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摘要
关于建筑生态学的设计与讨论，一直都是由建筑师、规划师等等通过数据调研、资料收集，并且凭借个人经验进行数据整合分析，最终得出最适宜方案。在计算机技术飞速发展的今天，利用科技手段进行大量数据整理并且参与统筹及设计已经成为可能。对于建筑生态学的设计，是否可以通过相类似的逻辑推导，建立准数学模型，进而实现计算机数据整合并分析？本文通过分析建筑生态学中人、建筑与自然及环境的关系，对建筑生态准数学模型的结构建立及实施可行性进行探讨。
关键词：建筑生态学、准数学模型、可行性、结构框架
中图分类号： TU 文献标识码： A 文章编号：
二十世纪末以来生态学迅速发展并成为被人们所关注的学科与话题，至今已不仅只是一门研究方法论的学科，而成为了一种思想、一种认识论。人对于世界的主观能动性使得思想驾驭了物质，在物质生活飞速发展的现代社会，人与自然环境的关系渐渐变为了人与人工环境的关系，但人们亲近自然的愿望是不会消磨的。生态学的研究，正是立志于找到人与人工环境、人工环境与自然环境以及人工环境之间的一种平衡，就像大自然的生态平衡一样，在人们亲手打造的城市里力求同样的生态平衡。［1］
本文所要讨论的建筑生态博弈树，是建立在人与建筑环境以及自然环境之间的利益碰撞之上，是对于人与建筑以及自然的生态学模式思考，同时也是人、建筑与自然相处的一种方法。
（一）建筑生态学的目的
人们研究建筑生态学的目的是为了使人工建造环境能与自然环境或者其他人工环境达到相伴相助、稳定发展、和谐共生的可持续发展形态。但目前现状恰恰相反，建筑对于周边生态系统的影响主要都是消极因素。比如城市的扩建、土地的过度开发，城市在就越来越糟的环境之下暴露无遗；城市周围的热岛效应，不仅影响了城市内部整体的气候环境，周边的自然生态系统甚至卫星城市的气候都受其影响；而城市本身也在不断制造污染，新兴建筑对于周边环境也同样产生着各种影响，甚至是建筑自身的生态系统都具有消极的影响，例如室内中央空调的大规模使用，即便调节了温湿度，仍然不利于植物的健康生长。
以上的例子，究其根本原因是因为建筑生态学内部本身就存在着矛盾关系。人在改造自然环境的同时又要追求适应于自身的类自然环境，在改造甚至是破坏原有环境的同时保留对自身有利的部分，并且加以利用以求达到最利于自身的环境效果。这样一来，对于建筑生态环境的设计就要掌握一个合适的度，确保获得最大利益。而当人类所处的环境发生变化时，人体本身也会产生自我调节，以适应环境的变迁。
那么什么样的建筑生态系统是适于人类发展的？怎样改造建筑才能使其更长久的存在并且更具生存的舒适性？笔者以为这也就是建筑生态学所要研究的最终目的。
（二）建筑生态准数学模型的原理
如果将建筑生态学的思想上升到一定的高度，就会发现这是一门关乎人类未来生存发展的重要学科。在各种内部矛盾与外部矛盾间相互协调统一，寻求佳共生答案，就是建筑生态学的指导思维方式。
这种方式分为两种情况：一种是相对乐观的方式，在自然环境与人的生活不发生冲突的条件下，人们接受自然顺应自然的情况，即人与自然的和谐共生，不需要对生态系统进行再设计；另一种是自然环境条件不利于人类的发展，需通过设计手段重建更为合理的环境生态系统形式，此时人与自然环境的关系也从和谐共处转变为人对环境的单项侵占，人与建筑以及自然环境三者间也产生相互影响，其中的关键就是关于生态设计的策略。当有充足的数据可作为普遍性支持时，就可以被认作数学模型进而进行建模以及自动化操作，通过一系列科学计算得出最适宜结论，而在人与环境的关系下统筹计划、选取最优解也正是建筑师的工作。
（三）建筑生态准数学模型的结构框架
对于优化问题，其三大要素是目标函数、约束条件、决策变量。在此建筑生态准数学模型的结构框架中，目标函数为建筑生态环境的最优条件f（x）。而建筑环境生态标准主要由各个环境指标约束，在这里分别将这些影响建筑生态整体环境的各项指标用X1——Xn表示，这些约束条件主要包括空气温度、空气湿度、光照强度、空气质量、窗洞大小、建筑材料等等一系列有关建筑环境生态的条件。决策变量则是各个约束条件的指标。
当然，对于建筑生态准数学模型的结构框架问题还是存在很多值得讨论的部分：1）目标函数f（x）怎么确定？
对于确定目标函数f（x），首先要确定建筑生态的目标以及各部分约束条件。首先，什么才是人们理想中的生态建筑，人对生态建筑的具体需求，这一系列定义生态建筑的目标，需要通过大量的调查研究才能确定的，而调查问卷的设计也是一个值得探討的问题，并且调查完成后，还需返回对问卷的处理。同时，在问卷设计上也要涉及约束条件的调查，全面整理与目标函数相关的制约条件。
在确定建筑生态的目标与约束条件之后，要做的是探讨各个约束条件间的关系以及各自的范围条件，这都需要通过大量的社会调查来完成具有普遍性的数据支持。
2）约束条件的数值怎么取？
对于约束条件的取值问题，数据的来源主要通过建筑环境专业检测以及人为评价等，其中涉及作为限定条件的建筑规范、物理概念的限定等等。当然，约束条件的设定需要尽可能全面，这其中包括采光、通风、空气质量及成分分析、温度、湿度、各界面材质等等都要考虑在内。同时，各个约束条件的取值范围也需要通过大量的科学实验进行测定与验证，以保证其科学真实性与实践性。
3）X之间的关系式？
由于X之间并非是简单的线性关系，并不能通过简单的数值分析得出函数关系式，可通过观测和实验得出数据组。而且各个约束条件均有各自函数曲线，根据取值范围的特殊性，运用曲线拟合的基本原理即可得出X之间的关系式。这种方式不同于解析式的表达，只有曲线表示，如果想要进一步得出解析式，则需要通过数据拟合来实现。
在节能环保成为世界关注话题的今天，城市生态与建筑生态成为了未来发展的必然趋势，也将越来越被普遍的使用到生活的各种领域。普及这种生态模式的运用，最佳方法就是通过计算机模型的科学计算，得出最佳方案。因此，建筑生态学数学建模也是实现建筑生态学科学化、实用化的必要步骤，通过分析与讨论也得出建筑生态准数学模型建立的可能性，相信未来一定会有很好的发展前景。
参考资料：
[1]格雷汉姆;王幼松译;建筑生态学;中国建筑工业出版社;2008
[2]朱峰;张雪峰;徐心和; 关于机器博弈中的逐步展开型对策的一点讨论;2007中国控制与决策学术年会论文集[C];2007年.
关于建筑生态学的设计与讨论，一直都是由建筑师、规划师等等通过数据调研、资料收集，并且凭借个人经验进行数据整合分析，最终得出最适宜方案。在计算机技术飞速发展的今天，利用科技手段进行大量数据整理并且参与统筹及设计已经成为可能。对于建筑生态学的设计，是否可以通过相类似的逻辑推导，建立准数学模型，进而实现计算机数据整合并分析？本文通过分析建筑生态学中人、建筑与自然及环境的关系，对建筑生态准数学模型的结构建立及实施可行性进行探讨。
关键词：建筑生态学、准数学模型、可行性、结构框架
中图分类号： TU 文献标识码： A 文章编号：
二十世纪末以来生态学迅速发展并成为被人们所关注的学科与话题，至今已不仅只是一门研究方法论的学科，而成为了一种思想、一种认识论。人对于世界的主观能动性使得思想驾驭了物质，在物质生活飞速发展的现代社会，人与自然环境的关系渐渐变为了人与人工环境的关系，但人们亲近自然的愿望是不会消磨的。生态学的研究，正是立志于找到人与人工环境、人工环境与自然环境以及人工环境之间的一种平衡，就像大自然的生态平衡一样，在人们亲手打造的城市里力求同样的生态平衡。［1］
本文所要讨论的建筑生态博弈树，是建立在人与建筑环境以及自然环境之间的利益碰撞之上，是对于人与建筑以及自然的生态学模式思考，同时也是人、建筑与自然相处的一种方法。
（一）建筑生态学的目的
人们研究建筑生态学的目的是为了使人工建造环境能与自然环境或者其他人工环境达到相伴相助、稳定发展、和谐共生的可持续发展形态。但目前现状恰恰相反，建筑对于周边生态系统的影响主要都是消极因素。比如城市的扩建、土地的过度开发，城市在就越来越糟的环境之下暴露无遗；城市周围的热岛效应，不仅影响了城市内部整体的气候环境，周边的自然生态系统甚至卫星城市的气候都受其影响；而城市本身也在不断制造污染，新兴建筑对于周边环境也同样产生着各种影响，甚至是建筑自身的生态系统都具有消极的影响，例如室内中央空调的大规模使用，即便调节了温湿度，仍然不利于植物的健康生长。
以上的例子，究其根本原因是因为建筑生态学内部本身就存在着矛盾关系。人在改造自然环境的同时又要追求适应于自身的类自然环境，在改造甚至是破坏原有环境的同时保留对自身有利的部分，并且加以利用以求达到最利于自身的环境效果。这样一来，对于建筑生态环境的设计就要掌握一个合适的度，确保获得最大利益。而当人类所处的环境发生变化时，人体本身也会产生自我调节，以适应环境的变迁。
那么什么样的建筑生态系统是适于人类发展的？怎样改造建筑才能使其更长久的存在并且更具生存的舒适性？笔者以为这也就是建筑生态学所要研究的最终目的。
（二）建筑生态准数学模型的原理
如果将建筑生态学的思想上升到一定的高度，就会发现这是一门关乎人类未来生存发展的重要学科。在各种内部矛盾与外部矛盾间相互协调统一，寻求佳共生答案，就是建筑生态学的指导思维方式。
这种方式分为两种情况：一种是相对乐观的方式，在自然环境与人的生活不发生冲突的条件下，人们接受自然顺应自然的情况，即人与自然的和谐共生，不需要对生态系统进行再设计；另一种是自然环境条件不利于人类的发展，需通过设计手段重建更为合理的环境生态系统形式，此时人与自然环境的关系也从和谐共处转变为人对环境的单项侵占，人与建筑以及自然环境三者间也产生相互影响，其中的关键就是关于生态设计的策略。当有充足的数据可作为普遍性支持时，就可以被认作数学模型进而进行建模以及自动化操作，通过一系列科学计算得出最适宜结论，而在人与环境的关系下统筹计划、选取最优解也正是建筑师的工作。
（三）建筑生态准数学模型的结构框架
对于优化问题，其三大要素是目标函数、约束条件、决策变量。在此建筑生态准数学模型的结构框架中，目标函数为建筑生态环境的最优条件f（x）。而建筑环境生态标准主要由各个环境指标约束，在这里分别将这些影响建筑生态整体环境的各项指标用X1——Xn表示，这些约束条件主要包括空气温度、空气湿度、光照强度、空气质量、窗洞大小、建筑材料等等一系列有关建筑环境生态的条件。决策变量则是各个约束条件的指标。
当然，对于建筑生态准数学模型的结构框架问题还是存在很多值得讨论的部分：1）目标函数f（x）怎么确定？
对于确定目标函数f（x），首先要确定建筑生态的目标以及各部分约束条件。首先，什么才是人们理想中的生态建筑，人对生态建筑的具体需求，这一系列定义生态建筑的目标，需要通过大量的调查研究才能确定的，而调查问卷的设计也是一个值得探討的问题，并且调查完成后，还需返回对问卷的处理。同时，在问卷设计上也要涉及约束条件的调查，全面整理与目标函数相关的制约条件。
在确定建筑生态的目标与约束条件之后，要做的是探讨各个约束条件间的关系以及各自的范围条件，这都需要通过大量的社会调查来完成具有普遍性的数据支持。
2）约束条件的数值怎么取？
对于约束条件的取值问题，数据的来源主要通过建筑环境专业检测以及人为评价等，其中涉及作为限定条件的建筑规范、物理概念的限定等等。当然，约束条件的设定需要尽可能全面，这其中包括采光、通风、空气质量及成分分析、温度、湿度、各界面材质等等都要考虑在内。同时，各个约束条件的取值范围也需要通过大量的科学实验进行测定与验证，以保证其科学真实性与实践性。
3）X之间的关系式？
由于X之间并非是简单的线性关系，并不能通过简单的数值分析得出函数关系式，可通过观测和实验得出数据组。而且各个约束条件均有各自函数曲线，根据取值范围的特殊性，运用曲线拟合的基本原理即可得出X之间的关系式。这种方式不同于解析式的表达，只有曲线表示，如果想要进一步得出解析式，则需要通过数据拟合来实现。
在节能环保成为世界关注话题的今天，城市生态与建筑生态成为了未来发展的必然趋势，也将越来越被普遍的使用到生活的各种领域。普及这种生态模式的运用，最佳方法就是通过计算机模型的科学计算，得出最佳方案。因此，建筑生态学数学建模也是实现建筑生态学科学化、实用化的必要步骤，通过分析与讨论也得出建筑生态准数学模型建立的可能性，相信未来一定会有很好的发展前景。
参考资料：
[1]格雷汉姆;王幼松译;建筑生态学;中国建筑工业出版社;2008
[2]朱峰;张雪峰;徐心和; 关于机器博弈中的逐步展开型对策的一点讨论;2007中国控制与决策学术年会论文集[C];2007年.