嚴(yán)衛(wèi)

嚴(yán)衛(wèi)

YAN Wei

1970年出生

1988年入學(xué)天津大學(xué)（學(xué)士、碩士）

德克薩斯A&M大學(xué)建筑系終身教授天津大學(xué)建筑學(xué)院兼職教授

2017 年德克薩斯A&M大學(xué)校長(zhǎng)嘉獎(jiǎng)終身榮譽(yù)稱號(hào)（Presidential Impact Fellow）

2016 年德克薩斯A&M大學(xué)建筑學(xué)院論文獎(jiǎng)

2014 年Automation in Construction期刊優(yōu)秀審稿人獎(jiǎng)2013 年美國(guó)建筑師協(xié)會(huì)Latrobe獎(jiǎng)決賽入圍

2006 年國(guó)際設(shè)計(jì)計(jì)算與認(rèn)知會(huì)議（International Conference on Design Computing and Cognition）最佳論文獎(jiǎng)

1992年我在天大建筑系建筑學(xué)專業(yè)本科畢業(yè)。1993年考入建筑技術(shù)科學(xué)碩士專業(yè)，師從沈天行教授，在建筑色彩、照明、計(jì)算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域?qū)W習(xí)與研究。導(dǎo)師沈先生以其廣博的學(xué)識(shí)、卓越的智慧在學(xué)業(yè)及論文工作中給予我莫大的指導(dǎo)和幫助。沈先生通過艱苦的努力為學(xué)生們提供了優(yōu)越的學(xué)習(xí)環(huán)境。我們的實(shí)驗(yàn)室不僅擁有一流的建筑物理設(shè)備，也擁有先進(jìn)的計(jì)算機(jī)設(shè)備，更有在建筑物理、計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域里頗有專長(zhǎng)的學(xué)長(zhǎng)與同窗——在1990年代初期的建筑系殊為難得。在天大的學(xué)習(xí)激發(fā)了我對(duì)于計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)的強(qiáng)烈興趣，促成我之后遠(yuǎn)赴蘇黎世與伯克利繼續(xù)學(xué)習(xí)建筑設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)方法，及今日在德克薩斯A&M大學(xué)建筑系講授與研究計(jì)算機(jī)方法在建筑建模、性能模擬及設(shè)計(jì)優(yōu)化中的應(yīng)用。

建筑設(shè)計(jì)的新一代計(jì)算機(jī)方法

新一代設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)綜合建筑信息模型、建筑參數(shù)化模型、建筑性能模擬以及各種優(yōu)化算法，正在成為建筑設(shè)計(jì)新方法的重要組成部分。其中建筑信息模型（BIM）用來創(chuàng)建和管理在建筑生命周期中共享的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，比如使設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可重復(fù)使用在建筑性能模擬分析過程中。參數(shù)化方法是BIM引擎的不可或缺的一部分，即BIM也應(yīng)該具備建筑元素的參數(shù)化建模功能，可以對(duì)各種建筑元素的參數(shù)關(guān)系進(jìn)行管理和調(diào)整。參數(shù)化方法的引入，使得BIM不僅可以用于提高建筑設(shè)計(jì)、分析、施工和運(yùn)作的效率，也可以幫助建立幾何參數(shù)、功能參數(shù)、物理參數(shù)之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，幫助建筑師表達(dá)建筑設(shè)計(jì)意圖、創(chuàng)造性地探索多種建筑設(shè)計(jì)方案。

參數(shù)化建模是設(shè)計(jì)方法的重要改變：從設(shè)計(jì)一個(gè)解決方案發(fā)展到設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)來生成多個(gè)解決方案，并通過模擬和分析來對(duì)建筑性能進(jìn)行優(yōu)化。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不同，建筑師利用參數(shù)化方法處理數(shù)據(jù)流而不是直接操作幾何體量來進(jìn)行設(shè)計(jì)。建筑師通過修改參數(shù)和它們之間的關(guān)系探索設(shè)計(jì)“空間”（所有可能的設(shè)計(jì)方案的集合）。參數(shù)化模型可以通過對(duì)建筑性能和建筑美學(xué)等方面的參數(shù)和關(guān)系的設(shè)定，來生成建筑形式與空間，而且可以通過對(duì)設(shè)計(jì)條件的改變而使設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生自動(dòng)的變化。大多數(shù)現(xiàn)有的建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)集中于建筑形式美學(xué)的探索，而參數(shù)化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)和潛力也表現(xiàn)在可持續(xù)發(fā)展建筑領(lǐng)域，使建筑設(shè)計(jì)響應(yīng)建筑的使用需求、氣候環(huán)境、結(jié)構(gòu)技術(shù)、節(jié)能要求等。參數(shù)化建模工具可以與優(yōu)化工具結(jié)合，例如遺傳算法工具，搜索優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。如今，參數(shù)化設(shè)計(jì)作為一種重要的設(shè)計(jì)方法，已應(yīng)用于全球的建筑實(shí)踐中。

然而，大量建筑參數(shù)的組合可以產(chǎn)生巨大數(shù)量的設(shè)計(jì)選項(xiàng)。以可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)為例，建筑師和工程師需要使用包括建筑幾何體量、空間布局、材料特性、場(chǎng)地?cái)?shù)據(jù)、氣候信息、使用者行為等的龐大數(shù)據(jù)庫和上萬次基于微分代數(shù)方程的工程計(jì)算來模擬建筑的能耗特性。即使每個(gè)參數(shù)的離散數(shù)值的數(shù)目被限定為個(gè)位數(shù)，大量設(shè)計(jì)參數(shù)仍使可能的設(shè)計(jì)組合的數(shù)量達(dá)到上億。此外，建筑設(shè)計(jì)也必須滿足其他傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求：結(jié)構(gòu)、功能、美學(xué)、社會(huì)和行為學(xué)等。這些學(xué)科所有的相關(guān)參數(shù)的數(shù)量會(huì)相當(dāng)龐大。目前，還沒有針對(duì)參數(shù)數(shù)量的評(píng)估和設(shè)計(jì)優(yōu)化的可計(jì)算性的研究。理想情況下，對(duì)于一個(gè)給定的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，所有的參數(shù)都應(yīng)該被考慮以達(dá)到一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。然而，即使僅僅設(shè)定常用參數(shù), 并利用并行計(jì)算設(shè)備，參數(shù)優(yōu)化的計(jì)算仍會(huì)耗費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。實(shí)際上，通常的參數(shù)化設(shè)計(jì)選項(xiàng)的數(shù)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于工程項(xiàng)目的實(shí)際需要，但是計(jì)算時(shí)間卻已經(jīng)大大超出了設(shè)計(jì)過程中合理的運(yùn)算時(shí)間。由于巨大的參數(shù)數(shù)量，鑒于計(jì)算機(jī)當(dāng)前和近期未來的計(jì)算能力，全局的建筑性能優(yōu)化無法在合理的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)。因此，未來的研究工作需要使建筑師、工程師對(duì)可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)及優(yōu)化問題的規(guī)模、復(fù)雜性和可計(jì)算性有一個(gè)基本的了解，并幫助他們對(duì)設(shè)計(jì)目標(biāo)、方法、過程做出合理決策，高效地利用參數(shù)化模型、BIM、性能模擬分析、優(yōu)化算法，以期最大化地利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力來加強(qiáng)對(duì)建筑設(shè)計(jì)“空間”的探索。

1 2015 美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)與歐特克公司資助研究項(xiàng)目：建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，發(fā)表于Energy and Buildings 期刊。2 2014 美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)研究項(xiàng)目: 基于BIM的建筑能耗模擬方法，發(fā)表于Automation in Construction 期刊。

3 2013: 美國(guó)能源部國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)展項(xiàng)目，發(fā)表于Journal of Energy Engineering 期刊。4 2010: 美國(guó)國(guó)家人文基金會(huì)(NEH)數(shù)字人文研究項(xiàng)目：建筑遺產(chǎn)色彩數(shù)字化，發(fā)表于Journal of Cultural Heritage 期刊。