用于使用自動(dòng)化建筑體量配置生成來實(shí)現(xiàn)建筑的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于使用自動(dòng)化建筑體量配置生成來實(shí)現(xiàn)建筑的系統(tǒng)和方 法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的奪叉引用
[0002] 本申請(qǐng)為于2012年3月19日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)13/424, 233的 部分繼續(xù)，其被給予于2011年3月17日提交的、名稱為"Methodandsystemto plan,design,constructanddeploybuildings"的臨時(shí)美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào) 61/453, 867 的權(quán)益，通過引用方式將兩個(gè)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明通常涉及建筑，且更具體地涉及用于評(píng)估不同建筑體量選項(xiàng)的能量要求的 基于計(jì)算機(jī)的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0004] 建筑為我們?nèi)粘Ｉ畹慕M成部分。規(guī)劃、設(shè)計(jì)和構(gòu)造這些建筑的處理已經(jīng)演進(jìn)了 幾千年。今天，尤其是現(xiàn)代化設(shè)施（其為從其遞送復(fù)雜服務(wù)的地方）（像醫(yī)療設(shè)施），隨后物 理實(shí)現(xiàn)這些建筑物的步驟非常復(fù)雜并且需要跨越幾個(gè)不同學(xué)科的高級(jí)技術(shù)勞力。
[0005] 這種復(fù)雜性在為了建造能夠用于以有效且有利方式遞送預(yù)定服務(wù)的可行設(shè)施而 消耗的時(shí)間、金錢和其它資源方面造成巨大挑戰(zhàn)。幾個(gè)行業(yè)和服務(wù)業(yè)通過改變它們的工作 流程且使其適應(yīng)于更好利用快速增長(zhǎng)和廉價(jià)計(jì)算資源來滿足類似的復(fù)雜性挑戰(zhàn)。這已經(jīng)導(dǎo) 致這些行業(yè)中的不斷增加的生產(chǎn)力。
[0006] 然而，技術(shù)能力和計(jì)算能力的突現(xiàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)和構(gòu)造的很好建立處理中的 有效利用。因此，幾乎不存在總生產(chǎn)力的增加，今天極度需要總生產(chǎn)力來滿足增長(zhǎng)的復(fù)雜性 需求。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了雖然所有其它非農(nóng)行業(yè)從1964到2004已經(jīng)加倍了它們的生產(chǎn)力， 但是建筑行業(yè)同胞實(shí)際上已經(jīng)落后。
[0007] 雖然關(guān)于為什么構(gòu)造生產(chǎn)力未跟上其它領(lǐng)域存在大量理由，但是它可能是在建筑 設(shè)計(jì)和構(gòu)造行業(yè)中使用的傳統(tǒng)方法未進(jìn)行施加通用技術(shù)和尤其是計(jì)算技術(shù)。幾乎所有其它 行業(yè)由于計(jì)算技術(shù)的智能適配而增加了生產(chǎn)力，但是因?yàn)槲戳⒓达@現(xiàn)的原因，所以構(gòu)造行 業(yè)未見到任何類似增加。
[0008] 建筑具有所有不同形狀和尺寸，并且建筑的復(fù)雜性取決于它們的使用而變化。例 如，從許多不同角度，醫(yī)療建筑例如醫(yī)院比空倉(cāng)庫建筑更復(fù)雜。當(dāng)一個(gè)人嘗試數(shù)學(xué)上描述， 建模，仿真，優(yōu)化且驗(yàn)證建筑設(shè)計(jì)例如醫(yī)院的設(shè)計(jì)時(shí)，建筑的復(fù)雜性變得明顯。具體地，數(shù)學(xué) 上的描述、建模、仿真、優(yōu)化和驗(yàn)證每一個(gè)為三維（3D)空間和時(shí)間操作的復(fù)雜組合。例如， 3D空間的特征包括：建筑的外殼和核心、房間的尺寸和布局和功能以及建筑基礎(chǔ)設(shè)施的布 線的特性。例如，時(shí)間操作的特征包括：建筑內(nèi)提供的服務(wù)、建筑上的負(fù)載（例如患者的數(shù) 量）以及動(dòng)態(tài)環(huán)境條件（例如內(nèi)部/外部溫度、光線、能量成本等）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，公開用于評(píng)估不同建筑設(shè)計(jì)的基于計(jì)算機(jī)的方法。在 一個(gè)實(shí)施例中，該方法涉及：使用形狀語法來生成第一不同建筑體量配置集合，將生成的第 一不同建筑體量配置集合存儲(chǔ)到建筑體量庫中，根據(jù)參數(shù)搜索來減少第一不同建筑體量配 置集合以形成第二不同建筑體量配置集合，所述第二集合為所述第一集合的子集，并且使 用第二不同建筑體量配置集合來評(píng)估建筑系統(tǒng)的一個(gè)方面。
[0010] 結(jié)合經(jīng)由本發(fā)明的原理的示例示出的附圖，本發(fā)明的實(shí)施例的其它方面和優(yōu)勢(shì)將 從下面的詳細(xì)描述中變得顯而易見。
【附圖說明】
[0011] 圖1示出整體建筑管理系統(tǒng)，該整體建筑管理系統(tǒng)利用高性能和高生產(chǎn)力計(jì)算資 源來實(shí)施建筑實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，該建筑實(shí)現(xiàn)平臺(tái)進(jìn)行從開始到建筑操作的建筑項(xiàng)目。
[0012] 圖2描述了其中可以實(shí)施建筑實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的高生產(chǎn)力高性能計(jì)算機(jī)架構(gòu)的實(shí)施例。
[0013] 圖3示出了使用建筑實(shí)現(xiàn)平臺(tái)來實(shí)施并行層次設(shè)計(jì)技術(shù)的實(shí)施例。
[0014] 圖4描繪了建筑實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的用戶界面的實(shí)施例，該建筑實(shí)現(xiàn)平臺(tái)包括用于激活建 筑實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)引擎的可選擇標(biāo)簽。
[0015] 圖5描繪了來自建筑實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的商業(yè)模型域的用戶界面的實(shí)施例。
[0016] 圖6描繪了來自商業(yè)模型域的用戶界面的另一個(gè)實(shí)施例。
[0017] 圖7描繪了來自建筑實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的空間布置域中的形式和外殼標(biāo)簽的用戶界面的 實(shí)施例。
[0018] 圖8描繪了來自建筑實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的空間布置域的塊和堆疊標(biāo)簽的用戶界面的實(shí)施 例。
[0019] 圖9和圖10描繪了來自建筑實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的空間布置域的房間布局標(biāo)簽的用戶界面。
[0020] 圖11示出由建筑實(shí)現(xiàn)平臺(tái)使用的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的示例；
[0021] 圖12是用于從客戶需求集合來生成系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)的基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的處理流程 圖。
[0022] 圖13示出了系統(tǒng)元件以及用于使用建筑實(shí)現(xiàn)平臺(tái)來從商業(yè)模型生成空間布置的 對(duì)應(yīng)處理流程。
[0023] 圖14示出建筑實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的實(shí)施例的架構(gòu)的實(shí)施例。
[0024] 圖15示出由實(shí)現(xiàn)引擎中的一個(gè)提供的服務(wù)的執(zhí)行。
[0025] 圖16是用于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜建筑系統(tǒng)的方法的處理流程圖。
[0026] 圖17是用于實(shí)現(xiàn)在其內(nèi)向患者提供醫(yī)療服務(wù)的建筑系統(tǒng)的方法的處理流程圖。
[0027] 圖18描繪了包括處理器、存儲(chǔ)器以及通信接口的計(jì)算機(jī)。
[0028] 圖19a至圖19h描繪了九個(gè)不同預(yù)先限定的建筑占地形狀。
[0029] 圖20描繪了參考建筑的占地形狀。
[0030]圖21描述用于計(jì)算參考建筑的能量使用指數(shù)EUI的處理的實(shí)施例。
[0031] 圖22描述用于生成用于具有占地形狀R的建筑物的標(biāo)準(zhǔn)化能量使用指數(shù)nEUI的 處理的實(shí)施例。
[0032] 圖23示出用于生成用于具有占地形狀L的建筑物的標(biāo)準(zhǔn)化能量使用指數(shù)的處理 的實(shí)施例。
[0033] 圖24示出了標(biāo)準(zhǔn)化能量使用指數(shù)推導(dǎo)操作的實(shí)施例，其包括具體形狀nEUI數(shù)據(jù) 庫、標(biāo)準(zhǔn)化能量使用指數(shù)公式推導(dǎo)引擎以及具體形狀nEUI公式數(shù)據(jù)庫。
[0034] 圖25描述用于在建筑設(shè)計(jì)處理中在早期使用具體形狀的公式來表征多個(gè)不同建 筑體量配置的能量使用的處理的實(shí)施例。
[0035] 圖26至圖28描述與用于使用圖25的體量配置評(píng)估器來表征多個(gè)不同建筑體量 配置的能量使用的技術(shù)有關(guān)的圖形用戶界面。
[0036] 圖29描述用于根據(jù)形狀語法從基本固定塊和至少一個(gè)空白目標(biāo)的應(yīng)用來生成建 筑體量配置基元的處理。
[0037] 圖30描繪了圖形地顯示矩形占地形狀的建筑體量配置的圖形用戶界面。
[0038] 圖31描繪了使用如參照?qǐng)D29描述的形狀語法生成的建筑字母表數(shù)據(jù)庫中的條目 的圖形用戶界面。
[0039]圖32描繪了允許指定搜索的某些參數(shù)的搜索窗口的圖形用戶界面。
[0040] 圖33示出將形狀語法應(yīng)用于建筑字母表來形成更復(fù)雜建筑體量配置。
[0041] 圖34描繪了圖形用戶界面，其圖形地顯示通過組合建筑字母表的不同基元形成 的的建筑字。
[0042] 圖35描繪了通過建筑字母的組合形成的不同建筑體量配置的圖形用戶界面。
[0043] 圖36示出將形狀語法應(yīng)用于建筑字集合來生成建筑句子。
[0044]圖37描繪了用于實(shí)現(xiàn)如上面所述的建筑體量配置生成和管理技術(shù)的系統(tǒng)的實(shí)施 例。
[0045] 在整個(gè)描述中，類似參考符號(hào)可以用于識(shí)別類似元素。此外，在一些情況下，在每 個(gè)附圖中未重復(fù)參考符號(hào)以保持附圖的清楚且避免附圖的錯(cuò)亂。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 容易理解的是，如本文中通常描述的且在附圖中示出的實(shí)施例的組件可以被布置 且設(shè)計(jì)成多種不同配置。因此，如在附圖中表示的各個(gè)實(shí)施例的下面更詳細(xì)描述不旨在限 制本公開的范圍而僅僅表示各個(gè)實(shí)施例。雖然在附圖中呈現(xiàn)了實(shí)施例的各個(gè)方面，但是除 非特別指出，否則附圖未必按比例繪制。
[0047] 所述實(shí)施例在各個(gè)方面僅被認(rèn)為示例性的而非限制性的。因此，本發(fā)明的范圍由 所附權(quán)利要求而不是由該詳細(xì)描述指出。落入權(quán)利要求的等同含義和范圍的所有變化均被 包含在它們的范圍內(nèi)。所述實(shí)施例在各個(gè)方面僅被認(rèn)為示例性的而非限制性的。因此，本 發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是由該詳細(xì)描述指出。落入權(quán)利要求的等同含義和范圍的 所有變化均被包含在它們的范圍
[0048] 在整個(gè)說明書對(duì)特征、有事或者類似語言的參考未暗示可以使用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的所 有特征和優(yōu)勢(shì)應(yīng)當(dāng)為任何單個(gè)實(shí)施例或者在任何單個(gè)實(shí)施例中。相反，參照特征和優(yōu)勢(shì)的 語言被理解為意味著結(jié)合實(shí)施例描述的具體特征、優(yōu)勢(shì)或者特征被包括在至少一個(gè)實(shí)施例 中。因此，在該說明書中的特征和優(yōu)勢(shì)和類似語言的討論可以指的是相同實(shí)施例，但是未必 指的是相同實(shí)施例。
[0049] 而且，本發(fā)明的所述特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)和特征可以可以在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例中以任何 適當(dāng)方式組合。相關(guān)領(lǐng)域中的技術(shù)人員根據(jù)本文中的描述將識(shí)別本發(fā)明可以在沒有特定實(shí) 施例的具體特征或者優(yōu)勢(shì)中的一個(gè)或者多個(gè)的情況下來實(shí)施本發(fā)明。在其它實(shí)例中，可以 在某些實(shí)施例中識(shí)別額外的特征和優(yōu)勢(shì)，其可以未呈現(xiàn)在本發(fā)明的所有實(shí)施例中。
[0050] 在整個(gè)說明書中對(duì)"一個(gè)實(shí)施例的"、"一實(shí)施例"或者類似語言的引用意味著結(jié)合 指出的實(shí)施例描述的特定特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)或者特征被包括在至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在整個(gè)說 明書中的短語"在一個(gè)實(shí)施例中"、"在一實(shí)施例中"及類似語言可以均指代相同實(shí)施例，但 是未必均指代相同實(shí)施例。
[0051] 計(jì)算機(jī)已經(jīng)用于在數(shù)學(xué)上描述，建模，仿真且優(yōu)化建筑物。然而，傳統(tǒng)的基于計(jì)算 機(jī)的技術(shù)利用具有有限計(jì)算能力的基于PC的計(jì)算機(jī)平臺(tái)來執(zhí)行集中于單個(gè)問題的非常具 體操作，例如結(jié)構(gòu)性能、溫度建模或者工作流優(yōu)化。由于基于PC的計(jì)算資源的固有限制，所 以促使傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建模、刺激和優(yōu)化操作依賴能夠在合理時(shí)間內(nèi)僅評(píng)估幾個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)簽的 相對(duì)粗糙的數(shù)學(xué)模型。增加復(fù)雜性到建筑系統(tǒng)的一些特征為：該系統(tǒng)組件未必具有數(shù)學(xué)上 類似的結(jié)構(gòu)且可以涉及時(shí)間或者空間上的不同尺度；組件的數(shù)量可以較大有時(shí)巨大；組件 可以各種不同方式最通常非線性和/或經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)來連接；局部現(xiàn)象和系統(tǒng)范圍現(xiàn)象可以復(fù) 雜方式彼此依賴；整個(gè)系統(tǒng)的行為可難以根據(jù)個(gè)別組件的行為來預(yù)測(cè)；并且整個(gè)系統(tǒng)行為 可以沿著定性不同路徑演進(jìn)，該不同路徑可以顯示在任何階段對(duì)較小擾動(dòng)的高靈敏度。由 于這些建筑系統(tǒng)的復(fù)雜性，所以如果有可能的話難以以將提供超過傳統(tǒng)技術(shù)的顯著進(jìn)展的 方式在基于PC的計(jì)算機(jī)平臺(tái)上綜合設(shè)計(jì)，建模，仿真或者優(yōu)化這些建筑系統(tǒng)。
[0052] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)復(fù)雜建筑系統(tǒng)的整體研究涉及使用高生產(chǎn)力高性能 (HP2)計(jì)算資源來管理從建筑開始直到建筑操作的復(fù)雜建筑系統(tǒng)。例如，HP2計(jì)算資源用于 把客戶需求集合轉(zhuǎn)變成能夠用于構(gòu)造建筑的完整虛擬建筑設(shè)計(jì)。進(jìn)一步地，在虛擬建筑的 設(shè)計(jì)期間生成的信息可以用作稍后用于制造，調(diào)試且操作虛擬建筑的建筑版本的信息的基 礎(chǔ)。因?yàn)槭褂肏P2計(jì)算資源，所以可以在迄今為止未應(yīng)用于復(fù)雜建筑系統(tǒng)的規(guī)模上從單個(gè) 平臺(tái)執(zhí)行建模、優(yōu)化、仿真和驗(yàn)證。此外，對(duì)復(fù)雜建筑系統(tǒng)的整體研究涉及使用集中式數(shù)據(jù) 庫來管理與建筑系統(tǒng)有關(guān)的所有信息。集中式數(shù)據(jù)庫與其中每個(gè)不同學(xué)科（例如建筑師、 結(jié)構(gòu)工程師、電氣工程師等）維持其自己的特定學(xué)科信息的私有數(shù)據(jù)庫的傳統(tǒng)研究形成對(duì) 照。
[0053] 圖1示出整體建筑管理系統(tǒng)100,該系統(tǒng)100利用HP2計(jì)算資源來實(shí)施建筑實(shí)現(xiàn) 平臺(tái)（BRP) 102,該建筑實(shí)現(xiàn)平臺(tái)（BRP)進(jìn)行從開始（例如客戶需求）到建筑操作的建筑項(xiàng) 目。BRP為可以維持從客戶需求的最初規(guī)范到建筑操作的建筑信息的中央樞紐。在一個(gè)實(shí) 施例中，BRP包括實(shí)現(xiàn)引擎104和建筑數(shù)據(jù)庫106。在一個(gè)實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)引擎包括驅(qū)動(dòng)與 建筑系統(tǒng)有關(guān)的設(shè)計(jì)、建模、仿真、優(yōu)化和驗(yàn)證操作的邏輯，并且建筑數(shù)據(jù)庫包括存儲(chǔ)的、與 (虛擬的和/或真實(shí)的）建筑系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù)，該建筑系統(tǒng)由實(shí)現(xiàn)引擎設(shè)計(jì)，建模，仿真，優(yōu) 化且驗(yàn)證。
[0054] 從高級(jí)角度來看，BRP102支持一系列層次域，其運(yùn)行在從更多抽象到更少抽象的 處理流中。圖1中示出的層次域從更多抽象到更少抽象為客戶需求110、商業(yè)模型112、空 間布置114、系統(tǒng)集成116、制造118、裝配120、調(diào)試122和操作124。在復(fù)雜建筑系統(tǒng)的生 命循環(huán)中，每個(gè)域依賴于與之前域相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。像這樣，圖1也示出了不同域之間的時(shí)間 關(guān)系，因?yàn)樵谠撎幚砜梢砸苿?dòng)到下一個(gè)域之前必須指定前域的某些細(xì)節(jié)。此外，追蹤域之間 的相關(guān)性以與之前域的要求對(duì)應(yīng)。
[0055] 在一個(gè)實(shí)施例中，客戶需求110域涉及來自所有者角度的期望建筑系統(tǒng)，即建筑 系統(tǒng)的用途是什么（例如醫(yī)療、酒店等），建筑系統(tǒng)將位于哪里，并且評(píng)估設(shè)計(jì)質(zhì)量的度量 和它們重要性是什么。商業(yè)模型域112涉及將被提供以滿足客戶需求的服務(wù)的類型和體 積。該商業(yè)模型也可以支持建筑系統(tǒng)的行為建模和建筑系統(tǒng)的功能程序和空間程序?？臻g 布置域114涉及作為建筑結(jié)構(gòu)集合的建筑系統(tǒng)，該建筑結(jié)構(gòu)集合使用相對(duì)放置的房間來實(shí) 施期望建筑配對(duì)（parti)。系統(tǒng)集成域116涉及完全詳細(xì)的設(shè)施，該設(shè)施包括限定的3D空 間以及可以從其獲得詳細(xì)構(gòu)造文檔的建筑基礎(chǔ)設(shè)施。制造域118涉及需要如何制造基本元 件（例如建筑塊）且需要制造多少基本元件來構(gòu)造建筑系統(tǒng)（例如建筑組件的列表）。裝 配域120涉及需要如何裝配基本元件且需要以什么順序裝配基本元件來構(gòu)造建筑系統(tǒng)。調(diào) 試域122涉及物理建筑系統(tǒng)及其行為。調(diào)試域可以包含信息，該信息與系統(tǒng)集成域中擁有 的信息類似而且說明可以在建筑系統(tǒng)的制造和裝配期間出現(xiàn)的偏差。操作域124涉及操作 時(shí)的建筑系統(tǒng)。在操作域中，建筑系統(tǒng)的虛擬模型可以實(shí)時(shí)用于優(yōu)化處理例如房間、員工和 患者安排并且評(píng)估和適應(yīng)于未安排的事件。
[0056] 在一個(gè)實(shí)施例中，使用預(yù)先限定的物理建筑組件集合來從建筑開始設(shè)計(jì)，建模，仿 真，優(yōu)化且驗(yàn)證每個(gè)復(fù)雜建筑系統(tǒng)。例如，預(yù)先限定的物理建筑組件集合可以包括結(jié)構(gòu)組 件、面板（deck)組件以及墻組件。預(yù)先限定的物理建筑組件中的每一個(gè)具有已知特征的集 合（例如，尺寸、構(gòu)造材料、結(jié)構(gòu)性能、熱性能），其可以在BRP的各個(gè)域中使用以產(chǎn)生更迅速 且準(zhǔn)確的結(jié)果。具體地，預(yù)先限定的物理建筑組件的使用允許數(shù)學(xué)模型的發(fā)展和再用，該數(shù) 學(xué)模型能夠設(shè)計(jì)，建模，仿真，優(yōu)化且驗(yàn)證復(fù)雜建筑系統(tǒng)?？梢栽诮ㄖO(shè)計(jì)處理中例如在商 業(yè)模型域內(nèi)、空間布置域以及系統(tǒng)集成域內(nèi)在早期考慮預(yù)先限定的物理建筑組件集合。
[0057] 執(zhí)行參照BRP102描述的處理需要很好超過由典型的基于PC的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠 提供的計(jì)算資源。在一個(gè)實(shí)施例中，BRP在復(fù)雜建筑系統(tǒng)的整個(gè)生命循環(huán)內(nèi)利用HP2計(jì)算 資源。圖2描述了其中可以實(shí)現(xiàn)BRP的HP2計(jì)算機(jī)架構(gòu)140的實(shí)施例。具體地，HP2計(jì)算 機(jī)架構(gòu)包括大容量網(wǎng)絡(luò)化存儲(chǔ)系統(tǒng)142、大型處理系統(tǒng)144以及用戶接口裝置146例如客戶 機(jī)。此外，可以從大型處理系統(tǒng)供給負(fù)載均衡器148和流服務(wù)器150。
[0058] 用戶接口裝置146可以為客戶機(jī)，典型地臺(tái)式計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)或者平板計(jì) 算機(jī)，可以在其上打開會(huì)話以控制設(shè)計(jì)流且觀察特定建筑系統(tǒng)設(shè)計(jì)的執(zhí)行結(jié)果。用戶接口 裝置允許用戶提供設(shè)計(jì)意圖且調(diào)用設(shè)計(jì)和分析步驟。當(dāng)結(jié)果可用時(shí)