【摘 要】
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当今世界面临着土地资源危机、生态环境恶化、人口过度膨胀、能源持续短缺等严峻问题,引发人们对于未来建筑的全新思考。而寒地可移动建筑作为一种涉及新理念、新技术、新方法的建筑类型,能够利用其场地可变、功能可变的优势,应对各种社会、环境状况并解决应急、供给、储备、减灾等一系列问题,对于当下和未来的人类存续与环境发展有着深远的现实意义。本文将智能控制理论引入寒地可移动建筑之中,结合控制论、信息论、机械学、算
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当今世界面临着土地资源危机、生态环境恶化、人口过度膨胀、能源持续短缺等严峻问题,引发人们对于未来建筑的全新思考。而寒地可移动建筑作为一种涉及新理念、新技术、新方法的建筑类型,能够利用其场地可变、功能可变的优势,应对各种社会、环境状况并解决应急、供给、储备、减灾等一系列问题,对于当下和未来的人类存续与环境发展有着深远的现实意义。本文将智能控制理论引入寒地可移动建筑之中,结合控制论、信息论、机械学、算法学等学科方法,建立整合环境信息、建筑信息以及使用者信息的智能系统,通过相关信息的获取、识别、处理以及控制方案的推理与决策,实现寒地可移动建筑的高效、低耗与可持续发展,研究的主要内容如下:首先,对于寒地可移动建筑的概念及研究范畴进行阐述,从国内外形势及相关政策、市场动向等方面探讨了可移动建筑的发展背景。根据国内外相关领域的研究现状,明晰当下可移动建筑研究中的现实困境与发展趋势,从而推演出本文研究的目的、意义并建立研究框架。完成寒地可移动建筑的历史溯源,其中包括以资源主导的启蒙期、以技术主导的探索期和以市场主导的成熟期,通过资料调查的方式研究可移动建筑的相关政策法规、技术标准,通过实证调查的方式总结寒地可移动建筑的相关要素、关键问题以及发展趋势。然后,借助于智能控制理论解决寒地可移动建筑中的现实问题,借助于智能控制的理论基础,完成由行为主义、符号主义到联结主义的解析。应用智能控制系统中感应器、控制器与执行器的作用机理,实现寒地可移动建筑的信息采集、行为决策与指令反馈。借助于智能控制中的智能感知、智能决策与智能应用,实现寒地可移动建筑的数据层面整合、性能层级评定及系统层阶管理。最终,建立寒地可移动建筑的目标体系,包括:适地导向下的寒地可移动建筑自驱动体系,适候导向下的寒地可移动建筑自变形体系,适境导向下的寒地可移动建筑自组织体系。并以此为原则完成本文核心章节的建构:第一,基于智能控制理论建构寒地可移动建筑的自驱动体系。根据智能控制原理建立寒地可移动建筑的自驱动技术方案,其中感知层用于环境信息的采集处理,决策层用于移动路径与轨迹规划,应用层用于驱动系统的动态管理。在数字仿真的条件下,完成寒地地貌环境中的自驱动实验,并对于实验结果进行分析与总结,从而提出寒地可移动建筑的自驱动策略,包括基于地表荷载的建筑原型驱动、根据地形特征的建筑模式驱动以及因循地理成本的建筑能源驱动,并据此总结出寒地可移动建筑的自驱动设计方法,包括适应平坦地貌的动力性能比选、符合冰缘地貌的通过性能优化以及契合起伏地貌的稳定性能提升。第二,基于智能控制理论建构寒地可移动建筑的自变形体系。根据智能控制原理建立寒地可移动建筑的自变形技术方案,其中感知层用于环境参数的实时监测,决策层用于环境质量的指标评价,应用层用于建筑模块的动态应变。在数字仿真的条件下,完成寒地气候环境中的自变形实验,并对于实验结果进行分析与总结,分析采用不同变形方式对于建筑室内环境的影响,从而提出适用于寒地可移动建筑的自变形策略,包括基于环境条件的建筑形制应变、响应环境参数的建筑部品应变以及符合环境节律的建筑系统应变,并据此总结出适用于寒地可移动建筑的自变形设计方法,包括调节光环境质量的洞口应激追踪、改善风环境质量的界面动态更新以及保证热环境质量的体量持续转换。第三,基于智能控制理论建构寒地可移动建筑的自组织体系。根据智能控制原理设计寒地可移动建筑的自组织技术方案,其中感知层用于环境要素的多维整合,决策层用于寒地可移动建筑群的整体协同与局部交互,应用层用于集群系统的动态演化。在数字仿真的条件下,结合算法语言完成寒地城市空间中的自组织实验,对比不同模型中的实验结果,提出适用于寒地可移动建筑群的自组织策略,包括符合总体规划的群体选址决策、适应设施分布的群体布局量化以及因循图底关系的群体空间涌现,并据此总结出适用于寒地可移动建筑的自组织设计方法,包括自然环境下可移动建筑群的自相似生成、城市环境下可移动建筑群的层级化寻优、极端环境下可移动建筑群的多目标进化。本文以寒地可移动建筑这一环境复杂、要素多元、需求多样的建筑为研究对象,引介智能控制理论实现可移动建筑由被动适应向主动回应转换。本文不仅是对于传统建筑的反思与升华,更向其它学科领域的转化提供了可靠媒介,因而体现出理论与实践的双重价值。希望通过本文的研究,能够引发更多学者对于可移动建筑的关注,并为相关领域的发展起到一定的推动作用。
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