第75章工程优化设计实例
建筑工程设计建筑专业设计优化案例
建筑工程设计建筑专业设计优化案例一、引言建筑工程设计是指将建筑工程的各项设计要素，根据工程设计标准和规范，进行系统的分析和综合，以确定建筑结构、构造和布局等内容的过程。
建筑专业设计优化则是指在设计过程中，结合具体工程的要求和特点，通过技术手段和经验方法，寻求以最小的投资、最低的能耗和最优的效果来实现。
二、深度分析1. 设计优化的原则设计优化的原则主要包括满足功能需求、符合可行性要求、提高经济性、降低能耗等多个方面。
在建筑工程设计中，要考虑建筑的功能性和实用性，同时要满足设计的可行性和安全性，提高建筑的经济性和降低建筑的能耗。
设计优化需要在这些原则的基础上全面考虑，以达到最优化的效果。
2. 设计优化的方法在建筑工程设计中，设计优化的方法主要包括结构优化、材料优化、布局优化等多个方面。
通过采用先进的建筑结构设计理论和方法，优化建筑结构的布置和受力情况，减少材料的使用量；采用新型环保材料，降低建筑的能耗和资源消耗；通过科学合理的布局设计，提高建筑的使用效率和舒适度。
这些方法都是设计优化中不可或缺的重要环节。
3. 设计优化的案例在建筑工程设计中，设计优化的案例丰富多样。
某高层建筑在结构设计过程中，采用空心管柱设计，有效减少了结构材料的使用量，提高了建筑的经济性和抗震性；某办公楼在立面设计中采用了双层玻璃幕墙，有效降低了建筑的能耗，提高了建筑的能效性能；某绿色建筑在布局设计中采用了自然通风和采光设计，有效降低了建筑的能耗，提高了建筑的舒适度。
这些案例均是通过设计优化，实现了建筑的更优效果。
三、总结与回顾建筑工程设计建筑专业设计优化是建筑行业中至关重要的一环。
通过设计优化，不仅可以满足建筑的功能需求和安全要求，还可以提高建筑的经济性和能效性能，实现更优的建筑效果。
在实际工程中，设计优化的方法丰富多样，设计优化的案例也层出不穷。
设计优化是建筑行业追求卓越的重要手段，对于提高建筑的品质和降低建筑的成本具有十分重要的意义。
工程项目深化设计案例分析75页
图6-6 水泥阳角嵌 铜条或塑料条，既挺 拨又起到保护作用
图6-7 屋面设备基 础水泥砂浆抹面
图6-8 女儿墙手工 抹灰线条，弧线圆顺， 制作精美
14
图6-9 支架、管道根 部装饰收口做法工艺精 细
15
5、将不协调的转化为协调的 在设计思想十分活跃的今天 ，建筑设计平面、立面的弧形、 多边形等造型经常碰到，因此在不同形状平面相交时，出现地面和 吊顶布局的不协调。这种不协调可用分割空间等手法进行处理转化 为相互协调。
31
（4）二次结构墙、骨架饰面板隔墙深化设计 一般专业设计公司出具的装饰设计图是以建筑图为基准进行设 计，基本不考虑二次结构墙的变动，而装饰分包商若提早进场， 在二次结构施工前完成深化设计，可以对隔墙多下力气，多做文 章，提升装饰效果，减少浪费。本案例即是如此。 原设计存在的问题： 1）自助餐厅的C轴上9-10轴隔墙为砌块隔墙，居轴线中砌筑， 两颗柱子均为明柱。装饰做法为轻钢龙骨石膏板单面补平墙面， 面饰壁纸，中间一幅大型油画。这样做既浪费空间，也浪费材料。 （如图6-18所示）
11
图6-3 石材柱面装饰接缝光滑， 地面花岗岩对缝铺贴纹理自然、 图案清晰、过渡自然，缝宽均匀、 色泽一致、无切割。
12
3、将工程施工难点转化为工程亮点
图6-4 车站大厅斗拱细部做法
图6-5 入口处斜横交错的梁
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4、使简易的转化为精致的 目前装饰工程不少是普通材料，以普通材料创精品就在于构思的 新颖和精湛的工艺,做到精雕细刻。
7将单调呆板的转化为丰富艺术的图613某大学图书馆顶灯与楼梯图615某工程地下室防滑坡道作法图614天工程落水口8将思维创新转化为工程亮点的表现点9策划深化要跳出传统应用现代技术创出最优效果图616bim在建筑全生命周期中的应用管线综合图617塔楼设备避难层空间优化04工程项目深化设计案例分析一案例背景介绍某建设项目用地面积15公顷工程含5座单体建筑总建筑面积约72500其地上均为5层56600功能区域划分为接待大厅餐饮会议活动中心和客房地下一层为设备层15900建筑总高度为299m室内装修工程计划于2012年02月1日开工2012年8月31日竣工
工程施工优化设计方案(2篇)
第1篇一、项目背景随着我国经济的快速发展，基础设施建设已成为推动经济增长的重要动力。
在施工过程中，如何提高施工质量、缩短施工周期、降低施工成本，成为工程建设领域亟待解决的问题。
本文针对某建筑工程项目，提出一种工程施工优化设计方案，旨在提高施工效率，降低施工成本，确保工程质量。
二、项目概况该项目位于我国某城市，占地面积约10万平方米，总建筑面积约20万平方米，包括住宅、商业、办公等配套设施。
项目总投资约10亿元，预计工期为36个月。
三、施工优化设计方案1. 施工组织设计优化（1）施工进度计划优化根据项目实际情况，采用网络计划技术对施工进度进行优化。
将关键线路分解为若干个子项目，制定详细的进度计划，确保各子项目按期完成。
（2）施工资源调配优化合理配置人力、物力、财力等资源，实现资源的优化配置。
在施工过程中，根据实际需求调整资源配置，确保施工顺利进行。
（3）施工组织架构优化建立高效的施工组织架构，明确各部门职责，加强各部门之间的沟通与协作，提高施工效率。
2. 施工技术优化（1）施工工艺优化针对本项目特点，采用先进的施工工艺，如装配式建筑、预制构件等，提高施工质量，缩短施工周期。
（2）施工设备优化选用先进的施工设备，提高施工效率。
同时，加强设备维护与管理，降低设备故障率。
（3）施工材料优化选用优质、环保的建筑材料，降低施工成本。
在材料采购过程中，严格把控质量，确保材料符合国家标准。
3. 施工质量控制优化（1）建立健全质量管理体系制定完善的质量管理制度，明确质量目标，落实质量责任。
加强施工现场质量管理，确保工程质量。
（2）加强施工过程控制在施工过程中，严格执行质量检查制度，发现问题及时整改。
对关键工序进行重点监控，确保施工质量。
（3）强化施工验收严格验收程序，确保工程验收合格。
对不合格工程进行整改，直至合格。
4. 施工安全优化（1）建立健全安全生产责任制明确各级人员的安全生产责任，加强安全生产教育培训，提高全员安全意识。
工程设计方案优化案例范文
工程设计方案优化案例范文一、项目背景某化工公司计划新建一条石化装置，用于生产乙烯、丙烯等石化产品，该项目规模较大，总投资约为10亿美元，涉及多个工序和设备。
在进行初步的工程设计方案时，公司发现存在一些问题和挑战，需要进行优化调整。
二、问题分析1. 设备配置不合理：在初步设计方案中，部分设备布置不合理，存在空间浪费和工序不畅的情况。
2. 能源消耗高：初步设计采用传统的能源供应方式，预计能源消耗较大，不符合公司的节能环保要求。
3. 成本偏高：预算显示，初步设计方案下的投资成本较高，需要进一步优化降低。
4. 安全风险：初步设计中存在一些安全隐患，需要对设计方案进行调整以确保生产安全。
5. 工序不合理：有些工序在初步设计中存在瓶颈和不合理的情况，需要优化调整以提高生产效率。
三、优化方案1. 设备布局优化：通过合理的设备布局和工序组织，优化提高生产效率，减少空间浪费。
2. 节能环保方案：结合先进的能源供应技术和设备，优化设计方案以减少能源消耗，提高生产效率。
3. 成本控制方案：优化设备配置和工序组织，调整采购策略和施工方案，降低投资成本。
4. 安全设计方案：结合先进的安全技术和设备，对设计方案进行调整以确保生产安全。
5. 工序优化方案：通过优化工序组织和设备配置，解决初步设计中存在的瓶颈和不合理情况。
四、具体优化方案1. 设备布局优化通过对设备布局进行优化，减少空间浪费，提高生产效率。
采用先进的三维设计软件对工厂进行模拟布局，确保设备之间的距离和交通通道的合理布置。
2. 节能环保方案采用先进的节能技术，优化分析工厂的能源消耗情况，对设备进行节能改造和调整，增加新能源的应用，减少能源消耗。
3. 成本控制方案对初步设计中的设备配置进行优化，选用合适的设备型号，降低采购成本。
采用模块化设计方案，减少施工工艺和人工成本。
4. 安全设计方案对整个工厂的安全风险进行评估分析，对不安全因素进行调整和改造，确保生产安全。
第7.5章工程优化设计实例
当螺栓的材料、长度和 制造工艺等因素相同时， Cn 螺栓组的成本 与螺栓 个数 和直径 n d 成正比
Cn nd
例 如图所示，有一个压力容器内部气体压 强 p 8.5MPa ，容器内径 D2 240mm，螺栓组中心圆 直 D1 400mm ，螺栓材料为45Cr，抗拉强度 为 b 1000Mp ，屈服强度为 s 320Mpa ，挤压疲劳 强度 1 330Mpa ，许用疲劳安全系数 [ Sa ] 1.7 ，取 残余预紧力 F 1.6F，采用铜皮石棉密封垫片，螺栓相 对刚度为K c 0.8，试设计成本最低的螺栓组联接方案。
1 2 1 2 2 min f ( x) d Dn x1 x2 x3 4 4
2）编制约束函数的M文件(Spring_g)
%约束函数 function [g,ceq]=Spring_g(x); Fmax=1110;G=80*1e9,tao=665*1e6 g(1)=1.66*(8*Fmax/pi)*(x(1)/x(2))^0.16*x(2)/x(1)^3*1e6-tao g(2)=G*x(1)^4/(8*x(2)^3*x(3))*1e-3-24*1000 %刚度约束 g(3)=x(2)-14*x(1); %旋绕比约束 g(4)=4*x(1)-x(2); %旋绕比约束 g(5)=x(1)+x(2)-42; %安装空间 g(6)=-x(3); ceq=[];
返回目标函数的最优解
2.使用格式：
返回目标函数的最优值
返回算法的终止标志 优化算法信息的一个数据结构
返回目标函数在最优解的梯度
[x,fval,exitflag,output, grad,hessian]= fmincon(@fun,x0,A,b,Aeq,beq,Lb,Ub,’Nlc’,options)
工程优化设计案例
工程优化设计案例话说有这么一个工程，要在一条大河上建一座桥。
最初的设计那叫一个常规，就像你每天早上吃的白水煮蛋，中规中矩没什么特色。
这个桥呢，设计团队一开始规划的是那种传统的混凝土结构，桥墩又粗又笨，像一个个大胖子站在河里。
桥身也是那种厚实的板梁结构，看起来就很笨重。
按照这个设计施工的话，先不说美观不美观，那成本可真是个大问题。
材料用量多得吓人，就像你去吃自助餐，拿食物的时候眼睛比肚子大，拿了一堆最后吃不完还浪费钱。
这时候，有个年轻的工程师站了出来，他就像是工程界的“怪咖”，满脑子都是新奇的想法。
他说：“咱们为啥不试试新型的复合材料来做桥身呢？这种材料又轻又结实，就像武林高手，虽然身材苗条但内力深厚。
”大家一开始都有点怀疑，毕竟这是新东西，没怎么在本地的工程里大规模用过。
但是这个年轻工程师可没放弃，他拉着团队开始做各种测试和模拟。
他们发现如果采用这种新材料，桥身的重量能减少三分之一。
这可不得了，就像你背着一个很重的书包，突然有人帮你拿掉了一大半东西，轻松得不得了。
然后在桥墩的设计上，他又提出了新点子。
不再是那种傻大粗的圆柱体，而是借鉴了一些海洋生物的结构，设计成了那种有特殊纹理和形状的桥墩。
这种桥墩在水里受到的冲击力更小，就像鱼在水里游，身形巧妙地避开水流的冲击。
而且这样的设计还能减少混凝土的用量，又省了一笔钱。
在桥的连接部分，他们也做了优化。
原来是那种普通的螺栓连接，就像你用普通的绳子系东西，不太牢固还容易松动。
现在改成了一种新型的自锁式连接装置，就像那种带密码锁的箱子，又安全又可靠。
经过这一系列的优化设计，这座桥简直就像完成了一场华丽的变身。
成本比原来的设计降低了近百分之四十，这就像是你本来要花100块钱买东西，突然发现只需要60块钱就能搞定。
而且这座桥看起来特别酷炫，不再是那种毫无生气的“大老粗”桥了。
它就像河上的一道美丽的风景线，吸引了好多人来参观，大家都对这个创新的设计赞不绝口。
这个案例就告诉我们，工程设计可不能总是走老路，有时候来点创新的“小魔法”，就能达到意想不到的效果。
工程方案优化案例
工程方案优化案例引言随着我国城市化进程的不断加快，城市建设规模日益庞大，工程项目也越来越复杂。
在项目实施过程中，如何更好地优化工程方案，提高项目效率和质量，成为了工程师们共同面临的难题。
本文将以某大型工程项目的实际案例为例，探讨工程方案优化的方法和技巧，以期为类似项目的实施提供借鉴和参考。
一、项目背景某市政工程项目作为该地区的重点建设项目，涉及市政道路、桥梁、排水系统等多个方面，总投资额达数十亿元。
该项目旨在提高城市基础设施的完善程度，改善交通状况，提升城市形象，满足城市快速发展的需求。
然而，在项目实施初期，就面临了土地条件复杂、地下管线密集、环境保护要求严格等一系列难题，如何在满足建设需求的前提下，更好地优化工程方案成为了该项目的关键问题。
二、项目存在的问题1. 土地条件复杂：项目所在地土壤质地多样，存在坚硬的石灰岩层和松软的泥土层，对工程施工造成了一定的阻碍。
2. 地下管线密集：项目所在区域管线纵横交错，大部分已经使用多年，存在老化、疏松等问题。
施工中需要谨慎处理，以免对地下管线造成损坏。
3. 环境保护要求严格：项目所在地区近邻居民区、公园等区域，环境保护要求非常严格，对施工噪音、扬尘、废水等产生了较高的要求。
以上问题使得项目的施工难度增加，工程方案以及实施方案面临了较大的挑战，需要寻找合适的解决方案。
三、工程方案优化解决方案1. 土地条件复杂的解决方案考虑到土地条件的复杂性，我们立足于项目实际情况，提出了多种针对性的解决方法。
首先，针对坚硬的石灰岩层，我们采用了先进的爆破技术，通过爆破将石灰岩层炸碎并清理，为后续的施工工作提供了便利。
其次，对于松软的泥土层，我们采用了多肢蛇形桩进行地基处理，增强了基础的承载能力。
通过以上措施，有效解决了土地条件复杂的问题，为后续施工提供了有力的支持。
2. 地下管线密集的解决方案面对地下管线密集的现状，我们采取了一系列的管线探测与保护措施。
首先，通过地下雷达技术对管线进行全面探测，并对探测结果进行地图记录，制定详细的管线保护方案。
工程设计方案优化案例分析
工程设计方案优化案例分析：某城市地铁线路工程一、项目背景随着我国城市化进程的不断加快，城市交通压力日益增大。
为了缓解城市交通拥堵，提高市民出行效率，某城市决定修建一条地铁线路。
该地铁线路全长约20公里，共设15座车站，连接城市核心区域与新兴开发区。
在项目启动阶段，设计团队制定了初步的设计方案，但在项目实施过程中，发现该方案存在一定的问题，需要进行优化。
二、优化目标1. 提高线路运行效率：缩短列车运行时间，提高运输能力。
2. 降低工程成本：在保证工程质量的前提下，减少投资成本。
3. 提高乘坐舒适度：优化车站布局，提高乘客流动效率，缩短换乘时间。
4. 减少对环境的影响：降低噪音、振动等环境影响，提高绿化覆盖率。
三、优化措施1. 线路运行效率优化（1）调整列车运行图：通过增加列车编组长度、提高列车运行速度等措施，缩短列车运行时间。
（2）优化区间划分：合理划分地铁区间，减少列车运行过程中的折返时间。
2. 工程成本优化（1）采用预制构件：采用预制混凝土构件，提高施工效率，降低工程成本。
（2）优化施工方案：通过采用地下暗挖技术、减少地面拆迁等措施，降低工程投资。
3. 乘坐舒适度优化（1）优化车站设计：采用开放式的站厅布局，提高乘客流动效率，缩短换乘时间。
（2）增加公共服务设施：在车站内设置便利店、餐饮店等商业设施，提高乘客舒适度。
4. 环境影响优化（1）降低噪音：采用低噪音设备，优化列车运行速度，减少噪音污染。
（2）减少振动：采用减振垫、优化轨道结构等措施，降低振动影响。
（3）提高绿化覆盖率：在地铁沿线两侧增加绿化带，提高绿化覆盖率。
四、优化效果分析通过对地铁线路工程设计方案的优化，取得了以下成果：1. 线路运行效率提高：列车运行时间缩短，运输能力提高。
2. 工程成本降低：投资成本减少，施工效率提高。
3. 乘坐舒适度提升：乘客流动效率提高，换乘时间缩短。
4. 环境影响减少：噪音、振动污染降低，绿化覆盖率提高。
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返回目标函数的最优解
2.使用格式：
返回目标函数的最优值 返回算法的终止标志 优化算法信息的一个数据结构
返回目标函数在最优解的梯度
[x,fval,exitflag,output, grad,hessian]=
目标函数在最优解的海色矩阵
fmincon(@fun,x0,A,b,Aeq,beq,Lb,Ub,’Nlc’,options)
调用目标函数的函数文件名 初始点
线性不等式约束的常数向量 线性不等式约束的系数矩阵
无定义时以空矩阵 符号“[ ]”代替
1、建立数学模型
（1）确定设计变量
X=[d,D2,n]T=[x1,x2,x3]T
例一调压弹簧为普通圆柱螺旋压缩弹簧。阀腔直径为 42mm，弹簧最大工作压力为Fmax=1110N，弹簧的许用应
力[]=665MPa,弹簧的最大刚度kmax=24N/mm,弹簧结构要
求：工作圈数n≥0，弹簧指数4≤ C ≤ 14，弹簧压并高度 λb=1.1h=18.25mm。试在满足弹簧的强度条件、刚度条件、 稳定性条件、旋绕比条件和结构边界等约束条件下，确定 弹簧的簧丝直径d、中径D2和工作圈数n等三个设计参数， 使它的结构重量最轻。
③约束条件：
f
(x)
1 d 2 Dn
4
1
4
2
x2 1
x2
x3
0.16
g1( X
)
1.66
x1 x2
8Fmax x1 [ ] 0 x2
g2(X )
Gx14
8
x3 2
x3
kmax
0
g3 ( X ) x2 14x1 0
g4 ( X ) 4x1 x2 0
g5 ( X ) x1 x2 42 0
弹簧设计需要满足刚度、强度、稳定性、共振 性等条件
例一调压弹簧为普通圆柱螺旋压缩弹簧。阀腔直径为 42mm，弹簧最大工作压力为Fmax=1110N，弹簧的许用应
力[]=665MPa,弹簧的最大刚度kmax=24N/mm,弹簧结构要
求：工作圈数n≥0，弹簧指数4≤ C ≤ 14，弹簧压并高度 λb=1.1h=18.25mm。试在满足弹簧的强度条件、刚度条件、 稳定性条件、旋绕比条件和结构边界等约束条件下，确定 弹簧的簧丝直径d、中径D2和工作圈数n等三个设计参数， 使它的结构重量最轻。
设置优化选项参数 非线性约束条件的函数名
设计变量的下界和上界 线性等式约束的常数向量 线性等式约束的系数矩阵
实例一 圆柱螺旋弹簧的优化设计
圆柱螺旋弹簧的结构参数包括
D—弹簧中径，即螺旋线圆柱直径 D2=D+d—弹簧外径 D1=D-d—弹簧内径 α—弹簧的螺旋角，即螺旋线的升角 t—簧条间距，即螺旋线的节距 d—簧条直径（mm） H0—弹簧的自由高 n—弹簧的有效圈数，即螺旋线的圈数 —螺旋线的极角 C—旋绕比，C=D/d
g6 ( X ) x3 0
2、优化方法和计算结果 调用MATLAB优化工具箱函数fmincon进行优化计
算
1）编制目标函数的M文件(Spring_f)
%体积目标函数 function f=Spring_f(x) f=1/4*pi*pi*x(1)^2*x(2)*x(3); %x(1)直径,x(2)中径,x(3)圈数
g3 ( X ) x2 14x1 0 g4 ( X ) 4x1 x2 0
弹簧安装空间约束条件：
g5 ( X ) x1 x2 42 0 弹簧圈数应该大于0： g6 ( X ) x3 0
综上所述，该问题的数学模型为：
①设计变量： [ x1, x2, x3 ]T
②目标函数：
min
束 条
Ceq(X)=0（非线性等式约束）
件
Lb ≤X ≤Ub （边界约束条件）
Fmincon 函数使用的约束优化算法都是目前比较普适的有 效算法：
（1）对于中等的约束优化问题fmincon使用序列二次规划 （SQP sequential quadratic programming）算法；
（2）对于大规模约束优化问题fmincon 使用基于内点反 射牛顿法的信赖域算法(subspace trust region method and is based on the interior-reflective Newton method)；
7.5 工程优优化设计实例解析
约束优化问题的Matlab求解
Fmincon 是matlab 最主要内置的求解约束最优化的函数， 该函数的优化问题的标准形式为：
1. 数学模型标准形式：
min f （X）
s.t. AX≤b （线性不等式约束）
AeqX=beq （线性等式约束）
约
C(X)≤0 （非线性不等式约束条件）
1、建立数学模型
（3）建立约束函数
弹簧的强度约束条件为：
K
8FD2
dHale Waihona Puke 3[ ]g1( X
)
1.66
x1 x2
0.16
8Fmax
x1 [ ] 0
x2
弹簧刚度约束
F Gd 4
k 8D3n , kmin k kmax
g2(X )
Gx14 8x23 x3
kmax
0
弹簧旋绕比约束条件： 4≤ C ≤ 14， C=D/d
1、建立数学模型
（2）建立目标函数
弹簧的体积为：
min
f
(x)
1
4
d
2
Dn
1
4
2
x2 1
x2
x3
例一调压弹簧为普通圆柱螺旋压缩弹簧。阀腔直径为 42mm，弹簧最大工作压力为Fmax=1110N，弹簧的许用应
力[]=665MPa,弹簧的最大刚度kmax=24N/mm,弹簧结构要
求：工作圈数n≥0，弹簧旋绕比4≤ C ≤ 14，弹簧压并高度 λb=1.1h=18.25mm。试在满足弹簧的强度条件、刚度条件、 稳定性条件、旋绕比条件和结构边界等约束条件下，确定 弹簧的簧丝直径d、中径D2和工作圈数n等三个设计参数， 使它的结构重量最轻。
min
f
(x)
1 d 2
4
Dn
1
4
2
x2 1
x2
x3
2）编制约束函数的M文件(Spring_g)
%约束函数
function [g,ceq]=Spring_g(x);
Fmax=1110;G=80*1e9,tao=665*1e6
g(1)=1.66*(8*Fmax/pi)*(x(1)/x(2))^0.16*x(2)/x(1)^3*1e6-tao g(2)=G*x(1)^4/(8*x(2)^3*x(3))*1e-3-24*1000 %刚度约束 g(3)=x(2)-14*x(1); %旋绕比约束 g(4)=4*x(1)-x(2); %旋绕比约束 g(5)=x(1)+x(2)-42; %安装空间