我院研究成果获AIE的“Key Scientific Article”贡献奖

近日，石邢教授团队在《Renewable Energy》上发表的论文“Ineffectiveness of optimization algorithms in building energy optimization and possible causes”被Advances In Engineering（AIE）评选为工程科技领域的“Key Scientific Article（关键科学论文）”，并予以专题报道。该论文的第一作者为我院2015级博士研究生司秉卉，通讯作者为石邢教授，其他合作作者包括田志超博士研究生、周欣副教授、金星教授。AIE的报道链接参见：https://advanceseng.com/why-does-building-energy-optimization-fail-how-avoid-it/。

 AIE为国际著名工程科技新闻网站，旨在及时快速地将工程领域重要的科学研究成果和创新技术在世界范围内传播。AIE每月的阅读量达80万次，其读者主要为工程技术各领域的科学家、工程师、高校师生、科研机构研究人员等。这些读者遍布全球，其中约35%来自北美，33%来自欧洲，30%来自亚洲。AIE除了受到世界范围内主要高校和研究机构的关注外，还被全球排名前50的工程公司所链接，用于跟踪工程科技领域的最新研究进展。

经国际专家委员会的严格筛选，AIE在全球发表的SCI和其它检索工程科技论文中遴选有重要科技贡献的杰出论文进行专题报道，论文的中选率不足千分之一，涉及的领域包括化学工程，机械工程，材料工程，电气工程，生物医学工程，土木工程，纳米技术工程以及通用工程（含航空航天工程、通信工程、计算机工程、农业工程、工业工程等）。

近年来，以性能为导向的建筑设计及其优化方法逐渐成为国内外关注的研究热点，在推动绿色、低碳、节能的建筑设计方面发挥了重要的作用。以节能为例，该方法的基本技术流程如图1所示，通过能耗模拟、优化算法、新设计方案自动生成等一系列技术环节，实现智能化的建筑节能设计，与传统节能设计方法相比，显著提升了设计效果和效率。

图 1 建筑节能优化设计的总体思路和技术流程

在此技术流程中，优化算法有着举足轻重的作用，它驱动整个技术流程的运行，自动调整设计参数并生成新的设计方案，按照既定的路线智能地寻找满足设计目标的最优设计方案。因此，优化算法对于建筑性能优化设计的作用就好比航空发动机对于飞机的作用一样，是成败的关键。

正因为优化算法对于建筑性能优化设计有着关键的作用，选择合适的算法就变得非常重要。如果算法选择不当，可能降低设计效率，严重的时候还会导致整个设计过程的失败，即根本无法寻找到最优的设计方案。因此，对于建筑性能优化设计中的算法展开深入研究很有必要。但是，由于专业知识的壁垒和其它原因，建筑学领域目前仅停留在不加区别地使用常见算法进行性能优化设计的阶段，对于其效能如何知之甚少，也难以避免优化失败的发生。

针对这一问题，石邢教授团队通过建筑学、计算机科学、数学等学科的交叉，系统地开展了建筑节能优化设计中算法的效能研究，取得的创新成果包括：

（1）完整地提出了建筑节能优化设计中算法效能的评价指标体系

为科学定量地评价优化算法的效能，提出了一套完整的指标体系（如图2所示），针对每个指标给出了严格的数学定义和计算公式。

图 2 评价优化算法效能的指标体系

（2）揭示了建筑节能优化设计中在特定情况下算法失效的机理

针对不同的建筑节能优化设计问题，研究了优化算法的失效性，分析了优化算法失效的典型情况（如图3所示），并揭示了可能导致优化算法失效的原因。

图 3 优化算法失效的典型情况

（3）针对常见的建筑节能优化设计问题，提出了算法选择的原则并给出了具体推荐

建筑节能优化设计根据优化目标、优化参数等又可细分为多种问题。基于对几种常用优化算法在解决不同属性优化问题时的效能评价，针对不同的建筑节能优化设计变量和优化设计目标，根据它们对应的目标函数的属性，给出了建议选择的算法和应该避免选择的算法清单。

以上创新成果的意义和价值主要体现在三个方面：

（1）在理论建构上，建立起了对于建筑节能优化设计问题的基本属性、优化算法的效能、优化算法的失效机理的系统认识，显著提升了建筑性能优化设计这一国际建筑学热点研究方向的理论水平。

（2）在研究方法上，立足建筑学的学科本体，通过学科交叉，借助计算机科学和数学的分析方法和技术手段，突破常见的将优化算法看作纯数学问题进行研究的思路，在真实的建筑节能优化设计问题中研究算法效能，既符合建筑学的需求，又实现了研究方法的创新。

（3）在应用成果上，针对不同的建筑节能优化设计细分问题，提出了适宜算法的推荐和应避免使用的算法清单，并对算法控制参数的设置给出了建议，显著提升了建筑节能优化设计的技术水平，有效解决了设计实践中使用该方法常见的效率低下和失败率较高的困难。

文字：司秉卉、石邢