養(yǎng)老建筑結構多目標優(yōu)化問題研究的國內外文獻綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u4834養(yǎng)老建筑結構多目標優(yōu)化問題研究的國內外文獻綜述 15851.2.1養(yǎng)老機構相關研究 16636國外研究綜述 1365國內研究綜述 2245391.2.2建筑光環(huán)境相關研究 325901國外研究綜述 35394國內研究綜述 383901.2.3多目標優(yōu)化相關研究 523218國外研究綜述 518497國內研究綜述 51.2.1養(yǎng)老機構相關研究國外研究綜述西方國家較我國更早進入老齡化時代，關于老年建筑的研究起步較早。目前可查到的關于老年建筑的出版物最早可追溯至1943年瑞典出版的《斯德哥爾摩老年人住宅規(guī)劃與建設》。美國、日本等發(fā)達國家的養(yǎng)老機構體系比較完善，較早地出現了針對不同類型老年人的設計指南與法律法規(guī)。1958年，美國康奈爾大學住宅研究中心發(fā)表了《老人住宅的需求:關于設計標準的研究》，率先提出了關于對老年人居住建筑設計施行規(guī)范化、標準化的建議；1965年美國建筑師學會推出《美國老人法》，對老年住宅、養(yǎng)老福利機構和社區(qū)計劃方面做出了明確的設計規(guī)定，《老年公寓和養(yǎng)老院設計指南》指導養(yǎng)老設施的設計過程；2014年美國設施指導協(xié)會編著的《養(yǎng)老設施設計與建設指南》提出“以人為中心”的“關愛的環(huán)境”理念，這里的“人”包括老人、家人與醫(yī)護人員，養(yǎng)老設施應營造無差別關愛老人、家人、醫(yī)護人員的物理環(huán)境。[2]日本的養(yǎng)老設施建設源于二戰(zhàn)后社會福利事業(yè)的發(fā)展。1963年日本政府頒布的《老人福利法》開始推行社會化養(yǎng)老，提出了公立的護理型老人福利設施；1970年代制定“五年計劃”，興建養(yǎng)老院、護理院、短期收容中心、日間照料中心等設施[3]；1985年正式生效的《老人保健法》使日本老年福祉政策的重心向居家養(yǎng)老傾斜；2001年實施的《高齡者居住法》提出了高齡老人住宅的建筑方法、材料、設備及緊急情況下的應對措施。隨著養(yǎng)老政策法規(guī)和社會福利體系的不斷完善，日本逐漸形成了服務不同年齡、不同養(yǎng)護需求老人的九種建筑類型：護理型老人福利設施、老人保健設施、介護療養(yǎng)型醫(yī)療設施、護理院、養(yǎng)護老人之家、生活援助小規(guī)模老人之家、全自費老人之家、認知癥老人之家以及面向高齡者的住宅[4]。國內研究綜述在我國進入老齡化社會的20年中，養(yǎng)老機構的相關研究內容逐步細節(jié)化、人性化、科學化，注重多學科交叉分析，探索多種影響因素的聯(lián)動機制。胡仁祿、馬光[5]于（1995）出版的《老年居住環(huán)境設計》中全面闡述了國內老年人居住環(huán)境的問題，并對其產生的社會背景及現狀因素進行闡述；《老年人建筑設計規(guī)范(JGJ122-99)》[1]（1999）對老年建筑面積與尺寸做出基本說明；《老年人居住建筑設計標準（GB/T50340-2003）》[6]（2003）對養(yǎng)老機構居住建筑空間的功能、用房及面積配置做出了規(guī)定；亓育岱[7]（2004）編寫的《老年人建筑設計圖說》用簡圖的方式表達了對老年建筑居住環(huán)境、建筑及設備與室內設施的設計基本要求，以分析老年人的體態(tài)特征與心理特征作為研究落腳點，探索老年建筑設計的相關規(guī)律；《中國老齡事業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃》（2006）倡導加快建立以居家養(yǎng)老為基礎、社區(qū)服務為依托、機構養(yǎng)老為補充的老年人社會福利服務體系；周燕珉[8]（2009）編寫的《住宅精細化設計》，從宏觀上對住宅發(fā)展沿革進行闡述，并以老年住宅為專題對住宅設計的要點增加了許多人性化探討；2010年發(fā)布《老年養(yǎng)護院建設標準》[9]與《社區(qū)老年人日間照料中心建設標準》，明確了相關設施的設計要求；趙曉征[10]撰寫的《養(yǎng)老設施及老年居住建筑——國內外老年居住建筑導論》通過對國外發(fā)達國家老年居住狀況、政策和養(yǎng)老設施的研究，結合我國國情與現狀調查分析，提出適合我國的新型養(yǎng)老模式，從多個方面進行了詳細闡述；《社會養(yǎng)老服務體系建設規(guī)劃（2011-2015年）》[11]制定了“至2015年，實現全國每千名老年人擁有養(yǎng)老床位數達30張”的發(fā)展目標；《國務院關于加快發(fā)展養(yǎng)老服務業(yè)的若干意見》[12]（2013）提出“至2020年，全國社會養(yǎng)老床位數達到每千名老年人35-40張”的發(fā)展目標；《養(yǎng)老設施建筑設計規(guī)范（GB50867-2013）》[13]對養(yǎng)老院、養(yǎng)護院、日間照料中心等設施的建筑設計作出要求。此外還有多位學者就國內外養(yǎng)老設施實例對比、不同介護等級護理機構的類型體系及空間環(huán)境設計、醫(yī)養(yǎng)結合等新型養(yǎng)老模式、促進養(yǎng)老機構高效運營的建筑設計策略等方面展開研究。1.2.2建筑光環(huán)境相關研究國外研究綜述20世紀初，由于FrankLloydWright、LeCorbusier、LouisSullivan、LouisKahn等建筑師作品帶來的巨大影響，設計師對于日光設計的意識逐漸增強[14]。隨著能源效率和環(huán)境問題的顯現，人們注意到利用自然采光以減少能源消耗的重要性。然而，有效利用自然光的益處不僅作用于建筑和能源方面，還在健康、情緒、生產力等方面影響著建筑的使用者。20-21世紀之交，關于建筑光環(huán)境的研究逐漸增多。TheManagementReview（1999）刊登的一篇報告中指出晝夜節(jié)律失調、季節(jié)性情感障礙等問題都是由于缺乏光線（尤其是自然光）所造成的。美國能源部在2000年的一項研究中也印證了這一觀點：居室內適當使用自然采光可以減少眼睛疲勞、頭痛和季節(jié)性情感障礙的發(fā)生，并且可以激發(fā)居住者的積極情緒[15]。日本學者伊藤武夫（2001-2002）對兩名阿爾茲海默癥患者進行實驗，通過光照刺激觀察老人的生理節(jié)律、飲食及行為等的變化，實驗結果表明光照刺激對進食量有持續(xù)的促進作用。隨后又對27名平均年齡82.4歲的阿爾茲海默癥患者進行跟蹤實驗，對老人活動的不同時段進行光照刺激，發(fā)現患者夜晚驚醒、夜晚徘徊、大聲喧嘩的癥狀表現趨勢明顯下降[16]。LepeleireJ.D[17]（2007）從老年人的視覺需求角度，探討了歐洲現行室內光標準的不足。笹本康太郎[18]（2012）對山口縣300名65歲以上的老年人展開問卷調查，研究不同環(huán)境因素對其行為與健康的影響權重，調研結果為光環(huán)境對其影響最大。國內研究綜述我國邁入老齡化社會后，不斷涌現出與老年建筑光環(huán)境相關的學術文獻。李健、高沛峻[19]（1999）在對老年人居室天然光環(huán)境進行研究的基礎上，提出老年人居室適宜的照度標準，并對室內天然光環(huán)境的設計提出一些可行的建議；劉煒、劉波等[20]（2001）從老年群體的視覺生理特性出發(fā)，對住宅光環(huán)境進行研究，提出了眩光照射、照度、房間亮度的均勻性影響著老年人的身心健康的觀點；吳淑英、顏華、史秀茹[21]（2004）從醫(yī)學角度，根據老年人視覺特性、生理的改變情況，分析了老年人的視覺與照明光環(huán)境的密切關系，進而探討確定了老年人的家居環(huán)境、工作、學習、住院、療養(yǎng)和休閑場所的照明參考標準及設計方法；張玉芳[22]（2006）通過調研和實驗提出了老年人照明光環(huán)境特定地點如老年閱覽室、醫(yī)院、老年人活動中心、老年大學等場地等照明設計推薦值；崔哲、陳堯東等[23]（2016）總結了光環(huán)境與視覺舒適度、心理情緒、生理疾病、行為習慣間的關系；袁景玉、黃瑩等[24]（2017）總結老年健康照明的特點，對比發(fā)現我國與其他國家對老年人不同使用空間照度值的照明規(guī)范差異，并對老年住宅光環(huán)境設計提出建議；王雅靜、黃海靜[25]（2017）對養(yǎng)老院進行走訪，總結養(yǎng)老建筑在采光、照明中存在的問題，提出相應設計建議。自1999年起，我國施行了數版老年建筑相關設計標準，但較少涉及與老年人居住空間光環(huán)境相關的標準。僅在《養(yǎng)老設施建筑設計規(guī)范（GB50867-2013）》[26]（已廢止）中，對養(yǎng)老設施的光色、顯色性指數、眩光指數作出了明確規(guī)定；在《老年人照料設施建筑設計標準（JGJ450-2018）》[27]中，對照度值作出規(guī)范（見表1.1），對老年居室的日照時間做出要求：敬老院、老人公寓等特定的為老年人服務的設施，其居住空間不應低于冬至日2小時的日照標準。表1.1生活用房、文娛與健身用房及輔助空間照度值[27]房間名稱居室單元起居廳、餐廳衛(wèi)生間、浴室、盥洗室文娛與健身用房門廳走廊樓梯間照度值（lx）150200200300200150100一些建筑照明設計標準也曾對部分老年活動空間照度值作出規(guī)范，詳細數值見表1.2。王辛、王羽[28]通過對數名老年人開展起居室照度適老性試驗，結合實驗實測和主觀舒適性評價結論，得出最適宜老年人起居室的照度值為150lx，該數值也作為本研究中的照度閾值，在模擬采光性能階段將最大照度值設置為150lx。表1.2照度標準值比較表（單位：lx）來源：根據設計標準自繪房間或場所民用建筑照明設計標準GBJ133—90建筑照明設計標準GB50034—2004建筑照明設計標準GB50034—2013老年人臥室一般活動——150床頭閱讀——300老年人起居室一般活動——200書寫、閱讀——500老年閱覽室200-300-500500500注：為混合照明表示低—中—高三個等級照度值1.2.3多目標優(yōu)化相關研究多目標優(yōu)化與建筑設計的結合目前處于較為前沿的研究階段，常見于建筑能耗、光環(huán)境舒適度、熱環(huán)境舒適度等方向，通常使用模擬軟件與各種優(yōu)化算法來實現優(yōu)化目標。目前國內外尚無與養(yǎng)老機構建筑多目標優(yōu)化設計的相關探究，但在其他類型建筑上已有了一些嘗試。國外研究綜述CaldasL.G和NorfordL.K[29](2002)首次使用遺傳算法對建筑設計進行優(yōu)化，將GA與DOE2.1E結合，對辦公建筑的開窗位置和大小進行優(yōu)化；E.Znouda[30]（2007）以地中海建筑為例，對建筑圍護結構、遮陽類型、開窗尺寸進行優(yōu)化，以達到最低建筑能耗和全生命周期成本；D.T.Dubrow[31]等（2010）以建筑全生命周期成本最低為優(yōu)化目標，使用DOE-2和GA對建筑外形和圍護結構進行優(yōu)化；Penna[32]（2015）將NSGA-Ⅱ算法與模擬軟件相結合，以建筑能耗最小、經濟效益最大為目標，得出熱環(huán)境舒適度、建筑能耗、經濟效益的最優(yōu)解集；Carlucci[33]（2015）以熱環(huán)境、光環(huán)境舒適度最佳為目標，使用NSGA-Ⅱ算法對建筑圍護結構進行優(yōu)化；EchenaguciaT.M.等[34]（2015）以采暖、制冷、照明能耗最小為優(yōu)化目標，利用NSGA-Ⅱ算法對辦公建筑開窗數量、位置、形狀、類型、磚墻厚度進行優(yōu)化；JiminKim等[35]（2016）以提升教育建筑熱舒適度，降低建筑能耗為優(yōu)化目標，對室內綠植系統(tǒng)參數進行配置優(yōu)化；國內研究綜述吳偉東[36]（2015）使用NSGA-Ⅱ算法對京津地區(qū)零能耗太陽能居住建筑多目標優(yōu)化設計展開研究；陳航[37]（2016）使用Grasshopper軟件與SPEA-Ⅱ算法，以全年建筑總能耗越小、采光均勻度越大、眩光發(fā)生概率越小為優(yōu)化目標，對建筑窗口參數進行了優(yōu)化設計；吳迪、劉立等[38]（2018）使用NSGA-Ⅱ算法與DesignBuilder能耗模擬軟件,以最小化一次能源需求和生命周期經濟性為優(yōu)化目標，對綜合節(jié)能技術進行篩選；余鎮(zhèn)雨、路菲等[39]（2019）使用NSGA-Ⅱ算法與TRNSYS能耗模擬軟件，對某高層住宅進行多目標優(yōu)化計算，得出不同氣候區(qū)城市的近零能耗建筑均衡解。表1.3近年建筑設計多目標優(yōu)化相關文獻來源：自繪題目作者算法優(yōu)化參數目標函數文獻[36]吳偉東NSGA-II圍護結構保溫層墻體、屋面的主材厚度、窗的傳熱系數、光伏系統(tǒng)選型面積壽命期總能量、節(jié)能收益成本[36]文獻[40]袁棟MOGA建筑形變參量建筑外圍護結構的日照輻射得熱量[40]文獻[41]王南GA、NSGA-II朝向、建筑長寬、開窗面積圍護結構性能[41]文獻[42]尚琪NSGA-II各圍護結構傳熱系數（外門、外窗、外墻、屋面、樓地面、內隔墻）建筑采暖能耗、熱舒適度[42]文獻[43]劉斅聰HypE建筑單體設計參量、建筑空間布局設計參