論文の概要: Evaluating the effectiveness, reliability and efficiency of a multi-objective sequential optimization approach for building performance design

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.14742v1
• Date: Fri, 13 Dec 2024 08:00:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-02 07:48:09.127166
• Title: Evaluating the effectiveness, reliability and efficiency of a multi-objective sequential optimization approach for building performance design
• Title（参考訳）: 性能設計のための多目的逐次最適化手法の有効性,信頼性,効率性の評価
• Authors: Riccardo Talami, Jonathan Wright, Bianca Howard,
• Abstract要約: 本稿では,建築形状,ファブリック,HVACシステム,建築性能制御の多目的設計最適化のための逐次的アプローチを提案し,評価する。 シーケンシャルアプローチの性能は、NSGA-IIアルゴリズムと比較して、完全な因子探索と比較される。 本研究は、シーケンシャル最適化アプローチが、標準NSGA-IIアルゴリズムの高効率かつ堅牢な代替手段であることを示唆している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8168080812068832
• License:
• Abstract: The complexity of performance-based building design stems from the evaluation of numerous candidate design options, driven by the plethora of variables, objectives, and constraints inherent in multi-disciplinary projects. This necessitates optimization approaches to support the identification of well performing designs while reducing the computational time of performance evaluation. In response, this paper proposes and evaluates a sequential approach for multi-objective design optimization of building geometry, fabric, HVAC system and controls for building performance. This approach involves sequential optimizations with optimal solutions from previous stages passed to the next. The performance of the sequential approach is benchmarked against a full factorial search, assessing its effectiveness in finding global optima, solution quality, reliability to scale and variations of problem formulations, and computational efficiency compared to the NSGA-II algorithm. 24 configurations of the sequential approach are tested on a multi-scale case study, simulating 874 to 4,147,200 design options for an office building, aiming to minimize energy demand while maintaining thermal comfort. A two-stage sequential process-(building geometry + fabric) and (HVAC system + controls) identified the same Pareto-optimal solutions as the full factorial search across all four scales and variations of problem formulations, demonstrating 100% effectiveness and reliability. This approach required 100,700 function evaluations, representing a 91.2% reduction in computational effort compared to the full factorial search. In contrast, NSGA-II achieved only 73.5% of the global optima with the same number of function evaluations. This research indicates that a sequential optimization approach is a highly efficient and robust alternative to the standard NSGA-II algorithm.
• Abstract（参考訳）: 性能に基づく建築設計の複雑さは、多分野プロジェクト固有の変数、目的、制約の多さによって引き起こされる、多くの候補設計オプションの評価に起因している。 これにより、性能評価の計算時間を短縮しつつ、優れた設計の同定を支援する最適化アプローチが必要である。 そこで本研究では,建築形状,ファブリック,HVACシステム,建築性能制御の多目的設計最適化のための逐次的アプローチを提案し,評価する。 このアプローチは、前の段階から次の段階に渡された最適解を含む逐次最適化を伴う。 逐次的手法の性能を全因子探索と比較し,大域的最適性,解の質,問題定式化のスケールとバリエーションに対する信頼性,NSGA-IIアルゴリズムと比較して計算効率を評価する。 874から4,147,200のオフィスビル設計オプションをシミュレートし、熱的快適性を維持しながらエネルギー需要を最小化することを目的として、シーケンシャルアプローチの24種類の構成をマルチスケールケーススタディで検証した。 2段階の逐次プロセス-(構築幾何学+ファブリック)と(HVACシステム+制御)は、4つの尺度すべてと問題定式化のバリエーションにわたる全因子探索と同じパレート最適解を特定し、100%の有効性と信頼性を示した。 このアプローチでは100,700の関数評価が必要となり、完全な因子探索と比較して計算労力が91.2%削減された。 これとは対照的に、NSGA-IIは機能評価と同じ数のグローバルオプティマの73.5%しか達成していない。 この研究は、シーケンシャル最適化アプローチが、標準NSGA-IIアルゴリズムの高効率で堅牢な代替手段であることを示唆している。

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