時(shí)間：2023-05-29 18:19:21
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇優(yōu)化設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：素描教學(xué)；教學(xué)方法；創(chuàng)造能力；想象能力
中圖分類號(hào)：G42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-5312（2013）05-0239-01
設(shè)計(jì)素描與傳統(tǒng)素描不同，其涵蓋內(nèi)容十分廣泛，如表現(xiàn)設(shè)計(jì)素描、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)素描、具象設(shè)計(jì)素描、意象設(shè)計(jì)素描、抽象設(shè)計(jì)素描等。設(shè)計(jì)素描是設(shè)計(jì)類課程的基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生構(gòu)思能力、表現(xiàn)能力、創(chuàng)造能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)，通過(guò)科學(xué)的結(jié)構(gòu)剖析、透視訓(xùn)練和理性推理，使學(xué)生創(chuàng)作出兼具審美性和功用性的設(shè)計(jì)素描作品。由于設(shè)計(jì)素描的教學(xué)質(zhì)量與設(shè)計(jì)類學(xué)科學(xué)生的專業(yè)能力培養(yǎng)息息相關(guān)，所以探討其教學(xué)方法和教學(xué)手段的優(yōu)化具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
一、設(shè)計(jì)素描含義
設(shè)計(jì)素描是以設(shè)計(jì)概念為先導(dǎo)的素描造型形式，是以設(shè)計(jì)為教學(xué)目的而進(jìn)行的各種素描實(shí)踐活動(dòng)。它以比例尺、透視規(guī)律、事物形體的內(nèi)部構(gòu)造剖析、三維空間觀念及手法等方面的技巧，來(lái)表現(xiàn)新的視覺(jué)傳達(dá)與造型手法。設(shè)計(jì)素描充分結(jié)合了現(xiàn)代設(shè)計(jì)學(xué)科的特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)造型能力的培養(yǎng)、觀察能力的訓(xùn)練以及設(shè)計(jì)意圖的表達(dá)，適用于所有設(shè)計(jì)專業(yè)，是一門專業(yè)基礎(chǔ)課。設(shè)計(jì)素描在追求完美圖形效果的同時(shí)，更側(cè)重于追求設(shè)計(jì)的適用性和實(shí)用功能，表達(dá)設(shè)計(jì)者的獨(dú)特設(shè)計(jì)意圖。
設(shè)計(jì)素描不同于繪畫素描，兩者在本質(zhì)上有著極大的區(qū)別。繪畫素描強(qiáng)調(diào)繪畫創(chuàng)作中的寫實(shí)能力和表現(xiàn)能力，力求使藝術(shù)造型生動(dòng)、富有感染力，體現(xiàn)造型的審美作用，成為陶冶情操的精神產(chǎn)品；設(shè)計(jì)素描是在基本造型的基礎(chǔ)上，成為表達(dá)設(shè)計(jì)創(chuàng)意、交流設(shè)計(jì)方法的語(yǔ)言和手段，強(qiáng)調(diào)繪畫中創(chuàng)造性思維和設(shè)計(jì)意識(shí)的體現(xiàn)，使設(shè)計(jì)素描為設(shè)計(jì)服務(wù)，關(guān)注功能性價(jià)值的實(shí)現(xiàn)，而不是單純的藝術(shù)信息傳達(dá)。所以，設(shè)計(jì)素描以實(shí)用性為主，精神內(nèi)涵為輔。
二、當(dāng)前設(shè)計(jì)素描教學(xué)存在的問(wèn)題
（一）教學(xué)改革滯后
在設(shè)計(jì)素描教學(xué)中，許多教師對(duì)素描的寫實(shí)主義風(fēng)格盲目崇拜，久而久之形成了單一的教學(xué)模式。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)許多知名院校對(duì)設(shè)計(jì)專業(yè)的素描基礎(chǔ)課均進(jìn)行了改革與創(chuàng)新，取得了良好的教學(xué)成效。然而，我國(guó)大部分院校的設(shè)計(jì)素描課程仍然延續(xù)傳統(tǒng)的素描理念，以傳授繪畫經(jīng)驗(yàn)、技法、指導(dǎo)與訓(xùn)練為主，強(qiáng)調(diào)對(duì)客觀事物的模仿和再現(xiàn)，嚴(yán)重制約了學(xué)生想象力和創(chuàng)造力的提高，致使設(shè)計(jì)素描的教學(xué)改革嚴(yán)重滯后于設(shè)計(jì)學(xué)科類專業(yè)的發(fā)展。
（二）教學(xué)模式單一
大部分院校的設(shè)計(jì)素描教學(xué)以結(jié)構(gòu)訓(xùn)練為主要教學(xué)模式，甚至有些院校直接將設(shè)計(jì)素描視為結(jié)構(gòu)素描，沒(méi)有考慮到不同類型設(shè)計(jì)專業(yè)的實(shí)際教學(xué)需要。在服裝設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、動(dòng)畫設(shè)計(jì)、環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)專業(yè)中，設(shè)計(jì)素描將結(jié)構(gòu)訓(xùn)練模式貫穿于始終，忽視了設(shè)計(jì)學(xué)科不同專業(yè)的指向性。同時(shí)，單一的教學(xué)模式僅僅關(guān)注于學(xué)生描繪能力、塑造能力、結(jié)構(gòu)分析能力的培養(yǎng)，而不重視學(xué)生設(shè)計(jì)意念、邏輯思維、想象能力、表現(xiàn)手法的提高，使得設(shè)計(jì)素描的基礎(chǔ)訓(xùn)練與設(shè)計(jì)專業(yè)需求相背離。
（三）教學(xué)方法和手段守舊
部分院校的設(shè)計(jì)素描教學(xué)理念落后，在教學(xué)內(nèi)容上仍以靜物寫生、人像寫生、石膏幾何形體寫生、圓雕寫生為主。課堂實(shí)踐中，教師的教學(xué)活動(dòng)過(guò)于僵硬、死板，一般為教師先講解相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，再以國(guó)外作業(yè)為范例，最后進(jìn)入訓(xùn)練階段，這種守舊的教學(xué)方法和手段容易使學(xué)生形成思維定式，影響學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)揮。
三、優(yōu)化設(shè)計(jì)素描教學(xué)方法與手段
（一）改進(jìn)傳統(tǒng)常規(guī)的教學(xué)方法
設(shè)計(jì)素描的傳統(tǒng)常規(guī)教學(xué)方法在一定程度上限制了學(xué)生思維能力和創(chuàng)新能力的發(fā)展，使課堂教學(xué)因循守舊，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，所以必須對(duì)傳統(tǒng)常規(guī)的教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。首先，打破傳統(tǒng)靜物組合方式和選擇方式。傳統(tǒng)物體組合方式包括高差異體量組合、體量類似物組合、關(guān)聯(lián)性事物組合、質(zhì)感差異組合等，教師應(yīng)轉(zhuǎn)變這些固定的物體組合方式，通過(guò)倒掛、包扎、懸掛、壘積等方式對(duì)物體進(jìn)行隨機(jī)性擺放，也可以讓學(xué)生參與物體的選擇，以此提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，活躍學(xué)生的思維；其次，讓學(xué)生嘗試多種素描手法和素描工具。教師可讓學(xué)生掌握設(shè)計(jì)素描的不同表現(xiàn)手法，如擦、抹、涂、貼、印等，讓學(xué)生體會(huì)不同表現(xiàn)手法所產(chǎn)生的視覺(jué)美感。教師也可讓學(xué)生嘗試使用多種繪畫工具和各種有色紙張進(jìn)行設(shè)計(jì)素描，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開闊學(xué)生的眼界，培養(yǎng)學(xué)生的審美能力和創(chuàng)新意識(shí)；再次，突破透視法則和常規(guī)構(gòu)圖的限制，讓學(xué)生明確透視不是衡量畫面美的唯一標(biāo)準(zhǔn)。教師可讓學(xué)生對(duì)畫面物體進(jìn)行夸張化、平面化、扭曲的形象處理，在構(gòu)圖上采取求偏、求險(xiǎn)、求滿、求局部、求空等形式格局，拓展學(xué)生的想象思維和創(chuàng)造思維，提高審美標(biāo)準(zhǔn)。
（二）強(qiáng)化創(chuàng)造能力訓(xùn)練
在設(shè)計(jì)素描教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)結(jié)合設(shè)計(jì)學(xué)科的專業(yè)特點(diǎn)，運(yùn)用循序漸進(jìn)的教學(xué)方法，在準(zhǔn)確性訓(xùn)練、結(jié)構(gòu)理解性訓(xùn)練以及質(zhì)感和材料寫真訓(xùn)練等素描技巧訓(xùn)練之后，強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)造能力訓(xùn)練。教師要在學(xué)生全面了解空間、形體、結(jié)構(gòu)、材料等基本特征的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生從視覺(jué)效果、視覺(jué)特征、視覺(jué)傳達(dá)的感受認(rèn)知中探尋自己的造型思路，讓學(xué)生捕捉新穎的意象。在創(chuàng)造能力訓(xùn)練中，教師要強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主捕捉物象的審美點(diǎn)和特征點(diǎn)，并融入自己的感受，運(yùn)用多種表現(xiàn)形式和手法進(jìn)行創(chuàng)作設(shè)計(jì)，展現(xiàn)具有個(gè)人特質(zhì)的審美追求。教師應(yīng)讓學(xué)生明確設(shè)計(jì)素描并不僅限于物象的模擬，而是一種更深層次的觀察和發(fā)現(xiàn)，從而更準(zhǔn)確的把握自然物象形體的本質(zhì)特征，探尋更新穎和豐富的意象，潛移默化地提高學(xué)生的想象能力和創(chuàng)造能力。
（三）將現(xiàn)代元素融入教學(xué)
設(shè)計(jì)素描教學(xué)要重視教學(xué)方法的創(chuàng)新，使教學(xué)方法能夠滿足現(xiàn)代藝術(shù)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)學(xué)科專業(yè)的需求，積極探尋將現(xiàn)代元素融入教學(xué)中的途徑。首先，教師可利用多媒體教學(xué)手段實(shí)施情景教學(xué)，運(yùn)用先進(jìn)的多媒體設(shè)備展示經(jīng)典設(shè)計(jì)，對(duì)其進(jìn)行細(xì)致講解，使學(xué)生能夠全方位地研究和剖析作品，主動(dòng)發(fā)掘作品的思路，進(jìn)而拓展學(xué)生的設(shè)計(jì)思維，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)作意識(shí)；其次，學(xué)校可組織設(shè)計(jì)素描作品大賽、學(xué)術(shù)交流活動(dòng)等，為學(xué)生提供相互交流、相互學(xué)習(xí)的平臺(tái)，在實(shí)踐中不斷提高學(xué)生創(chuàng)作的綜合素質(zhì)。通過(guò)多樣化的實(shí)踐活動(dòng)，使學(xué)生明確設(shè)計(jì)素描是一種創(chuàng)造性的思維活動(dòng)，需要積累豐富的基礎(chǔ)知識(shí)和審美素養(yǎng)，而不是簡(jiǎn)單的模仿性活動(dòng)，必須發(fā)揮思維能動(dòng)性力求創(chuàng)新和突破；再次，運(yùn)用理論與實(shí)踐的專題訓(xùn)練方式，使學(xué)生勇于嘗試新的創(chuàng)作手法，如可讓學(xué)生借鑒傳統(tǒng)繪畫的手法設(shè)計(jì)作品，也可讓學(xué)生嘗試不同地質(zhì)紋理在設(shè)計(jì)中的運(yùn)用效果，以拓寬學(xué)生的設(shè)計(jì)思路。
（四）開展針對(duì)性的創(chuàng)作訓(xùn)練
在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)素描教學(xué)中，教師沿襲繪畫性素描的教學(xué)方法，通過(guò)觀察訓(xùn)練和寫生練習(xí)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的造型能力，限制了學(xué)生創(chuàng)作思維的拓展，使學(xué)生陷入了設(shè)計(jì)素描就是物體臨摹的誤區(qū)。所以，教師必須根據(jù)設(shè)計(jì)素描的教學(xué)目的，開展針對(duì)性的創(chuàng)作訓(xùn)練，使學(xué)生從物象的內(nèi)外構(gòu)造關(guān)系入手認(rèn)知事物本質(zhì)，進(jìn)而在物象中抽象出有價(jià)值的意象元素。在基本功教學(xué)方面，可劃分為結(jié)構(gòu)形態(tài)、明暗形態(tài)、質(zhì)感形態(tài)等幾個(gè)專題進(jìn)行教學(xué)。在學(xué)生具備一定的造型能力之后，再開展主題素描教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。如，以某種常見物品為主題，向?qū)W生提出特定的設(shè)計(jì)訴求，讓學(xué)生根據(jù)訴求充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，創(chuàng)作出不同的設(shè)計(jì)方案。這種教學(xué)方法能夠讓學(xué)生將掌握的基本造型技能，通過(guò)想象和設(shè)計(jì)思維，運(yùn)用到實(shí)踐中去，通過(guò)設(shè)計(jì)手法和藝術(shù)語(yǔ)言闡釋自己的意圖。此外，設(shè)計(jì)方案完成后，讓其他學(xué)生和專業(yè)教師評(píng)價(jià)學(xué)生的作品，在學(xué)生虛心接受別人建議的過(guò)程中，進(jìn)一步思考作品在實(shí)用和審美方面存在的不足，進(jìn)而使學(xué)生在創(chuàng)作實(shí)踐中不斷提高自己的設(shè)計(jì)能力。
四、結(jié)論
總而言之，教師要在設(shè)計(jì)素描教學(xué)中堅(jiān)持以設(shè)計(jì)觀念為指導(dǎo)，對(duì)傳統(tǒng)的素描教學(xué)模式進(jìn)行改革和創(chuàng)新，使設(shè)計(jì)素描教學(xué)模式與設(shè)計(jì)學(xué)科專業(yè)發(fā)展相適應(yīng)，為學(xué)生不斷提高設(shè)計(jì)專業(yè)能力奠定基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)素描要強(qiáng)調(diào)為設(shè)計(jì)服務(wù)，教師在教學(xué)過(guò)程中要使學(xué)生明確設(shè)計(jì)素描是兼具實(shí)用和審美功能的表現(xiàn)形式，充分發(fā)揮學(xué)生的想象能力和創(chuàng)造能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、審美素養(yǎng)和造型能力，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)素描的教學(xué)目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)：
[1]楊成品.李穎婷.藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)設(shè)計(jì)素描教學(xué)的模式與方法研究[J].新課程研究（中旬刊）.2012（7）.
關(guān)鍵詞：優(yōu)化設(shè)計(jì)；精品課程；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)手段；教學(xué)方法；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境
中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）03-0004-03
優(yōu)化設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)中重要的科學(xué)設(shè)計(jì)方法。它將最優(yōu)化原理與計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計(jì)領(lǐng)域的科學(xué)設(shè)計(jì)方法，已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用[1]。優(yōu)化設(shè)計(jì)理論研究和應(yīng)用實(shí)踐的不斷發(fā)展，使傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法發(fā)生了根本的變革，從經(jīng)驗(yàn)、感性和類比為主的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法過(guò)渡到科學(xué)、理性和立足于計(jì)算分析的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，工程設(shè)計(jì)正在逐步向自動(dòng)化、集成化和智能化方向發(fā)展[2]。國(guó)內(nèi)大多數(shù)機(jī)械類、工程類本科專業(yè)中，大都開設(shè)了優(yōu)化設(shè)計(jì)課程，學(xué)習(xí)優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論和方法，培養(yǎng)分析和解決優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的初步能力，為將來(lái)從事工程設(shè)計(jì)工作打下一定基礎(chǔ)。為了提高“優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)質(zhì)量和水平，昆明理工大學(xué)把“優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程列為校級(jí)精品課程進(jìn)行建設(shè)。本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境、教材建設(shè)與選用、師資隊(duì)伍建設(shè)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革等方面作討論。
一、優(yōu)化設(shè)計(jì)課程的特點(diǎn)
優(yōu)化設(shè)計(jì)課程的特點(diǎn)是將“基本設(shè)計(jì)方法”與“優(yōu)化設(shè)計(jì)思想”緊密結(jié)合，著重介紹優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念、基本原理和基本方法，學(xué)習(xí)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的實(shí)用程序和應(yīng)用，使學(xué)生在學(xué)習(xí)“優(yōu)化設(shè)計(jì)方法”的同時(shí)，也能夠在計(jì)算機(jī)上得到實(shí)際應(yīng)用的訓(xùn)練，進(jìn)而培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力和科學(xué)思維方法。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念和基本知識(shí)，掌握常用優(yōu)化方法的基本原理和計(jì)算方法，熟悉常用工程軟件的優(yōu)化分析和計(jì)算的功能，了解優(yōu)化設(shè)計(jì)在工程設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用。所以，學(xué)生應(yīng)達(dá)到下列四個(gè)基本要求，一是樹立工程優(yōu)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化決策的思想；二是掌握優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念、基本知識(shí)和常用方法；三是了解常用工程軟件進(jìn)行優(yōu)化分析和計(jì)算的功能；四是具有解決工程設(shè)計(jì)中一般優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的能力。
二、教學(xué)內(nèi)容改革
優(yōu)化設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案，從專業(yè)特點(diǎn)和實(shí)際需要出發(fā)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精選和組織，突出“基”、“精”、“新”。“基”是圍繞本課程的基本知識(shí)和基本理論；“精”是突出重點(diǎn)和難點(diǎn)，精講重點(diǎn)內(nèi)容，講清各知識(shí)點(diǎn)間的相互聯(lián)系；“新”是緊跟國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究前沿，適時(shí)補(bǔ)充新內(nèi)容、新趨勢(shì)、新方法，了解和掌握最新研究發(fā)展動(dòng)態(tài)，與前沿課題交叉、與工程實(shí)際交叉，突出應(yīng)用，聯(lián)系工程實(shí)際及其發(fā)展。圍繞以上原則，把優(yōu)化設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容劃分為四大部分進(jìn)行教學(xué)。
1.基礎(chǔ)篇。主要教學(xué)內(nèi)容為優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念、數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。（1）優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念。了解傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)的區(qū)別；了解設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)變量的概念；熟悉目標(biāo)函數(shù)的概念和表達(dá)形式。（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。熟悉優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的一般形式；分析優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的建立方法。優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型是優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的數(shù)學(xué)表達(dá)形式，它反映了優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題中各個(gè)主要因素之間的內(nèi)在聯(lián)系。（3）優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。優(yōu)化設(shè)計(jì)的幾何意義，多維函數(shù)的方向?qū)?shù)等。
2.應(yīng)用篇。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用實(shí)例，來(lái)幫助學(xué)生理解、體驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本知識(shí)和各種優(yōu)化方法應(yīng)用，主要教學(xué)內(nèi)容可結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行選擇，具體應(yīng)用實(shí)例既包括典型的、具有代表性的應(yīng)用實(shí)例，也提供體現(xiàn)專業(yè)特點(diǎn)、結(jié)合專業(yè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例。作為典型的、具有代表性的應(yīng)用實(shí)例大多選擇機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例。因?yàn)椋詢?yōu)化設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為工具，將優(yōu)化設(shè)計(jì)方法用于機(jī)械設(shè)計(jì)中，形成了機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，成為優(yōu)化設(shè)計(jì)的典型代表和重要內(nèi)容。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中的重要方法之一。在國(guó)內(nèi)大多數(shù)機(jī)械類本科專業(yè)中，大都開設(shè)了機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)課程，為將來(lái)從事機(jī)械設(shè)計(jì)工作打下一定基礎(chǔ)。甚至有很多機(jī)械類碩士研究生培養(yǎng)方案中也開設(shè)有機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)課程，進(jìn)行更深入的理論學(xué)習(xí)。具有代表性的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例教學(xué)內(nèi)容可選擇連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、鏈傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、齒輪傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、螺栓組聯(lián)接的優(yōu)化設(shè)計(jì)、彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化等。體現(xiàn)專業(yè)特點(diǎn)、結(jié)合專業(yè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例可提供機(jī)械制造工藝中的優(yōu)化設(shè)計(jì)，各種專用機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計(jì)，例如，化工機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、農(nóng)業(yè)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)等，還有工程設(shè)施、工程管理中的優(yōu)化設(shè)計(jì)等。
3.高級(jí)應(yīng)用篇。近年快速發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助分析中，引入優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，形成優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)相結(jié)合的先進(jìn)設(shè)計(jì)方法，是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平，縮短設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)過(guò)程自動(dòng)化和智能化具有重要意義。這部分內(nèi)容的教學(xué)目的是拓展學(xué)生視野、引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生，為工程設(shè)計(jì)高級(jí)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，其內(nèi)容可選擇介紹MATLAB軟件的優(yōu)化函數(shù)及應(yīng)用實(shí)例，三維設(shè)計(jì)軟件PRO/E的建模和優(yōu)化分析實(shí)例，ADAMS軟件中的機(jī)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)用實(shí)例，計(jì)算機(jī)輔助分析軟件ANSYS中的優(yōu)化應(yīng)用實(shí)例等。
三、教學(xué)手段改革
由于優(yōu)化設(shè)計(jì)課程的特點(diǎn)，造成教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)會(huì)存在一定困難，優(yōu)化設(shè)計(jì)課程大部分講授內(nèi)容在于各種基本優(yōu)化算法，理論性強(qiáng)，涉及數(shù)學(xué)知識(shí)多，又比較抽象；學(xué)生難免會(huì)感覺(jué)枯燥乏味、不直觀、難理解。教師講解也十分費(fèi)力，教師難以把握學(xué)生對(duì)不同優(yōu)化算法執(zhí)行的想象情況，不知道學(xué)生是否對(duì)各種優(yōu)化方法真正理解透徹。另一方面，學(xué)生缺乏實(shí)際工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，甚至對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程都不熟悉，設(shè)計(jì)體驗(yàn)不多，學(xué)生不能直觀地、實(shí)時(shí)地看到不同設(shè)計(jì)變量條件下，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)指標(biāo)的變化情況，甚至連簡(jiǎn)單的外觀形狀尺寸的變化都難以直觀看到，更不要說(shuō)深一步的力學(xué)性能、運(yùn)動(dòng)學(xué)性能、動(dòng)力學(xué)性能以及功能等的變化了，所以，很難體驗(yàn)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)課程的教學(xué)手段值得關(guān)注和改進(jìn)，對(duì)于優(yōu)化方法教學(xué)手段的改進(jìn)，采用基于Matlab軟件開發(fā)的優(yōu)化設(shè)計(jì)輔助教學(xué)軟件，通過(guò)教學(xué)軟件，學(xué)生可以根據(jù)建立好的數(shù)學(xué)模型選擇合適的優(yōu)化算法，可以保存程序文件中的所有變量計(jì)算結(jié)果，以便作數(shù)據(jù)對(duì)比或觀察優(yōu)化過(guò)程中迭代變化規(guī)律。可以進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算的數(shù)值迭代，并且可以得到優(yōu)化結(jié)果。在優(yōu)化計(jì)算完成之后，可以對(duì)優(yōu)化計(jì)算的迭代程序流程圖、程序代碼和計(jì)算過(guò)程中迭代數(shù)據(jù)的變化規(guī)律進(jìn)行觀測(cè)，這樣有助于學(xué)生領(lǐng)會(huì)各種優(yōu)化算法的優(yōu)化原理，以及從迭代計(jì)算中數(shù)據(jù)的變化觀察優(yōu)化算法的特點(diǎn)和計(jì)算規(guī)律。對(duì)于學(xué)生缺乏實(shí)際工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，很難體驗(yàn)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)越性，可通過(guò)使用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)相結(jié)合的先進(jìn)設(shè)計(jì)分析軟件來(lái)做一些典型優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)例，例如，使用PRO/E進(jìn)行三維建模，使用ADAMS進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析，使用ANSYS進(jìn)行力學(xué)、動(dòng)態(tài)性能的優(yōu)化分析，這些軟件都具有可視化、直觀形象的特點(diǎn)，并有強(qiáng)大的分析功能。通過(guò)軟件的優(yōu)化模塊，可方便地分析已有模型經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的特性參數(shù)曲線的變化、迭代次數(shù)以及實(shí)物模型尺寸等參數(shù)的變化過(guò)程。
八、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革
通常，優(yōu)化設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)偏少，因此，需針對(duì)不同專業(yè)和不同學(xué)時(shí)數(shù)的教學(xué)要求，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜∩岷途x，但需保證實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)的基本目標(biāo)是要求學(xué)生結(jié)合所學(xué)的一維搜索優(yōu)化方法、多維搜索優(yōu)化方法和無(wú)約束優(yōu)化方法的基本原理、迭代過(guò)程和程序框圖，選擇自己熟練掌握的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言（采用VB、VC語(yǔ)言），完成一維搜索優(yōu)化方法程序，多維搜索優(yōu)化方法程序和無(wú)約束優(yōu)化方法程序的編制，并上機(jī)調(diào)試和運(yùn)行，學(xué)生應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型，比較各種優(yōu)化方法的計(jì)算結(jié)果，初步對(duì)工程設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的基本理論和算法步驟的理解；培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立編制、調(diào)試計(jì)算機(jī)程序的能力和靈活運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。優(yōu)化設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革一方面是對(duì)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精選和組織，使學(xué)生深刻掌握和理解優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本知識(shí)、基本理論、基本方法和基本應(yīng)用；另一方面則是對(duì)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)積極進(jìn)行探索。目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中設(shè)置的實(shí)驗(yàn)類型，就其教學(xué)內(nèi)容層次而言，可分為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和提高性實(shí)驗(yàn)兩大類。從實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能來(lái)看，可分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、演示性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和研究探索性實(shí)驗(yàn)[5]。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、演示性實(shí)驗(yàn)屬于傳統(tǒng)的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)方法一般較固定，通常是驗(yàn)證某一基本理論、基本方法的基本訓(xùn)練。這類實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生理解優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的基本理論和算法步驟，無(wú)疑是重要的和必需的，但如果在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中占的比重過(guò)大，不利于學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，不利于學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)課程還需要積極研究綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，以達(dá)到能力和素質(zhì)的綜合培養(yǎng)。
“優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程培養(yǎng)學(xué)生樹立工程優(yōu)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化決策的思想，培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力，使學(xué)生掌握科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，是許多工科本科專業(yè)普遍開設(shè)的一門課程。結(jié)合“優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程的特點(diǎn)和精品課程建設(shè)要求，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境、教材建設(shè)與選用、師資隊(duì)伍建設(shè)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革等方面進(jìn)行精品課程建設(shè)。推進(jìn)精品課程的建設(shè)，對(duì)提高“優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)質(zhì)量和水平具有重要意義。
參考文獻(xiàn)：
[1]孫全穎，賴一楠，白清順.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2007.
[2]郭仁生，蘇君，盧洪勝.優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.
[3]李旻，黃平.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)課程案例教學(xué)的研究與實(shí)踐[J].機(jī)械工程師，2011，（8）：18-19.
[4]王巧稚，曹高飛，趙宏賢，等.“互動(dòng)式”精品課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建和應(yīng)用研究[J].中國(guó)校外教育，2011，（8）：98.
[5]姜龍生.淺談綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的研發(fā)和開設(shè)[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，（6）：217-218.
【關(guān)鍵詞】VB；機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)；軟件；實(shí)現(xiàn)
VB機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件是20世紀(jì)60年代初發(fā)展起來(lái)的一門新學(xué)科，隨著數(shù)學(xué)規(guī)劃論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，它與機(jī)械設(shè)計(jì)理論相結(jié)合，解決了在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中最優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。通過(guò)這種新的設(shè)計(jì)方法，可以從眾多的設(shè)計(jì)方案中尋找最佳的設(shè)計(jì)方案，從而大大減輕了設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度并提高了設(shè)計(jì)效率。
一、VB機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)
1.含義。VB程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是一門面向?qū)ο蟮目梢暬幊陶Z(yǔ)言。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是最優(yōu)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的移植和應(yīng)用，其基本思想是根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的理論、方法和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等建立反映工程設(shè)計(jì)問(wèn)題和符合數(shù)學(xué)規(guī)劃要求的數(shù)學(xué)模型，然后采用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法和計(jì)算機(jī)計(jì)算技術(shù)自動(dòng)找出設(shè)計(jì)問(wèn)題的最優(yōu)方案。
2.現(xiàn)狀。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與機(jī)械設(shè)計(jì)水平的不斷提高，人們對(duì)機(jī)械工程結(jié)構(gòu)性能要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法很難適應(yīng)這些要求，因此在工程設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了多種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。優(yōu)化設(shè)計(jì)方法就是其中之一。到目前為止，優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的研究工作很大程度上仍然局限于拓寬和加深優(yōu)化方法領(lǐng)域。以數(shù)學(xué)方法為主并配以應(yīng)用程序，如多目標(biāo)優(yōu)化，混合離散變量?jī)?yōu)化或?qū)⑷斯ぶ悄堋⑷斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)及基因遺傳等算法應(yīng)用于優(yōu)化。經(jīng)過(guò)多年的努力，優(yōu)化理論得到進(jìn)一步完善。現(xiàn)行的各種優(yōu)化方法及其程序幾乎完全能使大多數(shù)設(shè)計(jì)問(wèn)題得到解決。
從70年代起，優(yōu)化方法開始應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)中，并利用計(jì)算機(jī)求解實(shí)際工程設(shè)計(jì)問(wèn)題。隨之各專業(yè)的優(yōu)化研究工作有了不同程度的發(fā)展，出現(xiàn)了許多與各專業(yè)相聯(lián)系的工程優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件。在機(jī)械行業(yè)中有許多用于工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化軟件。目前最常見的優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件有華中科技大學(xué)的《優(yōu)化方法程序庫(kù)OPB-2》和《優(yōu)化方法程序庫(kù)OPB-1》等。這類優(yōu)化軟件著重于優(yōu)化方法的研究和實(shí)現(xiàn)，提供了一批可處理混合離散設(shè)計(jì)變量?jī)?yōu)化問(wèn)題的方法和程序。其中《優(yōu)化方法程序庫(kù)OPB-2》包含了許多現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，如人工智能等方法，另外還有與機(jī)械專業(yè)聯(lián)系十分緊密的優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，如常見的減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件等，基本為各應(yīng)用單位自己研制，有很強(qiáng)的針對(duì)性，這些應(yīng)用軟件豐富多樣，大大推動(dòng)了優(yōu)化方法在機(jī)械工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
二、VB機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件的研究與實(shí)現(xiàn)
1.設(shè)計(jì)步驟。VB機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)步驟為：①將設(shè)計(jì)問(wèn)題的物理模型轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)模型。建立數(shù)學(xué)模型時(shí)要選取設(shè)計(jì)變量、確定目標(biāo)函數(shù)、給出約束條件；②采用適當(dāng)?shù)淖顑?yōu)化方法求解數(shù)學(xué)模型；③編制優(yōu)化設(shè)計(jì)程序；④求解優(yōu)化結(jié)果；⑤分析優(yōu)化結(jié)果。
2.特點(diǎn)。VB是一個(gè)高級(jí)的矩陣/陣列語(yǔ)言，它包含控制語(yǔ)句、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、函數(shù)輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶可以在命令窗口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序后再一起運(yùn)行。版本的VB新語(yǔ)言是基于最為流行的C++語(yǔ)言基礎(chǔ)上的，因此語(yǔ)法特征與C++語(yǔ)言極為相似，而且更加簡(jiǎn)單，更加符合科技人員對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式的書寫格式，更利于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。且這種語(yǔ)言可植性好、拓展性極強(qiáng)，這也是VB能夠深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因，VB由一系列工具組成，這些工具方便用戶使用VB的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面，包括VB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。簡(jiǎn)單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過(guò)編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。
3.基于VB優(yōu)化設(shè)計(jì)教學(xué)軟件的程序編寫。本程序采用模塊化設(shè)計(jì)思想，設(shè)置一個(gè)主窗口程序和若干子窗口程序，各種優(yōu)化方法在子窗口程序中具體實(shí)現(xiàn)，使程序結(jié)構(gòu)變得清晰，簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，運(yùn)行中通過(guò)主程序調(diào)用各優(yōu)化方法的子窗口程序。程序以主窗口程序?yàn)楹诵模翱谥薪o出了本校機(jī)械專業(yè)大綱要求掌握的主要優(yōu)化算法，算法按照教材章節(jié)由易到難的順序依此給出了三類優(yōu)化問(wèn)題的具體求解方法。選擇需要學(xué)習(xí)和訓(xùn)練的優(yōu)化方法，點(diǎn)擊“下一步”按鈕，進(jìn)入子窗口程序。
三、結(jié)語(yǔ)
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法已不能滿足現(xiàn)代設(shè)計(jì)的需要。所以，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)資源的廣泛共享，研究基于Internet的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。利用VB腳本語(yǔ)言和語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)方法數(shù)據(jù)庫(kù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)算法模塊、機(jī)械零件優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊、設(shè)計(jì)軟件模塊和客戶留言模塊。系統(tǒng)界面優(yōu)美簡(jiǎn)潔，易操作，具有很強(qiáng)的交互性，是集在線優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算、資料查詢和技術(shù)交流等功能為一體的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)資源服務(wù)系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)：
[1]任曉丹.基于VB機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件的研究與實(shí)現(xiàn).
[2]董立立，趙益萍.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件包中的關(guān)鍵技術(shù)研究.
關(guān)鍵詞：城市燃?xì)夤芫€；系統(tǒng)優(yōu)化；設(shè)計(jì)
隨著城市的發(fā)展，城市內(nèi)燃?xì)夤芫€的長(zhǎng)度不斷增加，對(duì)燃?xì)夤芫€的施工改造也不斷頻繁，為了避免燃?xì)夤艿朗┕?duì)城市帶來(lái)的影響，就要對(duì)燃?xì)夤芫€進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，既能保證居民正常使用燃?xì)猓帜鼙ＷC后期施工改造的的順利進(jìn)行。對(duì)此國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行了深入研究，取得了初步研究成果。
一、國(guó)內(nèi)外燃?xì)夤芫€優(yōu)化設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀
國(guó)外對(duì)燃?xì)夤芫€優(yōu)化設(shè)計(jì)研究經(jīng)歷了近50年的發(fā)展，產(chǎn)生了動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、局部?jī)?yōu)化方法、幾何規(guī)劃法、Steiner算法、遺傳算法等多種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，這些方法在城市燃?xì)夤芫€優(yōu)化設(shè)計(jì)中已經(jīng)得到了廣泛使用，為城市管線優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了方法。
國(guó)內(nèi)對(duì)燃?xì)夤芫€的優(yōu)化設(shè)計(jì)始于改革開放后，特別是在計(jì)算機(jī)技術(shù)和高級(jí)算法語(yǔ)言得到發(fā)展后，我國(guó)學(xué)者才在燃?xì)夤芫€優(yōu)化設(shè)計(jì)上取得了一定成果。我國(guó)學(xué)者采用模糊物元的方法對(duì)燃?xì)夤艿纼?yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，采用Cholesky分解法用于管線優(yōu)化設(shè)計(jì)。總之我國(guó)在燃?xì)夤芫€優(yōu)化設(shè)計(jì)上取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，為我國(guó)城市燃?xì)夤艿赖膬?yōu)化設(shè)計(jì)水平的進(jìn)一步提高奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
二、城市燃?xì)夤芫€優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
（一）城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的分布
城市燃?xì)夤芫W(wǎng)不僅僅承擔(dān)著為居民生活供應(yīng)燃?xì)獾淖饔茫彩浅鞘谢A(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的重要組成部分，也是一個(gè)城市現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。城市燃?xì)夤芫W(wǎng)是一個(gè)復(fù)雜龐大的系統(tǒng)工程，不僅僅包括燃?xì)廨斔凸艿溃€包括燃?xì)夥峙湔尽?chǔ)氣站、調(diào)壓站、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及其他輔助的儀器設(shè)備。當(dāng)然燃?xì)夤芫€在這一系統(tǒng)工程中占據(jù)著主體地位，直接影響著居民生活和燃?xì)夤芫€優(yōu)化設(shè)計(jì)。
城市燃?xì)夤芫W(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)要考慮到多種因素的影響，要充分考慮燃?xì)獾膩?lái)源、城市的規(guī)模、燃?xì)夤?yīng)設(shè)施的承載能力、居民的用氣需求、城市地形地質(zhì)條件、地下其他管網(wǎng)的分布情況，同時(shí)還要考慮燃?xì)夤芫€的壓力等級(jí)等情況。一般情況下，小范圍的燃?xì)夤?yīng)通常采用低壓管網(wǎng)，而大范圍的燃?xì)夤?yīng)就要采取綜合使用低壓和中壓兩種級(jí)別管網(wǎng)的方法，這樣才能為居民提供更安全的燃?xì)狻Ｖ挥谐浞挚紤]到這些因素，才能使燃?xì)夤芫€的優(yōu)化設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理，更加符合城市和居民的需求，保證后期燃?xì)夤芫€的改造施工不會(huì)對(duì)居民生活和城市發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)重影響。
城市燃?xì)夤芫€的布局
城市中燃?xì)夤芫€的主要作用是為居民提供燃?xì)猓虼艘话悴扇÷裨O(shè)的方法將燃?xì)夤芫€埋在地下，燃?xì)夤芫€通常是沿著馬路、人行道或者建筑物進(jìn)行埋設(shè)的，這就要求燃?xì)夤芫€在布局時(shí)充分考慮城市道路結(jié)構(gòu)、車流量、城市地形地貌、地上建筑物等因素對(duì)燃?xì)夤艿赖挠绊懀@樣才能充分保證燃?xì)夤芫€的穩(wěn)定與安全，保證燃?xì)夤艿涝谑褂眠^(guò)程中不出現(xiàn)重大事故。對(duì)于不同級(jí)別的燃?xì)夤芫€，在設(shè)計(jì)時(shí)還要綜合考慮各自的燃?xì)饬髁俊⑷細(xì)庥猛尽⒐芫€特點(diǎn)等因素。避免燃?xì)夤芫€穿越障礙物，影響后期對(duì)燃?xì)夤芫€的改造。在設(shè)計(jì)燃?xì)夤芫€時(shí)，還要充分考慮燃?xì)夤艿涝诎l(fā)生事故時(shí)的維修問(wèn)題，當(dāng)燃?xì)夤芫€發(fā)生事故后，能及時(shí)對(duì)燃?xì)夤芫€進(jìn)行修理，同時(shí)不影響燃?xì)夤芫€的正常使用，保證居民的正常生活。
城市燃?xì)夤芫€優(yōu)化設(shè)計(jì)采用的方法
常用的城市燃?xì)夤芫€優(yōu)化設(shè)計(jì)方法有Steiner算法、MCST-CD算法和遺傳算法。
Steiner算法可以針對(duì)城市具體的地形地質(zhì)特點(diǎn)通過(guò)局部調(diào)整管線的關(guān)鍵線路對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)布局進(jìn)行合理優(yōu)化，最終確定燃?xì)夤芫W(wǎng)的布局。但這種算法將管道總長(zhǎng)度作為目標(biāo)函數(shù)，沒(méi)有考慮燃?xì)夤芫W(wǎng)在施工和使用中的成本，不能保證在確定最優(yōu)布局時(shí)保證經(jīng)濟(jì)效益最佳。
MCST-CD算法是以各個(gè)管網(wǎng)的成本最為權(quán)重因子，通過(guò)鏈接所有節(jié)點(diǎn)保證各管管網(wǎng)長(zhǎng)度之和最小、成本最低、經(jīng)濟(jì)效益最高，更好地解決了燃?xì)夤芫W(wǎng)的優(yōu)化問(wèn)題。最后將MCST算法與ConstrainedDerivatives算法相結(jié)合，進(jìn)行管網(wǎng)優(yōu)化，這種方法能有效地保證燃?xì)夤艿赖膬?yōu)化效果，但只能保證燃?xì)夤芫W(wǎng)的小范圍優(yōu)化設(shè)計(jì)，無(wú)法滿足大規(guī)模的燃?xì)夤芫W(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
遺傳算法從許多節(jié)點(diǎn)開始對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行編碼計(jì)算，通過(guò)字符串與目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算適配，與傳統(tǒng)算法相比，遺傳算法的應(yīng)用范圍更廣、計(jì)算速度更快，方便快捷，適合大規(guī)模燃?xì)夤艿纼?yōu)化設(shè)計(jì)。
遺傳算法在城市燃?xì)夤芫€優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
在使用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化時(shí)要遵守一定的工作順序。首先，在優(yōu)化前需要目標(biāo)函數(shù)、變量以及一定的約束條件；然后根據(jù)變量值的大小以及約束條件進(jìn)行編碼工作；然后按照適者生存的原則將與目標(biāo)函數(shù)相關(guān)的適應(yīng)度與個(gè)體生存發(fā)展的能力進(jìn)行對(duì)比；然后對(duì)在對(duì)比過(guò)程中得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)法、最價(jià)格提法進(jìn)行優(yōu)勝劣汰，得到每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度；最后通過(guò)多次迭代運(yùn)算，使目標(biāo)函數(shù)得到最優(yōu)解。
在燃?xì)夤芫W(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，要根據(jù)實(shí)際情況確定節(jié)點(diǎn)、管線長(zhǎng)度以及節(jié)點(diǎn)的流量值等情況。將這些數(shù)據(jù)帶入遺傳算法中，這樣就可以確定燃?xì)夤芫€優(yōu)化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)函數(shù)，為燃?xì)夤芫€的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，這樣才能保證燃?xì)夤芫€優(yōu)化設(shè)計(jì)的最大效益。
三、結(jié)語(yǔ)：
隨著城市的不斷發(fā)展以及我國(guó)對(duì)燃?xì)夤こ痰闹匾暢潭炔粩嗵岣撸鞘兄械娜細(xì)鈶?yīng)用范圍會(huì)越來(lái)越廣，城市中的燃?xì)夤芫€會(huì)越來(lái)越密集，作用也會(huì)越來(lái)越重要，如何才能使這些燃?xì)夤芫€的布局更加合理，為居民生活和城市建設(shè)提供便捷將是未來(lái)城市燃?xì)夤芫€優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要課題。
參考文獻(xiàn)
[1]鄭利平.遺傳算法在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)優(yōu)化中的應(yīng)用研究[D].重慶大學(xué)，2003.
關(guān)鍵詞：優(yōu)化設(shè)計(jì)；機(jī)械設(shè)計(jì)；效率；最佳方案
我國(guó)在工程運(yùn)用中都取得了非常大的進(jìn)步與很好的成效,然而和國(guó)外的先進(jìn)優(yōu)化技術(shù)相比還是有非常大的差異,在現(xiàn)實(shí)工程中能夠起到作用的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案或者是設(shè)計(jì)結(jié)果所占據(jù)的比例并不是非常的大。計(jì)算機(jī)等輔助裝備性能的不斷增強(qiáng)、加之市場(chǎng)與科技的雙重推進(jìn)，使優(yōu)化技術(shù)能夠在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中的運(yùn)用得到了迅猛的發(fā)展,遺傳算法、粒子群法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等其它一些智能的優(yōu)化方法在優(yōu)化設(shè)計(jì)中也得到了非常廣泛的引用。現(xiàn)代機(jī)械正向著大型化、復(fù)雜化的方向發(fā)展,傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在實(shí)際工程的運(yùn)用中逐漸顯表現(xiàn)的有些單調(diào)與乏力，已經(jīng)不能滿足產(chǎn)品不斷創(chuàng)新的需求,機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)急需創(chuàng)新和發(fā)展。
1機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的相關(guān)定義
優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠展示出人們對(duì)于設(shè)計(jì)規(guī)律這個(gè)客觀世界認(rèn)知的深化。設(shè)計(jì)上的優(yōu)化值具體是指在特定條件的影響下能夠取得的最佳設(shè)計(jì)值。最優(yōu)值是一個(gè)比較相對(duì)的概念,其和數(shù)學(xué)上的極值相比還是有很多不同的。
2機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容
機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種比較科學(xué)、現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方式,而且是“最優(yōu)”的。此處的“最優(yōu)”也是相對(duì)而言的,伴隨科技的不斷發(fā)展以及設(shè)計(jì)條件不斷變化,最優(yōu)的標(biāo)準(zhǔn)也隨之改變。優(yōu)化設(shè)計(jì)體現(xiàn)了人們對(duì)于客觀世界認(rèn)知的深化,需要人們按照事物發(fā)展的客觀規(guī)律,在特定的物質(zhì)基礎(chǔ)與技術(shù)情況下完全發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性,獲得最好的設(shè)計(jì)方案。
2.1優(yōu)化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的區(qū)別
優(yōu)化設(shè)計(jì)的最終目的就是最優(yōu)設(shè)計(jì)，運(yùn)用數(shù)學(xué)手段創(chuàng)建能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目的的優(yōu)化模型；在大量能夠?qū)嵤┑脑O(shè)計(jì)方案里面選擇出最好的設(shè)計(jì)方案；其所運(yùn)用的手段就是計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)具有非常快的運(yùn)算速度，可以從數(shù)量較多的方案中挑選出“最優(yōu)方案”。即使在建模的時(shí)候需要進(jìn)行合適的適簡(jiǎn)化,或許會(huì)導(dǎo)致所得到的結(jié)果不是完全可行或者是實(shí)際最優(yōu)的，然而它是以客觀規(guī)律與數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的，不需要太多費(fèi)用，所以其具備了經(jīng)驗(yàn)類比或者是試驗(yàn)手段所沒(méi)有的特征。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)同樣也追尋著最優(yōu)的結(jié)果，經(jīng)常是以調(diào)查分析為基石，根據(jù)設(shè)計(jì)需要與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，參照相似的工程設(shè)計(jì),經(jīng)過(guò)估算、經(jīng)驗(yàn)對(duì)比、試驗(yàn)以及構(gòu)思、評(píng)價(jià)、再構(gòu)思、再評(píng)價(jià)的尋優(yōu)步驟來(lái)選擇設(shè)計(jì)方案，接下來(lái)需要?jiǎng)偠取?qiáng)度以及穩(wěn)定性等其它方面進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)有關(guān)實(shí)踐可以看出，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)還要大量不足之處需要改善，并且最后的結(jié)果基本上離不開初始設(shè)計(jì)的試驗(yàn)范圍。
2.2優(yōu)化設(shè)計(jì)所研究的內(nèi)容
優(yōu)化設(shè)計(jì)首先需要選擇設(shè)計(jì)變量、制定目標(biāo)函數(shù)、列出約束條件以及構(gòu)建優(yōu)化模型,其次是選用比較合適的優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化求解,其主要包含了建模與求解。建模的要求:了解與把握優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的基本理論知識(shí)、設(shè)計(jì)問(wèn)題抽象與數(shù)學(xué)模型處理的基本技能；具備此領(lǐng)域豐富的專業(yè)知識(shí)與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。
2.3機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)特點(diǎn)
機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)其實(shí)就是將計(jì)算方法與數(shù)學(xué)規(guī)劃理論運(yùn)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中去，按照所設(shè)定好的目標(biāo)，憑借電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算尋找最佳設(shè)計(jì)方案的相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而能夠獲得更大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)的成效，其具備了普通的機(jī)械設(shè)計(jì)所沒(méi)有的特征。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：能夠減少機(jī)械產(chǎn)品的成本，增強(qiáng)它的性能。
2.4機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)基本思路
在保證基本機(jī)械性能的基礎(chǔ)上，依托計(jì)算機(jī),運(yùn)用部分具有較高精度的力學(xué)與數(shù)學(xué)規(guī)劃方法來(lái)進(jìn)行計(jì)算。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟：對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行分析，提出目標(biāo)函數(shù)，確定約束條件，建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型；選用合適的優(yōu)化方式，編寫優(yōu)化程序；準(zhǔn)備所需要使用的初始數(shù)據(jù)并且上機(jī)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)計(jì)算所得到的結(jié)果進(jìn)行必要的驗(yàn)證。
3機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
優(yōu)化準(zhǔn)則法針對(duì)不同類型的約束、變量以及目標(biāo)函數(shù)等需要導(dǎo)出完全不一樣的優(yōu)化準(zhǔn)則,通用性非常差,并且基本上都是近似最優(yōu)解；規(guī)劃法需要經(jīng)過(guò)大量的迭代、不斷進(jìn)行分析，需要花費(fèi)大量的資金，這在很大程度上限制了它在實(shí)際工程優(yōu)化設(shè)計(jì)中的宣傳運(yùn)用。現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)計(jì)復(fù)雜程度越來(lái)越高,傳統(tǒng)的優(yōu)化算法已經(jīng)不能跟上時(shí)代的潮流。
3.1遺傳算法
遺傳算法最是早由美國(guó)密歇根大學(xué)的Holland教授所提出的，是模擬生物進(jìn)化的過(guò)程、高度并行、隨機(jī)以及自適應(yīng)的全局優(yōu)化概率搜索算法。其根據(jù)獲得最大收益的原則進(jìn)行隨機(jī)搜索,不需要使用任何梯度信息,就能夠獲得全局最優(yōu)解,具備非常強(qiáng)的靈活性、通用性與全面性；其缺點(diǎn)就是不能夠確保下一代比上一代要好。在1980年的時(shí)候，被大量的運(yùn)用到函數(shù)優(yōu)化與人工搜索等其它方面，在最近的幾年里更多的是被運(yùn)用到工程優(yōu)化設(shè)計(jì)中，其主要適合設(shè)計(jì)變量比較少的情況使用。
3.2粒子群算法
Kennedy和Ebehart在1995年的時(shí)候提出了模擬鳥群覓食環(huán)節(jié)的粒子群法，從一個(gè)優(yōu)化解集進(jìn)行搜索，經(jīng)過(guò)個(gè)體之間的相互競(jìng)爭(zhēng)與合作，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空間中最優(yōu)解的全局搜群法與遺傳算法相比，容易實(shí)現(xiàn)、原理簡(jiǎn)單以及有記憶性，不需要進(jìn)行變異與交叉操作，需要調(diào)節(jié)的參數(shù)并不是非常的多，收斂的速度很快，算法所獨(dú)有的并行搜索不僅能夠降低陷入局部極小的可能性，進(jìn)一步提高了算法的性能與計(jì)算的效率。目前，其已經(jīng)被應(yīng)用到了對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行、對(duì)優(yōu)化動(dòng)態(tài)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練等其它方面，然而運(yùn)用在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的研究還是非常少的。
4案例分析
內(nèi)燃機(jī)連桿結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。運(yùn)用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)是很難使得連桿達(dá)到不但要輕而且又非常可靠的目標(biāo)，而選用最優(yōu)化方法并結(jié)合采用有限元法數(shù)值計(jì)算技術(shù)對(duì)連桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，則可圓滿完成這一任務(wù)，并得出連桿最優(yōu)化設(shè)計(jì)后的結(jié)構(gòu)形狀。在連桿結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算中，每向最優(yōu)方案前進(jìn)一步，都需要對(duì)連桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元研究，其主要目標(biāo)就是為最優(yōu)化的設(shè)計(jì)提供變形、應(yīng)力以及疲勞安全系數(shù)等相關(guān)信息。運(yùn)用有限元的方式對(duì)連桿結(jié)構(gòu)在全部720°循環(huán)的過(guò)程中做動(dòng)態(tài)分析，會(huì)獲得非常好的效果，然而這就會(huì)導(dǎo)致會(huì)有一個(gè)非常繁瑣的計(jì)算過(guò)程，需呀花費(fèi)大量的時(shí)間。所以，在最優(yōu)化過(guò)程中可配合使用計(jì)算比較方便、結(jié)果也比較準(zhǔn)確以及花費(fèi)時(shí)間比較少的最大拉、壓工況下的有限元靜力分析，而后對(duì)連桿上應(yīng)力、變形最大及疲勞安全系數(shù)最小的特征部位的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正。修正值可通過(guò)對(duì)連桿最優(yōu)化設(shè)計(jì)初始方案的動(dòng)態(tài)分析或?qū)σ延羞B桿的動(dòng)應(yīng)力電測(cè)得到。
5結(jié)語(yǔ)
機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)為機(jī)械工程界創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)財(cái)富，伴隨科技手段的不斷更新，優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展具有非常廣闊的前景。目前的優(yōu)化正逐漸的發(fā)展成為多學(xué)科的優(yōu)化設(shè)計(jì)，完全運(yùn)用最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)。虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)是未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)，仿真技術(shù)也逐步向著協(xié)同化與系統(tǒng)化的方向不斷發(fā)展。目前依然處在理論探究階段的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化、結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)、智能算法優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì)、柔性機(jī)械優(yōu)化以及綠色優(yōu)化等都是未來(lái)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)發(fā)展方向。然而我們依然需要注意的是，在逐漸增強(qiáng)優(yōu)化技術(shù)水平的同時(shí)，國(guó)內(nèi)的機(jī)械加工的工藝水平、制造技術(shù)以及加工手段也需要同步增強(qiáng)，否則機(jī)械的整體水平依然會(huì)停在原地。這不但要引入先進(jìn)的加工技術(shù)，更為重要的是不斷增強(qiáng)加工設(shè)備自身的性能，特別是數(shù)控機(jī)床的加工水平。增強(qiáng)與國(guó)際技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家之間的溝通與合作，軟、硬件技術(shù)共同提升，以期達(dá)到機(jī)械設(shè)計(jì)——加工一體化的目的。
作者:張?chǎng)?單位:西京學(xué)院
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞：桁架結(jié)構(gòu)；幾何非線性優(yōu)化設(shè)計(jì)；石油井架設(shè)計(jì)；有限元靜力分析 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
中圖分類號(hào)：TE922 文章編號(hào)：1009-2374（2016）17-0009-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.201617.004
作為石油鉆采機(jī)械的重要組成部分，石油井架的設(shè)計(jì)得到了石油行業(yè)的重視。但就目前來(lái)看，使用線性穩(wěn)定分析和有限元靜力分析方法進(jìn)行井架的設(shè)計(jì)，將無(wú)法滿足所有井架的應(yīng)用需求。因此，還需要在石油井架設(shè)計(jì)中進(jìn)行桁架結(jié)構(gòu)幾何非線性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用，從而更好地滿足石油工業(yè)的發(fā)展需要。
1 幾何非線性分析的概念
在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常使用的理論都是線彈性理論，比如幾何方程、平衡方程和物理方程等。但是一些實(shí)際工程并不能保持上述線性關(guān)系，所以就無(wú)法使用線彈性方程進(jìn)行工程力學(xué)關(guān)系的描述。例如，工程結(jié)構(gòu)形狀的不連續(xù)變化、在外載荷作用下出現(xiàn)的工程結(jié)構(gòu)局部材料進(jìn)入塑性、鋼架結(jié)構(gòu)大變形和高溫下的結(jié)構(gòu)蠕變，都屬于需要利用非線性理論描述的問(wèn)題。而在工程結(jié)構(gòu)的非線性分析中，又可以劃分成幾何非線性、材料非線性和狀態(tài)非線性。所謂的幾何非線性，其實(shí)就是其應(yīng)變位移是非線性的。比如，工程結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的大位移、大轉(zhuǎn)動(dòng)和小應(yīng)變問(wèn)題，就屬于幾何非線性問(wèn)題。
與線性方法不同，幾何非線性方法使用的小變形線性理論平衡方程需要在工程結(jié)構(gòu)未發(fā)生變形的情況下建立。但是在實(shí)際生活中，平衡方程需要在變形之后建立。所以結(jié)構(gòu)變形狀態(tài)將與平衡狀態(tài)出現(xiàn)差異，這種差異則會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生一定的影響。使用幾何大變形結(jié)構(gòu)分析理論，則能夠使二者保持統(tǒng)一協(xié)調(diào)。此外，采用線性分析方法，一定能夠獲得問(wèn)題的解。但是，使用幾何非線性分析方法，在桿件界面過(guò)小或荷載過(guò)大的情況下，就可能無(wú)法求到解。而這也說(shuō)明，工程結(jié)構(gòu)可能不存在變形與平衡統(tǒng)一的狀態(tài)。
2 桁架結(jié)構(gòu)的幾何非線性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
2.1 桁架結(jié)構(gòu)的幾何非線性穩(wěn)定性分析
針對(duì)小變形桁架結(jié)構(gòu)，可以使用幾何非線性歐拉理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的分析。而使用該理論，其實(shí)就是以歐拉穩(wěn)定條件為臨界點(diǎn)理論的約束條件，可以順利求得方程的正確解。在任何桁架結(jié)構(gòu)中，該方法都能夠適用。而針對(duì)高荷載和大截面的桁架結(jié)構(gòu)，也可以通過(guò)將其自動(dòng)歸結(jié)為臨界點(diǎn)理論進(jìn)行問(wèn)題的求解。具體來(lái)講，就是在桁架變形狀態(tài)下進(jìn)行平衡方程的建立，然后利用幾何非線性理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的分析。但此時(shí)，結(jié)構(gòu)變形是未知的，所以還需要使用迭代的方法進(jìn)行求解，并且直到前后兩次迭代的解的誤差小于給定誤差。在進(jìn)行迭代求解時(shí)，需要使用線性平衡方程進(jìn)行內(nèi)力向量的求解，然后利用歐拉穩(wěn)定條件進(jìn)行桿件的橫截面積的修改。針對(duì)細(xì)長(zhǎng)圓桿，需要進(jìn)行材料對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)細(xì)比下界的設(shè)置，而針對(duì)中長(zhǎng)桿和短桿，需要有相應(yīng)的穩(wěn)定條件，以便對(duì)橫截面積的修改進(jìn)行約束。完成該兩個(gè)步驟之后，需要使用胡克定律進(jìn)行各桿變形量的求解。但是，如果遭遇超靜定問(wèn)題，則需要進(jìn)行與自由度數(shù)相同個(gè)數(shù)的桿件變形量的計(jì)算。此時(shí)就不需要進(jìn)行其與桿件變形量的計(jì)算，但是需要得到桿件的內(nèi)力值。根據(jù)計(jì)算得到的桿件變形量，可以對(duì)各節(jié)點(diǎn)位移進(jìn)行計(jì)算，然后進(jìn)行節(jié)點(diǎn)位移向量的求解。在這一過(guò)程中，需要先進(jìn)行各桿的變形量，然后再計(jì)算長(zhǎng)度。針對(duì)已經(jīng)變形的幾何構(gòu)形，需要建立內(nèi)力平衡方程，然后進(jìn)行平衡方程的求解，從而得到待定的內(nèi)力。最后根據(jù)求得的結(jié)果，就可以判斷桁架結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定。
2.2 桁架結(jié)構(gòu)的幾何非線性優(yōu)化設(shè)計(jì)
2.2.1 優(yōu)化模型。完成桁架結(jié)構(gòu)的幾何非線性穩(wěn)定分析后，就可以使用工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。利用該方法可以將優(yōu)化算法與結(jié)構(gòu)分析結(jié)合起來(lái)，從而得到滿足設(shè)計(jì)要求的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。針對(duì)確定幾何形狀和給定拓?fù)浒才诺蔫旒芙Y(jié)構(gòu)，想要進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)就可以重量極小為目標(biāo)。而結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型如下式，需要進(jìn)行A的范圍的求解：
式中：A為桿件的橫截面積，即設(shè)計(jì)變量向量；則為某個(gè)方向的位移界限；為給定應(yīng)力上下限；為尺寸上下限；N、M、N1、Lk和ρk分別為設(shè)計(jì)變量總數(shù)、位移約束總數(shù)、桿件總數(shù)、第K類桿件長(zhǎng)度和第K類桿件的重度。
在處理該模型時(shí)，需要使用準(zhǔn)則法，并且按照應(yīng)力法進(jìn)行應(yīng)力約束的處理，以便形成相應(yīng)的函數(shù)。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)適當(dāng)變換就可以得到迭代公式，然后通過(guò)求解獲得桁架結(jié)構(gòu)的線性優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。而由于整個(gè)過(guò)程未進(jìn)行本構(gòu)關(guān)系的引入，所以也可以利用該模型求解桁架結(jié)構(gòu)的非線性優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。
2.2.2 桁架的靜力分析。針對(duì)空間桁架結(jié)構(gòu)，可以使用Newton-Raphson法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的靜力分析。在分析的過(guò)程中，可以采取單元?jiǎng)偠汝囘M(jìn)行桿件的局部坐標(biāo)系的表示，從而使結(jié)構(gòu)坐標(biāo)得到適當(dāng)?shù)恼恚^而滿足優(yōu)化公式推導(dǎo)需要。在此基礎(chǔ)上，還要將公式轉(zhuǎn)換成全局坐標(biāo)系，從而對(duì)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定情況進(jìn)行掌握。考慮到大部分桁架結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)位移發(fā)散現(xiàn)象，而一些結(jié)構(gòu)則會(huì)出現(xiàn)位移過(guò)大或位移振蕩不收斂的問(wèn)題，所以在利用模型求解后，一旦位移收斂于有限的確定值，就可以認(rèn)為結(jié)構(gòu)整體比較穩(wěn)定。
2.2.3 桁架的敏度分析。就目前來(lái)看，在使用幾何非線性分析法進(jìn)行桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，通常需要使用位移對(duì)設(shè)計(jì)變量的導(dǎo)數(shù)。所以在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還需要進(jìn)行位移靈敏度的求解。針對(duì)線性問(wèn)題則可以利用一些推導(dǎo)能用顯式進(jìn)行位移對(duì)設(shè)計(jì)變量的導(dǎo)數(shù)的表達(dá)，但是針對(duì)幾何非線性問(wèn)題，考慮到位移與載荷之間的非線性關(guān)系，則需要使用其他方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的敏度分析。具體來(lái)講，就是需要將位移靈敏度顯式進(jìn)行兩邊求導(dǎo)。在求導(dǎo)的過(guò)程中，需要對(duì)設(shè)計(jì)變量求偏導(dǎo)，從而得到關(guān)于位移靈敏度的線性方程組。而在該方程組中，結(jié)構(gòu)剛度矩陣是在幾何非線性的影響下得到的，所以還可以根據(jù)總剛的組裝規(guī)則進(jìn)行公式的簡(jiǎn)化。最后通過(guò)求解位移靈敏度的系數(shù)矩陣，就能夠得到單元?jiǎng)偠汝囉兴淖兊臈U件設(shè)計(jì)優(yōu)化結(jié)果。
2.2.4 桁架的近似重分析。在進(jìn)行桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，往往需要進(jìn)行設(shè)計(jì)變量的多次修改，從而得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。而在每次進(jìn)行方案的修改后，都需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)的重分析。但是非線性問(wèn)題的重分析則需要較大的計(jì)算量，所以將導(dǎo)致設(shè)計(jì)矛盾的出現(xiàn)。因此為了利用幾何非線性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行大型實(shí)際結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，還需要使用近似重分析法對(duì)修改后的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析。使用該方法，其實(shí)就是直接將一次迭代的計(jì)算結(jié)果作為二次迭代的輸入值，并且直至兩次迭代相差不大。但在解決線性問(wèn)題時(shí)，由于需要進(jìn)行剛度陣的重新組裝，所以使用該方法并沒(méi)有實(shí)際意義。在幾何非線性問(wèn)題的解決上，使用該方法可以將幾十次迭代過(guò)程簡(jiǎn)化成一兩次迭代，所以能夠有效降低非線性分析的工作量。
3 桁架結(jié)構(gòu)的幾何非線性優(yōu)化設(shè)計(jì)在石油井架設(shè)計(jì)中的運(yùn)用
在生產(chǎn)的過(guò)程中，石油井架時(shí)常會(huì)出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，從而給石油企業(yè)的生產(chǎn)帶來(lái)阻礙。所以在設(shè)計(jì)石油井架的過(guò)程中，還應(yīng)該實(shí)現(xiàn)井架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而使井架得到更好的應(yīng)用。而考慮到井架結(jié)構(gòu)形式多樣，并且承受的載荷并不相同的問(wèn)題，還需要使用幾何非線性桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)井架設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。
3.1 平面桁架的優(yōu)化設(shè)計(jì)
通過(guò)將上述方法編寫成計(jì)算機(jī)程序，就可以利用幾何非線性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行平面桁架的優(yōu)化設(shè)計(jì)。而石油井架的平面桁架結(jié)構(gòu)具有39根桿件，各桿件許用應(yīng)力為1.5×108N/m2，截面積下限和上限分別為1cm2和1000cm2，各桿截面積的初始設(shè)計(jì)值為50cm2。使用幾何非線性方法進(jìn)行該結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以將設(shè)計(jì)縱向邊緣節(jié)點(diǎn)的y向位移不超過(guò)±7cm，并且橫向邊緣節(jié)點(diǎn)的水平位移不超過(guò)±1cm，從而對(duì)結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行約束。而通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，則能夠發(fā)現(xiàn)得到的目標(biāo)函數(shù)和桿件截面積與線性優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果有較大的差異。
3.2 A型井架的優(yōu)化設(shè)計(jì)
針對(duì)A型井架結(jié)構(gòu)，其大腿橫截面為邊長(zhǎng)1.5m的等邊三角形，結(jié)構(gòu)內(nèi)共有188個(gè)桿件，自由度174個(gè)，橫截面初始設(shè)計(jì)值為40.21cm2，并且以橫桿、斜桿和弦管為設(shè)計(jì)變量。同時(shí)各設(shè)計(jì)變量下限為5.88cm2，應(yīng)力約束為1.6×108N/m2，并且需要承受自重、鉤載和風(fēng)載。在使用幾何非線性方法進(jìn)行該結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，可以將頂部y向位移不超過(guò)±12cm，然后通過(guò)載荷簡(jiǎn)化將每個(gè)節(jié)點(diǎn)沿z向的作用力設(shè)定為-3×103N，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
4 結(jié)語(yǔ)
總而言之，相較于線性計(jì)算方法，非線性計(jì)算方法將更加精確。在進(jìn)行一些高柔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，使用幾何非線性設(shè)計(jì)方法將得到差別較大的計(jì)算結(jié)果。而在現(xiàn)實(shí)生活中，包括石油井架在內(nèi)的很多桁架結(jié)構(gòu)都屬于高柔結(jié)構(gòu)，所以還需要使用幾何非線性方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，通過(guò)本文對(duì)桁架結(jié)構(gòu)的幾何非線性優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題展開分析，可以為相關(guān)工作的開展提供指導(dǎo)。
參考文獻(xiàn)
[1] 俞然剛，莊向仕，周金順，等.桁架式跨河管架的優(yōu)化設(shè)計(jì)及地震可靠性評(píng)價(jià)[J].地震工程學(xué)報(bào)，2013，（2）.
[2] 胡桂川，劉敬花.基于CAE分析的機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2011，（3）.
[3] 趙宏安，王敏，辛力，等.陜西延長(zhǎng)石油科研中心結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化及設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析[J].施工技術(shù)，2015，（10）.
[4] 周明峰，孟文俊.基于APDL的圓管帶式輸送機(jī)桁架梁優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2013，（11）.
【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化技術(shù)；應(yīng)用
在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，在基本滿足建筑師設(shè)計(jì)意圖的基礎(chǔ)上，平面布置應(yīng)盡量規(guī)則，對(duì)稱，盡量縮小質(zhì)量中心和剛度中心的差異；使建筑物在水平荷載作用下不致產(chǎn)生太大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構(gòu)件上下貫通；能不使用轉(zhuǎn)換層的就應(yīng)避免使用，以減小結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)上的困難，另外也不經(jīng)濟(jì)，還容易造成應(yīng)力集中；豎向剛度最好不要突變，而要漸變，否則突變處在水平荷載作用下會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，這對(duì)結(jié)構(gòu)抵抗水平動(dòng)力荷載是十分不利的。
一、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的模型和方案
房屋工程分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)以上幾個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)還包括選型、布置、受力分析、造價(jià)分析等內(nèi)容，在實(shí)施過(guò)程中，還應(yīng)該按照一切從實(shí)際出發(fā)的原則，結(jié)合具體工程的實(shí)際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在滿足設(shè)計(jì)意圖后，盡量使平面布置規(guī)則，縮小剛度和質(zhì)量中心的差異，這樣水平荷載就不會(huì)使建筑物有太大的扭轉(zhuǎn)作用。豎直方向上應(yīng)避開使用轉(zhuǎn)換層，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。
1.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化就是在各種影響變量中選擇主要參數(shù)，并建立函數(shù)模型，運(yùn)用科學(xué)合理的方法得出最優(yōu)解。結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化建立模型的大致步驟是：設(shè)計(jì)變量的合理選擇。通常的設(shè)計(jì)變量選擇對(duì)設(shè)計(jì)要求影響較大的參數(shù)，將所涉及的參數(shù)按照各自的重要性區(qū)分，將對(duì)變化影響不大的參數(shù)定為預(yù)定參數(shù)，通過(guò)這種方法可減少很多計(jì)算編程的工作量。目標(biāo)函數(shù)的確定。使用函數(shù)找出滿足既定條件的最優(yōu)解。最后，約束條件的確定。房屋結(jié)構(gòu)可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件，包括了應(yīng)力約束、裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、尺寸約束、從正常時(shí)的極限狀態(tài)下彈性約束到終極狀態(tài)的彈塑性約束、從可靠指標(biāo)約束到確定性約束條件等。設(shè)計(jì)中，要保證各約束條件必須符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。
2.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)多個(gè)變量、多個(gè)約束條件，屬于一個(gè)非線性的優(yōu)化問(wèn)題，設(shè)定計(jì)算方案時(shí)，常將有約束條件轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)約束條件來(lái)計(jì)算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法等。完成計(jì)算方案的設(shè)定后只需編制相應(yīng)適用的運(yùn)算程序即可得到我們的最終優(yōu)化結(jié)果。
二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法應(yīng)用于實(shí)踐之中，是目前一個(gè)比較廣泛的課題，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法在不改變適用性能的前提下達(dá)到降低工程造價(jià)的目的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)、前期設(shè)計(jì)，舊房改造，抗震設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)的各分部環(huán)節(jié)，發(fā)揮著巨大的效益。在按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法及模型進(jìn)行實(shí)踐的過(guò)程中，要注意下面的幾個(gè)問(wèn)題。
1.前期參與
因?yàn)榍捌诜桨傅拇_定直接影響建筑的總投資，而現(xiàn)在存在的普遍問(wèn)題就是前期方案階段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不進(jìn)行參與，建筑師進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)大多并不考慮結(jié)構(gòu)的合理性以及它的可行性，但是建筑設(shè)計(jì)的結(jié)果卻直接對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成影響，某些方案可能會(huì)增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)就能參與進(jìn)來(lái)，那么我們就能針對(duì)不同的建筑類別，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，合理的設(shè)計(jì)方案，獲得一個(gè)良好的開端。
2.細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化
概念設(shè)計(jì)應(yīng)用于沒(méi)有具體數(shù)值量化的情況，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要設(shè)計(jì)人員靈活的運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，達(dá)到最佳的效果。與宏觀把握相對(duì)應(yīng)的，設(shè)計(jì)的過(guò)程同時(shí)要注意對(duì)于細(xì)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，比如現(xiàn)澆板中的異形板拐角處易出現(xiàn)裂縫，可劃分為矩形板。注意鋼筋的選擇，I級(jí)鋼和冷軋帶肋鋼市場(chǎng)價(jià)格差不多，但是他們的極限抗拉力卻相差很大，所以在塑性滿足要求的情況下，現(xiàn)澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設(shè)計(jì)的時(shí)候，外立面上的懸挑板及配筋，滿足基本的規(guī)范要求即可，達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。
3.地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎(chǔ)，那么要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件選擇樁基類型，盡量節(jié)省造價(jià)。樁端持力層對(duì)灌注樁樁長(zhǎng)的選擇影響很大，應(yīng)多進(jìn)行比較以確定最合適的方案。
三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的的功用
1.降低總造價(jià)
進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，多層住宅和高層住宅相比較，層數(shù)越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節(jié)約了用地成本，但建筑層數(shù)的增多，建筑總高度也會(huì)加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時(shí)占用的土地節(jié)約量就不與建筑層數(shù)增加比例相同了。對(duì)于基礎(chǔ)部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數(shù)增加，傳給基礎(chǔ)的荷載將會(huì)增大，我們需要增大基礎(chǔ)，這樣單位面積的造價(jià)有所降低，但是卻沒(méi)有屋蓋的效果那樣明顯。
2.提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性
建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結(jié)構(gòu)的自重會(huì)增加，基礎(chǔ)和柱的承載力相應(yīng)增加，水衛(wèi)和電氣的管線會(huì)加長(zhǎng)；相反降低層高，可節(jié)省材料，有利用抗震，同時(shí)建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會(huì)減小，間接的節(jié)約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時(shí)，它的外墻周長(zhǎng)也就會(huì)不同，這樣當(dāng)選擇圓形或是越接近于方形時(shí)，外墻周長(zhǎng)系數(shù)就越小，基礎(chǔ)、外墻砌體、內(nèi)外表面裝修都隨之減少，同時(shí)其受力性能也得到提高，增強(qiáng)了建筑的經(jīng)濟(jì)性能。
優(yōu)化方法的技術(shù)性實(shí)現(xiàn)，可以最合理的利用材料性能，使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，不僅可以實(shí)現(xiàn)建筑美觀、實(shí)用，而且在造價(jià)方面也有較大的節(jié)省，達(dá)到了建筑工程設(shè)計(jì)對(duì)適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀和便于施工的一般要求。通過(guò)使用優(yōu)化設(shè)計(jì)手段，達(dá)到這5個(gè)方面的最佳結(jié)合，符合現(xiàn)今建筑商對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的效益的需求，也符合市場(chǎng)可持續(xù)發(fā)展的需求。
結(jié)束語(yǔ)
建筑結(jié)構(gòu)的造價(jià)在建筑工程中占有較大的比例，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用可以產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。建筑設(shè)計(jì)部門和設(shè)計(jì)人員應(yīng)嚴(yán)格遵守“經(jīng)濟(jì)、適用、合理”的設(shè)計(jì)原則，精心設(shè)計(jì)，應(yīng)用現(xiàn)代化科技手段，選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)降低建筑工程造價(jià)并取得最大經(jīng)濟(jì)效益的目的。
參考文獻(xiàn)
[1]張炳華.土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2008:34-36.
[2]汪樹玉.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].基建優(yōu)化,2007:12-13.
[3]王光遠(yuǎn).工程結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)用方法[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2007：35-37.
關(guān)鍵詞:VB;機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì);軟件;實(shí)現(xiàn)
Realization and Implementation of Mechanical Optimal Design Software Based on Visual Basic
REN Xiao-dan
(Electrical Engineering Department, Inner Mongolia Machine Electricity Occupation Technical College, Hohhot, 010051, China )
Abstract: Mechanical optimal design method is an important means of the modern mechanical design process to identify the most optimum design. Using VB as a development platform to the exploit optimization software applied in the process of mechanical design based on the commonly used optimize method calculation, use which to meet the mechanical design process optimization requirements.
Key words:visual basic; mechanical optimal design; software; realization
最優(yōu)化設(shè)計(jì)是20世紀(jì)60年代初發(fā)展起來(lái)的一門新學(xué)科,隨著數(shù)學(xué)規(guī)劃論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,它與機(jī)械設(shè)計(jì)理論相結(jié)合,解決了在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中最優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。通過(guò)這種新的設(shè)計(jì)方法,可以從眾多的設(shè)計(jì)方案中尋找最佳的設(shè)計(jì)方案,從而大大減輕了設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。
在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中,將遇到如何選擇合適的優(yōu)化方法這一問(wèn)題,由于求解問(wèn)題的性質(zhì)、規(guī)模及解題思路和策略不同,優(yōu)化算法種類很多,設(shè)計(jì)人員需要尋找合適的算法,滿足機(jī)械設(shè)計(jì)方案的要求。為了方便設(shè)計(jì)人員使用最優(yōu)化方法,通過(guò)可視化語(yǔ)言VB開發(fā)了機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件,能夠滿足工程人員的設(shè)計(jì)需要。
1 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)概述
機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)題,就是在給定的約束范圍內(nèi),選取設(shè)計(jì)變量,建立目標(biāo)函數(shù)并使其獲得最優(yōu)值的一種新的設(shè)計(jì)方法。其設(shè)計(jì)步驟為:
1) 將設(shè)計(jì)問(wèn)題的物理模型轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)模型。建立數(shù)學(xué)模型時(shí)要選取設(shè)計(jì)變量、確定目標(biāo)函數(shù)、給出約束條件;
2) 采用適當(dāng)?shù)淖顑?yōu)化方法求解數(shù)學(xué)模型;
3) 編制優(yōu)化設(shè)計(jì)程序;
4) 求解優(yōu)化結(jié)果;
5) 分析優(yōu)化結(jié)果。
機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)常用的優(yōu)化方法有一維搜索最優(yōu)化方法、多變量無(wú)約束優(yōu)化方法、約束最優(yōu)化方法。一維搜索法主要包括黃金分割法和二次插值法。多變量無(wú)約束優(yōu)化方法主要包括變量輪換法、鮑威爾法、梯度法、牛頓法、變尺度法等。約束最優(yōu)化方法主要包括隨機(jī)方向法、復(fù)合形法、懲罰函數(shù)法等。
2 軟件開發(fā)
VB是一種Microsoft Windows應(yīng)用程序的開發(fā)工具,采用了“可視化設(shè)計(jì)”和“面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)”技術(shù),初學(xué)者只要掌握幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)就可以建立實(shí)用的應(yīng)用程序。軟件開發(fā)的效率大幅度提高,輸入輸出界面也都采用了Windows的標(biāo)準(zhǔn),軟件的維護(hù)和擴(kuò)充也十分方便。用VB開發(fā)出的應(yīng)用軟件,其操作界面美觀大方,使用方便,具有人性化的特點(diǎn),更易為用戶所接受。同時(shí),程序編程語(yǔ)句直接簡(jiǎn)捷,在程序的調(diào)試過(guò)程中,容易跟蹤程序的運(yùn)行進(jìn)程,從而發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,以進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整。
程序設(shè)計(jì)主要包括機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中常用的優(yōu)化算法,所有功能都可以在菜單中進(jìn)行操作。同時(shí)在軟件左側(cè)設(shè)計(jì)下拉式菜單,方便用戶對(duì)優(yōu)化算法的快捷訪問(wèn),用戶登錄界面如圖1所示。在函數(shù)方程輸入的設(shè)計(jì)中,利用了ScriptControl控件。在使用ScriptControl控件前,先通過(guò)“工程/部件”菜單命令選擇Microsoft Script Control 1.0選項(xiàng),添加ScriptControl控件。實(shí)現(xiàn)步驟如下:
1) 將ScriptControl控件添加到工具箱;
2) 在窗體上放置ScriptControl控件;
3) 設(shè)置ScriptControl控件的Language屬性為vbscript;利用Eval方法使用戶可以根據(jù)實(shí)際需要,在界面輸入需要優(yōu)化的方程。
3 應(yīng)用實(shí)例
針對(duì)工程技術(shù)中的許多問(wèn)題,建立的目標(biāo)函數(shù)常可歸結(jié)為函數(shù)f(x)的形式,其最優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型可簡(jiǎn)化為:min f(x),x∈En或max f(x),x∈En。選取文獻(xiàn)[1]上的一個(gè)例題進(jìn)行驗(yàn)證。利用黃金分割法求目標(biāo)函數(shù)為f(x)= x^2-7x+10的最優(yōu)解。已知初始區(qū)間為[2、8],取迭代精度e=0.35。
在軟件中選取黃金分割法優(yōu)化界面,輸入已知條件,如圖2所示。觀察輸出結(jié)果,可以得到極值點(diǎn)x=3.58344,極值f(x)= -2.24304。根據(jù)軟件優(yōu)化結(jié)果,發(fā)現(xiàn)和理論計(jì)算結(jié)果一致。
4 結(jié)束語(yǔ)
機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件可以幫助工作設(shè)計(jì)人員簡(jiǎn)化計(jì)算,縮短設(shè)計(jì)周期。但是,每一種優(yōu)化方法都具有一定的局限性,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮求解問(wèn)題的規(guī)模、數(shù)學(xué)模型的特性和復(fù)雜程度,及各類優(yōu)化方法的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍,選取合適的算法進(jìn)行優(yōu)化。
參考文獻(xiàn):
[1] 陳秀寧.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,2002.
[2] 孫靖民.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.
[3] 孟兆明,常德功.機(jī)械最優(yōu)設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.
關(guān)鍵字：房屋建筑 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 應(yīng)用
房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的現(xiàn)實(shí)價(jià)值和應(yīng)用
1.1房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的現(xiàn)實(shí)價(jià)值
設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮的就是要滿足房屋結(jié)構(gòu)效益的長(zhǎng)遠(yuǎn)化，在這個(gè)前提下，要最大限度的減少投資商的投資成本同時(shí)保證結(jié)構(gòu)上的科學(xué)合理。與傳統(tǒng)的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念相比，現(xiàn)代房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用之后，能夠有效的降低工程成本，大約可以維持在10%—35%之間。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的運(yùn)用，不僅能夠?qū)⒔ú牡睦寐屎托阅馨l(fā)揮到最大值，同時(shí)也使房屋內(nèi)部的各個(gè)空間之間的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)規(guī)劃，并且符合我國(guó)相關(guān)的安全質(zhì)量規(guī)定。此外，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的運(yùn)用還能夠?qū)Ψ课莸淖畛踉O(shè)計(jì)提供幫助，因此，優(yōu)化技術(shù)對(duì)房屋整體設(shè)計(jì)的安全、合理、舒適起著重要的作用。
1.2房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)方案和理論的應(yīng)用
房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和理論在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，即房屋總體工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化和房屋各個(gè)組成部分的設(shè)計(jì)優(yōu)化。在這其中，房屋各個(gè)組成部分的設(shè)計(jì)優(yōu)化包括很多方面，如：相關(guān)細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)部分的優(yōu)化設(shè)計(jì)、相關(guān)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)、房屋護(hù)圍結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)和房屋屋頂方面的設(shè)計(jì)優(yōu)化等，對(duì)于這些方面的設(shè)計(jì)優(yōu)化還包含很多更加細(xì)化的設(shè)計(jì)，如布置、選型、造價(jià)、受力等方面的設(shè)計(jì)優(yōu)化。相關(guān)的設(shè)計(jì)工作者應(yīng)該在滿足房屋建造的相關(guān)規(guī)定前提下，而后充分考慮造價(jià)方面的因素進(jìn)行相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。
二、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)性分析
2.1房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)占地方面的經(jīng)濟(jì)性
在當(dāng)前，房屋的建造形式主要以高層和超高層為主，而房屋建造的總面積是由隔層面積之和而得，所以說(shuō)，房屋的建造層數(shù)越多，相應(yīng)的總的建筑面積就會(huì)越多，由此房屋的單位建筑面積需要占用的土地面積越小。與此同時(shí)，隨著建筑層數(shù)的不斷增加，房屋高度也會(huì)隨之不斷增加，而房屋與房屋之間的間距也會(huì)隨之增加，由此可見，在房屋建造時(shí)，占地面積與房屋高度并不是按照一定比例進(jìn)行增加的。
2.2房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在造價(jià)方面的經(jīng)濟(jì)性
在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法以及所使用的建材的不同可能使整個(gè)工程的造價(jià)產(chǎn)生巨大的變化，因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)有必要對(duì)各種方面如結(jié)構(gòu)類型的選擇和建筑材料的選用等進(jìn)行必要的經(jīng)濟(jì)性的考慮。在相同建筑面積時(shí),住宅建筑平面形狀不同,住宅的外墻周長(zhǎng)系數(shù)也不相同。顯然平面形狀越接近方形或圓形,外墻周長(zhǎng)系數(shù)越小,外墻砌體、基礎(chǔ)、內(nèi)外表面裝修等也隨之減少,并且受力性能好,造價(jià)會(huì)降低。考慮到住宅的使用功能和方便性,通常單體住宅建筑的平面形狀多為矩形。根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)顯示，采用科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案能夠使整個(gè)工程的造價(jià)下降10%左右，甚至有的可以達(dá)到20%。房屋結(jié)構(gòu)大多是由基礎(chǔ)、柱、梁、樓板等組成，而這些部分所需的成本造價(jià)也存在很大的差異，不同的結(jié)構(gòu)類型的工程造價(jià)是不同的。如在剪力墻結(jié)構(gòu)中，在進(jìn)行高層建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí)短支剪力墻的抗震等級(jí)應(yīng)比相應(yīng)的剪力墻的抗震等級(jí)高一級(jí)，所以在平面設(shè)計(jì)上要盡量減少短支剪力墻的數(shù)量這樣也會(huì)相應(yīng)的減少構(gòu)造鋼筋的使用量從而減少工程造價(jià)。因此，在實(shí)際工程施工過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況有針對(duì)性的進(jìn)行結(jié)構(gòu)類型選擇。
2.3高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性
對(duì)于高層住宅而言，其層數(shù)直接與成本造價(jià)產(chǎn)生聯(lián)系，隨著層數(shù)的不斷增加，建筑中，墻體面積、柱體面積等都會(huì)隨之增加，建筑的整體自重、基礎(chǔ)的承載能力、各種管線的長(zhǎng)度同樣也會(huì)增加。因此設(shè)計(jì)一個(gè)合適的層數(shù)，不僅可以使得建筑材料大大節(jié)約，而且有利于抗 震性能的提升，同時(shí)，一個(gè)合適的建筑物高度還能夠使得相鄰建筑物之間的距離縮短，節(jié)約建筑用地。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)在房屋建筑中的應(yīng)用
3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)注意前期參與
房屋建設(shè)的投資計(jì)劃在實(shí)際的過(guò)程中受很多因素的影響，影響最大的當(dāng)屬前期方案的確定，
前期方案的確定將直接影響整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的總投資成本，對(duì)目前而言在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)存在問(wèn)題最大的也是前期方案的確定問(wèn)題。在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)具體的施工人員并不將優(yōu)化設(shè)計(jì)使用在前期方案的設(shè)計(jì)之中，往往忽略考慮建筑物結(jié)構(gòu)的和理性和可行性，這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果將會(huì)對(duì)整體結(jié)構(gòu)造成很大影響，不僅增加了后期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的困難度而且在項(xiàng)目總投資上增加了一定的成本，這些都是得不嘗試的結(jié)果。如果我們?cè)谇捌诜桨复_定是就加入結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，那么我們就能從容的針對(duì)不同的建筑類別要求，優(yōu)化選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)方案，在避免上述情況發(fā)生的同時(shí)保證了工程的進(jìn)度也減少了投資商的投資資本，這是一舉兩得的最佳選擇。
3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法
從建筑上分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，它主要體現(xiàn)在房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化計(jì)量。對(duì)于房屋工程分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和維護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)四個(gè)大的方面，同時(shí)還包括對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中選型、空間布置、受力分析和造價(jià)等幾個(gè)小的方面。在實(shí)際的優(yōu)化設(shè)計(jì)中要一切從實(shí)際出發(fā)結(jié)合具體的工程實(shí)際情況滿足設(shè)計(jì)圖的整體規(guī)劃要求，最大限度的使平面布置規(guī)則同時(shí)減少剛度和質(zhì)量中心的差異，要著重注意減少應(yīng)力集中的現(xiàn)象。在構(gòu)建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型時(shí)要合理選擇主要參數(shù)以創(chuàng)建函數(shù)模型，運(yùn)用合理科學(xué)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算方案和計(jì)算方法將有約束條件轉(zhuǎn)換成無(wú)約束條件進(jìn)行計(jì)算最后編制相應(yīng)的運(yùn)算程序以得出最終的優(yōu)化結(jié)果。具體步驟如下：首先是對(duì)設(shè)計(jì)變量的合理選擇，要選取對(duì)設(shè)計(jì)要求影響較大的參數(shù)，并將影響較小的參數(shù)作為預(yù)定參數(shù)，采用此方法將會(huì)達(dá)到減少計(jì)算編程的工作量的效果：其次其確定目標(biāo)函數(shù)，是函數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求的最優(yōu)解；最后進(jìn)行約束條件的確定，這里的約束條件包括應(yīng)力約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、尺寸約束等，在保證個(gè)約束條件滿足現(xiàn)行規(guī)范要求的同時(shí)采用優(yōu)化設(shè)計(jì)合理進(jìn)行優(yōu)化是建筑物達(dá)到最完美的設(shè)計(jì)效果。
3.3概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)
在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中越來(lái)越多的因素被考慮在之中，不同于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)的理念的引入是一場(chǎng)思想的革新。用概念思想來(lái)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)的方案階段根據(jù)其自身的工作經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)的理論知識(shí)，在沒(méi)有確定具體方案的情況下運(yùn)用概念設(shè)計(jì)方法在腦海中進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。概念設(shè)計(jì)主要針對(duì)設(shè)計(jì)工程中對(duì)于不同的建筑結(jié)構(gòu)采用何種設(shè)計(jì)施工方法無(wú)法確定時(shí)，這時(shí)設(shè)計(jì)人員就要根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)并考慮和遵循一般設(shè)計(jì)規(guī)律在不依靠計(jì)算機(jī)的情況下得到我們想要的最終結(jié)果。概念設(shè)計(jì)的引用較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想而言可以迅速的、有效的對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較和選擇，保證了工作的高效進(jìn)行的同時(shí)也幫助了建筑師確定整體結(jié)構(gòu)體系，使結(jié)構(gòu)體系和受力分析以一種清晰明朗的形式顯示出來(lái)，避免了后期設(shè)計(jì)的不必要的計(jì)算具有很高的安全可靠性。將概念設(shè)計(jì)得到的數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)計(jì)算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較可以大大的提高運(yùn)算的準(zhǔn)確性。在實(shí)際設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)還表現(xiàn)在對(duì)一些外力的不確定因素堤建筑物的影響，其中影響最大的就是地震對(duì)建筑物產(chǎn)生的影響，因此在設(shè)計(jì)中就要首先將防震思想考慮其中，要多道設(shè)防思想是建筑物在地震發(fā)生時(shí)次要構(gòu)件先破壞以消耗部分地震能量，此外進(jìn)行延性設(shè)計(jì)也能有效的防止結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞，這些抗震設(shè)防思想在整個(gè)設(shè)計(jì)工程中都將作為概念設(shè)計(jì)的重要指導(dǎo)思想。概念設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈魂和核心，它貫穿于設(shè)計(jì)工程師的知識(shí)水平和設(shè)計(jì)水平也統(tǒng)領(lǐng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全部過(guò)程。運(yùn)用結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)從整體上把握結(jié)構(gòu)的的各項(xiàng)性能，只有這樣才能對(duì)計(jì)算分析結(jié)果進(jìn)行更為科學(xué)、更為合理的采用，保證了工程師在設(shè)計(jì)之中的主導(dǎo)地位。
3.31概念設(shè)計(jì)結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化
概念設(shè)計(jì)應(yīng)用于沒(méi)有具體數(shù)值量化的情況，例如地震設(shè)防烈度，因?yàn)樗牟淮_定性，計(jì)算式難免與現(xiàn)實(shí)之間有很大的差異，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候就要采用概念設(shè)計(jì)的方法，把數(shù)值作為輔助和參考的依據(jù)。設(shè)計(jì)過(guò)程中需要設(shè)計(jì)人員靈活的運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，達(dá)到最佳的效果。與宏觀把握相對(duì)應(yīng)的，設(shè)計(jì)的過(guò)程同時(shí)要注意對(duì)于細(xì)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，比如現(xiàn)澆板中的異形板拐角處易出現(xiàn)裂縫，可劃分為矩形板。注意鋼筋的選擇，I級(jí)鋼和冷軋帶肋鋼市場(chǎng)價(jià)格差不多，但是他們的極限抗拉力卻相差很大，所以在塑性滿足要求的情況下，現(xiàn)澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設(shè)計(jì)的時(shí)候，外立面上的懸挑板及配筋，滿足基本的規(guī)范要求即可，達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。
3.4 ANSYS在優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)先是憑借經(jīng)驗(yàn)和判斷做出結(jié)構(gòu)的初始方案，包括空間總體布置、材料選擇、結(jié)構(gòu)尺寸和制造工藝等幾個(gè)方面然后在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，最后在力學(xué)的基礎(chǔ)上校驗(yàn)其方案的可行性，必要時(shí)需要進(jìn)行多次方案修改。在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)分析只是僅僅起到了校驗(yàn)可行性的校驗(yàn)功能。而利用ANSYS進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)分析不僅只進(jìn)行一次計(jì)算就可以完成結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和尋優(yōu)計(jì)算而且能夠滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的約束條件實(shí)現(xiàn)目標(biāo)最優(yōu)。ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析已預(yù)提的大型通用有限元分析軟件，自開發(fā)以來(lái)不斷汲取新的計(jì)算技術(shù)和方法，在進(jìn)行高級(jí)分析時(shí)將有限元分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)方法合理有效的結(jié)合在一起，從而構(gòu)成了基于有限元分析技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。作為工程設(shè)計(jì)人員而言并不需要具備完善的理論基礎(chǔ)只需要掌握就工程所涉及的相關(guān)背景能夠?qū)⒐こ虒?shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)換成優(yōu)化模型，這樣就可以通過(guò)使用ANSYS軟件完成工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，ANSYS軟件的應(yīng)用不僅大大提高了優(yōu)化設(shè)計(jì)的工作效率減少了設(shè)計(jì)過(guò)程中繁瑣的編程操作而且也大大的提高了工程計(jì)算的準(zhǔn)確性，保證了工程的整體質(zhì)量。
3.41 ANSYS結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)例
根據(jù)上述優(yōu)化過(guò)程的思路，使用ANSYS對(duì)常用的三桿桁架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。三桿桁架結(jié)構(gòu)模型如圖2所示，桁架由三根桿組成，承受縱向和橫向載荷作用。優(yōu)化的目標(biāo)是使桁架的重量最小，其中三根桿的橫截面面積和基本尺寸B在指定范圍內(nèi)變化，每根桿的在最大應(yīng)力不超過(guò)400MPa。已知條件如下：
桁架的材料特性 彈性模量：E=2.06×105MPa，密度：ρ=7.5×10-3g/mm3，泊松比：ν=0.3，最大許用應(yīng)力：σmax=400 MPa。
幾何條件 桿的橫截面面積變化范圍：10~10000mm2，基本尺寸B的變化范圍：1000~10000mm。
集中載荷FX=5×105N，F(xiàn)Y=5×105N。
優(yōu)化設(shè)計(jì)模型是要在滿足給定的工況條件下，追求三桿桁架機(jī)構(gòu)重量的最小值。根據(jù)該問(wèn)題的情況，選擇三根桿的橫截面積A1，A2，A3以及基本尺寸B為設(shè)計(jì)變量，目標(biāo)函數(shù)為桁架的重量最小，約束條件為三根桿的內(nèi)應(yīng)力在許用應(yīng)力范圍之內(nèi)以及幾何條件。所以，可以根據(jù)式（1）將該問(wèn)題用優(yōu)化數(shù)學(xué)模型表示。 按照ANSYS的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程，采用一階方法，共進(jìn)行了10次迭代，得到了優(yōu)化結(jié)果。從結(jié)果中可以看出，當(dāng)A1=2091.5mm，A2=10000mm，A3=477.6mm，B=6062.8mm時(shí)，桁架的重量為0.2261t，在滿足給定條件下三桿桁架結(jié)構(gòu)的重量達(dá)到最小。圖2給出了目標(biāo)函數(shù)（重量）的變化規(guī)律，從圖中也能直觀地看到目標(biāo)函數(shù)的整個(gè)優(yōu)化過(guò)程以及最終的結(jié)果。
圖1 桁架結(jié)構(gòu)模型圖
圖2目標(biāo)函數(shù)與迭代次數(shù)的關(guān)系圖
3.5下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化
地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎(chǔ)，那么要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件選擇樁基類型，盡量節(jié)省造價(jià)。樁端持力層對(duì)灌注樁樁長(zhǎng)的選擇影響很大，應(yīng)多進(jìn)行比較以確定最合適的方案。
結(jié)語(yǔ)：結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)在房屋建筑中的應(yīng)用，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、生產(chǎn)技術(shù)水平和人們生活水平的的提高以及人們對(duì)于居用建筑功能要求的不斷改變，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目前已經(jīng)得到了極大的推廣與發(fā)展。建筑是凝固的藝術(shù)，建筑師總是希望通過(guò)建筑物表達(dá)自己的設(shè)計(jì)意圖，力求藝術(shù)性和實(shí)用性的完美結(jié)合。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作同樣是一項(xiàng)事無(wú)巨細(xì)的工作，只有在今后更多的實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題才能夠在未來(lái)的房屋建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)。對(duì)于專業(yè)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)要把提高自身職業(yè)技能和設(shè)計(jì)質(zhì)量作為終身奮斗的目標(biāo)，為國(guó)家建設(shè)行業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。
參考文獻(xiàn)：
[1] 柯常忠, 索海波. ANSYS優(yōu)化技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用. 煤礦機(jī)械, 2005, 1: 9-11.
[2] 莊軼, 謝俐. 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的有限元方法分析. 山西建筑, 2007, 33(11): 66-68.
[3] 李黎明.有限元分析實(shí)用教程.[M].北京：清華大學(xué)出版.2005
[4]隋國(guó)龍，優(yōu)化技術(shù)及在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011(3)
[5]任建飛，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)及其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，城市建設(shè)，2011(2)
[6]潘亮，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，科技風(fēng)，2011(12)
[7] 張炳華，王亞飛；土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社；2008，11（07）：34 - 36
[8] 張友鴻；優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減少建筑投資成本[J].陜西建筑；2008，09（11）：12 - 13
[9]張炳華.土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2008：34-36.
[10]汪樹玉.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].基建優(yōu)化，2007:12-13.
【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)；房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用
人們對(duì)于居住條件及生活環(huán)境的要求不斷提高，相應(yīng)建筑產(chǎn)品的品質(zhì)要求也就不斷提高，這就讓開發(fā)商不斷尋求新的手段滿足顧客需求，而降低工程造價(jià)就成為開發(fā)商追求的直接目標(biāo)，這就需要我們利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)方法，提高有限空間、有限資源的最大化效果發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)化、實(shí)用性和適用性的良好目標(biāo)。
1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法
賞心悅目的建筑是建筑的美觀與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互協(xié)調(diào)密切配合的結(jié)果。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)追求適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀和便于施工五種效果，而建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)方法的應(yīng)用不但滿足了建筑美觀、造型優(yōu)美的要求又能使房屋結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)、合理，成為實(shí)際意義上的"經(jīng)濟(jì)適用"房。從建筑上分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，它主要體現(xiàn)在房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計(jì)量方面。
1.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化就是在各種影響變量中選擇主要參數(shù)，并建立函數(shù)模型，運(yùn)用科學(xué)合理的方法得出最優(yōu)解。結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化建立模型的大致步驟如下：一是設(shè)計(jì)變量的合理選擇。通常的設(shè)計(jì)變量選擇對(duì)設(shè)計(jì)要求影響較大的參數(shù)，將所涉及的參數(shù)按照各自的重要性區(qū)分，將對(duì)變化影響不大的參數(shù)定為預(yù)定參數(shù)，通過(guò)這種方法可減少很多計(jì)算編程的工作量。二、目標(biāo)函數(shù)的確定。使用函數(shù)找出滿足既定條件的最優(yōu)解。最后，約束條件的確定。房屋結(jié)構(gòu)可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件，包括了應(yīng)力約束、裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、尺寸約束、從正常時(shí)的極限狀態(tài)下彈性約束到終極狀態(tài)的彈塑性約束、從可靠指標(biāo)約束到確定性約束條件等。設(shè)計(jì)中，要保證各約束條件必須符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。
1.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算方案
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)多個(gè)變量、多個(gè)約束條件，屬于一個(gè)非線性的優(yōu)化問(wèn)題，設(shè)定計(jì)算方案時(shí)，常將有約束條件轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)約束條件來(lái)計(jì)算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。完成計(jì)算方案的設(shè)定后只需編制相應(yīng)適用的運(yùn)算程序即可得到我們的最終優(yōu)化結(jié)果。
2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法應(yīng)用于實(shí)踐之中，是目前一個(gè)比較廣泛的課題，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法在不改變適用性能的前提下達(dá)到降低工程造價(jià)的目的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)、前期設(shè)計(jì)，舊房改造，抗震設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)的各分部環(huán)節(jié)，發(fā)揮著巨大的效益。在按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法及模型進(jìn)行實(shí)踐的過(guò)程中，要注意下面的幾個(gè)問(wèn)題。
2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)注意前期參與
因?yàn)榍捌诜桨傅拇_定直接影響建筑的總投資，而現(xiàn)在存在的普遍問(wèn)題就是前期方案階段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不進(jìn)行參與，建筑師進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)大多并不考慮結(jié)構(gòu)的合理性以及它的可行性，但是建筑設(shè)計(jì)的結(jié)果卻直接對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成影響，某些方案可能會(huì)增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)就能參與進(jìn)來(lái)，那么我們就能針對(duì)不同的建筑類別，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，合理的設(shè)計(jì)方案，獲得一個(gè)良好的開端。
2.2 概念設(shè)計(jì)結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化
概念設(shè)計(jì)應(yīng)用于沒(méi)有具體數(shù)值量化的情況，例如地震設(shè)防烈度，因?yàn)樗牟淮_定性，計(jì)算式難免與現(xiàn)實(shí)有較大的差異，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候就要采用概念設(shè)計(jì)的方法，把數(shù)值作為輔助和參考的依據(jù)。設(shè)計(jì)過(guò)程中需要設(shè)計(jì)人員靈活的運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，達(dá)到最佳的效果。
與宏觀把握相對(duì)應(yīng)的，設(shè)計(jì)的過(guò)程同時(shí)要注意對(duì)于細(xì)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，比如現(xiàn)澆板中的異形板拐角處易出現(xiàn)裂縫，可劃分為矩形板。注意鋼筋的選擇，I級(jí)鋼和冷軋帶肋鋼市場(chǎng)價(jià)格差不多，但是他們的極限抗拉力卻相差很大，所以在塑性滿足要求的情況下，現(xiàn)澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設(shè)計(jì)的時(shí)候，外立面上的懸挑板及配筋，滿足基本的規(guī)范要求即可，達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。
2.3 下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化
地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎(chǔ)，那么要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件選擇樁基類型，盡量節(jié)省造價(jià)。樁端持力層對(duì)灌注樁樁長(zhǎng)的選擇影響很大，應(yīng)多進(jìn)行比較以確定最合適的方案。
3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的現(xiàn)實(shí)意義
3.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)降低總造價(jià)
進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，多層住宅和高層住宅相比較，層數(shù)越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節(jié)約了用地成本，但建筑層數(shù)的增多，建筑總高度也會(huì)加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時(shí)占用的土地節(jié)約量就不與建筑層數(shù)增加比例相同了。另如屋蓋部分，一棟樓只有一個(gè)屋蓋，并不會(huì)因?yàn)閷訑?shù)的增加而有所改變，它的成本下降會(huì)比較明顯。對(duì)于基礎(chǔ)部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數(shù)增加，傳給基礎(chǔ)的荷載將會(huì)增大，我們需要增大基礎(chǔ)，這樣單位面積的造價(jià)有所降低，但是卻沒(méi)有屋蓋的效果那樣明顯。
3.2 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性
建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結(jié)構(gòu)的自重會(huì)增加，基礎(chǔ)和柱的承載力相應(yīng)增加，水衛(wèi)和電氣的管線會(huì)加長(zhǎng)；相反降低層高，可節(jié)省材料，有利用抗震，同時(shí)建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會(huì)減小，間接的節(jié)約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時(shí)，它的外墻周長(zhǎng)也就會(huì)不同，這樣當(dāng)選擇圓形或是越接近于方形時(shí)，外墻周長(zhǎng)系數(shù)就越小，基礎(chǔ)、外墻砌體、內(nèi)外表面裝修都隨之減少，同時(shí)其受力性能也得到提高，增強(qiáng)了建筑的經(jīng)濟(jì)性能。
與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法可以使建筑工程造價(jià)降低6%-34%。優(yōu)化方法的技術(shù)性實(shí)現(xiàn)，可以最合理的利用材料性能，使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，不僅可以實(shí)現(xiàn)建筑美觀、實(shí)用，而且在造價(jià)方面也有較大的節(jié)省，達(dá)到了建筑工程設(shè)計(jì)對(duì)適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀和便于施工的一般要求。通過(guò)使用優(yōu)化設(shè)計(jì)手段，達(dá)到這5個(gè)方面的最佳結(jié)合，符合現(xiàn)今建筑商對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的效益的需求，也符合市場(chǎng)可持續(xù)發(fā)展的需求。
參考文獻(xiàn)
[1]談建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].建筑科學(xué)，2009(4).
【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)；房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用
近年來(lái)，由于土地價(jià)格市場(chǎng)的變化，不斷上漲的土地價(jià)格給開發(fā)商的建筑總成本控制帶來(lái)了極大的壓力，同時(shí)，人們對(duì)于居住條件及生活環(huán)境的要求不斷提高，相應(yīng)建筑產(chǎn)品的品質(zhì)要求也就不斷提高，這就讓開發(fā)商不斷尋求新的手段滿足顧客需求，而降低工程造價(jià)就成為開發(fā)商追求的直接目標(biāo)，這就需要我們利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)方法，提高有限空間、有限資源的最大化效果發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)化、實(shí)用性和適用性的良好目標(biāo)。
1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法
賞心悅目的建筑是建筑的美觀與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互協(xié)調(diào)密切配合的結(jié)果。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)追求適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀和便于施工五種效果，而建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)方法的應(yīng)用不但滿足了建筑美觀、造型優(yōu)美的要求又能使房屋結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)、合理，成為實(shí)際意義上的“經(jīng)濟(jì)適用”房。從建筑上分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，它主要體現(xiàn)在房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計(jì)量方面。 房屋工程分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)以上幾個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)還包括選型、布置、受力分析、造價(jià)分析等內(nèi)容，在實(shí)施過(guò)程中，還應(yīng)該按照一切從實(shí)際出發(fā)的原則，結(jié)合具體工程的實(shí)際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在滿足設(shè)計(jì)意圖后，盡量使平面布置規(guī)則，縮小剛度和質(zhì)量中心的差異，這樣水平荷載就不會(huì)使建筑物有太大的扭轉(zhuǎn)作用。豎直方向上應(yīng)避開使用轉(zhuǎn)換層，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。
1.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化就是在各種影響變量中選擇主要參數(shù)，并建立函數(shù)模型，運(yùn)用科學(xué)合理的方法得出最優(yōu)解。結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化建立模型的大致步驟如下：
（1）設(shè)計(jì)變量的合理選擇。通常的設(shè)計(jì)變量選擇對(duì)設(shè)計(jì)要求影響較大的參數(shù)，將所涉及的參數(shù)按照各自的重要性區(qū)分，將對(duì)變化影響不大的參數(shù)定為預(yù)定參數(shù)，通過(guò)這種方法可減少很多計(jì)算編程的工作量。
（2）目標(biāo)函數(shù)的確定。使用函數(shù)找出滿足既定條件的最優(yōu)解。
（3）約束條件的確定。房屋結(jié)構(gòu)可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件，包括了應(yīng)力約束、裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、尺寸約束、從正常時(shí)的極限狀態(tài)下彈性約束到終極狀態(tài)的彈塑性約束、從可靠指標(biāo)約束到確定性約束條件等。設(shè)計(jì)中，要保證各約束條件必須符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。
1.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算方案。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)多個(gè)變量、多個(gè)約束條件，屬于一個(gè)非線性的優(yōu)化問(wèn)題，設(shè)定計(jì)算方案時(shí)，常將有約束條件轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)約束條件來(lái)計(jì)算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。完成計(jì)算方案的設(shè)定后只需編制相應(yīng)適用的運(yùn)算程序即可得到我們的最終優(yōu)化結(jié)果。
2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法應(yīng)用于實(shí)踐之中，是目前一個(gè)比較廣泛的課題，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法在不改變適用性能的前提下達(dá)到降低工程造價(jià)的目的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)、前期設(shè)計(jì)，舊房改造，抗震設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)的各分部環(huán)節(jié)，發(fā)揮著巨大的效益。在按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法及模型進(jìn)行實(shí)踐的過(guò)程中，要注意下面的幾個(gè)問(wèn)題。
（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)注意前期參與。 因?yàn)榍捌诜桨傅拇_定直接影響建筑的總投資，而現(xiàn)在存在的普遍問(wèn)題就是前期方案階段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不進(jìn)行參與，建筑師進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)大多并不考慮結(jié)構(gòu)的合理性以及它的可行性，但是建筑設(shè)計(jì)的結(jié)果卻直接對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成影響，某些方案可能會(huì)增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)就能參與進(jìn)來(lái)，那么我們就能針對(duì)不同的建筑類別，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，合理的設(shè)計(jì)方案，獲得一個(gè)良好的開端。
（2）概念設(shè)計(jì)結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。 概念設(shè)計(jì)應(yīng)用于沒(méi)有具體數(shù)值量化的情況，例如地震設(shè)防烈度，因?yàn)樗牟淮_定性，計(jì)算式難免與現(xiàn)實(shí)有較大的差異，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候就要采用概念設(shè)計(jì)的方法，把數(shù)值作為輔助和參考的依據(jù)。設(shè)計(jì)過(guò)程中需要設(shè)計(jì)人員靈活的運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，達(dá)到最佳的效果。與宏觀把握相對(duì)應(yīng)的，設(shè)計(jì)的過(guò)程同時(shí)要注意對(duì)于細(xì)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，比如現(xiàn)澆板中的異形板拐角處易出現(xiàn)裂縫，可劃分為矩形板。注意鋼筋的選擇，I級(jí)鋼和冷軋帶肋鋼市場(chǎng)價(jià)格差不多，但是他們的極限抗拉力卻相差很大，所以在塑性滿足要求的情況下，現(xiàn)澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設(shè)計(jì)的時(shí)候，外立面上的懸挑板及配筋，滿足基本的規(guī)范要求即可，達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。
（3）下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。 地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎(chǔ)，那么要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件選擇樁基類型，盡量節(jié)省造價(jià)。樁端持力層對(duì)灌注樁樁長(zhǎng)的選擇影響很大，應(yīng)多進(jìn)行比較以確定最合適的方案。
3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的現(xiàn)實(shí)意義
（1）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)降低總造價(jià) 進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，多層住宅和高層住宅相比較，層數(shù)越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節(jié)約了用地成本，但建筑層數(shù)的增多，建筑總高度也會(huì)加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時(shí)占用的土地節(jié)約量就不與建筑層數(shù)增加比例相同了。另如屋蓋部分，一棟樓只有一個(gè)屋蓋，并不會(huì)因?yàn)閷訑?shù)的增加而有所改變，它的成本下降會(huì)比較明顯。對(duì)于基礎(chǔ)部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數(shù)增加，傳給基礎(chǔ)的荷載將會(huì)增大，我們需要增大基礎(chǔ)，這樣單位面積的造價(jià)有所降低，但是卻沒(méi)有屋蓋的效果那樣明顯。
（2）進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性。 建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結(jié)構(gòu)的自重會(huì)增加，基礎(chǔ)和柱的承載力相應(yīng)增加，水衛(wèi)和電氣的管線會(huì)加長(zhǎng)；相反降低層高，可節(jié)省材料，有利用抗震，同時(shí)建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會(huì)減小，間接的節(jié)約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時(shí)，它的外墻周長(zhǎng)也就會(huì)不同，這樣當(dāng)選擇圓形或是越接近于方形時(shí)，外墻周長(zhǎng)系數(shù)就越小，基礎(chǔ)、外墻砌體、內(nèi)外表面裝修都隨之減少，同時(shí)其受力性能也得到提高，增強(qiáng)了建筑的經(jīng)濟(jì)性能。
（3）與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法可以使建筑工程造價(jià)降低6%～34%。優(yōu)化方法的技術(shù)性實(shí)現(xiàn)，可以最合理的利用材料性能，使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，不僅可以實(shí)現(xiàn)建筑美觀、實(shí)用，而且在造價(jià)方面也有較大的節(jié)省，達(dá)到了建筑工程設(shè)計(jì)對(duì)適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀和便于施工的一般要求。通過(guò)使用優(yōu)化設(shè)計(jì)手段，達(dá)到這5個(gè)方面的最佳結(jié)合，符合現(xiàn)今建筑商對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的效益的需求，也符合市場(chǎng)可持續(xù)發(fā)展的需求。
參考文獻(xiàn)
[1]談建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].建筑科學(xué)，2009（4）.
[2]張紅友.優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減少建筑投資成本[J].陜西建筑，2008（11）.
[3]馬臣杰，張良平，范重.優(yōu)化技術(shù)在深圳京基金融中心中的應(yīng)用[J].建筑結(jié)構(gòu)，2009（4）.
關(guān)鍵詞：優(yōu)化設(shè)計(jì)；工程費(fèi)用；費(fèi)用函數(shù)
隨著城市進(jìn)程的加快，城市人口不斷增加，城市的污水排放量也不斷上升，這給污水管網(wǎng)的建設(shè)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。建立一個(gè)經(jīng)濟(jì)，有效的污水管網(wǎng)處理系統(tǒng)是當(dāng)前城市發(fā)展的重要任務(wù)之一。一般來(lái)說(shuō)，城市污水管網(wǎng)工程投資巨大，設(shè)計(jì)時(shí)如何在滿足規(guī)定的各種約束條件下，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡量降低污水管網(wǎng)工程投資，是擺在工程設(shè)計(jì)人員面前的一個(gè)難題。
1 傳統(tǒng)污水設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題
在傳統(tǒng)的污水管道設(shè)計(jì)中，水力計(jì)算主要通過(guò)手工借助于計(jì)算器來(lái)完成。其計(jì)算過(guò)程是一項(xiàng)工作量很大，簡(jiǎn)單、機(jī)械、重復(fù)的勞動(dòng)過(guò)程，既枯燥又費(fèi)時(shí)，而結(jié)果一般得不出一個(gè)最優(yōu)或者較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。主要存在以下問(wèn)題：
①傳統(tǒng)的排水管道優(yōu)化設(shè)計(jì)僅考慮了開挖回填施工的費(fèi)用函數(shù)，而關(guān)于拖拉管和頂管的費(fèi)用函數(shù)還鮮有實(shí)例推導(dǎo)，開挖、拉管和頂管這三種施工工藝的經(jīng)濟(jì)對(duì)比和適用條件不得而知，因此需要推導(dǎo)出拉管、頂管施工的費(fèi)用函數(shù)。
②傳統(tǒng)的開挖施工的費(fèi)用函數(shù)為埋深H和管徑D的二變量函數(shù)，但在沿海地區(qū)，開挖施工一般均為放坡開挖，極少采用擋土板支護(hù)，因此溝槽邊坡坡度I對(duì)開挖回填的工程量和路面恢復(fù)工程量均有較大影響，需要推導(dǎo)出開挖施工的埋深H、管徑D、溝槽邊坡坡度I三變量費(fèi)用函數(shù)。
③傳統(tǒng)的污水管道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法中采用的費(fèi)用函數(shù)未考慮路面恢復(fù)、溝槽回填材料、人工降低地下水位措施對(duì)工程費(fèi)用的影響，因此必須完善細(xì)化費(fèi)用函數(shù)內(nèi)容。
④傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法中管道費(fèi)用函數(shù)為固定函數(shù)，而管材價(jià)格、回填材料價(jià)格等隨時(shí)間波動(dòng)變化較大，因此在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中需增加調(diào)整費(fèi)用函數(shù)的功能。
2 影響污水管道工程費(fèi)用的主要因素
通過(guò)研究分析污水管道施工工藝及施工過(guò)程，得出影響管道工程費(fèi)用的主要因素如下：
①管材及施工工藝。不同的施工工藝對(duì)管材、施工周期等均有決定性的影響。在沿海地區(qū)，開挖施工采用的是PVC、鋼筋混凝土排水管等管材；拖拉管施工工藝要求管材為PE管、鋼管等抗拉管材，最大管徑規(guī)格為de630，管道埋深必須滿足覆土2m以上；頂管施工工藝要求管材為鋼筋混凝土管、鋼管等抗壓管材，最小管徑規(guī)格為DN800，管道埋深必須滿足覆土2m以上。
②管道埋深。管道埋深決定溝槽或基坑土方的開挖回填量、管材的規(guī)格等級(jí)要求、支護(hù)的形式及工程量、人工降低地下水位措施方法及路面恢復(fù)工程量，直接影響工程的造價(jià)。
③邊坡坡度。拉管和頂管工作一般采用沉井施工，因此邊坡坡度主要針對(duì)管道開挖施工。邊坡坡度對(duì)溝槽土方開挖回填量、路面恢復(fù)工程量有較大影響。
⑤人工降低地下水位。隨管道埋深和地質(zhì)情況的不同，溝槽或基坑需采用不同的人工降低地下水位的預(yù)降水方法。沿海地區(qū)采用的措施主要是輕型井點(diǎn)降水和管井降水，輕型井點(diǎn)降水多用于溝槽深度≤6.0m的溝槽開挖，管井降水多用于頂管、拉管工作坑和控制井的基坑降水。
⑥溝槽支護(hù)。溝槽支撐所采用的形式同樣跟管道埋深有關(guān)，沿海地區(qū)主要采用鋼板樁支護(hù)。鋼板樁支護(hù)主要分為槽鋼密排支護(hù)（6、8m）和拉森鋼板樁支護(hù)（9、12m）。槽鋼支護(hù)主要用于4～6m以下的溝槽支護(hù)，拉森鋼板樁主要用于6m以下的溝槽支護(hù)。
3 污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容
3.1 平面布局的優(yōu)化設(shè)計(jì)
污水管網(wǎng)平面布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)原則是使管線短，管道工程量最小，水流通暢且節(jié)省能量。
正確的定線是合理經(jīng)濟(jì)地設(shè)計(jì)污水管道系統(tǒng)的先決條件，對(duì)不同定線方案的優(yōu)化選擇更具實(shí)用價(jià)值。對(duì)于某種平面布置方案是否最優(yōu)，取決于該平面布置方案管徑―――坡度（埋深）優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，因此，已定管線下的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算是平面優(yōu)化布置的基礎(chǔ)。污水管網(wǎng)的平面優(yōu)化布置與已定管線下的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算是密不可分的。
3.2 管徑優(yōu)化設(shè)計(jì)
管網(wǎng)管徑常用的優(yōu)化方法有線性規(guī)劃方法、分段線性規(guī)劃法、廣義簡(jiǎn)約梯度法、二次規(guī)劃法和分支定界法。但是用這些方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程比較復(fù)雜，計(jì)算值發(fā)散，且需要構(gòu)造恰當(dāng)?shù)膬?yōu)化模型。除了將管徑優(yōu)化轉(zhuǎn)化為分段管長(zhǎng)優(yōu)化問(wèn)題得到的優(yōu)化結(jié)果不需再處理外，其它經(jīng)典優(yōu)化方法得到的優(yōu)化管徑還需要使用分支定界法圓整到標(biāo)準(zhǔn)管徑，而且這僅適用于小型管網(wǎng)。實(shí)際中所采用的圓整方法多是根據(jù)就近圓整規(guī)則進(jìn)行的，這樣得到的最終管徑值不再是理論上的最優(yōu)值。啟發(fā)式優(yōu)化方法是以經(jīng)驗(yàn)構(gòu)造的算法為依托，根據(jù)污水管道經(jīng)濟(jì)流速的范圍，地形和污水管道定線確定各管段水流動(dòng)向，從最起端節(jié)點(diǎn)開始進(jìn)行節(jié)點(diǎn)流量向排水管段的流量累加，采用就近圓整規(guī)則進(jìn)行管徑圓整，在合適的計(jì)算時(shí)間和計(jì)算空間下能尋找最好的解。
3.2 管道材料優(yōu)化設(shè)計(jì)
適用于排除雨水和污水的混凝土管有混凝土管，輕型鋼筋混凝土管和重型鋼筋混凝土管三種。混凝土管材抗壓性強(qiáng)、使用年限久、技術(shù)成熟，但是重量重，運(yùn)輸費(fèi)用較高、承插口加工精度較低，管道易滲漏，管內(nèi)壁容易滋生水生物，清理困難，影響管道過(guò)水能力。隨著新材料技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的城市排水系統(tǒng)應(yīng)用了HDPE管等新型材料。常用的高密度聚乙烯（HDPE）塑料管的外壁是環(huán)狀波紋結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁為平滑的新型塑料管材。這種新型管材重量輕、連接可靠、抗磨損、耐腐蝕、韌性高，但是承載能力差，不宜在高強(qiáng)度的荷載路面下鋪設(shè)。管材的選擇應(yīng)該注意根據(jù)工程的實(shí)際情況，綜合考慮各種管材的力學(xué)性質(zhì)和維護(hù)方便程度，全面對(duì)比選擇。
3.3 管道銜接方式優(yōu)化設(shè)計(jì)
管道接口是管道系統(tǒng)給排水的薄弱環(huán)節(jié)，管道的銜接質(zhì)量檢查是污水管網(wǎng)優(yōu)化的一個(gè)重要內(nèi)容。檢查井內(nèi)管段銜接要在滿足管段在檢查井內(nèi)銜接的約束條件的前提下，根據(jù)相銜接兩管段的管徑與管段中的污水深度情況減小下游管段埋深。當(dāng)下游管段的管徑比上游管段的管徑大時(shí)使用管頂平接；下游管段的污水深度大于或等于上游管段中的污水深度時(shí)應(yīng)使用水面平接；遇到陡坡情況下產(chǎn)生的下游管段管徑反而比上游管段的管徑小時(shí)使用管底平接。
4 污水管網(wǎng)優(yōu)化的一般程序
用數(shù)值方法解決給水排水系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題，一般需經(jīng)過(guò)下列程序，其基本內(nèi)容是：
4.1 構(gòu)成問(wèn)題
大多數(shù)給排水工程的實(shí)際問(wèn)題，包含著很多復(fù)雜的因素，往往是一個(gè)多變量、多目標(biāo)、多層次的復(fù)雜系統(tǒng)。如何把一個(gè)實(shí)際的給排水系統(tǒng)，科學(xué)地簡(jiǎn)化為一個(gè)能反映其關(guān)鍵要素及其基本特征，又便于進(jìn)行定量表達(dá)和模擬優(yōu)化的替代系統(tǒng)，這是優(yōu)化過(guò)程首要和關(guān)鍵的一步，它將在很大程度上影響優(yōu)化結(jié)果的合理性。構(gòu)成問(wèn)題的過(guò)程，也可稱為“系統(tǒng)的概念化”，簡(jiǎn)稱“系統(tǒng)化”。
4.2 確定目標(biāo)
目標(biāo)的確定是給排水工程系統(tǒng)化的重要內(nèi)容，也是系統(tǒng)優(yōu)化的評(píng)價(jià)依據(jù)。主要是探明該系統(tǒng)所涉及的各種目標(biāo)和綜合目標(biāo)；識(shí)別各目標(biāo)的重要性，并表達(dá)其中值得追求目標(biāo)的屬性指標(biāo)；建立目標(biāo)隨基本變量（或所考慮的關(guān)鍵因素）變化的函數(shù)關(guān)系。最常遇到的給排水優(yōu)化問(wèn)題，是在給定的技術(shù)與社會(huì)條件下，尋求系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性最佳時(shí)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行方案、總費(fèi)用現(xiàn)值等。
4.3 建立數(shù)學(xué)模型
在上述階段工作的基礎(chǔ)上，建立定受表達(dá)給排水系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型是設(shè)計(jì)問(wèn)題抽象化了的數(shù)學(xué)形式的表現(xiàn)，它反映了設(shè)計(jì)問(wèn)題中各主要因素間內(nèi)在聯(lián)系的一種數(shù)學(xué)關(guān)系。數(shù)學(xué)模型通常需引入設(shè)計(jì)變量、約束條件和目標(biāo)函數(shù)三個(gè)基本要素。
（1）設(shè)計(jì)變量：通常一個(gè)設(shè)計(jì)方案可以用一組基本參數(shù)的數(shù)值來(lái)表示。選取哪些參數(shù)，因各設(shè)計(jì)問(wèn)題而定。在設(shè)計(jì)時(shí)，有些參數(shù)可以根據(jù)工藝、運(yùn)行和使用要求預(yù)先給定；而另一些則需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行選擇，這部分參數(shù)可看做變量，稱為設(shè)計(jì)變量。這種變量是一種相互獨(dú)立的基本參數(shù)。
當(dāng)設(shè)計(jì)變量不是連續(xù)變化時(shí)稱為離散設(shè)計(jì)變量。然而，由于按離散變量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)比較困難，因此，目前的工程優(yōu)化設(shè)計(jì)中大多數(shù)還是按連續(xù)設(shè)計(jì)變量來(lái)處理。
（2）約束條件：在設(shè)計(jì)空間中，所有設(shè)計(jì)方案并不是工程實(shí)際都能接受的。因此，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，必須根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求，對(duì)設(shè)計(jì)變量的取值加以種種的限制。這種限制稱為約束條件（或約束）。設(shè)計(jì)約束一般表達(dá)為設(shè)計(jì)變量的不等式約束函數(shù)和等式約束函數(shù)。
（3）目標(biāo)函數(shù)：設(shè)計(jì)變量選定之后，設(shè)計(jì)所要達(dá)到的指標(biāo)，如經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、效率指標(biāo)等，可以表示成設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，這個(gè)函數(shù)就稱為目標(biāo)函數(shù)，即F（X）=F（X1，X2…Xn）。在工程優(yōu)化設(shè)計(jì)中，被優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)有兩種表述方式：目標(biāo)函數(shù)的極小化和目標(biāo)函數(shù)的極大化，即F（x）min或F（X）max。
4.4 優(yōu)化模型的求解與檢驗(yàn)
實(shí)際工作中求最優(yōu)解（或滿意解）可能有以下幾種情況：
（1）評(píng)價(jià)目標(biāo)只是一個(gè)定量指標(biāo)（通常是費(fèi)用），且可變的方案很多又無(wú)法簡(jiǎn)單一一列舉時(shí)，則要運(yùn)用最優(yōu)化方法求出其最優(yōu)解。
（2）評(píng)價(jià)目標(biāo)只是一個(gè)定量指標(biāo)，而備選的方案不多，則可以較方便地逐一對(duì)備選方案進(jìn)行模擬計(jì)算，并從中擇優(yōu)選定。
（3）評(píng)價(jià)目標(biāo)不只一個(gè)，多種目標(biāo)之間彼此又有矛盾，這時(shí)需要運(yùn)用多目標(biāo)最優(yōu)化方法，通過(guò)各目標(biāo)之間的權(quán)衡和協(xié)調(diào)加以優(yōu)選。最優(yōu)化方法可根據(jù)數(shù)學(xué)模型中的函數(shù)性質(zhì)，選用合適的數(shù)值計(jì)算優(yōu)化法，并作出相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)，然后利用計(jì)算機(jī)的快速分析與計(jì)算，得出最優(yōu)值。優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的最優(yōu)解，只是對(duì)所有模型來(lái)說(shuō)為最優(yōu)。而對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題來(lái)說(shuō)，則還可能是不完全合乎理想。優(yōu)化的實(shí)際目的在于追求“滿意解”而不是“最優(yōu)解”。因此，采用試算法得到一連串的解，并通過(guò)靈敏度分析來(lái)確定影響求解的關(guān)鍵要素和參數(shù)，以找到一個(gè)較為合乎理想的滿意解。
5 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，在滿足規(guī)定的各種約束條件下，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低工程的造價(jià)是十分有必要的。實(shí)踐證明。本文所述的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和費(fèi)用函數(shù)具有一定的適用性，改善了傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法存在的弊端，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中取得了較好的指導(dǎo)作用，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)：
