本发明涉及建筑工程技术领域，尤其是涉及一种基于衍生式设计的复合功能建筑平面自动生成方法。
背景技术：
建筑空间布局问题的主要矛盾是解决场地条件、功能关系、面积指标及规范等复合限制条件。长期以来通过人力解决该问题会面临计算缓慢、条件遗漏、劳动反复的弊端。自20世纪60年代，计算机技术开始应用于建筑设计领域，计算机辅助设计从设计表达工具逐步发展为建筑生成方法。上世纪70年代以来，利用计算机来解决空间问题开始被广泛探讨。
现有技术中，中国专利cn202010170345.7公开了一种建筑设计方法、装置、系统及存储介质和中国专利cn201910736365.3公开了一种基于计算机逻辑算法自动生成建筑设计方案的方法及操作平台，均提到了解决该问题的相关流程。但现有技术的问题在于，当功能复合时，功能之间的拓扑关系是设计的重要依据之一，忽略其关系的复杂性往往会导致生成结果的合理性不足。亦有大量研究以功能拓扑关系作为主要依据生成平面，如郭梓峰的功能拓扑关系限定下的建筑生成方法(2017)，merrell(2010)、nauata(2020)应用机器学习技术学习包括拓扑关系在内的特征生成住宅平面。其问题在于，仅以房间之间的拓扑关系为依据生成平面，其功能房间数量是有限的，一是由于清晰地设置所有功能房间之间的关系过程过于繁琐，二是计算过程可能存在指数爆炸现象，三是生成结果可能过于细碎缺乏组织性。在现有技术中，实现结果较好的都是住宅等功能组织较为简单的类型。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于衍生式设计的复合功能建筑平面自动生成方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于衍生式设计的复合功能建筑平面自动生成方法，包括以下步骤：
s1：根据设计限制条件获取条件数据；
s2：根据条件数据生成基础网格；
s3：根据条件数据和基础网格获取功能分区信息；
s4：根据条件数据和功能分区信息，获取功能分区信息中各分区单元内的房间排布信息；
s5：根据功能分区信息和房间排布信息获取总平面各要素布局；
s6：输出设计结果。
优选地，所述的s2的具体步骤包括：
s21：根据条件数据中的面积指标和建筑红线获取最优网格的格线间距和角度；
s22：在建筑红线范围内生成基础网格。
优选地，所述的s3的具体步骤包括：
s31：根据条件数据中的组织形式和面积指标获取分区单元的面积及长宽尺寸；
s32：根据条件数据中的功能关系、环境信息和设计规范生成分区单元在基础网格中的定位，得到基于基础网格的功能分区。
优选地，所述的s31的具体步骤包括：
s311：根据面积指标计算各分区单元的使用面积之和；
s312：根据分区单元的组织形式对应的空间使用系数计算各分区单元的总面积；
s313：根据分区单元的分区总面积估算分区单元所需网格单元数；
s314：根据分区单元的组织形式和所需网格单元数获取分区单元的长宽格数。
优选地，所述的s4的具体步骤包括：
s41：根据分区单元定位后的位置关系及条件数据中的组织形式确定各分区单元的出入口及内部的主要流线；
s42：根据条件数据中的组织形式、面积指标和各分区单元的出入口生成分区单元内的单元房间排布。
优选地，所述的总平面多要素布局的总平面要素包括道路、绿化和停车，所述的s5的具体步骤包括：
s51：根据分区单元的出入口中与道路相关联的出入口、条件数据中环境信息的场地出入口，获取车道设计；
s52：根据车道设计和当前未占用空间信息，生成停车场地设计；
s53、根据停车场地设计和当前未占用空间信息，生成绿化设计。
优选地，所述的条件数据包括环境信息、功能关系、面积指标、组织形式、设计规范。
优选地，所述的基础网格为建筑轴网。
优选地，所述的步骤s2～s5中分别应用衍生式设计方法获取基础网格、功能分区信息、房间排布信息和总平面各要素布局。
优选地，所述的设计结果包括建筑图纸和建筑设计指标。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明综合设计限制条件获取条件数据，能够充分结合运算、绘图的限制进行复杂功能建筑平面的设计生成，有效提高复合功能建筑平面设计的效率，降低人工成本，提高设计的合理性和效果；
(2)本发明建筑平面的生成过程中分阶段介入功能拓扑关系、空间组织形式等条件，综合考虑功能拓扑关系，能对复杂功能建筑进行设计生成，有效降低运算过程中无效可能性的探索概率，提高生成结果的合理性，有效提高生成效率；
(3)本发明基于衍生式设计方法，能够结合计算机生成运算和设计人员的专业经验进行限定优选，提高设计的合理性和效果。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的实施例中方法的具体流程图；
图3为本发明的实施例中建筑平面生成的结构流程示意图；
图4本发明中分区单元的组织形式为单廊式时的示意图；
图5本发明中分区单元的组织形式为双廊式时的示意图；
图6本发明中分区单元的组织形式为串联式时的示意图；
图7本发明中分区单元的组织形式为放射式时的示意图；
图8本发明中分区单元的组织形式为庭院式时的示意图；
图9本发明中分区单元的组织形式为主卫式时的示意图；
图10本发明中分区单元的组织形式为母子式时的示意图；
图11本发明中分区单元的组织形式为房间式时的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。
实施例
一种基于衍生式设计的复合功能建筑平面自动生成方法，如图1、2、3所示，包括以下步骤：
s1：根据设计限制条件获取条件数据。
具体地，输入设计限制条件，将其转译为可于计算机存储及调用的条件数据。
条件数据包括环境信息、功能关系、面积指标、组织形式、设计规范。在本实施例中，所述的设计限制条件包括环境信息、功能关系、面积指标、组织形式、设计规范等。其中，环境信息包括：限定红线、外部道路、出入口及其他因素；功能关系为各功能分区之间的拓扑联系关系；面积指标为各功能分区中具体房间的面积要求；组织形式如图4～11所示，表示每个分区的空间组织方式，包括：单廊式、双廊式、串联式、放射式、庭院式、主卫式、母子式、房间式，其空间使用系数见下表1；设计规范为规范规定的设计限制条件，包括但不限于：建筑间距、最大防火分区面积、安全出口数、疏散楼梯数、最大疏散距离、消防车道净宽及转弯半径等。
表1空间组织形式系数表
s2：根据条件数据生成基础网格。
s2的具体步骤包括：
s21：根据条件数据中的面积指标和建筑红线获取最优网格的格线间距和角度。具体地，其中，所述基础网格表示建筑轴网；网格的格线间距的优化目标是尽可能易于实现大部分功能空间面积，尤其是重复单元、大空间及众多小房间等；网格角度的优化目标是平行于建筑红线较长边界。
s22：在建筑红线范围内生成基础网格。其中，生成所述基础网格的原则是：在建筑红线范围内最大化总网格数。
s3：根据条件数据和基础网格获取功能分区信息。
s3的具体步骤包括：
s31：根据条件数据中的组织形式和面积指标获取分区单元的面积及长宽尺寸，s31具体如下：
s311：根据面积指标计算各分区单元的使用面积之和；
s312：根据分区单元的组织形式对应的空间使用系数计算各分区单元的总面积；
s313：根据分区单元的分区总面积估算分区单元所需网格单元数；
s314：根据分区单元的组织形式和所需网格单元数获取分区单元的长宽格数。
步骤s3中，所述面积指标仅包含使用面积，而不同组织形式的交通面积占比有所不同。通常地，用平均系数表示总面积与使用空间的比值，各组织形式的常见系数见图3。并且，不同组织形式的空间长宽比要求也不同，例如单廊式、双廊式等偏带型空间，长宽比较大，而放射式、庭院式等偏面型空间，长宽比趋向于1。因此组织形式可作为确定分区单元的长宽格数的依据。
s32：根据条件数据中的功能关系、环境信息和设计规范生成分区单元在基础网格中的定位，得到基于基础网格的功能分区。
s32中，生成所述分区定位可应用衍生式算法，包括但不限于基于规则系统的算法、基于多智能体系统的算法或启发式优化算法等，其原则是：
1.满足功能关系所要求的空间拓扑关系，即有联系的功能分区应靠近布置，例如在一个实施例中，贵宾接待室需要与观众服务、报告厅、贵宾区、办公、藏品库区等功能分区均有联系，因此在分区定位时该功能分区位于所述其他功能分区之间，且距离尽量靠近；
2.满足环境信息的要求，例如在一个实施例中，藏品库区和陈列区有靠近预留用地二期开发的需求；陈列区有靠近景观要素的视线需求；观众服务有靠近主入口的交通便利需求等；
3.满足设计规范的要求，例如建筑间距要求、最大防火分区面积要求等。
s4：根据条件数据和功能分区信息，获取功能分区信息中各分区单元内的房间排布信息。
s4的具体步骤包括：
s41：根据分区单元定位后的位置关系及条件数据中的组织形式确定各分区单元的出入口及内部的主要流线。
s41中所述出入口包括：与场地道路联系的出入口；与其他有功能联系的分区单元间的交通空间连接口。其中，出入口设置原则为：1、与相邻有联系功能分区单元距离接近；2、与内部主要流线相连。
s42：根据条件数据中的组织形式、面积指标和各分区单元的出入口生成分区单元内的单元房间排布。
s42中，生成所述房间排布可应用衍生式算法，包括但不限于基于规则系统的算法、启发式优化算法或基于人工智能的算法等，其原则是：
1、满足各组织形式功能空间与交通空间之间的空间关系，例如在一个实施例中单廊式由交通空间在一侧并联各使用空间，串联式各使用空间直接相连，放射式空间以大空间组织各使用空间等；
2、满足面积指标所要求的各功能房间面积，即所有功能房间均需在所对应分区单元中被分配到具体面积的空间，且该面积与面积指标的要求不得超过一定的误差范围；
3、满足步骤s41中所述出入口与主要流线的连通性，即设置为出入口的空间不可被使用空间占据。
s5：根据功能分区信息和房间排布信息获取总平面各要素布局。
本实施例中，总平面多要素布局的总平面要素包括道路、绿化和停车，对应地，所述的s5的具体步骤包括：
s51：根据分区单元的出入口中与道路相关联的出入口、条件数据中环境信息的场地出入口，获取车道设计；
s51中，获取车道设计的原则是：1、满足所有建筑出入口与场地出入口均与车道系统相连；2、满足设计规范的要求，例如设计规范对车道与建筑间的距离、车道的转弯半径等的要求。
s52：根据车道设计和当前未占用空间信息，生成停车场地设计；
s53、根据停车场地设计和当前未占用空间信息，生成绿化设计。
s6：输出设计结果，所述的设计结果包括建筑图纸和建筑设计指标。
其中，建筑图纸包含步骤s2-s5过程中的生成结果；建筑设计指标包括但不限于总用地面积、建筑占地面积、总建筑面积、容积率、建筑密度、绿地率、机动车停车位、非机动车停车位等项目通过已有数据计算后的结果。
步骤s2～s5中分别应用衍生式设计方法获取基础网格、功能分区信息、房间排布信息和总平面各要素布局。
具体地，本实施例中，基于衍生式设计方法，s2生成多个基础网格结果，在这些结果中选择更期望的基础网格布局作为最终基础网络结果，供后续流程采用；s3生成多个功能分区信息，在这些功能分区信息中选择更期望的作为最终功能分区信息，供后续流程采用；s4生成多个房间排布信息，在这些结果中选择更期望的单元房间排布作为最终房间排布信息；s5中，生成不同要素对应的多个设计，分别选择更期望的设计作为总平布局。
本建筑平面自动生成的方法中所有生成步骤为s2-s5，其共性方法可以被概括为以下步骤：
1.必要信息处理(可选)。例如在一个实施例中的最优网格格线间距及角度计算、分区单元的面积及长宽尺寸计算等，在有些步骤中，若非必要也可不执行；
2.生成算法执行。例如生成网格布局的算法、生成分区定位的算法、生成房间排布的算法、生成总平布局的算法。其中生成算法包括但不限于基于规则系统的算法、基于多智能体系统的算法、启发式优化算法、基于人工智能的算法等衍生式算法；
3.设计结果选择。上述生成过程均产生多个设计结果，由使用者基于判断选择更优的结果。
上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。
1.一种基于衍生式设计的复合功能建筑平面自动生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1：根据设计限制条件获取条件数据；
s2：根据条件数据生成基础网格；
s3：根据条件数据和基础网格获取功能分区信息；
s4：根据条件数据和功能分区信息，获取功能分区信息中各分区单元内的房间排布信息；
s5：根据功能分区信息和房间排布信息获取总平面各要素布局；
s6：输出设计结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于衍生式设计的复合功能建筑平面自动生成方法，其特征在于，所述的s2的具体步骤包括：
s21：根据条件数据中的面积指标和建筑红线获取最优网格的格线间距和角度；
s22：在建筑红线范围内生成基础网格。
3.根据权利要求1所述的一种基于衍生式设计的复合功能建筑平面自动生成方法，其特征在于，所述的s3的具体步骤包括：
s31：根据条件数据中的组织形式和面积指标获取分区单元的面积及长宽尺寸；
s32：根据条件数据中的功能关系、环境信息和设计规范生成分区单元在基础网格中的定位，得到基于基础网格的功能分区。
4.根据权利要求3所述的一种基于衍生式设计的复合功能建筑平面自动生成方法，其特征在于，所述的s31的具体步骤包括：
s311：根据面积指标计算各分区单元的使用面积之和；
s312：根据分区单元的组织形式对应的空间使用系数计算各分区单元的总面积；
s313：根据分区单元的分区总面积估算分区单元所需网格单元数；
s314：根据分区单元的组织形式和所需网格单元数获取分区单元的长宽格数。
5.根据权利要求3所述的一种基于衍生式设计的复合功能建筑平面自动生成方法，其特征在于，所述的s4的具体步骤包括：
s41：根据分区单元定位后的位置关系及条件数据中的组织形式确定各分区单元的出入口及内部的主要流线；
s42：根据条件数据中的组织形式、面积指标和各分区单元的出入口生成分区单元内的单元房间排布。
6.根据权利要求5所述的一种基于衍生式设计的复合功能建筑平面自动生成方法，其特征在于，所述的总平面多要素布局的总平面要素包括道路、绿化和停车，所述的s5的具体步骤包括：
s51：根据分区单元的出入口中与道路相关联的出入口、条件数据中环境信息的场地出入口，获取车道设计；
s52：根据车道设计和当前未占用空间信息，生成停车场地设计；
s53、根据停车场地设计和当前未占用空间信息，生成绿化设计。
7.根据权利要求1所述的一种基于衍生式设计的复合功能建筑平面自动生成方法，其特征在于，所述的设计限制条件包括环境信息、功能关系、面积指标、组织形式、设计规范。
8.根据权利要求1所述的一种基于衍生式设计的复合功能建筑平面自动生成方法，其特征在于，所述的基础网格为建筑轴网。
9.根据权利要求1所述的一种基于衍生式设计的复合功能建筑平面自动生成方法，其特征在于，所述的步骤s2～s5中分别应用衍生式设计方法获取基础网格、功能分区信息、房间排布信息和总平面各要素布局。
10.根据权利要求1所述的一种基于衍生式设计的复合功能建筑平面自动生成方法，其特征在于，所述的设计结果包括建筑图纸和建筑设计指标。
技术总结