[发明专利]一种基于模拟退火算法的建筑高度优化设计的方法

摘要

本发明公布了一种基于模拟退火算法的建筑高度优化设计的方法，旨在提供一种采用模拟退火算法，求解组合优化问题的方法及程序设计的思路，并应用到实际建筑规划优化设计中。本发明首先将拟建建筑区域均匀分为若干小格，并将这些小格向上拉伸为小柱，基于小柱与被遮挡窗口的位置关系，对窗口进行日照分析，确定窗口日照累计时间；然后，基于窗口最小日照时间约束，构建拟建建筑最佳高度的数学模型；最后，针对该数学模型，设计模拟退火算法的步骤并进行求解。本发明针对特定数学模型，设计更合理的模拟退火算法，与传统手工方式相比，软件的自动化分析计算，更加快速，准确和高效，为实现节约型用地的设计提供一种有效方法和途径。

主权项

1.一种基于模拟退火算法的建筑高度优化设计的方法，其特征在于，该方法包括：步骤1.1：基于被遮挡窗口与拟建建筑的位置关系的窗口日照分析；首先，基于拟建建筑区域的一天有效日照时段，按照指定间隔分割时间切片；然后，根据不同时间切片内的太阳位置，构建拟建区域分割后拉伸小柱的棒影长度矩阵；最后，考察小柱到窗口的距离向量与棒影长度矩阵的关系，获得窗口累计日照时间；步骤1.2：日照约束条件下拟建建筑高度的数学模型；设待求拟建建筑的高度为H，记被遮挡建筑最底层的第p个窗口为winp，已知满足《城市规划设计规范》要求的窗口日照时间不得少于Twin；当且仅当，窗口winp日照累计时间Tsump≥Twin时，此时H满足要求，构建的目标函数为：fp(H)＝Tsump类似的，m个窗口win0,...,winp,....,winm‑1满足日照要求时，对应的目标函数分别记为：f0(H),...,fp(H),...,fm‑1(H)；为此，建立的数学模型如下：由该数学模型可以看出，如果存在H，使得f0(H),...,fp(H),...,fm‑1(H)同时满足最小值，则H为最优解；步骤1.3:基于模拟退火算法拟建建筑最佳高度的求解；针对步骤1.2的数学模型，采用模拟退火算法进行优化求解；首先设置参数的初始值，在取值范围内，随机产生一个拉伸小柱的初始高度采用实数编码；并在区间[1,5]随机产生一个随机变量h，h即为模拟退火算法给定初始温度；具体求解步骤如下：(1)参数的设置，随机生成初始解；(2)计算目标函数值f0(H+h),...,fp(H+h),...,fm‑1(H+h)；(3)判断是否f0(H+h)＞Twin,...,fp(H+h)＞Twin,...,fm‑1(H+h)＞Twin，如果m个函数值，当且仅当都不满足条件，将H+h赋值H，即H＝H+h；然后转(2)；如果存在m'，m'≤m，个函数满足条件，则可以删除m‑m'个不满足条件的函数；(4)对于m'个函数，此时h递增过大，需采用合适的降温方式，设此时迭代次数为t，此时小柱的递增高度为h(t)，即：(5)设Δh为一个常数，判断是否h(t)‑h(t‑1)≤Δh，如果不满足条件，则将h(t)赋值h，即h＝h(t)；转步骤(2)；如果满足条件，停止进化，输出拟建建筑高度最优值。