建筑概念设计的研究是建筑设计理论中一个重要研究领域,而建筑曲面造型概念设计的研究是建筑概念设计研究的一个有机组成部分,在建筑概念设计的研究方面,虽然取得了很大的进展,但仍然存在着一些不足:例如,创新能力不够;缺乏辅助建筑造型设计的智能工具、设计师工作量大、设计效率低等。因此针对目前建筑概念设计领域存在的不足提出了一个整合分形与二叉树编码遗传算法应用到建筑概念设计的新方法,该方法主要研究一类建筑曲面造型概念设计的智能化和创新性问题。本文的主要研究内容如下:⒈提出了用于建筑顶面造型设计的BSEFAD模型(Based on Surface Equation and Fractal Architectural Design),该模型首先选择椭圆抛物面、双曲抛物面和单叶双曲面作为初始形态,然后基于分形树和Sierpinski设置选点规则,通过应用选点规则,使得衍生造型呈现一定的分形特征。该模型的优点一是其衍生过程完全自动,不需要设计师的参与,减轻了设计师的工作量;二是通过该模型衍生的造型形态新颖,具有一定创新性。但BSEFAD模型存在由于初始形态的固定,导致BSEFAD模型创新能力不足及没有考虑结构的力学合理性的缺点。针对其缺点,进一步提出了IBSEFAD(Improved BSEFAD)模型,IBSEFAD模型改变了初始形态的设置,由固定的三个曲面改为由二叉树编码遗传算法生成的随机曲面,解决了BSEFAD模型创新能力不足的缺点;从结构力学的角度对曲面结构进行优化,解决了BSEFAD模型力学不合理的缺点。⒉提出了对建筑墙体造型的智能设计模型WDMA(Aachitectural Wall Design Model),通过线性不等式围成的凸空间来定义用于墙体设计的初始多面体,限制初始多面体在一定的范围空间内,为了得到建筑墙体造型,还需定义初始多面体的空间关系。鉴于建筑物体的特殊性,空间关系限制为相交关系,这里的相交包含相接。对空间关系的定义采取两种方式,一种是由用户来手动设置,另外一种可以由计算机随机设置。使用向量空间定位法,来判断空间关系的有效性,如果空间关系有效,则交替迭代执行两个形状衍生规则,计算得到不同的造型,空间关系不同衍生迭代数不同得到的造型也就不同。⒊将衍生得到的建筑顶面元件和建筑墙体元件保存到数据库;对保存在数据库里的元件进行选择时,可以根据需要采用人工搜索和自动搜索两种方式,人工搜索可以依赖设计师的经验选择得到,但人工搜索效率低,因此可进一步采用自动搜索。将搜索得到的建筑元件采用人工手动组装或者基于规则的自动组装两种方式对建筑造型进行组装。⒋基于FAHP构建建筑造型美观评价体系,该体系首先构建建筑造型美观评价指标的层次结构图,将复杂的评价指标体系指标进行分解;其次计算各项评价指标的权重,同时修正专家意见的不统一;最后通过统计结果计算后得到一个综合评价指标函数,该函数融合了专家的评价和意向,不仅可以对建筑造型的美观进行评价,还可以作为建筑造型设计的依据。⒌最后为山东建筑大学映雪湖畔建筑造型进行选择和设置,选择符合周边环境、评价较高造型作为可选方案。该案例初步验证了本文所提出的建筑造型设计模型与方法的正确性和有效性。本文的创新点有:⒈提出了建筑顶面造型设计BSEFAD模型和IBSEFAD模型:结合分形与二叉树编码遗传算法提出了建筑顶面造型设计模型,并基于进行的思想对衍生的曲面进行优化。⒉提出了建筑墙体造型设计模型WDMA(Aachitectural Wall Design Model):基于线性不等式、向量空间定位法和分形提出了建筑墙体造型设计模型。⒊提出了一个新的建筑单体的自动化组装方法,该方法首先定义一组建筑单体组装规则,然后基于元件搜索算法选择出用于组装的建筑顶面元件与建筑墙体元件,并由建筑顶面元件开始通过多次迭代组装规则,得到不同的建筑单体造型。本文从理论和应用上对一类建筑曲面造型概念设计的智能化和创新性问题进行了研究,研究结果表明可以在一定程度上提高建筑曲面造型的设计效率及曲面造型的创新性;整合分形和二叉树编码遗传算法进行建筑造型概念设计的方法是对传统建筑概念设计手法的一种突破,对今后建筑学的发展将起到抛砖引玉的作用。