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建筑表皮作为建筑室内与自然环境的交互界面,不仅承担着外立面形式塑造的作用,其光学、热学性能还对于建筑室内的光热舒适环境以及能耗水平有着重要的影响。表皮光热性能优化是对表皮雏形进行多目标耦合分析,并对表皮形态变量进行定量优化以提高室内光热舒适度的过程。既有的表皮光热性能优化设计在表皮雏形生成、建模方面困难,在优化方法以及优化决策方面均有不足。研究以建筑表皮为对象,旨在探索高性能表皮雏形生成策略,构建表皮光热性能分析及形态优化流程,完善设计决策方法。为高性能且美观的建筑表皮设计提供新思路。研究通过大量案例的梳理,对于镶嵌几何在建筑表皮设计中的应用进行类型上的研究,归纳出“镶嵌为图形,单元响应光热”的表皮生成策略;利用镶嵌几何的可计算性,基于参数化建模的思维构建了镶嵌几何参数化建模逻辑,和镶嵌单元变化逻辑;通过对于现有性能优化理论的优化逻辑与方法的总结和关键技术特征的研究,运用数据采样技术,性能仿真模拟技术、数据映射技术和多维数据分析技术搭建了软件平台。构建了采样与模拟、光热性能分析和多目标优化与决策三层递进的建筑表皮性能优化设计流程;基于性能优化设计流程,对镶嵌几何生成的表皮雏形进行光热性能优化实验,对实验对象进行光热性能潜力分析与敏感性分析,得出了分析结果;结合多维数据分析可视化的方法对镶嵌几何表皮雏形进行了优化决策,给出优化建议值;并对实验结果进行了实验验证,保证了实验的准确性。研究验证了基于镶嵌几何生成建筑表皮的科学性和适应性,应证了“镶嵌几何为图形,镶嵌单元响应光热”的设计策略可以生成的具有高性能的建筑表皮;研究提出基于光热性能分析的性能优化流程,实现了对高性能表皮设计的针对性分析,提供了导向性的建议;创新性提出了对表皮光热性能目标进行潜力分析和对表皮变量进行敏感性分析辅助建筑师进行优化决策;拓展性能优化方法,辅助建筑师在方案设计阶段进行性能优化,创造高性能表皮。