软件工具可以帮助建筑师设计高效的建筑

通常，当建筑师或工程师设计新建筑时，只有在过程结束时 - 如果有的话 - 才会对建筑物的环境影响进行生命周期分析。到那时，做出重大改变可能为时已晚。现在，用于进行此类分析的更快更容易的系统可以改变所有这些，使得分析从一开始就成为设计过程中不可或缺的一部分。

麻省理工学院研究人员Jeremy Gregory，Franz-Josef Ulm和Randolph Kirchain以及最近的毕业生Joshua Hester博士在一篇论文“ 建筑与环境 ”杂志中描述了这一新流程。'18，很简单，它可以集成到建筑设计师已经使用的软件中，这样它就可以成为他们设计过程的无缝补充。

生命周期分析，称为LCA，是检查所有材料的过程; 设计元素; 位置和方向; 加热，冷却和其他能源系统; 在成本，环境影响或两者兼有的情况下，建筑物的预期最终处置。乌尔姆，土木与环境工程教授兼麻省理工学院混凝土可持续发展中心(CSH)主任表示，通常只有在建筑物完全设计时才应用LCA，因此它更像是一种验尸工具，而不是一种实际的设计工具。 “。这就是团队开始纠正的问题。

“我们希望解决如何弥合在流程结束时使用LCA与让建筑师和工程师将其用作设计工具之间的差距，”他说。最大的问题是，是否有可能将LCA评估纳入设计过程，而不会对设计选择施加太多限制，从而使其对建筑设计师没有吸引力。乌尔姆想知道，“LCA对设计的灵活性有多大限制?”

测量设计自由度

为了系统地解决这个问题，团队必须提出一个以定量方式衡量设计选择灵活性的过程。他们选择了一种他们称之为“熵”的措施，类似于在物理学中使用该术语。在物理学中，具有更大熵的系统“更热”，其分子快速移动。在团队使用该术语时，较高的熵表示在给定点处的更多种可用选择，而较低的熵表示更受限制的选择范围。

令研究人员惊讶的是，他们发现使用他们的LCA系统对减少设计选择的范围影响很小。“这是最显着的结果，”乌尔姆说。在将LCA引入设计过程的早期阶段时，“你几乎没有触及设计灵活性，”他说。乌尔姆说：“我确信我们会达成妥协，”为了获得更好的生命周期性能，必须限制设计灵活性。“但事实上，结果证明我错了。”

该系统考虑了新结构的全部气候影响，包括所有三个阶段：建筑，包括检查建筑物中使用的所有材料的体现能量; 建筑物的运行，包括提供供暖，制冷和电力服务所需的所有能源; 并在其服务结束时最终拆除和处置或重新利用该结构。

要评估设计选择对生命周期的影响，需要考虑广泛的因素。这些包括：位置的气候(他们的研究，他们选择亚利桑那州和新英格兰作为两个非常不同的美国气候案例); 建筑的尺寸和方向; 每侧墙壁与窗户的比例; 用于墙壁，地基和屋顶的材料; 使用的加热和冷却系统的类型; 等等。随着这些因素中的每一个因素的确定，建筑物的可能性范围变得越来越窄，但与传统设计过程相比并没有那么多。

在任何时候，该计划“还将提供有关许多尚未定义的事物的信息”，主要是提供一系列选择，可以带来更加环保的设计，Kirchain是一位首席研究科学家。麻省理工学院和CSH的联合主任，支持该项目。

研究人员表示，虽然专门设计用于减少建筑物的气候影响，但同样的工具也可用于优化建筑物的其他标准，例如简单地降低成本。

早点进入

对于诸如建筑物在其功能性生命结束时的最终命运等问题的思考往往是“与设计建筑师一样，当他们第一次从事设计工作时，与其他更直接的因素相比”乌尔姆说，建筑物将如何看待客户，并满足结构的任何特定功能要求。但是，如果将新的LCA工具集成到他们正在使用的设计软件中，那么指示设计选择如何影响结果的指示将始终可用，并且即使在过程早期以微小的方式轻松影响选择。

通过比较使用和不使用此类工具的设计过程，研究人员发现，与建筑相关的总体温室气体排放可以减少75%，“而不会降低设计过程的灵活性，”Ulm说。

乌尔姆将其与健身房中的指标进行比较，该指标提供关于锻炼方案中任何一点燃烧多少卡路里的反馈，提供改善结果的持续激励 - 无需规定该人应该做什么或如何做。

虽然该计划目前旨在评估相对简单的单户住宅 - 这代表了美国绝大多数的生活空间 - 该团队希望扩大它以便能够在更大的住宅或商业建筑上工作。

此时，团队设计的软件是一个独立的软件包，因此“我们的任务之一就是实际过渡到使其成为一些用于建筑设计的软件工具的插件”，Kirchain说道。 。

虽然有很多软件工具可以帮助评估建筑物的环境影响，但是Kirchain说，“我们没有看到很多建筑师使用这些工具。” 但这部分是因为这些往往过于规范，他说，指向优化设计并限制设计师的选择。“我们的理论是，任何设计师都不希望被告知设计必须如此。他们的作用是设计没有过度的限制，”他说。