硕士论文网第2020-12-17期，本期硕士论文写作指导老师为大家分享一篇
建筑论文文章《建筑能耗的人类行为仿真研究》，供大家在写论文时进行参考。
本篇论文是一篇建筑硕士论文范文，建筑物中的人员移动既具有一定的规律性，又具有明显的不确定性和随机性。以办公建筑为例，人员移动常常包括较为规律的上下班活动，同时，人员上下班时间往往不固定，其在建筑内各个房间之间的走动也表现出明显的随机性。正是由于人员移动的随机性，建筑室内人员状况随时间的变化和在空间上的分布，都体现出非常明显的随机性特点。而目前现有的模型在描述人员移动行为和室内人员状况时仍然存在很多不足，无法满足实际建筑能耗模拟计算的需要。
第 1 章 引言
近 20 年来，随着城市化率的提高、国民经济的快速发展、人民收入和生活水平的不断改善，我国建筑能耗增长迅速，建筑节能形势日益严峻。一大批建筑节能技术得到推广应用，建筑节能标准、节能政策也不断出台。然而工程实践与理论研究发现，这些节能工作所能取得的实际成效与建筑中人的行为密切相关，从而引起对人行为研究的关注。那么，为什么必须在建筑节能的技术领域重视人的行为（而不只谈“行为节能”）？人的行为会有哪些方面的影响？应该采取怎样的分析手段？人行为研究需要首先解决的问题是什么？等等，这些正是本章所要回答的问题。
1.1 建筑使用方式的不同是我国能耗较低的根本原因
我国正处于城市化建设的快速发展期，建筑能耗持续高速增长。据统计，2010 年我国建筑总能耗为 6.77 亿吨标煤，占全国总能耗的 21%；从 1996 年到2010 年，我国建筑总能耗增长近一倍，单位面积建筑能耗增长 17%。如何缓解建筑能耗过快增长，已成为我国建筑节能工作的艰巨任务和重大挑战。然而，横向来看，如果将我国的建筑能耗水平与世界主要国家进行比较，其中横坐标为人均建筑能耗，纵坐标为单位建筑面积的能耗，则无论是单位面积能耗还是人均能耗，我国建筑能耗都显著低于目前发达国家的水平，即使是我国的城镇建筑单位面积能耗，也仅为世界主要发达国家的 1/2∼1/3。这一对比数据表明，与发达国家相比，我国的建筑能耗仍处在相对较低的水平。客观的说，无论从建筑设备系统的能效水平，还是围护结构的保温气密水平而言，我国的节能技术水平都要低于发达国家，那么，是什么原因造成中外建筑能耗水平的巨大差距呢？是什么原因造成这一“高能效、高能耗，低能效、低能耗”的现象呢？为进一步分析其中差别所在，张声远等人对各国建筑能耗数据按住宅用热、住宅用电、公共建筑用电等用能项目进行了逐一深入比较分析，得到的结论是：我国建筑单位面积能耗低的主要原因是由于我国居民生活方式和建筑使用模式与发达国家有所不同而造成的。例如，在我国的住宅和一般公共建筑中，人们通常优先采用自然调节手段满足居住和使用要求，即按“被动优先、主动优化”的原则，空调照明等设备仅在必要的时候启用，往往是“有人时开、无人时关”；而发达国家的同类建筑，则主要依靠空调照明等机械手段满足建筑内部要求，这些系统往往在无人的时候也照常运行。而正是这些建筑中人行为的差异，是造成我国建筑能耗整体水平远低于发达国家的主要原因。
1.2 不同的人行为导致不同的建筑用能水平
人的行为对建筑能耗造成的影响，不仅体现在各国的宏观能耗差异之中，也更多、更直接的体现在各个地区的微观案例研究之中，特别是具有个体自主性的住宅或办公建筑中。这种影响涵盖了空调、采暖、照明、电器等各类设备用能方面，在不同国家或地区，都普遍存在。下文列举了几个有代表性的例子，它们表明：建筑中人的行为表现得比“部分时间、部分空间”或“全时间、全空间”这种笼统概括的用能特点更为复杂，在同样的建筑系统形式与气象条件下，由于使用者行为的不同，会导致建筑用能水平的显著不同，其差异程度高达几倍、甚至几十倍，它是造成建筑能耗巨大差别和不均衡分布的一个直接而重要的原因。可以看到，户 N-D7 按 24h 连续采暖，室温基本保持平稳；户 N-D4 只在早晨从起床到离家上班、晚上从回家到睡觉前这两时段启用采暖，其室温也随之出现明显的升降起伏。房间实际温度也有所不同。与户 N-D7、户 N-D4 卧室和客厅都供暖相比，户 K-D9、户 K-D1 分别只对客厅或卧室供暖，而且使用时间也各不相同。这四户全年采暖能耗水平因此也存在巨大差异。郭偲悦等调查了上海居民冬季采暖的使用情况。给出了同一公寓两个卧室空调器的使用情况。两个卧室的空调在卧室有人时才使用，但使用频率却有较大差异，卧室 1 的启用次数和运行时间远远大于卧室 2。这表明两名居住者的采暖习惯有很大不同，对应的采暖电耗也出现 3 倍的差距。
第 2 章 人行为模型研究的基本框架
本章明确了在建筑能耗模拟领域开展人行为研究的边界，指出了该领域中所关注和需要定量刻画的人行为若干关键特征，同时分析了目前人行为相关模型存在的问题与不足。在此基础上，提出了本课题人行为定量模型研究的总体技术路线。
2.1 人行为研究的边界划分
人的行为十分复杂，其研究往往涉及众多学科领域。而由于建筑用能与人的行为密切相关，早在 20 世纪 70 年代第一次能源危机后，与建筑节能有关的人行为研究就引起学术界包括社会学、经济学、心理学、生理学、工程学等多个领域的兴趣和重视，并从各自学科角度探寻建筑节能的有效途径。这些研究可按学科背景大致划分为以下三大块。总的来说，不同学科领域由于专业背景的不同，对人行为的研究目的和研究内容都有很大区别，各有侧重；另一方面，由于都涉及人的行为，不同领域的研究之间又有一定的联系，容易纠缠和混淆。区分不同学科领域人行为研究的范畴与边界，搞清楚各自研究什么、不研究什么，对于进一步明确本课题的研究目的和内容，是很有必要的。在多数场合下，人的行为属于社会学、经济学、心理学等人文社科领域所讨论的范畴。通常所说的行为节能，也是在这个范畴下提出的。有关建筑用能的人行为在社会学经济学领域被纳入到能源消费行为的研究分支，其研究目的很明确，就是力图优化能源消费行为与节能激励机制，通过促进“行为节能”来降低社会总体能源消耗。这类研究以家庭（即住宅）能源消费为代表，在美国和欧洲已有较长的历史，随着 20 世纪 70 年代石油危机的发生和燃料价格的上涨而兴起，在 90 年代达到高峰，并一直延续至今。能源消费行为所覆盖的范围和涵义比较宽泛。有的学者认为能源消费行为包括“购买、使用、维护”三个方面：与购买有关的行为包括对节能门窗、家用电器、采暖、通风等设备装置的购买，以及购买中的选择决策过程；与使用有关的行为是指建筑中各种设备装置的日常运行与使用，包括使用的频次、时长、强度等；与维护有关的行为是指建筑设备系统的保养、维修、改造等行为。有的学者按生活领域划分，包含自驾车、储蓄、度假、娱乐活动、外出就餐、购买衣物、家具装修、杂货、住房、保健、教育等方面的节能行为。由于经济社会因素的综合性以及人行为的多样性，有的学者还引入生活方式的概念，对能源消费行为及其影响因素进行整体概括和描述。生活方式通常被定义为人们安排其个人及家庭生活的行为（包括他们的活动、兴趣和观点等），有时也被设定为习惯、价值和态度。在生活方式和能源消费方面具有相似活动、兴趣和观点的人，可归为同一类，并以此区分不同的能源消费行为，生活方式也因此被认为是独一无二的、能够影响和反映能源消费行为的模式。从社会学和经济学的视角，对人们日常能源消费行为最感兴趣的地方是：这些行为受到哪些因素的影响？与自然、经济及社会环境有怎样的联系？如何能够激发和促进各种节能行为？这几方面的研究主要融合了经济学和社会学的两个基本观点：一个是经济学观点，即认为这些行为遵循“理性人”个人利益最大化的假设，主张利用价格、税收、补贴等经济手段进行行为调控；一个是社会学观点，即认为能源消费行为不是单纯的理性经济行为，同时还受到社会结构（包括年龄性别、职业、家庭人口规模、婚姻状态、经济收入、教育水平、文化背景、节能态度与节能意识等因素）的影响，需要从社会心理、宣传教育、社会政策等方面介入和干预。
从模拟领域的要求来看，人行为模型必须能够定量刻画和反映出建筑中人员移动与动作的一些关键基本特征，例如随机性与不确定性、对环境刺激的反馈性、及个体行为的多样性等。这些特征不仅使得房间人员设备作息表现出“不均匀、不同步”、“部分时间、部分空间”的运行情况，也使得建筑能耗水平出现巨大差别、技术节能评估出现“因人而异”的结果。我们可以从外部表现（即行为所引起的结果）上对人的移动、动作等行为进行观察，从中寻找归纳出它们的一些具体特点和规律，从而为建立适当的模型描述提供基本线索和依据。建筑中的人员是流动的。人的移动直接决定了建筑物的室内人员状况（即什么时候有人、有多少人、都是谁）。人是否在房间，是他对房间内部设备产生控制动作的先决条件，而人员进出房间的时刻往往也是动作发生的时刻。由人员移动引起的室内人数变化，是导致室内发热量随机变化的主要原因之一。因此，准确描述建筑中的人员移动行为十分必要。建筑中人的移动具有一定的规律性。例如办公建筑中，人员会按时上下班，在一定的时间到达、工作停留直至离开办公室；住宅建筑中，人员会按时睡觉起床、上班离家然后下班回家等。这些每天重复发生的规律性事件，决定了建筑房间每天的人员作息具有基本的相似性。人的移动也具有很强的随机性。例如上下班时间不固定；不论是办公还是住宅建筑，人们总会在不同房间之间来回走动、位置从一个房间变换到另一个房间等。因此，建筑中各房间的人员状况是随机变化的，每天都可能有所不同；而且相互之间还存在一定关联，一个房间的人数减少必然意味着另一房间的人数增加（例如开会的情形）。另外，人的移动行为还存在很大差异。这种差异既与不同的建筑类型有关，例如办公建筑与住宅建筑人员移动与作息的差别；也来自因为工作性质、生活习惯等不同导致的个体差异，例如办公建筑中的行政人员、研发人员、销售人员、部门主管等，其移动行为（例如上下班作息、在室时间长短）可能有很大不同。
第 3 章 人员移动的描述方法
3.1 人员移动的数学模型
3.2 室内人员状况的模拟方法
3.4 小结
第 4 章 人员动作的描述方法
4.1 人员动作的数学模型
4.2 设备对象状态的模拟方法
4.3 模型方法的案例验证
4.4 本章小结
第 5 章 人行为的模拟应用
5.1 不同行为模式下的住宅空调能耗分析
5.2 办公建筑不同空调系统形式的性能评估
5.3 本章小结
第 6 章 总结
人行为是影响建筑能耗的重要因素，也是评估建筑节能技术措施的重要参考基准。不同的人行为导致不同的用能水平，需要不同的节能技术措施与之相适应。为此，必须定量刻画人的行为及定量分析其对建筑性能的影响。这正是目前建筑能耗模拟技术所面临的重大困难和挑战，从我国建筑节能工作的实际需要出发，这项工作显得极为重要和迫切。本文的研究内容就是围绕这一目标而展开的。本文以建筑中人行为和使用模式的模拟方法为题，在结合工程应用需求和实际人行为特点的基础上，提出了一整套建筑用能相关人行为的定量描述和模拟方法。其重点落在对象状态变化的刻画上，提出采用“模式”与“特征参数”来描述人行为，建立了人员移动与控制动作的具体模型及模拟方法，定义了办公室和住宅中人员行为的若干典型模式与行为特征参数，并通过实际案例对模型进行了初步验证；同时将其应用于实际观测现象的分析中，给出应用案例，对于推广应用具有指导意义。本文的创造性工作主要表现在如下方面：1. 明确了建筑用能相关人行为模拟研究的边界，基于大量实际测试数据，提出了人行为定量刻画的随机性、相关性和多样性等关键特征，初步建立了在建筑能耗模拟领域开展人行为研究的基础框架。2. 提出了基于多维马尔可夫链和事件机制的人员移动模型，刻画了人员在建筑物中的随机移动和室内人数动态随机变化过程，并能够反映出不同类型的人员在建筑中的移动行为差异。3. 提出了基于分段概率函数和条件触发形式的人员动作模型，刻画了室内人员开/关窗户、启停空调，开/关灯等行为现象，有效反映了人行为的随机性、环境相关性、不同个体之间的多样性等特征。4. 实现了人行为模型与建筑能耗分析软件的集成，使模拟分析方法能够更为客观地反映建筑实际运行状况，并可用于定量分析和评估人行为对建筑能耗造成的影响。
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