18191

18191

ارائه معيار بومي براي ارزيابي و بهينه سازي الگوهاي پلان اداري در ارتباط با بهرهوري مطلوب از نورروز

دكتري

معماري

آذر ماه 1396

دكتر سيدمجيد مفيدي شميراني

دكتر منصوره طاهباز

معماري و شهرسازي

نحوه اتلاف و مصرف انرژي در ساختمان‌هاي اداري بويژه بهره‌وري مطلوب از نور روز در آنها، در دو دهه گذشته مورد توجه جدي قرارگرفته‌اند. ازطرفي نحوه طراحي و الگوهاي ساختمان‌هاي اداري و ميزان مطلوبيت روشنايي طبيعي در آنها داراي متغير‌هاي متعددي است كه عملكرد اين اجزاء در يك ساختمان اداري دركشورهاي داراي اقليم گرم و خشك، كه داراي ساعات آفتابي زيادي هستند، كمتر مورد بررسي قرارگرفته است. رويكرد اين رساله بر مبناي شناخت وضع موجود ،شناسايي شرايط و اولويت‌هاي كارمندان در ارتباط با شرايط روشنايي طبيعي و ارائه معيار بومي به منظور ارزيابي و بهينه‌سازي الگوهاي پلان اداري شكل گرفته است. در اين راستا اين پژوهش در 4گام اصلي انجام گرفته است. 1- مطالعه پژوهش‌هاي پيشين با هدف به دست آوردن مدلي جامع در ارتباط با متغيرها و مولفه‌هاي موثر در تعيين شرايط روشنايي طبيعي مطلوب و تعيين الگوهاي اصلي پلان اداري و معيارهاي هندسي مناسب براي توصيف و تحليل آنها 2- انجام مطالعات ميداني به منظور گردآوري داده‌هاي مورد نياز در انجام پژوهش و بومي‌سازي مولفه‌هاي موثر با روش وزن‌دهي و تعيين اولويت‌هاي كارمندان 3- تحليل دادهها با روش شبيه‌سازي الگوريتميك و ارائه الگوهاي بهينه با استفاده از دادههاي به دست آمده از گام‌هاي پيشين و 4- گام داوري نهايي و به منظور تبيين معياري بومي به منظور ارزيابي و بهينه‌سازي الگوهاي پلان اداري. بنابراين پيشينه پژوهش موجود ابتدا به صورت تاريخچه و اهميت موضوع و سپس به شكل سوابق پژوهشي آورده شده است و مطابق با فرضيه پژوهش انواع الگوي طرح‌ريزي فضاي اداري از نظر بهره‌وري مطلوب از نور طبيعي بررسي شده‌اند. درادامه با انتخاب 3 ساختمان اداري در شهر تهران به عنوان نمونه موردي، ضمن آسيب‌شناسي وضع موجود و بررسي اولويت‌هاي اصلي كارمندان، اندازه‌گيري نور طبيعي و مصنوعي در شهر تهران به روش تطبيقي انجام شده است تا متغيرهاي پژوهش شناخته شوند. تحليل اوليه بر روي يافته‌ها، علاوه بر تعيين متغيرهاي پژوهش به ارائه مدل‌ها و راهكارهاي افزايش بهره وري از نورروز با در نظر گرفتن معيارهاي بومي انجاميده است. در اين رساله با توجه به يافته‌هاي منتج از مطالعات كتابخانه‌اي و ميداني وتحليل مقدماتي آنها، معياري براي ارزيابي قابليت هندسي دريافت نورروز(GPD) در پلان‌هاي اداري ارائه شده است. اين معيار بر اساس مقادير روشنايي طبيعي در طول سال، اولويت‌هاي كارمندان در ارتباط با شرايط روشنايي طبيعي و با ارزش‌گذاري لايه‌هاي پلان با توجه به فاصله از جدار پيرامون محاسبه مي‌شود. اين معيار و ساير معيارهاي هندسي مانند فشردگي نسبي(RC) و متوسط فاصله از جداره پيرامون(APD) براي توصيف و ارائه الگوهاي بهينه پلان اداري در فرآيند شبيه‌سازي مورد نظر قرار گرفتند. ‌ با استفاده از نرم افزارهاي تحليلي نورروز مانند ردينس (Radiance) و دي‌سيم (Daysim) مطالعات پارامتريك بر روي متغير‌هاي بدست آمده از تحليل داده‌هاي وضع موجود صورت مي‌پذيرد. به منظور انجام فرآيند مدل‌سازي و شبيه‌سازي به صورت خودكار با هدف بهينه‌سازي الگوها از نرم‌افزار گراس‌هاپر و افزونه‌هاي هاني‌بي (Honey Bee) كه ارتباط گراس‌هاپر را به ردينس و دي‌سيم برقرار مي‌كند، و افزونه اختاپوس (Octopus) كه فرآيند مدل‌سازي را با الگوريتم‌هاي ژنتيك و بهينه‌سازي پارتو منطبق مي‌نمايد، استفاده شده است. ورودي اين نرم‌افزارها داده‌هايي است كه بر مبناي يافته‌هاي گام‌هاي پيشين و با انجام تحليل مقدماتي به دست آمده است. در فرآيند مدل‌سازي براي 7 الگوي اصلي پلان اداري هركدام در حدود 300 تا 400 مدل ساخته شد و از نظر معيارهاي روشنايي sUDI ، ASE و sDA مورد ارزيابي قرارگرفتند. نتايج اين رساله در سه بخش ارائه شده است. ابتدا الگوهاي بهينه با استفاده از بهينه پارتو و همچنين ساير معيارهاي هندسي و روشنايي طبيعي مشخص شدند. مقايسه الگوهاي بهينه نشان‌دهنده مولفههاي موثر مي‌باشد. سه مشخصه كشيدگي، پيش‌آمدگي و عمق به عنوان مولفه‌هاي اصلي متغير مستقل ارزيابي شدند. در مرحله دوم، ارتباط مقادير و معيارهاي هندسي و مرتبط با نورروز اندازه‌گيري شده در هر الگو مورد بررسي قرار گرفتند. تحليل رگرسيون نشان داد كه نوع و شكل الگو به جز دو الگوي آتريوم دار و Yشكل تاثيري بر نورروز دريافتي ندارد و مشخصه‌هاي كشيدگي ، پيش‌آمدگي و عمق بر مقادير روشنايي طبيعي موثر هستند. همچنين نوع و شكل ارتباط هركدام از معيارهاي هندسي با معيارهاي ارزيابي روشنايي طبيعي مشخص گرديد. رابطه معيار GPD با معيارهاي روشنايي در محدوده متوسط 50 تا 80 درصد احتمال معناداري نشان داد. دو معيار RC و APD نيز به عنوان معيارهاي پيشگويي‌كننده مفيد ارزيابي شدند. در مرحله سوم مقادير GPDنقطه اي و DA , UDI براي تمامي نقاط الگوهاي بهينه محاسبه شد. مقايسه مقادير نشان دادند كه GPD نقطه‌اي مي‌تواند توصيف‌گر مناسبي براي تحليل پلان‌ها و ارائه راهكارهايي براي طراحي كارآمدتر فضاهاي داخلي باشد.

1396/09/27

12/4/2017 12:00:00 AM

The approach of this thesis has been the recognition of the existing conditions, the identification of the priorities of employees in relation to daylight conditions, and the representation of indigenous metric for eva​luating and optimizing the patterns of an office plan. In this regard, the present research has been carried out in four main steps: 1. The previous research has been studied with the aim of obtaining a comprehensive model in relation to the variables and components affecting the determination of the daylight conditions, the main patterns of an office plan, and the appropriate geometric metrics for describing and analyzing them, 2. Field studies have been done to collect data needed for research and the effective components have been localized by the method of weighting and determining the employees' priorities, 3. The data has been analyzed using the algorithmic simulation method and the optimal patterns have been provided using the data obtained from the previous steps, and 4. Finally, the arbitration has been made to explain the indigenous metric for the eva​luation and optimization of the patterns of an office plan. Accordingly, a significant part of the literature review has been dedicated to the explanation of the history and importance of the subject. Then, the previous research conducted on the subject has been presented according to the current research hypothesis and the various patterns of designing an office space have been investigated in terms of optimal efficiency of daylight. Next, the existing conditions and the employees' priorities have been assessed by selecting three office buildings in Tehran as case studies, while the daylight and artificial light in Tehran have been measured by a comparative method to identify the variables of the research. In addition to determining the variables of the research, the preliminary analysis of the findings has been made to present the models and strategies for increasing the efficiency of the daylight considering the indigenous criteria. According to the findings from the library and field studies and their preliminary analysis, a metric has been presented in this thesis to eva​luate the Geometric Potential for Daylighting (GPD) in the office floorplates. This metric is calculated based on the daylight values during the year, the employees' priorities in relation to the daylight conditions, and the valuation of the plan layers based on the distance from the perimeter. In the simulation process, this metric and other geometric metrics such as Relative Compactness (RC) and the Average Perimeter Distance (APD) have been considered to describe and provide optimal models for an office plan. Using daylight analysis software such as Radiance and Daysim, parametric studies have been done on the variables obtained from the analysis of data related to the existing conditions. To do automatically the modeling and simulation process with the aim of optimizing the patterns, Grasshopper software, Honey Bee plug-ins that connect Grasshopper to the Radiance and Daysim, and the Octopus plug-in that integrates the modeling process with the genetic algorithms and Pareto optimization have been used. The inputs of the software have been data resulted from the findings of the previous steps of the study and the preliminary analysis. In the process of modeling seven main patterns of the office plan, about 300 to 400 models were created for each one and they were eva​luated in terms of daylighting metrics such as spatial Useful Daylight Illuminance (sUDI), Annual Sunlight Exposure (ASE), and spatial Daylight Autonomy (sDA). The results of the present thesis have been presented in three sections. In the first section, optimal patterns have been identified using Pareto optimality as well as other geometric and Daylighting metrics. The comparison of the optimal patterns has represented effective components. Three characteristics of elongation, protuberance, and depth have been eva​luated as the main components of the independent variable. In the second section, the relationship between the geometric values and metrics related to the daylighting measured has been investigated for each pattern. Regression analysis has shown that the form of the pattern, except in the pattern involving an atrium or the Y- shaped pattern, has no effect on the received daylight, and the characteristics of elongation, protuberance, and depth affect the daylighting values. In addition, the type of relationship between each of the geometric metrics and the daylighting metrics has been identified. The relationship between GPD and daylighting metrics has been significant in the range of 50% to 80%. The two RC and APD metrics have also been eva​luated as useful predictive metrics. In the third section, the point GPD, DA, and UDI values have been calculated for all points of optimal patterns. Comparison of the values has shown that the point-GPD can be a good descriptor to analyze plans and provide solutions for a more efficient design of interior spaces