中小学校作为公共建筑的一种类型，由于人员密度较大且设施多样化，能源和资源需求量较大。中小学校的使用者主要为处于身体发育和成长阶段的学生，需要长时间集中精力听讲及读写，对建筑室内舒适度要求较高，建筑耗能较大；校园室外空间作为学生户外课程和休憩交流的重要场所，也有一定的舒适度要求。在冬冷夏热两极气候明显的寒冷地区，季节性差异更增加了提高学校室内外物理环境的难度。然而，现有的中小学校设计往往侧重于建筑形式和空间，忽视方案的性能表现；另外，在方案阶段建筑师缺乏相应的学校性能优化工具，难以实现对多重性能的同步优化。因此，本文以寒冷地区中小学校性能优化为出发点，基于能耗和舒适度指标，开展中小学校的多目标优化设计研究。
　　首先，论文通过对寒冷地区气候特征和中小学校能耗及舒适度现状的研究，得到寒冷地区中小学校的用能和物理环境特点，并提出相应的评价指标。同时，基于多目标优化问题的数学本质和方法工具，结合能耗及舒适度多项指标，构建寒冷地区中小学校多目标优化问题及求解流程。
　　其次，从校园微气候计算问题出发，通过分析中小学校校园设计要素，选取中学校园案例建立校园微气候计算模型。通过物理环境实测验证ENVI-met校园微气候模型，提出校准方法；并进一步从校园周边城市形态、校园建筑布局及景观设计三个方面探讨校园设计要素对校园夏季和冬季微气候的影响，为学校建筑能耗和舒适度的计算奠定基础。
　　第三，基于寒冷地区中小学校的案例调研，从三个尺度层面建立学校建筑能耗及舒适度计算模型，分别为建筑单体层面、建筑单元空间层面和建筑构件层面。同时通过模拟比较包含不同设计变量的模型，进一步分析学校建筑设计要素对能耗和舒适度的影响。
　　第四，针对寒冷地区学校优化设计问题，从优化算法、优化过程和解集质量三个方面对多目标优化算法进行实验研究，确定适合本文问题的SPEA2优化算法、算法参数及进化代数，明确一步优化和分步优化的优缺点，并通过Hypervolume方法对筛选出的最佳多目标优化算法解集质量进行检验。
　　最后，针对目前优化设计工具的不足，基于上述计算模型和优化算法研究，编制开发中小学校多目标优化设计软件平台。该平台基于三维建模软件Rhinoceros，采用Grasshopper可视化编程工具和Python程序设计语言，结合相应优化算法开发。平台可根据学校设计方案输出校园微气候数据，并对学校建筑性能进行定量计算、评价和优化，获得满足多目标优化的最优设计解集，为中小学校设计提供科学合理的决策支持。最后通过寒冷地区一学校案例，检验了平台优化效果，表明软件平台满足实际工程的需要。