寒冷地区气候特征是日照充足和冬冷夏热的两极化。办公建筑使用者以伏案工作为主，室内人员密度和设备密度较大，为了维持室内光热环境的舒适度需消耗大量能源。办公建筑设计偏重于功能布局和外观设计，依赖主动系统满足舒适度需求，忽视建筑设计要素和自然环境对建筑性能的影响。为了解决建筑设计未充分响应气候环境、设计要素和建筑性能脱节、多项性能目标难权衡的问题，本研究提出基于modeFRONTIER整合Grasshopper/L+H的性能优化设计方法，自动搜索建筑形态、界面、空间要素和主动系统设定参数的最佳组合，实现寒冷地区办公建筑能耗和光热性能的同步优化。
　　本研究的主要内容：1)分析寒冷地区气候特征、办公建筑能耗和光热性能现状，梳理影响建筑性能的设计要素和适宜的被动设计策略。分析既有性能优化设计方法，提出改进基于优化平台的性能优化设计方法。2)基于响应气候特征和利用建筑要素达到节能及兼顾光热性能的理念，建立寒冷地区办公建筑能耗和光热性能相关联的性能模型。3)以建筑形态、界面、空间要素和主动系统设定参数同为变量，以建筑能耗和光热性能为优化目标。针对多变量多目标的优化问题，采用析因试验方法设置试验方案和分析试验数据。4)研究适合寒冷地区办公建筑性能优化的多目标优化方法，包括优化算法、优化过程和分析优化结果。5)搭建基于多目标优化软件modeFRONTIER整合Grasshopper/L+H的办公建筑性能优化设计平台，并应用于寒冷地区某办公建筑案例，检验该平台的实用性和寻优效率。
　　本研究的创新性结果：1)自然采光和自然通风有节能且不降低光热性能的潜力，建立能耗和光热性能相关联的性能模型。将光性能模型求得的利用自然采光的人工照明运行时间表、根据室内外温度计算的自然通风时间表用于能耗模拟，改进惯用的统一照明开关时间表和根据季节划分的自然通风时间表。相关性分析得出，建筑能耗与热环境不满意者百分数有强相关性，建筑能耗与有效天然采光照度有弱相关性。2)敏感度主效应得出，影响建筑性能的关键设计要素是窗墙比、长宽比、朝向、窗户热工性能、办公室进深和百叶倾角，并建议取值区间。敏感度交互效应得出，主动系统设计要素和窗墙比、窗热工性能、外墙传热系数、百叶倾角、办公室进深、朝向的交互作用，并提出主被动设计要素组合策略；朝向和窗墙比、窗SHGC、窗传热系数，窗墙比和长宽比、窗传热系数、外墙传热系数、进深、层高，百叶倾角和办公室进深、面宽的交互作用，并提出被动要素组合策略。进而，对节能标准提出建议。3)NSGA-Ⅱ算法适用于寒冷地区办公建筑性能优化，建议NSGA-Ⅱ算法的种群规模为变量数目的5倍，交叉率和突变概率采用默认值，优化代数根据建筑规模和优化目标设定。一步式优化的寻优效率最佳，其次是分步式，然后是聚类优化，最后是基于聚类再优化。对帕累托最优解做聚类分析，总结最优方案的设计要素值域分布特征。利用多标准决策自动对优化解排序，辅助设计师做设计决策。4)提出基于modeFRONTIER整合Grasshopper/L+H的办公建筑性能优化设计方法和平台，不但具有参数化设计、性能模拟及评价、多目标优化等功能，还增加析因试验方法、分析优化结果等功能，解决了既有性能优化方法交互操作复杂、缺失对优化结果分析、优化算法有限、最优解无法自动选择等问题。