15、建筑设计的动态探索性优化

建筑设计的动态探索性优化

1. 建筑设计与多目标优化问题

设计是一个探索可能性空间的过程，可理解为受目标引导的搜索过程。在建筑设计中，目标有定量的（如能源性能）和定性的（如美学目标）。设计项目常存在多个有时相互冲突的目标，需同时满足，这类多目标问题（MOPs）给设计领域带来挑战，寻找最优解的方法成为建筑学科的重要研究领域。

以往建筑多目标优化（MOO）研究主要针对静态MOPs，而现实中的建筑设计问题往往是动态的（DMOPs），涉及平衡多个定量和定性目标、理解目标间的权衡，并在项目目标、设计参数和约束条件不可避免地变化时动态调整设计过程方向。

在概念设计阶段，目标是找到一组决策变量（输入参数），映射到由优化问题目标定义的目标空间内的一组多样但等效的最优性能解决方案，即帕累托最优集，位于帕累托前沿。MOPs给开发算法寻找设计问题最优解的研究人员带来了几个挑战：
- 探索 ：开发处理MOPs的算法时，确保对目标空间进行充分探索以及所发现解决方案的多样性是一个重大障碍，这在概念设计阶段尤为关键。
- 用户偏好集成 ：许多解决MOPs的算法需要与决策者交互，但决策者应如何以及何时参与该过程仍是一个悬而未决的问题。
- 维度 ：具有三个以上目标的MOPs（多目标MOPs）由于维度诅咒，可能对帕累托前沿的可计算性构成重大挑战。一旦目标数量超过三个，帕累托前沿的规模可能迅速变得太大，许多算法无法有效覆盖。
- 动态性 ：概念设计阶段涉及的许多现实世界MOPs是动态的，其目标、设计参数和约束条件可能在优化过程