空间分层逻辑下的寒冷地 区农宅多目标优化设计方法研究.pdf

71空间分层逻辑下的寒冷地区农宅多目标优化设计方法研究*Study on Multi-objective Optimization Design Method of Rural Houses in Cold Regions Based on Spatial Hierarchical Logics苗振轩1，王杰汇2，郭娟利3MIAO Zhenxuan,WANG Jiehui,GUO JuanliABSTRACTDuring the 14th Five-Year Plan,China paid increasing attention to new countryside construction under the background of rural revitalization and agricultural and country modernization.Improving the construction quality of rural houses is vital to new countryside construction.Thus,China has published a series of relevant policies in recent years.These propose higher requirements for rural houses on the comfort of the physical environment,energy conservation and emission reduction level,reasonability of space planning,and fully meeting the functional use needs of farmers.Although many scholars have extensively studied the problem of the poor construction quality of rural houses,most current studies emphasize the functions or performances of rural houses,but ignore the difficulties in balancing performance and functional needs in rural house design.As a result,current rural house designs may not only need to incur excessively high costs to improve performance,but it is also difficult to provide sufficient spatial flexibility to meet the individual demands of peasant households.To address the above problems,this study extracted a reference rural house model with spatial representativeness through a field survey in cold regions.Based on this model,the theory of space thermal buffer to improve the stability of indoor physical environments and the theory of open architecture that can improve the flexibility of functional space were combined to refine the operational method of spatial hierarchy.This method mainly uses a multi-objective optimization algorithm and targets the optimization of the indoor optothermal environment.It uses Ladybug Tools in Rhino+Grasshopper for performance simulation as the platform and uses TOPSIS comprehensive evaluation analysis method as the decision-making method.It is a set of high-efficiency fast optimization design and decision methods for rural house spaces with consideration for both functions and performances.An application verification based on villages in the field survey was conducted to prove the validity of the proposed method.The spaces of rural houses were divided into two parts:the main building for daily life and the annex for production.The former is the primary part,while the latter can be increased or decreased according to the practical needs of peasant households.According to the theory of space thermal buffer,the main building space can be divided into loft,sunspace,the hot zone,and the cold zone.In the multi-objective optimization calculation,spatial design parameters of these four parts were used as decision variables,while PMV of the hot zone,sDA300/50%of the cold zone,and average HEC of the hot and cold zones were used as performance objectives.The optimal solution was selected according to the weights of performance objectives,thus getting the performance optimization spatial zoning scheme of rural houses.On this basis,the cold and hot zones were further divided into major cold zone,traffic belt,sub-hot zone,and major hot zone according to the theory of open architecture.Corresponding modules were placed into different zones according to the needs of peasant households.A complete spatial design scheme of rural houses can be gained through some adjustments of suitability.The proposed operational method of spatial hierarchy combines design theories that improve performances and functions in space design.It optimizes energy saving under a low-cost increment through passive design,and meets flexible function needs through modular design.Moreover,multiple schemes were compared,and the optimal one was recognized through the multi-objective optimization algorithm with a higher efficiency.This improves the design efficiency of rural house space significantly.Research conclusions have good implications for practical application to rural house construction in cold regions.KEY WORDScold regions;rural house space;multi-objective optimization;modular design 本文引用格式 苗振轩，王杰汇，郭娟利空间分层逻辑下的寒冷地区农宅多目标优化设计方法研究 J南方建筑，2023（8）：71-79.MIAO Zhenxuan，WANG Jiehui，GUO JuanliStudy on Multi-objective Optimization Design Method of Rural Houses in Cold Regions Based on Spatial Hierarchical LogicsJSouth Architecture，2023(8)：71-79.摘要“十四五”时期，国家对于村镇住宅建设质量的提高愈发重视，然而当前农宅由于缺乏设计指导导致农宅的功能与性能需求不一致。因此在寒冷地区农宅实地调研的基础上，将空间热缓冲理论与开放建筑理论相结合，提炼出空间层级化的操作方法，以多目标优化算法为工具，以室内光热环境优化为目标导向，提出了一套较为高效的农宅空间快速优化设计与决策方法，并以实地调研村落为例进行应用设计验证。通过对寒冷地区农宅的被动式设计实现低增量成本下的节能优化，对寒冷地区农宅的建设具有一定的实际应用价值。关键词寒冷地区；农宅空间；多目标优化；模块化设计*基金项目“十三五”国家重点研发计划项目（2019YFD1101004）：村镇装配式住宅围护系统与被动房关键技术。中图分类号TU-02;TU2 文献标志码ADOI10.3969/j.issn.1000-0232.2023.08.008文章编号1000-0232（2023）08-0071-09作者简介1硕士研究生；2博士研究生；3副教授，通讯作者，电子邮箱：；1&2&3天津大学建筑学院开放科学（资源服务）标识码（OSID）设计研究 Research on Design/南方建筑/South Architecture 2023.8 72官方网站 http:/ 引言“十四五”时期，在乡村振兴及农业农村现代化的背景下，国家对于新农村的建设愈发重视，而村镇住宅建设质量的提高是新农村建设至关重要的一部分，近年来国家陆续颁布的关于全面推进乡村振兴加快农业农村现代化的意见、关于加快农房和村庄建设现代化的指导意见、中共中央 国务院关于做好 2022 年全面推进乡村振兴重点工作的意见和乡村建设行动实施方案中对农宅物理环境舒适性、节能减排水平、空间规划合理性以及充分满足农户功能使用需求等方面提出了更高的要求，虽然已有众多学者针对上述问题进行了深入研究，但当前农宅设计在性能和功能方面仍然存在以下问题：（1）在农宅性能提升方面，当前常用的被动式优化思路可分为“外围护结构热工性能的提升”与“合理的空间布局”两种。前者的优化效果显著，但会使得建造成本大幅提升1，难以在贫困地区推广；后者成本增量小，但多次重复的性能模拟降低了优化效率，耗时耗力2。（2）在农宅功能优化方面，课题组在实地调研中发现，现有自建农宅缺乏科学设计指导，功能布局松散，分区模糊，难以适应现代化生活需求。而参照城市住宅的统建农宅在功能流线方面虽然更为合理适用，但未能充分考虑到农户个体的多样化需求，灵活性不足。（3）在农宅功能与性能需求平衡方面，当前的优化设计体系往往更偏重于其中一方，使得另一方的优化程度受到很大限制。为应对上述问题，本文在实地调研数据的基础上，将可提升室内物理环境舒适性的热缓冲理论与可满足功能灵活性的开放建筑理论相结合，以二者共通的空间设计逻辑空间分层设计逻辑为媒介，以可高效探索可行设计方案的多目标优化算法为工具，提出一套可充分平衡物理环境舒适性与功能适用性的寒冷地区农宅空间优化设计方法。1 研究方法1.1 空间热缓冲效应空间热缓冲效应是指位于外界不利环境与建筑主要使用空间之间的空间对建筑物理环境所起到的缓冲和调节作用，是一种常用的被动式设计策略，其本质是根据功能空间对室内物理环境舒适性的需求将空间进行层级化处理。该理论在国内最早来源于清华大学宋晔皓3提出的“生物气候缓冲层”概念，之后同济大学李钢4、哈尔滨工业大学梅洪元5、东南大学陈晓扬6等学者所研究的“建筑腔体”则进一步丰富了热缓冲空间的维度。在国外，德国建筑师托马斯赫尔佐格7提出的“温度洋葱”理论、马来西亚建筑师杨经文8提出的“环境过滤器”设计理念、印度建筑师查尔斯柯里亚9提出的“开敞空间”与“管式住宅”概念本质上也是对空间热缓冲效应的应用。1.2 开放建筑理论开放建筑理论是荷兰学者约翰哈布瑞肯提出的住宅模块化设计方法10,11，以“层次”为概念基础让住房在时间和空间上具有一定的可变性和多样性，以适应使用者的多样化需求。具体来说，是在结构上将住宅划分为稳定耐久不可变的“支撑体”与灵活可变的“填充体”两部分12，在空间设计上对住宅室内空间进行了分区，进深方向按照是否有天然采光可分为多个区带，开间方向则按照承重墙的分布划分为多个区段13。区带与区段的划分构成了内部空间组织的基本骨架，一个功能空间在进深方向既可以占据一个区带，也可跨越多个区带，在开间方向既可以占据一整个区段，也可以与其他功能空间共同占据一个区段。功能空间组织构架的确定性与单一功能空间位置和跨度的灵活性平衡了住宅平面设计方案功能流线的合理性与多样性。1.3 基于多目标优化算法的农宅空间层级化设计方法无论是从提升室内物理环境稳定性出发的空间热缓冲效应，还是服务于功能空间灵活性的开放建筑理论，其本质均为空间的分层操作，即空间层级化设计逻辑，且二者的分层依据具有一定的重合性。一般来说，主要功能空间对于室内物理环境的要求较高，通常属于“被包裹”空间，而辅助功能空间对于室内物理环境的要求相对较低，通常用作热缓冲空间。这种重合性为被动式建筑节能技术与模块化空间组织方法的结合创造了更多的可能性，从而使得作为二者媒介的空间层级化设计逻辑对于系统性解决新农宅建设的功能与性能优化问题具有重要的应用价值。空间层级化设计逻辑转化为具有实操性的优化方法，既需要可量化的优化目标作为牵引，又需要高效的优化算法作为工具进行实施。对于优化目标，相比于农宅功能布局的多样性，物理环境的舒适性具有较为公认的量化评价体系，因此更适合作为优化目标。在实地调研中发现，光环境与热环境对于寒冷地区农宅居住舒适性的影响最为直接，特别是热环境，冬季室内热环境的舒适性是寒冷地区农宅住户维持基本生存活动的前提条件，然而相关研究显示，寒冷地区农宅的热舒适性普遍不佳，采暖能耗却始终居高不下，因此本研究将光热环境舒适性与采暖节能作为寒冷地区农宅的性能优化目标。当空间设计参数成为决策变量时，上述三个性能目标之间存在着明显的冲突，某个性能的大幅度提升必然导致另外两个性能的劣化，因此需要引入多目标优化算法对三个性能目标进行高效的计算与权衡。最常用的多目标优化方法由帕累托（Pareto）提出14，即帕累托优化法，它可以系统性地探索参数的多种组合方案，通过极端情况之间的权衡，产生一系列支配解和非支配解，苗振轩，王杰汇，郭娟利空间分层逻辑下的寒冷地区农宅多目标优化设计方法研究J南方建筑，2023（8）：71-79.http:/ 官方网站73并从中判定出质量较高的解集。以多目标优化算法为工具，以光热舒适为导向，以空间热缓冲效应和开放建筑理论为理论基础，提出一套系统性的农宅空间快速优化设计与决策方法，设计优化方法如图 1 所示。2 研究内容2.1 寒冷地区基准农宅模型构建 为验证本文所提出空间优化设计方法的有效性，首先需根据实地调研数据搭建基准农宅模型，用作性能优化程度量化对比的基准。调研地为河北省张家口市阳原县开阳堡村，属于寒冷区和类光气候区，通过问卷走访对当地人口结构、经济水平、农宅的建设与使用情况进行数据收集与统计分析，可得出代表当地农户普遍情况的基准农宅模式（表 1），为使得基准农宅的采暖能耗可代表调研村落的中等水平，基准采暖时间选取了问卷统计结果中采暖天数的中位数（172 天）所对应的采暖时段，即 10 月 15 日 次年 4 月 5 日，采暖煤用量也选取统计结果的中位数，即 1.5t。搜寻与基准农宅模式最为吻合的具体一户农宅即为基准农宅，通过对基准农宅的实地测绘和进一步调研，可得到基准农宅的几何模型（图 2）、围护结构构造层次（表 2）、住户的行为规律（表 3），由于当地农户普遍只以正房为生活用房，因此仅统计正房三个房间的住户行为规律，单位面积人数为调研获得的常住人数（2人）除以单个房间的面积（18.38 m2），计算得 0.109人/m2，人体发热功率取成年人静坐时的功率 120W。家庭结构生产方式年收入采暖方式 采暖房间采暖时间年煤用量 制冷方式6079 岁夫妻务农 西厢房 堂 屋 东 卧 室=西 卧 室，其 sDA300/50%（Spatial Daylight Autonomy300/50%）分别为 98.1%、96.3%、77.6%、73.6%和 73.6%。2.2 基于遗传优化算法的空间层级化光热优化模型搭建2.2.1 空间决策变量与性能优化目标的选取根据空间层级化设计的相关理论，本研究将农宅主体建筑内部空间分为闷顶、阳光间、热区和冷区四个区域。其中，闷顶是农宅坡屋顶与天花板共同构成的封闭空间，有利于农宅冬季保温；阳光间位于农宅南部，为附加的集热构件；热区为农户主要生活空间，紧邻阳光间且位于整个农宅的核心位置；冷区为辅助生活空间，位于农宅北部，对冬季北方的冷风具有缓冲作用。空间决策变量为能够直接影响室内光热环境的空间参数，其取值范围参考 GB 50096-2011住宅设计规范和 GB/T 50824-2013农村居住建筑节能设计标准的相关要求，开间进深的步长采用 300mm 常用建筑模数，便于后期空间功能的置入，其参数取值如表 4 所示。性能优化目标则基于空间分区与性能目标的重要程度，性能目标之间牵制性的综合考虑，设定为热区 PMV（全年 PMV 为“0”的小时数占全年总小时数的百分比）、冷区 sDA300/50%和冷热区的平均 HEC（Annual heating energy consumption），如图 3 所示，其中平均HEC 为冷热区冬季平均单位建筑面积供暖能耗，由于整个农宅中只有冷区与热区需要采暖，因此该目标可衡量整个农宅的冬季采暖能耗水平。热区冬季室内设计温度设定为 18，为 GB 50096-2011住宅设计规范中规定的卧室与起居室的室内采暖计算温度，冷区冬季室内设计温度设定为 14，为 GB/T 50824-2013农村居住建筑节能设计标准对农宅冬季室内温度的最低标准，优先性能序号sDA 权重PMV 权重HEC 权重热舒适100.70.320.10.60.330.20.50.3节能400.30.750.10.30.660.20.30.5两者均衡700.50.580.10.450.4590.20.40.4100.30.350.35既可保证农户在使用辅助生活空间时基本的舒适性，又能减少不必要的采暖能耗。整 个 性 能 模 拟 计 算 与 多 目 标 优 化 系 统 均 搭 载在 Rhino+Grasshopper 平 台 上，性 能 模 拟 计 算 采 用Ladybug Tools，多目标优化算法采用 Octopus 工具所提供的遗传算法，在得出帕累托最优解集后可通过 TOPSIS综合评价分析法16根据实际需求对三个性能目标进行赋权，进而通过综合排序筛选出最优农宅设计方案。由于sDA300/50%为冷区的性能目标，其重要程度不可能超过热区的 PMV 以及平均 HEC，因此 sDA300/50%权重始终小于 PMV 与 HEC，基于这个原则，可得出三大类共10 种典型权重方案，如表 5 所示，整个多目标优化流程如图 4 所示。图 3 性能优化目标示意图体量单元 空间决策变量取值范围数值类型步长热区进深3.36.0m离散0.3 m净高2.83.3m离散0.1 m南向窗墙比0.20.8连续-冷区进深2.75.4m离散0.3 m北向窗墙比0.10.3连续-阳光间进深0.61.5m离散0.3 m南向窗墙比0.60.8连续-闷顶屋顶坡度1530连续-表 4 空间决策变量参数取值表 5 典型权重方案 苗振轩，王杰汇，郭娟利空间分层逻辑下的寒冷地区农宅多目标优化设计方法研究J南方建筑，2023（8）：71-79.http:/ 官方网站75置，根据农村居住建筑节能设计标准，冬季供暖期间，周边建筑在 9 时 15 时对阳光间集热面的遮挡不能超过 15%。据此可利用 Ladybug 中 SolarEnvelope（太阳包络体）电池块计算冬至日满足该条件的三维不规则网格面，该面以下即为满足遮挡条件的可建设空间范围。在此基础上设置附加建筑高度，即可得到相应的平面建设范围，如图 5 所示。2.3 基于最优农宅设计方案的空间层级化功能置入方法 2.3.1 农宅空间层级化功能置入流程根据上述研究得到的最优农宅空间分区设计方案后，需要将具体使用功能置入到农宅空间当中，为充分发挥空间热缓冲效应并减小体型系数，寒冷地区保温性能较好的农宅一般需要较大的进深，因此无法直接将冷热区的划分位置直接用作主辅功能空间的分隔位置，需要根据生活空间各功能的光热需求对进深方向的分区作进一步细化。对于开间方向，考虑到功能空间尺度差异以及空间进一步划分的可能性，将其划分为宽窄两区。在开间与进深方向区域划分完成后，可将支撑体布置在合适的区域划分位置，同时区域的多次划分可形成模块填充网格，农户可根据自身需求选择合适的功能模块进行填入，据此可确定填充体位置。在此基础上农户可根据生产方式需求判断是否在划定的范围内设置附加建筑。如需设置，则可沿用农宅主体建筑的支撑体布置点位，并在划定范围内自行确定填充体位置，整个功能置入设计逻辑如图 6 所示。2.3.2 冷热区功能模块设计将整个农宅的功能布局分解成与光热区带对应的功能模块，并根据人体工程学、常用家具尺寸、相关设计规范与资料17来设定各个模块的尺寸变化范围，从而让农宅的功能布局受到光热性能的约束，同时还可为不同地区、不同条件下所计算出的最优农宅的尺寸差异提供了变化弹性。热区为农户的主要生活空间，将其划分为主次热区的目的在于对光热资源的精细化分配，同时进行功能界定。由于农宅的主要功能为生活起居，从实际功能需求的角度来说，其就寝与起居比办公与学习功能的使用频率要高，因此就寝与起居功能对光热环境需求的优先级高于办公与学习功能，因而将起居模块、就寝模块以及需直接与室外连接的玄关模块放置在主热区，将功能较为次要的餐厅模块、办公/学习模块放置在次热区，如有实际需求可补充相应照明或供热设备。冷区为辅助生活空间，将其划分为主冷区与交通带，既有利于减小功能空间的进深，使其获得相对较好的采光条件，又能通过隔墙分隔进一步提升冷区对北侧冷风渗透的缓冲性能，还可以通过交通带高效连接各个功能区，并避免起居室开门过多，从而提升起居室的空间质2.2.2 农宅附加建筑建设范围生成为确保农宅主体建筑的功能集约性与形体规整性，同时尽可能满足农户的个性化功能需求，本研究设置了农宅附加建筑，其用途在于容纳与生活功能关联不大或农宅主体建筑无法容纳的功能，尽可能减少对农宅主体冬季日照的遮挡。由于农宅主体南部的阳光间为集热装图 4 农宅空间多目标优化流程图 5 附加建筑建设范围生成图 6 农宅空间模块化功能置入设计逻辑 设计研究 Research on Design/南方建筑/South Architecture 2023.8 76官方网站 http:/ 量并保证私密空间的隐私性。由于农宅的设计需要考虑住户未来可能的改造需求，且辅助生活空间相比于主要生活空间改造难度更大，结合当今村落老龄化严重的情况，本研究对农宅辅助空间的设计在满足基本功能需求的基础上会考虑到适老化和无障碍设计，提供直径 1.5m的轮椅回转空间，同时，交通带设置为可满足轮椅通行的宽度 1200mm。主冷区可放置的功能模块包括卫生间模块、厨房模块、楼梯/储藏模块、多功能/车库模块。各区功能模块平面布局与尺寸范围如图 7 所示。2.3.3 模块填充网格生成与功能模块选取农宅各区功能模块设计确定后，还需要在最优农宅空间建立模块填充网格，从而为功能模块的填入设立规则，以确保模块组合出的平面布局既具有合理的功能流线，又能对光热资源进行合理分配。模块填充网格由开间和进深两个方向的分区共同组成。进深方向的分区即是前述的主热区、次热区、交通带和主冷区，其中主次热区的具体尺寸需要满足各自对应的最小模块尺寸，可参考图 8 中所统计的模块进深尺寸范围，在此基础上可根据实际情况灵活处理。开间方向宽窄两个区段各自的尺寸需要与可能会放置的功能模块尺寸足够适配，对于较宽的区段，其开间尺寸需要容纳一个较大的起居室，或至少能容纳两个卧室，对于较窄的区段，其开间尺寸需要能容纳一个较小的起居室，或至少能容纳一个厨房和一个卫生间，具体尺寸范围可参考图 9。根据具体农户所属的家庭结构和生产方式对功能模块进行选择和填入。农户的家庭结构可分为一代户（空巢家庭和独居家庭）、二代户（留守家庭和核心家庭）和多代户（主干家庭），生产方式可分为农业户、专业户、商业户、职工户、综合户和非生产户。根据家庭结构与生产方式对功能模块的类型与数量需求，将相应模块置入到模块填充网格当中，并灵活布置填充体，最终生成完整的农宅平面布局。3 研究结果3.1 多目标优化计算结果以调研地开阳堡村为应用场景进行空间层级化多目标优化计算，基础模型信息采用基准农宅相关信息，经过18 代计算，多目标优化趋于收敛，最终获得 58 个帕累托最优解，选择典型权重方案中的 7 号为例进行 TOPSIS分析，得到最优农宅设计方案，其冷区 sDA300/50%为 40.8%，热 区 PMV 为 13.7%，平 均 HEC 为 100.81 kWh/(m2a)，空间决策变量如表 6 所示，最优农宅模型如图 10 所示。图 7 功能模块平面布局及尺寸范围图 8 模块进深尺寸范围图 9 模块开间尺寸范围 苗振轩，王杰汇，郭娟利空间分层逻辑下的寒冷地区农宅多目标优化设计方法研究J南方建筑，2023（8）：71-79.http:/ 官方网站77从光环境来看，最优农宅热区与基准农宅正房的sDA300/50%分 别 为 97.6%和 77.6%，优 化 率 约 为26%。两者 DA 如图 11 所示，最优农宅冷区光环境看上去并不佳，但该结果是以300 lx为基准进行计算所得出的，当以 150 lx 为基准进行计算时，冷区 sDA150/50%可达91%，其光环境可基本满足辅助生活空间对于采光的实际需求。从热环境来看，基准农宅中有采暖的东卧室 PMV 为13.2%，最优农宅热区 PMV 为 13.7%，优化率约为 4%，但如果采用国内对“舒适”的定义18，即“稍暖”到“稍凉”之间均属于“舒适”，从基准农宅东卧室与最优农宅热区全年逐时 PMV（图 12）来看，最优农宅热区冬季的舒适小时数（浅蓝色部分）远远多于基准农宅东卧室，充分体现了最优农宅在冬季热舒适方面有较大的优化效果，但付出的代价是最优农宅热区夏季感觉为“热”的小时数有所增加，因此在实际建设时需充分考虑农宅夏季通风散热的需求。最优农宅热区 HEC 为 60.05 kWh/(m2a)，冷区HEC 为 146.11 kWh/(m2a)，两者采暖能耗均远小于基准农宅东卧室采暖能耗 551.18 kWh/(m2a)，按照平均 HEC 计算，节能率可达 82%，充分证明最优农宅较大的节能优化程度。图 12 基准农宅与最优农宅全年逐时 PMV 对比图 11 基准农宅与最优农宅全年 DA 对比图 10 最优农宅形体与附加建筑建设范围冷区进深热区进深热区净高阳光间进深冷区北向窗墙比热区南向窗墙比阳光间南向窗墙比屋顶坡度5.4 m6.0 m2.8 m1.5 m0.150.790.6120表 6 最优农宅设计方案空间决策变量取值 设计研究 Research on Design/南方建筑/South Architecture 2023.8 78官方网站 http:/ 3.2 农宅空间功能置入示例对最优农宅设计方案按照前文所述原则进行模块填充网格的划分，对于进深方向，热区进深为 6.0m，冷区进深为 5.4m，由于交通带进深 1.2m，因此主冷区进深 4.2m，主热区与次热区进深尺寸较大的模块分别为起居模块和餐厅模块，其最小进深尺寸分别为 3.0m 和2.4m，因此主次热区进深的划分方案有 3.0m+3.0m，3.3m+2.7m，3.6m+2.4m 共 3 种，可根据农户对相应模块尺度的需求进行选择，此处以 3.0m+3.0m 为例对进深方向进行分区。对于开间方向，农宅总开间为 10.8m，空间较为宽裕，起居模块和就寝模块开间的最低标准也可相应提升，此处将两者的最小值分别提升到 3.6m 和 3.0m，按照前述原则，宽区应 6.0m，窄区应 3.6m，则开间分 区 方 案 有 6.0m+4.8m，6.3m+4.5m，6.6m+4.2m，6.9m+3.9m，7.2m+3.6m 共 5 种，考虑到区段内开间的进一步划分如果采用均分的方式有利于减少围护结构规格，从而提升构件生产效率，区段尺寸最好为偶数搭配，因此 6.0m+4.8m，6.6m+4.2m，7.2m+3.6m 这 3 种方案更优，此处选取较为折中的方案 6.6m+4.2m 为开间分区方案并布置支撑体，整个过程如图 13 所示。以空巢家庭农业户与核心家庭商业户为例进行功能模块置入（图 14）。空巢家庭住户设定为一对务农老人，农宅为单层，各模块尺度需要考虑无障碍设计。主热区只选用一个起居模块和一个就寝模块，起居室与餐厅所在的房间设有推拉门，冬季可关闭从而使得主热区具有更好的保温效果。主冷区的多功能模块则布置成次卧室，可供探亲子女或护工保姆使用，交通带尽端空间用作储藏。院落中划分出一定区域用作菜地，附加建筑分为两个面积相近的房间，分别用作农具储藏兼三轮车库以及作物储藏。核心家庭住户设定为一对中年夫妻和一个孩子，经营商铺为生，农宅为单层，主热区选用一个起居模块和两个就寝模块，并分别在次热区配备餐厅、办公和学习模块，由于主热区模块较多，玄关可放置在阳光间内。主冷区除了卫生间和厨房模块外还有车库模块，用于存放私家车，值得注意的是，此处交通带尽端空间并入了私家车库，以满足车辆停放的尺寸需求，同时，为避免两个卧室空间的开间进深比过小造成的空间感受不佳，在次热区局部置入了交通空间。附加建筑分割为大小两部分，小面积部分用作仓库，大面积部分临街，用作商铺，院落的生活性更强，主要用作室外休闲空间。结论本文将空间热缓冲效应与开放建筑理论相结合，以两者共有的空间操作方法空间层级化设计方法为理论基础，以多目标优化算法为工具，以光热舒适性为导向，提出一套具有实际操作价值的农宅空间快速设计与决策方法，并以调研地开阳堡村为应用场景进行最优农宅方案设计，将其各项性能与基准农宅对比，得出以下结论：（1）从性能来看，最优农宅光环境优化率约为26%，热环境优化率约为 4%，采暖能耗节能率约为82%，各方面均具有较大程度的节能优化。（2）从功能来看，最优农宅设计方案不仅可满足不同家庭结构与生产方式的农户对空间使用的不同需求，图 13 最优农宅模块填充网格生成图 14 最优农宅平面布局示例 苗振轩，王杰汇，郭娟利空间分层逻辑下的寒冷地区农宅多目标优化设计方法研究J南方建筑，2023（8）：71-79.http:/ 官方网站79还在功能布局合理性、交通流线便捷性方面远远优于基准农宅。综合上述结论，可充分证明本研究所提出的农宅空间优化设计方法的有效性。图、表来源本文所有图、表均由作者绘制。参考文献1 赵佳艺面向室内热环境需求的辽中农宅低成本节能优化D.大连：大连理工大学，2021.ZHAO Jiayi.Low-cost Energy-saving Optimization of Liaozhong Rural House for Indoor Thermal EnvironmentD.Dalian：Dalian University of Technology，2021.2毕晓健 目标导向的参数化建筑节能设计方法研究D 天津：天津大学，2019.BI Xiaojian.Research on Objective-oriented Parameterized Building Energy-saving Design MethodDTianjin：Tianjin University，2019.3 宋晔皓，栗德祥整体生态建筑观、生态系统结构框架和生物气候缓冲层 J.建筑学报，1999(3)：4-9，65.SONG Yehao，LI DexiangThe Overall Concept of Ecological Architecture,Ecological System Structure Framework and Bio-climatic Buffer LayerJArchitectural Journal，1999(3)：4-9，65.4 李钢.建筑腔体生态策略 M北京：中国建筑工业出版社，2007.LI Gang.Ecological Strategy of Architectural CavityM.Beijing：China Building Industry Press，2007.5 韩培，梅洪元寒地建筑缓冲腔体的生态设计研究 J建筑师，2015(4)：56-65.HAN Pei，MEI Hongyuan.Study on Ecological Design of Architectural Buffer Cavity in Cold RegionJThe Architect，2015(4)：56-65.6 陈晓扬建筑设计与自然通风 M北京：中国电力出版社，2012.CHEN XiaoyangArchitectural Design and Natural VentilationMBeijing：China Electric Power Press,2012.7 大师系列 丛书编辑部 托马斯 赫尔佐格的作品与思想M.北京：中国电力出版社，2006.The editoria