计目标，有利于精确掌控建筑设计的周边环境的负载和室内环境设计的质量[3]。也就是以设计目标为中心进行条理分明的整理和归纳工作。便于整个方案设计与流程都是以设计最初的目标为指向运作。从而更容易使建筑设计的质量达到最初设计的目标标准。

3.2 分类及参数

一个复杂的设计问题和千变万化的设计参数都是身为一个建筑师不可避免需要面对。但是需要在每一个细节方面达到设计目标的设计行为是一个非常难于掌握的过程，可以理解为是一道高级函数题中一个多变量对应多目标问题。在整个函数题中，可以总结出 源参数、过程参数、目标参数[4]。他们贯穿了性能化建筑设计的全过程，其中的建筑性能设计目标的中心就是目标参数。在设计方案性能中起着判断是否达标的作用；源参数是建筑工程师在最初的方案设计中直接 实施操作的参数；过程参数就是作用在建筑性能数值上的实时检测源参数。

3.3 简要分析LEED

基于参数传递的概念，此文从不同的阶段层面整理处LEED条文对于阶段和专业的全面影响（图3.3-1），并进一步甄选出作用于建筑方案设计阶段受到设计建筑师影响较大的条文。最后对于性能化建筑方案优化设计相关性较大的条文进行重点分析[5]。根据目标参数与过程参数的对比结果自动的调整了方案源参数的设计，实现了一种或多种建筑性能的优化。

3.3-1 LEED 与阶段、专业关系

因此，整个设计流程主要关键是在于建立一套参数传递系统来控制整个设计优化过程。

4 设计实现建筑开窗的优化设计

本次试验进行以常见的长方体建筑形态4200×4200×3000mm3作为研究对象，试验中设定的建筑开窗面积是固定不变，通过设定多种源参数随机进行分配建筑4个开窗面积，试验的重点是为了观察4个不同朝向的开窗面积怎样分配最后才能达到全年能耗最低的情况。

在具体的源参数设置中，4个不同朝向的开窗面积在计算机语言编程中需要设定先后顺序之分，且必须保证每一个朝向的开窗需要有上限限定的数值区别，才能保证每一个朝向的开窗有最小的面积并且每一面的最大开窗面积不超过墙体尺寸（图4-1）。本次实验采用了grasshopper与建筑师有直接关系的属性、集合等相关信息建立了组件[6]。在材料，构造，灯光等设置采取引用的方式完成流程的运转。

5 结论

本文通过将从理论的角度简要描述了性能化建筑方案的优化的概念以及目标和技术，明确了全文研究的相关重要概念，接着尝试设计一套绿色性能化建筑方案设计优化的技术体系，希望可以为之后研究性能化绿色建筑优化设计的工程师提供一定的参考价值。

【参考文献】

[1]杨文杰.性能化建筑方案优化设计的概念、目标和技术[J].南方建筑，2013，01：62-67.

[2]姜荣荣，李希胜.基于ELECTRE的建筑设计方案的优化决策[J].森林工程，2014，03：160-163+167.

[3]叶聪.结构抗火的性能化设计及评估[D].天津理工大学，2007.

[4]郑聪.基于BIM的建筑集成化设计研究[D].中南大学，2012.

第9篇：多目标优化设计范文

关键词：建筑设计；方案优化；工作模式

中图分类号：TU2文献标识码： A

一、建筑设计方案优化的必要性

建筑设计方案优化是在建筑设计招标工作结束后，建设单位与中标设计单位需要立刻展开的一项重要工作，其必要性在于：

1、中标设计方案有待成熟与完善

方案中标并不意味着方案的完善。通常情况下，自招标文件公布至提交方案，留给设计单位的有效设计周期不会超过40天。同时，依据招投标法规，招标期间建设单位与设计单位之间除“答疑”之外不能进行其他方式的沟通，因此，在有限时间与有限交流的前提下，要求设计单位拿出能够充分领悟建设单位意图、完全满足建设需求的方案是不现实的。此外为了加快进度，目前建设单位一般都采用“概念设计方案”招标。在功能布局及技术标准等方面，中标设计方案的深度难以直接衔接后续的相关设计活动，需要在设计方案优化阶段加以深化与细化。

2、建设单位的技术要求有待明确与落实

目前的建设项目，尤其是大型复杂建设项目，面临功能、交通、环保、景观、法规等越来越复杂的内外部环境条件和设计约束，在缺乏建筑设计方案雏形的情况下，建设单位很难提出明确详细的设计要求，其在设计招标文件中对功能需求、建筑风格的描述往往是模糊的或是框架的。因此，在明确中标方案后，应该基于中标方案的建筑布局，对各项技术要求、功能需求及设计约束进行逐一细化、优化和协调，并最终落实和确认。

3、集思广益，博采众长

中标方案仅为一家单位的设计成果，其设计思路的局限性在所难免。而设计招标过程中，少则三家，多则十几家单位参与设计，各投标方案的设计手法、设计亮点对开拓建设单位和中标设计单位的思路是有价值的，可以在设计方案优化阶段集思广益、博采众长，充分借鉴其他投标方案的优点，对中标方案进行优化完善。

鉴于这些情况，对于工程建设项目，尤其是大型复杂建设项目，方案优化工作已成为工程建设过程中不可或缺的工作程序和环节。建设单位要摒弃建筑设计方案优化可有可无的思想误区，在设计招标结束后不要急于展开后续设计，而要发挥各方优势，对中标方案进行充分的优化和深化，使各项功能指标及技术措施更为合理，建筑风格定位更为准确，造价与运营成本更为经济，并为后续工程设计、工程施工等环节提供科学、系统的工作依据。

二、建筑设计方案优化的风险与原则

建筑设计方案优化的初衷往往都是好的，但是否所有的优化工作都能够实现目标呢？一些建设单位和设计单位虽然投入了大量精力、时间进行方案优化，但由于工作方法不当，往往出现调改了一个地方，却引发更多相关问题的现象。经过反复调改，却发现不是对中标方案进行了“优化”，而是丑化、劣化了原有方案，甚至颠覆了中标方案，轻者延误了工期，重者则造成工程建设管理的重大失误。

因此，为了实现优化目标，达到理想的优化效果，在建筑设计方案优化过程中，如下几条原则是应该严格遵循的：

1、坚持并充分发挥专业人员的主导作用

优化不成反遭劣化的原因可能来自多方面，但非专业因素过多地干预甚至主导优化过程是其中一项主要原因：一方面是建设单位的参与热情或领导的主观意愿不知不觉中影响或压制了建筑师的创作空间；另一方面，中标单位也常常存在任务完成式的被动工作心态，“既然已经中标了，业主单位说怎么改就怎么改吧！”结果是系统思考不足引发更多的问题，造成方案的劣化。

虽然建筑设计方案优化是一项需要多方参与、博采众长的活动，但同时，也是一项专业性极强的工作。为确保优化方案的科学性与合理性，来自各方面的的意见与建议必须要经过建筑师的整理、甄别与过滤后，通过专业的设计手段与技术举措加以落实。建筑师要摒弃任务完成式的消极态度，积极承担起方案优化的主导责任。同时，建设单位要给予建筑师以充分的信任与授权，并在工作程序、机制上给予保证。

2、识别并坚持中标设计方案的精髓，避免颠覆性的修改

设计招投标制度对中标方案的法律地位是有明确规定的，且大型重要项目的中标方案一般都经过了建设单位高层领导的认可，所以不能敞开来优化，而是应该充分挖掘、识别、提炼出原有中标方案的亮点，在保持原有方案精髓的基础上开展设计优化工作，切忌进行颠覆性的修改。

3、自顶向下，抓大放小，做本阶段应该做的事

由于中标方案大多为概念设计深度，在设计方案优化阶段，应采取自顶向下的优化策略，优先着力于宏观与总体层面上的要素，重点关注于本阶段必须完善与决策的重要事项，避免过多、过早地陷入局部细节问题中。一些设计节点或专业技术措施可以留待工程设计阶段由设计院依靠自身能力加以解决。此外，在此阶段过早敲定的设计细节可能会随着后续设计工作的深入而废弃，造成工作上的浪费。

三、建筑设计方案优化中应重点关注的要素

那么，在建筑设计方案优化阶段，需要重点关注的要素有哪些呢？通常包括如下几个方面：

1、文化要素

建筑的文化特质与内涵,广泛涉及到历史、文脉、民族、地域风情、风格定位、建设单位的组织文化等诸多方面，且往往难以用明确的语言来加以表述。对文化要素的正确把握与合理表达通常是建筑设计的难点之一。中标方案能得到评标专家的认可，一般会在文化要素的诠释方面有独到的优势，但这并不意味着已全面到位。在方案优化阶段，建设单位与设计单位均应对文化要素给予充分关注，并通过反复的沟通与论证，以准确把控建筑的文化定位与建筑格调。

2、功能要素

在招投标之前，由于尚无建筑方案雏形，建设单位对功能需求的描述往往是粗线条的，大量技术指标尚有待细化与明确。因而，在方案优化阶段，需要基于中标方案对功能要素进行梳理，并逐一验证落实。同时，力争通过功能集成，碰撞、激发新的想法和创意，使功能更趋完善与优化。

3、成本要素

目前成本指标已成为限额设计的一项硬性约束，必须加以严格控制。然而，在投标阶段，设计单位的关注点集中在建筑专业，建筑估算往往仅能达到匡算深度。在方案优化阶段，需要结合具体的中标方案，对建筑成本要素进行分析，并基于成本限额指标对功能、材料、结构形式、技术标准等进行全面优化与协调。

四、基于倒三角工作法的建筑设计方案优化模式

“倒三角工作法”是作者在长期的工作实践中总结提出的一种建筑设计方案优化工作模式。下面将结合某总部办公大楼建筑（建筑面积15万平方米）设计方案优化的具体案例，对基于倒三角工作法的方案优化模式进行介绍。该项目的工作过程如图1所示。

在启动建筑设计方案优化工作之初，工作团队采用“头脑风暴”法，列出中标方案的精髓以及给人印象最深刻的设计特质与手法，并由高至低排序，构建出如图1所示的“倒三角”模型。由模型可以看出，五段式的体量关系集中体现了总部大楼的稳重和大气，给人的印象最为深刻，认可度与接受度也最高；其次是位于建筑中部的通高中庭，成为夜景效果的视觉中心；再其次分别是德式的建筑立面肌理以及对称式的功能布局。

基于倒三角工作法，在优化过程中，沿倒三角逆向而上，首先从位于“倒三角”最底层的功能要素入手，依据功能使用的合理性，结合出入口的交通组织，在保持对称性的基础上，将其功能布局从“东西分区”调改为“南北分区”。进而，从文化要素入手，在保证其立面肌理的基础上，对立面色彩、幕墙比例进行优化，使其更符合该企业的文化定位。之后，从绿色环保节能出发，对通高中庭进行了内部尺度的优化。而对于专家和领导普遍认可的五段式体量关系，则作为方案的重要特质原汁原味地给予保留。

依据上述工作模式，建设单位编制的“建筑设计方案优化大纲”，各项调改要求明确、全面，且设计单位接受度、参与度很高，双方共同组建成为一个工作团队，将优化工作开展得系统而顺畅，并在短时间内实现了优化目标，优化成果得到专家和领导的一致认可。

五、结语

建筑设计是一项综合能力要求很高的专业技术,需要经过长期的专业知识学习、实践、资料和经验的积累才能够到达一定的水准。建筑设计方案优化的必要性进行了论述，从建筑学角度对建筑设计方案优化的策略与原则进行了探讨，给出了建筑设计方案优化中应关注的要素，提出了基于“倒三角”工作法的建筑设计方案优化模式，并结合典型案例进行了分析。

参考文献：

[1] 黄虎杰等，住宅建筑方案优化设计研究与实现，计算机辅助设计与图形学学报，2000，第12卷第6期。