多目标优化设计十篇

多目标优化设计篇1

【关键词】多孔材料；多功能；优化设计

0.引言

随着工业装备和航空航天的迅猛发展，对高性能材料的设计提出了更高的要求，如：轻量化、高刚度、高散热、抗冲击性和多功能化应用等。多孔金属材料因其优良的性能和广泛的应用前景，近年来成为研究的焦点。

多孔金属材料性能与孔结构直接相关，孔隙率与多功能性能相关。改变孔隙率和孔的结构将影响材料的综合性能。因此，可根据不同需求对其结构多学科优化设计。本文将结合多孔材料的性能表征，对轻质多孔材料进行多功能化优化设计。

1.多孔材料多功能特性

多孔金属材料具有独特的多功能特性，包括：

（1）多孔材料的密度远远小于实体材料的密度。不同多孔材料孔结构不同，一般孔隙率都较高。

（2）抗冲击性 多孔金属在承受压应力时产生塑性变形，大量的冲击量被转变为塑性能，以热量形式耗散。

（3）高刚性 蜂窝多孔材料有很好的力学性能，同时其性能有较强方向性。

（4）高散热性多 孔金属是优良的传热介质，可以作为飞行器和超高速列车的散热装置。此外，在高孔隙中流过冷却剂，可达到冷却和承载的目的，在航天结构领域有广泛应用。

（5）吸声效果 与传统材料相比， 多孔泡沫结构吸声效果良好。

综上所述， 多孔材料具有高刚度、高强度、轻量化和高散热性等明显优势。多孔金属既是优良的结构材料，也是性能优异的功能材料，在交通、海洋采油、航空航天、医疗等领域中有着重要意义。多孔材料不仅性能优良，也降低能源消耗和减少环境污染。

2.多孔材料的性能表征

2.1 多孔金属材料静力学性能

在恒定载荷下，对轻质多孔金属材料的静力学性能研究。当这些构件比较复杂时，一般采用数值方法来研究其破坏变形；当宏观结构较为单一简单时，本构理论也较简单，且计算效率高，往往是数值方法中的主要方法。

本章使用ANSYS有限元程序进行有限元分析，由于结构较为复杂，模型使用三维四面体单元。材料杨氏模量为70GPa，屈服应力为150MPa，泊松比为0.3。

建立多孔金属材料有限元模型，有限元分析表明，该材料弹性模量和压缩强度均明显提高，材料弹性模量随孔径比的增加而增大，压缩屈服应力随孔径比的增加先增大后减小。对压缩变形机理进行讨论，变形主要为斜杆的弯曲变形，同时，小杆的弯曲变形机制使表现出不同的塑性流动特性。

研究表明，随着孔径比的增大，材料表现出不同的流动行为。材料塑性变形主要集中在斜杆上，孔洞的四个顶点处几乎没有变形，因此，斜杆的弯曲是泡沫金属压缩时的主要变形机制。提高孔径比，弯曲刚度显著提高，且塑性应变集中在压缩方向的小杆上。当小杆截面积逐渐增大时，结构应力也逐渐提高，直至斜杆发生屈服。

2.2 多孔金属材料动力学性能

在实际应用中，多孔金属可承受动态荷载而产生大范围变形，本文通过选择基体材料、孔隙结构来控制动态变形特征，可使多孔金属成为理想的吸能材料。多孔金属在高变形下的动态性能和破坏机理研究对于其的广泛应用具有重要意义。此外，载荷作用下力学行为的研究也是结构材料的重要前提之一，尤其对抗冲击材料在军事和防恐领域中的应用具有重要意义。

多孔材料在冲击下的变形模型一般采用动量守恒和能量守恒得出动态激励下的变形。多孔金属材料的吸能机理研究已成为当前多孔材料研究的热门方向。金属多孔材料抗冲击分析是建立在静态模型基础上的，未考虑应变效应的影响，很难准确得出整个材料的动态性能。如何进行冲击荷载下的强度和破坏研究，建立相关的本构关系及破坏判据，需要进一步深入研究。

2.3 多孔金属材料热力学性能

孔隙传热是多孔金属多功能特性中最受广泛关注的领域。材料的高热传导系数和对流换热使得多孔金属具有优良的换热性能。

传热性能研究一般集中于常温导热和单相对流传热。根据多孔金属结构的流体动力特性，确定了不同雷诺数作用下的动量方程，得出了惯性力表达式；根据空气冷却对流换热特性，测定了对流传热随微结构参数的变化规律，建立单相对流传热模型；测定真空状态下导热系数随温度的变化规律，进而确定了高温下的热传递规律。随着相对密度的提高，多孔结构的导热系数会随之增大，且导热系数与相对密度基本成线性关系。

3.多目标结构优化设计

传统材料的设计通过调整单一材料设计参数使之能够满足工程实际需求。在大多数情况下，材料的设计无法达到最优化。由于上述局限，力学工作者虽然以材料为研究对象，但只发挥其辅助作用。随着以多孔材料和复合材料的发展，材料的可设计性已有了较大提高，可根据工程需求利用优化技术设计出最优越的材料。

多目标优化问题的主要思路是目标加权求解。对多个目标中，评价各目标权重系数 ，将多目标归一化。从而将多目标优化问题转化为单目标优化问题。

在航空航天领域，许多结构件需要同时满足强度、隔热和轻质的要求。从第3节力学性能研究中我们知道，随着密度的增大，材料屈服强度提高，多孔金属板的隔热性能降低，且孔径比越大，多金属板的隔热性能越好。针对单一目标优化进行的参数选取与其他目标优化的参数选取是相互矛盾的，需要进行多目标优化设计，以选取同时满足强度、隔热和轻质要求的材料参数。

金属板构件参数多目标优化设计中，首先采用最小二乘法对屈服应力和隔热参数进行多项式拟合， 以此表达式作为构件的目标函数，通过建立包含强度、隔热和轻质多目标函数的优化设计模型，采用权重法将多目标优化问题转化为单目标优化问题进行求解。

4.结论与展望

通过建立了多目标优化设计数学模型，求解目标最优的金属孔径比、相对密度。结果表明多孔金属板的综合性能显著优于传统金属板。

多孔金属材料应用前景十分广阔，但目前很多研究还只限于对宏观性能参数的研究，对细观结构研究还较少。

【参考文献】

多目标优化设计篇2

【关键词】多目标规划；优化模型；软件仿真；稳固性

引言

传统的折叠桌的桌腿采用垂直着地的设计，容易造成桌子的称重能力下降、不稳定并且浪费材料的缺点，制作过程没有具体的数学模型，不利于大规模地推广与应用.基于传统折叠桌的种种弊端，本文提出了切实可行的优化方案.

文章通过全面地分析桌体高度、桌面边缘线的形状大小和桌脚边缘线的形状等因素，建立了优化模型，使平板材料的设计加工最优，稳固性最好，加工方便，用材最少，通过MATLAB算法得出平板材料的尺寸、钢筋位置、开槽长度和桌面高度最优加工参数，并结合实际情况建立软件设计模型，适合大规模地推广应用.

优化主要模型采用多目标规划，首先以桌子稳固性作为一级目标，在稳固的基础上以用材最省作为二级目标，在这两者的基础上以操作简单作为三级目标，以此建立最优设计模型.同时，结合实际生活，模型大胆创新，建立不同桌形的软件模型系统，增加客户的选择性，使模型具有很好的推广意义.本文将详细研究优化设计模型和创意软件模型建立求解的过程.

1.优化设计算法

多级目标规划

一级目标：稳定性最好

根据受力分析得出正三角形的稳定性最好.假设三条边所用的材质都相同，即：所能承受的最大应力都一样.现在在三条边的中点上分别施加一个力F并且让其逐渐增大，对三角形进行受力分析，显然当为等边三角形时桌子受力均匀，所以当桌面与最短两条桌腿的延长线构成等边三角形时，能够保证桌子稳定性最好.

3.结论

多目标优化设计篇3

【关键词】铸钢件；冒口；工艺优化；模拟

【分类号】：TG260

在铸钢件成形的时候，冒口是避免出现缩松、缩孔等问题的关键渠道，因此对冒口进行合理科学的设计是整个铸造过程的重要环节。本文结合极差和方差分析，对多因素多个目标值进行分析。运用模糊数学中的综合评判法，根据各目标值对产品质量的影响程度，进行加权综合评分。模拟试验在华铸CAE软件上进行。模拟不同工艺条件下的成形过程，得到工艺出品率，缩孔数量、体积、位置与大小等信息，同时可以观察铸件的充型过程、凝固动态、热量传输及分布状况。

一、铸造工艺优化

1、铸钢件工艺优化设计存在的问题

对于大型铸钢件，缩孔、缩松等是难以消除的缺陷。通过设置冒口来尽量减少缺陷数量与减小缺陷体积，同时引导缺陷产生在非重要或次重要位置。实际生产过程中，为了保证铸件的产品质量，冒口常常设计得较为保守，导致工艺出品率较低。以工艺出品率、缩松、缩孔数量、缩孔体积大小为目标值，对3个目标值进行了数据分析，讨论了最优铸造工艺参数组合。

2、铸造工艺优化试验方案的设计

采用正交试验法安排模拟试验，具体过程为：

①确定模拟试验目标：工艺出品率A1、缩松、缩孔数量A2，缩松、缩孔体积A3；

②确定影响因素以及因素的水平；

③选择因素水平表及正交试验表，选择5因素4水平表，采用L16（45）正交试验表；

④软件平台模拟试验，搜集试验数据；

⑤采用方差分析法分析数据，总结最优参数组合，提出最优工艺方案；

⑥在软件平台进行模拟验证最优的工艺方案。

二、铸钢件铸造工艺优化设计案例

1、试验模型

根据大齿轮模型，在Pro/E中构建附带工艺的三维图，并分别导出铸件STL文件冒口STL文件浇注系统STL文件。将其导入模拟软件平台华铸CAE中模拟分析，观察成形情况，获取缩松、缩孔信息。

2、试验目的

通过对铸件成形过程中温度场的分析，预测缩松、缩孔的位置信息、数量及体积大小。分析目标为工艺出品率A1（%）、缩松、缩孔数量A2（个）、缩松、缩孔体积A3（mm3）。

3、试验过程影响铸件成形的冒口工艺因素有很多，选取成形过程中影响较大的5个因素，每个因素安排4个水平，见表1。因素1为圆柱形明冒口形状；因素2为圆柱形明冒口高度h，mm；因素3为腰圆明冒口形状；因素4为腰圆明冒口宽度A，mm；因素5为冒口数量，个。

4、数据的处理

假设用正交试验表安排N个因素的正交试验，试验总次数为n，试验结果分别为x1，x2，...，xn。假定每个因素取m个水平，每个水平做p次试验，则n=mp。

所有试验次数的平均值计算如下：

因素的平方差和=因素差方和/因素自由度=Q因/f因 （8）

试验误差的平均差方和=试验误差方和/试验误差自由度=Qe/fe （9）

将各因素的平均差方和与误差的平均差方和相比，得出F比值。这个比值的大小反映了各因素对试验结果影响程度的大小。

F比=因素的平均差和/试验误差的平均差方和 （10）

5、结果分析

通过方差分析法，可以看出因素1圆柱形明冒口形状的F比较大，是较为关键的因素。在模拟试验中，所选3个目标的量纲不一致，而且对冒口工艺的重要程度也有所不同，无法直接将3个数据叠加评价。鉴于此，根据目标值在综合评价体制中的重要程度，运用100分制加权评分。根据铸件冒口的设计要求和各指标的影响的重要性，A1、A2、A3的权重分值A1=30%，A2=35%，A3=35%。计算时，加权系数做适当调整。计算系数为a=1，b=0.01，c=0.54。由于工艺出品率越大越好，而缩孔数量、缩孔体积越小越好，故评分公式如下：

F比=aCj1-bCj2-cCj3 （11）

统计分析得出分值证实因素1圆柱形明冒口形状对综合评分影响较大，即对铸件质量影响较大，形状为D时，质量最好。通过计算分析因素对工艺出品率、缩孔数量和缩孔体积的影响可以看出，标准圆柱形明冒口高度h越高，工艺出品率越低。圆柱形明冒口形状为D时，缩孔数量最少。综合来看，因素1对各指标影响较大。

因素的重要程度依次是，因素1，因素5，因素2，因素3，因素4。通过试验验证，经过华铸CAE分析，模拟结果为：工艺出品率A1=74.02%，缩松、缩孔数量A2=153，缩松、缩孔体积A3=62.38mm3，得分为38.78。方案13得分为46.63，为最优方案。

三、结论

1、标准圆柱冒口形状对各指标影响较大，选择合适的圆柱冒口形状，可以显著提高工艺出品率，减少缩孔数量和缩孔体积。优化冒口形状，工艺改善效果明显。冒口形状为圆柱形明冒口时，工艺出品率较高，缩孔体积较小，数量较少。

2、圆柱冒口数量对工艺出品率和缩孔体积有一定影响。冒口数量（非冒口体积大小）越多，工艺出品率越低。冒口数量为5时，缩孔体积较小。标准腰圆形冒口参数对缩孔数量有影响，取325mm时，缩孔数量较少。

参考文献：

[1]肖海涛. 消失模铸钢件数值模拟研究[D].兰州理工大学，2009.

多目标优化设计篇4

关键词：可靠性理论；计算机通信网络分析；多目标优化；遗传算法

现如今有很多学者都加入到了计算机通信网络可靠性的研究之中，以期望能够为计算机技术的应用提供帮助。但是要想提高其可靠性，重要的手段就是优化设计目标。传统设计中，设计人员所使用的设计方法主要有动态规划以及梯度法等，但是这两种方法都具有一定的局限性性，现阶段设计人员更多的是使用神经网络方法以及遗传算法来进行目标优化设计。这两种方法都具有相应的优势，都能够降低用户应用计算机的成本，因此制定的尝试。

1 计算机通信网络的可靠性理论分析

1.1 计算机通信网络的可靠性体现

计算机通信网络的可靠性理论主要是工程科学体系中重要的内容之一，经过多年的发展，有价值的研究越来越多，整个研究理论体系已经初步建立健全。通常情况下，学者主要从四个方面来表现计算机通信网络，一是连通性，这是计算机网络中最为重要也是最为基础的表现，可以说，如果计算机通信网络的连通性比较强，其可靠性基本上都有保证，因为连通性高，计算机也就能够顺利为用户提供通畅的网络链路，正是由于网络链路的存在，计算机网络中存在的节点才得以有效的运行，所以，本研究的重点应该是重视计算机的连通性。其余方面主要有生存型、抗破性以及有效性等。

1.2 计算机通信网络的可靠性概念

所谓计算机可靠性，就是指计算机网络能够在一定的操作要求条件、维修方式条件、温湿度条件、负载条件以及辐射条件下，保证在规定的时间内一直能够处于正常运行状态修下，即保持网络通信系统的连通性，并且可以完成基本的网络通信需求。在计算机网络规划设计和运行设计中，计算机网络可靠性是反应计算机网络拓扑结构是否良好的关键判定参数，对于保证计算机网络的正常稳定运行有着重要意义。另外，在计算机网络的规划设计中，往往还需要用到可靠度的概念，所谓计算机网络可靠度，就是指可靠性的实际完成概率。记为R（t），其中R（t）=P{T>r}。一般认为计算机网络可靠度有三种类型，即2-终端可靠度、γ-终端可靠度和全终端可靠度。其中若γ=2时，γ-终端可靠度就是2-终端可靠度，而当γ=n时，其就是全终端可靠度。也就是说，2-终端可靠度与全终端可靠度都是γ-终端可靠度的特例。

2 多目标优化理论分析

2.1 多目标优化概念

多目标优化（Mufti-criterion Optimization）问题也叫多指标优化问题或向量优化问题，它是指在一组约束条件下，极小化（或极大化）多个不同的目标函数。多目标优化问题的意义在于找到问题的一个或多个解，使设计者能接受所有的目标值。因此，可以认为单目标优化问题是多目标优化问题中的一个特例。在工程技术、生产管理以及国防建设等社会中的各个部门，所遇到的问题大多数是多目标优化问题。比如，在设计计算机通信网络主干网时，一般要考虑如何使费用、时延尽可能小，可靠性和生存性要尽可能大等，这是三个指标的优化问题。可以说，多目标优化问题在实际生活中是大量存在的，甚至无处不在。

2.2 多目标优化特点

与单目标优化问题比较，多目标优化问题具有以下特点：

（1）要求在给定条件下，多个目标都尽可能地好。

（2）各个目标并不总是独立存在，往往相互之间存在着耦合或矛盾，一些目标的性能改善往往会引起另一些目标的性能变坏。因此，各个目标的最优解之间的矛盾难以兼顾而无法同时达到最优。

（3）各个目标一般没有共同的衡量标准，很难进行量的比较，或者目标函数与约束条件之间存在着模糊性。

由于多目标优化问题存在以上的特点，因此，在某种意义上满足设计者要求的解具有一定的“满意度”。在求解过程中，传统的多目标优化问题的求解基于单目标优化问题的最优思想，大多数的求解方法始终坚持寻求问题的最优解。

3 基于可靠性理论的计算机通信网络分析与多目标优化

为更好的了解可靠性地下的计算机通信网络与目标优化，本文提出了一个优化案例。其节点服务中心的可靠性为0.95，工作站的可靠性为0.9，服务中心之间链路的可靠性为0.9，服务中心与工作站之间链路的可靠性为0.85，Rmin=0.9。并且提出了采用遗传算法进行优化设计的算法，该遗传算法是在matlab环境下运行的，遗传算法的参数为：种群大小POPX7.E=100最大迭代次数MAXGEN=500，交叉率pc=0.3，变异率pm=0.7程序迭代次数为32次，每次运行都随机生成小同的种群，然后取这20次得到的最好结果进行比较。

由于在初始化和变异的过程中，可以不考虑可靠性，将不满足可靠性约束的解去掉，然后将网络费用、平均时延放在同等重要的位置，则在计算综合满意度时三个性能指标的权值分别取Wc=Wd=0.5.Wr=0。结果表明中心结点为：1，2，转化成树结构有三条边，分别为（3，1），（1，2），（2，4），工作站端为3，1，3，3，4，4，4，2。

如果网络费用比平均时延稍微重要，则We=0.8，Wd=0.2，Wr-0。结果显示中心结点为：1，2，转化成树结构有三条边，分别为（3，1），（1，2），（2，4），工作站3，1，3，3，1，2，2，2，2。

通过分析可见，在这些不同权重的可靠度条件下，均能得到较好的满意度。可以说将多目标优化和遗传算法结合后，能够在最短的时间内找到令人满意的解，能成功解决高可靠性和低成本的NP-hard问题，快速实现并解决计算机通信网络的拓扑优化问题。

结束语

综上所述，可知对计算机网络可靠性理论进行研究以及分析十分必要，其是对计算机通信网络设计重要的前提条件，只有计算机通信网络具备了可靠性的性能，其才能安全稳定的进行运行，为用户提供稳定的服务。对其进行多目标优化，具有很多的优势也有很多要求，比如设计人员需要在特定的条件下，将所有的目标性能都进行优化，以使每个目标都能够完成制定的任务，另外，设计人员还要清楚，各个目标之前并没有完全的独立，彼此之间也有很多的联系，以及矛盾之处。

参考文献

[1]刘晓娥，唐涛，万丽军，黄樟灿.基于链路可靠性的网络拓扑结构设计[J].武汉理工大学学报（信息与管理工程版），2002（3）.

[2]虞红芳，詹柔莹，李乐民.一种启发式的计算机局域网拓扑优化设计方法[J].通信技术，2002（3）.

[3]符军.基于遗传算法的计算机通信网络可靠性分析及优化[J].才智，2009（12）.

多目标优化设计篇5

关键词：污水网管，排水管道，系统优化

 

1.对污水管网系统实施优化的意义

污水管网就是由污水管道，污水检查井等组成的管网系统，其基本任务就是及时、安全、通畅地收集、输送污水到污水处理设施，避免环境受到污染，保障人民的健康和正常生活，促进工农业生产的顺利进行。

完善的污水管网系统是一个城市现代化的标志。我国多数城市污水管道没有形成完善的系统，有的利用街道，河道排水，有的污水随意排放，影响环境卫生。有的虽有管道，但排水能力低，极不适应日益发展的城市建设，对人民的生活、生产带来很大的影响。

近几年来。论文参考网。我国在城市基础建设方面投入了巨大的物力和财力，我国大多城市的污水管网系统也得以提升和改善，但是，与发达国家相比，仍有很大的差距。因此，大力进行污水管网建设，形成完善、通畅的污水管网系统，可大大提高一个城市的人居环境和城市文明，加快城市发展，缩小我国和发达国家的差距。

2.污水管网系统优化的方法

就管线平面布置已定情况下的污水管网各个参数的优化设计，主要有以下几种方法：

2.1线性规划法

线性规划法是优化技术中最常用的一种方法。它对于污水管网设计计算模型中的约束条件和目标函数的非线性，分别用它们的一级泰勒展开式代替，将之化为线性规划问题，用线性规划的解作为问题的近似解，反复迭代，使迭代点序列逼近非线性规划的最优解。它的缺点是把管径当作连续变量来处理，存在计算管径与市售规格管径相矛盾的问题。把非线性函树转为线性函数，前期准备工作量大，且难以保证结果的计算精度。

混合整数规划法，作为线性规划法发展形式，克服了线性规划的部分缺点，可以解出离散的标准管径，但由于整形变量过多，往往难以求解，从而应用受到限制。

2.2非线性规划法

非线性规划法是为了适应排水管道系统优化设计计算模型中目标函数和约束条件的非线性特征而提出来的。它可以优化选择排水管道的直径和埋深，以及中途泵站的位置。其假定管径是离散的，易于对目标函数和约束条件进行敏感性分析。但是该方法极大地限制了目标函数和约束条件的形式。论文参考网。

罚函数离散优化法将排水工程的特点与罚函数离散思想相联系，可以排除不合理的设计方案，以管系末端管底标高为全局控制因素，建立与目标函数的可行解对应关系，并通过同时进行整体控制与局部控制的水力计算方法，遍历目标函数的可行解及局部最优解，从而得到管系的全局最优设计方案。该方法由于对管道系统的各种可行解进行遍历，在解决大型管网问题时，必然存在运行时间长和内存占用量大的缺点。

2.3直接优化法

直接优化法是根据排水管道系统性能指标的变化，通过直接对各种方案或可调参数的选择、计算和比较，来得到最优解或满意解，它具有直接、直观和容易验证的优点。直接优化法主要包括电子表格法和两相优化法。电子表格法是利用“电子表格”统计数据和分析数据的功能进行管网优化的。它提供了一种启发式费用估算方法，利用这种方法，用户可寻找最小费用的设计。它并不涉及太复杂的算法，在动态规划中的许多简化假设显得不太必要。能够得出比动态规划法要好的结果，并能更加符合设计规范的要求。

一般在直接优化算法中，注重设计人员对管网计算的宏观控制和局部干预，所设计的最优方案将因人而异，所求结果一般是满意解而不一定是最优解。

3.污水管网系统优化的程序

在实际工作中常用数值方法来解决给水排水系统优化问题，一般需经过下列程序，其基本内容是：

3.1构成问题

大多数给排水工程的实际问题，包含着很多复杂的因素，往往是一个多变量、多目标、多层次的复杂系统。如何把一个实际的给排水系统，科学地简化为一个能反映其关键要素及其基本特征，又便于进行定量表达和模拟优化的替代系统，这是优化过程首要和关键的一步，它将在很大程度上影响优化结果的合理性。构成问题的过程，也可称为“系统的概念化”，简称“系统化”。

3.2确定目标

目标的确定是给排水工程系统化的重要内容，也是系统优化的评价依据。主要是探明该系统所涉及的各种目标和综合目标：识别各目标的重要性。并表达其中值得追求目标的属性指标：建立目标随基本变量(或所考虑的关键因素)变化的函数关系。

最常遇到的给排水优化问题，是在给定的技术与社会条件下，寻求系统经济性最佳时的设计、运行方案、总费用现值等。

3.3建立数学模型

在上述阶段工作的基础上，建立定量表达给排水系统的数学模型。优化设计的数学模型是设计问题抽象化了的数学形式的表现，它反映了设计问题中各主要因素间内在联系的一种数学关系。数学模型通常需引入设计变量、约束条件和目标函数三个基本要素。

（1）设计变量：通常一个设计方案可以用一组基本参数的数值来表示。选取哪些参数，因各设计问题而定。在设计时，有些参数可以根据工艺、运行和使用要求预先给定；而另一些则需要在设计过程中进行选择，这部分参数可看做变量，称为设计变量。这种变量是一种相互独立的基本参数。

当设计变量不是连续变化时称为离散设计变量。然而，由于按离散变量进行优化设计比较困难，因此，目前的工程优化设计中大多数还是按连续设计变量来处理。

（2）约束条件：在设计空间中，所有设计方案并不是工程实际都能接受的。因此，在优化设计中，必须根据实际设计要求，对设计变量的取值加以种种的限制。这种限制称为约束条件(或约束)。设计约束一般表达为设计变量的不等式约束函数和等式约束函数。

（3）目标函数：设计变量选定之后，设计所要达到的指标，如经济指标、效率指标等，可以表示成设计变量的函数，这个函数就称为目标函数，即

在工程优化设计中，被优化的目标函数有两种表述方式：目标函数的极小化和目标函数的极大化，即或

3.4优化模型的求解与检验

实际工作中求最优解(或满意解)可能有以下几种情况：

（1）评价目标只是一个定量指标(通常是费用)，且可变的方案很多又无法简单一一列举时，则要运用最优化方法求出其最优解。

（2）评价目标只是一个定量指标，而备选的方案不多，则可以较方便地逐一对备选方案进行模拟计算，并从中择优选定。

（3）评价目标不只一个，多种目标之间彼此又有矛盾，这时需要运用多目标最优化方法，通过各目标之间的权衡和协调加以优选。

最优化方法可根据数学模型中的函数性质，选用合适的数值计算优化法，并作出相应的程序设计，然后利用计算机的快速分析与计算，得出最优值。

优化数学模型的晟优解，只是对所有模型来说为最优。而对现实问题来说，则还可能是不完全合乎理想。优化的实际目的在于追求“满意解”而不是“最优解”。因此。论文参考网。采用试算法得到一连串的解，并通过灵敏度分析来确定影响求解的关键要素和参数，以找到一个较为合乎理想的满意解。

4.结束语

污水管网系统的优化是给排水工程优化的一个重要分支，近年来，国内科研人员在污水管网优化方面进行了大量的研究工作，得出了不少关于污水管网优化设计的方法。本文在此基础上，经过系统研究污水管网设计的理论和方法，以期在实践中达到减小污水管网的埋设深度，降低工程造价的目的。

【参考文献】

[1]郭迎庆,王文标.直接优化法优化设计城市污水管道系统.给水排水.2002,2.

[2]彭永臻等.排水管网计算程序设计的全局优化.中国给水排水.1994,4.

多目标优化设计篇6

关键词：拓扑优化技术；汽车设计；应用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.06.236

0 前言

作为结构优化设计的一门新技术，拓扑优化技术在汽车、机床、电子机械等领域中已经得到了广泛地应用。传统的结构优化设计具有一定的盲目性，完全依赖于工程师的经验，并且需要做大量的实验，周期较长且成本较高。现阶段，通过在结构优化设计的初始阶段引入拓扑优化技术，大大提高了结构设计的合理性，改变了传统的仅凭经验来设计的理念。

拓扑优化技术是指在指定的设计空间内，重新规划材料分布，使得部件的某种性能满足设计者的要求。拓扑优化技术主要探讨结构材料的分布形式和构件的联结方式，运用去除材料、增加孔洞数量等拓扑优化形式，旨在使结构在满足应力、位移等约束条件下，其强度或固有特性等指标达到最优。

1 拓扑优化技术概述

结构拓扑优化设计的主要思想是将结构优化问题转化为材料优化问题，并在给定的设计区域内进行优化计算。拓扑优化设计的思路首先需给定材料类型和设计方法，在此基础上得到既满足约束条件又能使目标函数最优的结构布置形式。由于拓扑优化设计初始约束条件较少，工程师仅需给定设计域而不必清楚具体的结构拓扑形式。

拓扑优化设计是在指定的设计区域内，通过迭代过程计算求解材料最优分布的一种优化手段。以某种材料为例进行说明，首先需定义材料分布形式，再以灵敏度计算、结构分析、修改材料分布等方式进行迭代计算。经过多轮迭代优化后，材料分布逐渐趋于稳定，优化过程结束。对于连续体优化问题，通过计算通常可得到最优的材料分布形式，使设计结构达到最优。

在进行优化设计之前需明确设计区域、目标约束及分析类型模型等因素，用户可直接监视优化过程，在优化结束后需对结果进行后处理。因拓扑优化后尽管结构最优，但局部区域仍不太完善，常需进行局部优化，如形状优化等。局部完善后需根据结果对结构进行三维建模从而完成结构的拓扑优化设计。由于需要修改参数等原因，常需对某一步或整个过程进行反复迭代。

2 拓扑优化设计的研究方法

目前拓扑优化方法主要有以下三种，分别为变密度法、均匀化方法以及渐进结构优化方法[2]。

（1）变密度法就是将材料密度与特性之间建立某种联系，假设材料的密度是可变的，其屈服极限、抗拉强度等物理参数与密度之间的联系也是人为假定的。在进行拓扑优化时，以材料密度为设计变量，这样结构的拓扑优化问题即转换为材料的最优分布问题。

（2）均匀化方法是建立在均匀化理论基础之上的，通过在拓扑结构材料中引入带有孔洞的单胞结构，并将设计区域离散成多个微结构单胞集合体，经计算可实现对连续体的拓扑优化。通过均匀化方法计算，可确定结构材料密度呈 0～1 分布，最终得出最优的拓扑结构。目前广泛应用于三维连续体、振动、热弹性、屈曲及复合材料的拓扑优化分析。

（3）渐进结构优化方法（Evolutionary Structure Optimization，ESO）的基本原理是将结构中多余或低效的材料逐渐去除，从而使剩余的结构趋于合理。该方法物理概念简单、明确、通用性好，易于被工程技术人员接受和理解，因此应用范围较广。ESO方法自提出以来，广泛应用于各类结构的尺寸、形状和拓扑优化，如应力、刚度、位移、振动频率、响应等稳定性约束的连续体结构拓扑优化设计问题。

3 拓扑优化技术的应用

随着计算机技术和数学优化算法的发展，拓扑优化技术取得了重大的成就，目前广泛应用于汽车工业、航空航天、机械制造、机车和复合材料等设计领域。拓扑优化技术在汽车工业上的运用，国外起步较早且应用较广泛，国内则相对较晚。汽车拓扑优化技术对象主要为车身本体构件、底盘和动力总成支架等；优化目标一般包括质量最小、能量吸收最优、柔顺度最好等；约束通常涵盖固有频率、应力和最大位移等[3]。

在对某车身整体结构进行拓扑优化时，以质量最小化为目标，首先获取整车的初始设计空间，以车身在实际工作过程中所承受的载荷为约束，并根据各种约束的重要程度分配不同的权重因子，在此基础上对该车身结构进行拓扑优化。优化结果表明：车身结构在质量、设计成本、乘员舱空间及能耗指标均得到了很大程度的优化。

汽车底盘系统的许多零部件均是实心结构，如控制臂、转向节、副车架等。因经验设计往往存在多余，从而造成整个结构重量加大。因此，在对该类零部件进行设计优化时，常以质量最小为优化目标。控制臂以质量最小化作为目标，以结构的最大应力作为约束，通过对该结构进行优化减重效果明显，比例达到 14%，结构应力控制在材料的屈服极限内。同样，在对转向节进行拓扑优化时，其目标设置为质量最小，约束为结构的应力和连接点位移。经过优化，转向节强度大幅度提高。但在局部位置出现高应力集中现象，可通过后续设计，降低这些部位的应力水平，增强连接点的刚度。

对于支架结构，频率和刚度是其关键指标。对某支架进行拓扑优化时，目标通常为质量最小，并将支架的一阶频率和载荷施加点位移控制在一定范围内。经过优化，质量减少了 42%，应力也控制在材料屈服极限内。

4 结论

随着环境问题和能源问题的日益凸显，如何快速地研发出产品，对各汽车制造商都尤为重要。拓扑优化技术可在前期设计阶段大幅度缩短项目的开发周期，并在满足性能目标的前提下使得结构设计最优。通过该技术，可以为工程师在设计企划阶段提供大量的优化方案，对后期整车轻量化具有重要的意义。

参考文献：

[1]范文杰，范子杰，桂良进.多工况下客车车架结构多刚度拓扑优化设计研究[J].汽车工程，2008，30（06）：531-533.

[2]刘林华，辛勇，汪伟.基于折衷规划的车架结构多目标拓扑优化设计[J].机械科学与技术，2011，30（03）：382-385.

多目标优化设计篇7

关键词:优化设计;成本;房地产项目

成本控制贯穿着整个房地产项目建设的全过程。设计阶段的成果对于项目使用功能的影响占到整个建设过程的60%～80%，设计阶段的成果是项目成本控制的重要一环，设计的合理性、经济性和适用性是房地产项目成本控制的关键因素，如何达到优化设计的要求，让项目的利润最大化是房地产设计人员关注的问题。现阶段很多设计人员在进行房地产项目的设计过程中，抄袭一些已有项目，不考虑项目的成本，设计出的图纸只能满足房地产项目的基本要求，而未考虑设计优化的环节。优化设计能够降低项目的成本，提高项目的认可度，满足拟购房人群的需求，提高项目的销售速度，所以优化设计是房地产项目设计的重要一环。

一、建筑设计的优化方法

建筑设计方案决定了项目的成本，选择适应本地区的合理的设计方案是项目成功的关键。项目起初应该通过问卷调查的形式，调查本地区拟购房人群的购房意向、购房需求、购房要求，根据数据分析方法进行地区拟购房人群的情况分析，找出相应的规律，通过拟购房人群的分析选取适用于本地区人群的建筑设计方案，为今后的销售打下坚实的基础，防止出现项目建成无法销售的情况。基于调查问卷的分析结果，与设计投标单位进行沟通，通过招标与投标过程的分析，集各家设计投标单位的优点，选取建筑设计方案更优秀的设计单位进行项目的设计。中标设计单位不急于进行后续设计过程，依据招投标过程中多个建筑设计方案的分析与问卷调查结果进行建筑设计方案的初步优化，对初步优化合理的方案，聘请相关建筑设计专家开展论证，分析建筑设计方案中需要改进的环节，作为方案终极优化的目标。方案优化结束之后进行建筑图纸的绘制，现阶段房地产项目建筑设计多是以户型拼凑的方式进行，采用完工的项目户型进行参考，未考虑本地区购房者的实际需求。建筑图纸设计前应该分析问卷调查的结果，根据拟购房人群的基本需求进行户型设计，设计过程中还需考虑户型的合理性，考虑设计的简洁性，有利于结构设计的开展，降低工程成本。

二、结构设计的优化方法

结构设计方面的优化分为两个方面，一是结构设计体系的优化，采用何种结构形式，结构形式的基本构件间距，采用合理的结构形式可以有效降低成本，提高项目的利润;二是进行结构内部构件的优化，梁板柱的截面尺寸与混凝土强度，构件的内部配筋率，墙体的材料与强度等级，砂浆的强度等级，等等，认真分析结构的受力特点，采用更为合理的构件截面和强度，降低项目成本。结构设计方案传统设计过程基本上是凭借结构设计人员的经验，假设构件的截面尺寸，通过设计规范的要求进行设计验算，分析构件是否满足规范的设计要求。传统的设计方法是一种被动设计的方式，优化设计是一种主动设计的方式，选取更加合理的设计软件，确定精细的设计荷载，确定适合于本项目的结构设计方案，降低项目的成本。传统的设计只利用PKPM结构设计软件完成项目的设计，现阶段有一些更加合理的设计软件进行结构荷载的分析，分析项目荷载的精度更高，得到的计算结果更准确。高层建筑力学分析一般用迈达斯、SATWE、PMSAP、ETABS;钢结构一般采用3D3S、MTS、STS、perform－3D;有限元还是ANSYS和ABAQUS;复杂建筑利用符号计算软件进行简单的编程以及计算分析，分析建筑结构与桥梁结构的内力与位移情况。［1］［2］根据项目结构的实际特点采用适合于本项目的结构设计分析软件进行结构计算，也可以通过相应软件与PKPM配合进行分析计算。优化设计需要假设多种结构方案，根据不同的构件布置情况和构件的不同截面尺寸，进行结构的强度验算与经济比选，选择满足强度要求成本最低的方案完成设计。构件需要按照构造要求配筋时，选取规范要求的最小配筋率即可，降低项目的成本。从结构设计方案的初始阶段聘请相关专家进行结构设计不同阶段的审阅，提出结构优化设计的合理化建议，作为结构设计方案优化改进的依据。结构初始方案设计完成，房地产公司应聘请专业的优化设计公司，对项目设计的初始方案提出详细的优化设计方案、详尽的优化设计参数、构件的强度等级及构件的截面特点等，与初始方案设计单位进行沟通，完成初始方案的优化设计与图纸修改工作，使设计方案更合理，通过前期聘请专家进行初始方案的不断调整，减少了后期优化方案修改的工作量，削弱了对于工期的影响。两个优化环节配合工作，降低了后期优化方案的费用，优化方案更合理，项目成本更低。

三、水电设计的优化方法

水电线路设计保证其功能性与安全性的同时，力求线路位置准确，线路位置有利于后期的使用与维修，利用BIM软件进行三维分析，确定水电线路的位置的合理性，防止与土建施工出现不和谐的现象，具体的水电设计优化过程包括以下两个步骤:第一步，认真分析设计项目的水电需求，选择标准层进行水电线路的排布优化，力求水电线路回路最短的原则进行优化，材料最节省，施工最方便。利用BIM进行三维分析，确定水电线路的具置。第二步，对于回路优化后的图纸进行分解，可将照明、插座、出水口等分图分析、准确定位，并表明距离墙体的尺寸。

四、结语

房地产项目设计主要包括建筑设计、结构设计、水电设计几个重要的环节，每个初始设计环节都有预先设定的目标，现阶段初始设计的图纸不能满足房地产企业降低工程造价的基本要求。房地产企业要求项目设计在满足国家与行业设计规范的前提下，能够降低项目成本、提高项目的认知度、提高企业的声誉，因此设计成果必须进行优化设计。优化设计考虑拟购房人群的需求，集合众多设计人员与相关专家的思想，利用先进有效的设计工具，提出详尽的优化设计方案。优化设计是房地产项目建设中的重要一环，每个设计环节都有其相应的优化设计方法，优化设计方法的有效利用是房地产项目降低成本、提高认知度的重要基础。

参考文献:

［1］张庆，王磊．基于微分方程组的多排桩内力分析［J］．吉林大学学报工学版，2014，44(5):1327－1333．

多目标优化设计篇8

关键词：优化 工程设计质量 项目投资 控制

一、优化工程设计对项目建设投资的影响

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，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%，如某电机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；还有某区政府办公楼十层框架结构，原设计走廊吊顶是主龙骨采用八号角钢的钢板天花，经过监理及业主的认真审查，结果主龙骨采用4号角钢，该项目比原设计节约了150多万元。

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，造成投资的极大浪费。

3.设计方案影响经常性费用

优化工程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，使项目建设的总投资费用最低。

二、优化工程设计运作困难的成因

1.政府主管部门对优化工程设计监控不力

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、还有一些省、市设计院进入深圳设立设计分院，这些分院设计水平、素质存在很大差别。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工程设计的成果缺乏明确的定性考核指标。

2.业主要求优化工程设计的意识不强

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；四是有些业主经济实力比较雄厚，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.优化工程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.优化工程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、搞好优化工程设计的几点建议

1.主管部门应加强对优化工程设计工作的监控

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，为优化工程设计的进行提供良好服务。

2.加快设计监理工作的推广

优化工程设计工作的推行，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，制定设计监理工作内容、方法、范围、深度、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推行，为设计监理的社会化的提供条件。明确规定建设项目特别是重大项目必须在从立项开始到设计完成的过程中实施设计监理，并抓紧配套和完善有关实施设计监理的法规和标准，规范设计监理行为，使其真正有发可依，有章可循。

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20%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，应通过室主任、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

优化工程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。

5.注意优化工程设计工作的综合性

通过优化设工程设计、实施设计监理来提高工程质量、控制投资是一个综合性问题，不能片面强调节约投资，要正确处理技术与经 济的对立统一是控制投资的关键环节。设计中既要反对片面强调节约，忽视技术上的合理要求，使项目达不到功能的倾向，又要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。设计人员要用价值工程的原理来进行设计方案分析，要以提高价值为目标，以功能分析为核心，以系统观念为指针，以总体效益为出发点，从而真正达到优化设计效果。

多目标优化设计篇9

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

多目标优化设计篇10

【关键词】房屋建筑设计；方案优化；策略

1.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：

1.1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。

1.2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，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。

1.3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。

2.建筑设计方案优化策略

2.1重视成本要素

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。

2.2关注文化、功能要素

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。

在功能方面，由于招投标之前尚无建筑方案雏形，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。

2.3加强质量设计与优化

建筑工程设计方案的优化对工程施工施工质量有一定影响，因此，要加强建筑工程设计方案中关于质量的设计与优化，以此提高工程施工质量。建筑工程质量设计与优化首先还要对建筑施工质量管理组织架构进行优化，构建以法人为主的、专业技术人员与专家为主导地位的、基础质量管理人员为管理基础的全方位质量管理架构。同时建立健全的质量管理规章制度体系，结合工程实际情况对质量管理与技术管理规程进行具体化与细化，以此确保质量管理体系的可靠性，做好质量管理工作有章可循。

建筑工程设计方案的质量优化与管理对建筑投资企业与施工企业有着重要的意义，是为了提高工程设计质量、满足设计规范要求、达到高标准工程的关键。建筑工程设计方案的质量优化是通过人员优化、项目设计管理优化以及科学的统筹安排来完成的系统工作。设计人员必须具有较高的专业技术基础，并对每个设计人员的专业项目进行整合，使专业人员的强项得到发挥，以此提高设计方案的质量。

2.4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简单介绍。如图1所示。

该项目的工作过程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。五段式的体量关系集中体现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。

总 结

现代房屋建筑工程设计方案要求的提高，对建设单位和设计单位的工作人员都提出了更高的要求，我们只有以全过程、全面性的管理理念和新的设计思路对设计方案进行审核与优化，才能提高投资效益，同时确保工程质量。

参考文献：