基于NSGA-II-MOPSO的高层住宅风环境多目标优化方法

《Buildings》：A Multi-Objective Optimization Method for High-Rise Residential Wind Environments Using NSGA-II–MOPSO

　　# 摘要户外行人风舒适度和室内自然通风是高层住宅开发项目风环境性能的重要方面。然而，这两个目标在不同的空间域中评估，并且对设计参数的变化可能表现出相互矛盾的反应。随着变量数量和候选组合数量的增加，通过传统的试错法设计来确定能够平衡这两个目标的方案变得越来越困难。本研究开发了一种多目标优化方法，该方法集成了参数化建模、计算流体力学（CFD）以及一种混合NSGA-II–MOPSO算法，以协同优化户外和室内风环境性能。建筑物位置、朝向和窗户位置由一个13维设计向量表示。户外行人风舒适度和室内自然通风通过两个目标函数进行量化，即$DCTC_{out}$和$DCTC_{in}$，它们被定义为评价点中超出规定舒适范围的点数与处于规定舒适范围之内的点数之比。室内模拟使用从户外CFD计算中获得的立面压力作为边界输入条件。该方法应用于中国重庆的一个规划中的高层住宅开发项目。优化过程使用了25个候选设计的种群，经过50代迭代，共产生1250个经CFD评估的设计方案。种群均值$DCTC_{out}$和$DCTC_{in}$分别降低了16.25%和17.62%，而它们的最佳值分别达到2.14888和0.52469。最终第一非支配前沿上保留了9个解决方案，代表了户外和室内性能之间的不同权衡方案。与以户外优先的解决方案相比，折中方案仅使$DCTC_{out}$增加了3.81%，而将$DCTC_{in}$降低了22.81%。进一步改善室内性能会导致户外性能的显著恶化。研究结果表明，当同时评估户外和室内风环境性能时，应联合考虑住宅布局与开口设计。