沈策俊 李珊珊

1.青島德泰建設(shè)工程有限公司 山東青島 266555；2.青島時(shí)代建筑設(shè)計(jì)有限公司 山東青島 266555

綠色建筑是傳統(tǒng)高能耗建筑向新型節(jié)能建筑轉(zhuǎn)型的第一產(chǎn)物。隨著節(jié)能理念發(fā)展的不斷深入，控制能源消耗、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展已成為建筑業(yè)的趨勢(shì)。研究表明，建筑設(shè)計(jì)階段在控制建筑能源消耗工作中占據(jù)著舉足輕重的地位，是建設(shè)項(xiàng)目生命周期中最有效、也是最容易把握的時(shí)機(jī)。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)成為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重要工具，仿真模型的參數(shù)賦值往往依靠設(shè)計(jì)規(guī)范與設(shè)計(jì)師的知識(shí)儲(chǔ)備。如何科學(xué)高效地完成模型賦值并為設(shè)計(jì)師提供建筑設(shè)計(jì)方案的表現(xiàn)反饋與修正指導(dǎo)是提升設(shè)計(jì)效果的重要前提。目前，在建筑設(shè)計(jì)階段，利用能耗仿真軟件進(jìn)行建筑能耗模擬已成為不可或缺的程序?，F(xiàn)有的能耗仿真軟件一般遵循“建模—賦值—仿真”的基本流程，但在賦值階段，往往沒有較為完備的常規(guī)結(jié)構(gòu)與材料參數(shù)參考信息庫，因此在操作時(shí)需要設(shè)計(jì)者具備足夠的建筑物理和建筑材料等方面的專業(yè)知識(shí)，否則會(huì)存在較大的盲目性。本體技術(shù)所具備的能夠囊括目標(biāo)領(lǐng)域內(nèi)的核心概念及典型實(shí)例、以及能夠?qū)χR(shí)進(jìn)行快速抽取的特性，可以有效地解決這個(gè)問題。另外，仿真操作的繁復(fù)性和結(jié)果的冗雜性容易導(dǎo)致在對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行人工檢查與對(duì)比過程中出現(xiàn)程序繁瑣、出錯(cuò)率高等問題，降低方案設(shè)計(jì)效率并影響最優(yōu)決策的質(zhì)量。相較之下，利用計(jì)算機(jī)語言編寫的推理程序具備運(yùn)算速度快、精度高以及邏輯性強(qiáng)等特性，能夠準(zhǔn)確快速地彌補(bǔ)人工操作的薄弱之處，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案自動(dòng)化檢查與對(duì)比[1]。

基于以上背景，本文著眼于建筑節(jié)能設(shè)計(jì)工作，通過整理建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案中重要的概念、術(shù)語與設(shè)計(jì)參數(shù)，運(yùn)用本體論構(gòu)建建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案自動(dòng)修正與評(píng)價(jià)的本體，將能耗仿真結(jié)果作為建筑設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)依據(jù)，并以行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)自動(dòng)推理程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案不合規(guī)因素的自動(dòng)檢查以及不同建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案間的自動(dòng)對(duì)比，為設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整提供更加高效、精確的手段；在節(jié)省時(shí)間成本與人力成本的同時(shí)制定建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化決策，為降低建筑領(lǐng)域能源消耗提供助力。

1 研究方法

本體（Ontology）最初作為解釋客觀存在事物的本質(zhì)的哲學(xué)概念出現(xiàn)。自20世紀(jì)90年代起，部分學(xué)者]突破哲學(xué)領(lǐng)域體系，將本體滲透到其他學(xué)科，并逐步形成基本的定義[2]。目前 Studer提出的“本體是共享概念模型的明確的形式化規(guī)范”被廣泛認(rèn)可且最為成熟的定義。近年來，隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)本體技術(shù)研究的不斷深入，本體應(yīng)用的領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。建筑工程領(lǐng)域的相關(guān)成果也層出不窮。在建筑工程質(zhì)量控制方面，岳明宇等根據(jù)工程活動(dòng)中利益相關(guān)者與質(zhì)量信息的關(guān)系構(gòu)建了本體模型，為相關(guān)決策者進(jìn)行質(zhì)量管理提供幫助；劉欣等根據(jù)《建筑工程質(zhì)量通病防治手冊(cè)》，借助本體技術(shù)提出了一種建筑工程質(zhì)量常見故障診斷模型，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程質(zhì)量常見故障的高效判定；胡云忠、胡海盟立足于建筑工程領(lǐng)域的規(guī)范，運(yùn)用本體技術(shù)對(duì)規(guī)范知識(shí)進(jìn)行抽取與處理，為規(guī)范的自動(dòng)處理提供理論依據(jù)。在成本預(yù)算方面，劉喆針對(duì)建筑工程招投標(biāo)階段，結(jié)合本體與 BIM技術(shù)，研究了基于工程量清單計(jì)價(jià)模式的成本預(yù)算的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)；劉欣等根據(jù)《建設(shè)工程工程量清單計(jì)價(jià)規(guī)范（GB50500-2013）》，對(duì)IFC 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，構(gòu)建成本估算本體模型，為實(shí)現(xiàn)成本估算知識(shí)在建筑領(lǐng)域中的共享提出新思路；Lee 等利用本體技術(shù)構(gòu)建了基于BIM的建筑成本預(yù)算系統(tǒng)，幫助成本估算人員更容易地使用 BIM數(shù)據(jù)[3]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用本體針對(duì)建筑工程的質(zhì)量管理與成本預(yù)算的研究較為豐富，但在能耗控制方面的研究較少，因此本文立足于建筑設(shè)計(jì)階段對(duì)能耗控制進(jìn)行研究。

2 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案合規(guī)檢查與評(píng)價(jià)的本體構(gòu)建及推理實(shí)現(xiàn)

本體是實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域內(nèi)知識(shí)架構(gòu)與復(fù)用的有力工具。建筑節(jié)能設(shè)計(jì)領(lǐng)域所涵蓋的知識(shí)體量龐大且駁雜，具有極強(qiáng)的復(fù)用性，因此構(gòu)建建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案合規(guī)檢查與評(píng)價(jià)本體具有足夠的必要性與可操作性。建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案的制定一般都著眼于總能耗、分項(xiàng)能耗、影響因素、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和效果評(píng)價(jià)五大模塊，執(zhí)行“設(shè)計(jì)并檢查初始方案→修改構(gòu)件參數(shù)→調(diào)整并檢查設(shè)計(jì)方案→方案對(duì)比評(píng)價(jià)→設(shè)計(jì)方案決策”的程序。據(jù)此，在進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案合規(guī)檢查與評(píng)價(jià)本體設(shè)計(jì)時(shí)以能耗值的調(diào)整作為主軸線，將原建筑總能耗進(jìn)行分解得到各分項(xiàng)能耗，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整得到調(diào)整后的分項(xiàng)能耗，將其合并后得出總能耗。在進(jìn)行調(diào)整時(shí)，涉及到兩個(gè)重要環(huán)節(jié)：一是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案的合規(guī)檢查，需要立足于建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案的各分項(xiàng)能耗進(jìn)行操作；二是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案調(diào)整效果的評(píng)價(jià)，與方案調(diào)整前后總能耗與分項(xiàng)能耗均有關(guān)系。對(duì)此，本文構(gòu)建了建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案合規(guī)檢查與評(píng)價(jià)本體，設(shè)計(jì)框架如圖1所示[4]。

圖1 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案合規(guī)檢查與評(píng)價(jià)本體設(shè)計(jì)框架

從整體來看，建筑分項(xiàng)能耗是貫穿本體模型的重要線索。建筑分項(xiàng)能耗直接決定建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案的合規(guī)性；建筑總能耗與分項(xiàng)能耗決定建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)水平。但建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案合規(guī)檢查與評(píng)價(jià)本體的核心并不是建筑分項(xiàng)能耗。其核心環(huán)節(jié)是根據(jù)影響因素中涵蓋子類所涉及的具體參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。因此本體在影響因素模塊中詳細(xì)羅列了常規(guī)項(xiàng)目。另外，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也是本體的重要組成部分。建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案合規(guī)檢查與評(píng)價(jià)本體依據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB50189-2015）》（以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》），在本體中錄入該標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，通過比對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案的相關(guān)數(shù)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)整前后建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案的合規(guī)性檢查。此外，節(jié)能效果評(píng)價(jià)也很重要。

推理實(shí)現(xiàn)：

構(gòu)建建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案合規(guī)檢查與評(píng)價(jià)本體的目的是建立領(lǐng)域內(nèi)知識(shí)的儲(chǔ)備平臺(tái)，便于設(shè)計(jì)者對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行提取和調(diào)用。而要實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案合規(guī)檢查與評(píng)價(jià)的自動(dòng)化運(yùn)行則必須依靠推理。推理的目標(biāo)功能包括實(shí)現(xiàn)調(diào)整前后建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案的自動(dòng)合規(guī)性檢查和自動(dòng)對(duì)比評(píng)價(jià)。

（1）建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案合規(guī)檢查推理。建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案的合規(guī)性檢查旨在將建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案中存在的不合規(guī)因素從類別和程度兩個(gè)方面明確地表達(dá)出來，實(shí)現(xiàn)與 EnergyPlus仿真結(jié)果的銜接，彌補(bǔ)仿真軟件手動(dòng)操作中的不足。在構(gòu)建圍護(hù)結(jié)構(gòu)合規(guī)檢查的推理框架時(shí)，主要從如下3個(gè)層面出發(fā)：第一層為數(shù)據(jù)輸入層。首先確定要進(jìn)行檢查的系統(tǒng)，輸入建筑設(shè)計(jì)方案中的相關(guān)數(shù)據(jù)（例如建筑外表面積、建筑包圍體積、窗戶洞口面積等），計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的熱工性能參數(shù)；第二層為標(biāo)準(zhǔn)檢查層，是推理框架的核心層[5]。

（2）筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)推理。相較于合規(guī)檢查而言，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)推理的實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單。主要思路為對(duì)調(diào)整前后總能耗及分項(xiàng)能耗值進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)計(jì)算所得的調(diào)整百分比分析方案的調(diào)整效果。建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)推理設(shè)定了從“調(diào)整效果差”至“調(diào)整效果好”（以±0.1與0為界）5個(gè)不同程度的調(diào)整效果評(píng)價(jià)結(jié)論。

3 結(jié)語

本文借助本體技術(shù)，構(gòu)建了涵蓋建筑節(jié)能設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)核心概念與典型實(shí)例的本體，使得設(shè)計(jì)者在進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，能夠科學(xué)高效地利用本體找到所需參數(shù)完成仿真模型的賦值，極大地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)操作的盲目性。在此基礎(chǔ)上，利用python 程序設(shè)計(jì)了建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案的合規(guī)檢查與評(píng)價(jià)推理規(guī)則，實(shí)現(xiàn)了建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的不合規(guī)因素的自動(dòng)分項(xiàng)輸出及不同方案間總能耗與分項(xiàng)能耗的對(duì)比效果的自動(dòng)輸出，改善了設(shè)計(jì)者進(jìn)行人工檢查與對(duì)比時(shí)存在的程序繁瑣且出錯(cuò)率高等不足；另外還準(zhǔn)確且直觀地為設(shè)計(jì)者提供建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案的表現(xiàn)反饋與修正建議，在節(jié)省時(shí)間與人力成本的同時(shí)，大幅度降低了制定建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案的復(fù)雜程度，使設(shè)計(jì)者能夠更高效、準(zhǔn)確、便捷地完成建筑節(jié)能方案的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，為建筑領(lǐng)域能源節(jié)約提供助力。