建筑節能博士論文精選(九篇)

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第1篇：建筑節能博士論文范文

關鍵字： 既有建筑；改造；國外

引言

城市的老化和衰退是一種自然的經濟規律和歷史現象，在城市的發展過程中是不可避免的。既有建筑的改造活動從歐洲奴隸制社會時期就已經存在，延續至今，不論是技術方面還是改造標準方面均得到了很大的進步與完善。本文概述了西方國家既有建筑改造活動發展的歷程，重點介紹了當代西方國家既有居住建筑改造的先進技術與政策法規等，希望能對我國的既有建筑改造活動起到指導作用。

根據西方建筑的發展史，本文將西方既有建筑改造的理論與實踐活動分為歐洲古代、歐洲資產階級革命時期和現代三個時期加以論述。

1 歐洲古代（~1640）

據現有的史料掌握情況，西方既有建筑改造的雛形始于歐洲奴隸社會時期。較早的改造活動是以建筑功能與類型不斷推敲、加以完善為目的展開的。由于經濟和文化的發展，致使建筑創作領域不斷擴大，進而公共建筑類型增多。會堂、劇場、市場、浴堂、旅館等一些功能性建筑在這一時期形成了相對成熟的形制，如劇場、浴堂等（如圖1）。

而中世紀的既有建筑改造活動大多圍繞宗教運動的更迭展開，改造的建筑類型比較單一，多集中于教堂、清真寺等。由于建造工期較長，建筑的改造活動存在著周期長、技法不一的特點。

歐洲資本主義萌芽和絕對君權時期出現了歐洲古代舊建筑改造實踐活動的亮點，集中體現于意大利文藝復興時期。這一時期出現了現代意義上的體量、功能改造，對立面改造也上升到了美學層次，譬如阿爾伯蒂設計的安農齊阿教堂立面改造（1470-1477年）（如圖2）。這一時期的建筑改造技術普遍應用當時的現有技術和成熟技術，具有鮮明的時代特色[1]。

2 歐美資產階級革命時期（1640~1918）

英國資產階級革命后，工業化進程不斷加速的同時，也加快了建筑技術的變革，產生了新技術和新材料；同時催生了近代城市化，帶來新功能，進而出現新建筑。對既有居住建筑的改造活動始于19世紀初的巴黎改造。1811年，巴黎著手改建丟勒里宮北側的李沃利大街，沿街是一色的房屋，連閣樓一共五層，底層是商店，前面有連綿的券廊，形成人行道。這條大街在19世紀中葉改造完成后成為商業街道的范本[2]。

在這一時期，出現并提供了改造既有建筑的新手段：鋼鐵，玻璃、鋼筋混凝土和相應的結構科學。技術進步與設施革新對既有建筑的再利用實踐活動起到了根本的推動作用，有一些經典的改造技法得到普及，進而演化成為新的建筑形制，如玻璃廊的產生（如圖3）。

3 現代（1919~今）

一戰到二戰期間，西方國家處于動亂的時期，兩戰期間雖然出現了屈指可數的舊建筑改造再利用實踐項目，但是在長期戰亂與經濟蕭條的影響下卻難以為繼。舊建筑的改造在這一時期顯得無章法可循、支離破碎。

戰爭結束后，受到戰爭破壞的國家紛紛開始了戰后重建活動。

戰后的德國，以再造的方式保留傳統。在那些已經進行重建的城市里，古老而傳統的面貌殘留下來的痕跡，往往是小心翼翼地被保護了下來。許多遺跡甚至被完全摧毀的紀念物，被精心照原樣恢復，像科隆的圣馬丁附近沿河住宅。可以說，這些真實作品的等比例模型自然不會真正取代原作，卻使得重建工作更容易些，并在城市景觀中重現它們的存在。

在這一時期，既有建筑的改造仍然大多局限于對特殊歷史文化價值的珍寶式建筑遺產的藝術化再利用，改造的類型局限性大，功能置換的自由度不高，改造仍然不是大量的、能夠應對社會需求變化的再設計與再建造活動。

1970年后爆發的兩次石油危機造成的巨大沖擊與影響，使開發商認識到新建建筑耗費巨大的能源，能源危機又迅速提高其成本，進而轉求更為廉價的建筑方式――既有建筑的改造再利用。

20世紀80年代后，西方對舊建筑的改造包括兩方面的內容：一方面是對既有建筑特別是普通老建筑的性能與功能改造，另一方面是延續一個時期對歷史性建筑的持續更新與改造再利用。

比如，美國1980年代中期以來，美國的改造更新發展繼續同城市復興實踐緊密地結合在一起，以舊金山漁人碼頭的戲劇性再生為例：從罐頭廠到商業中心（如圖4）。

4 當代

新世紀以來，西方各國延續著上世紀的節奏，大有“將改造進行到底”之勢。普遍從節能、綠色、生態等角度出發，掀起了新一輪既有建筑改造熱潮。

德國政府還設立專門的基金用以推動舊房改造，如Kfw基金，對建筑改造工程提供資金上的優惠，使改造工程可以更好地執行。，以實現提高建筑舒適度、降低建筑能耗、減少環境污染的三大目標。

具體行動上，德國每年投入大量資金用于住宅改造，舊房改造的內容很多，包括：增加建筑外保溫措施（住宅墻體增加保溫材料），更換高效門窗（防止熱量從門窗散失），替換高能耗的采暖措施（提高熱能利用率），通過這些維護更新方法，德國的舊房改造取得了很高的成效。從政府公布的數字來看，德國舊房改造后，居民住宅每平米CO₂減少的排放量達到40公斤/年。

德國既有建筑具體的改造技術如下[3]：

（1）德國冬季多以燃油取暖為主。未進行節能改造的住宅，其燃油量在20升/以上。路德維希港的一棟示范建筑，主體為磚墻的住宅，外墻貼上20厘米厚的聚苯乙烯板做外保溫，屋頂則采用29厘米的聚苯板保溫，還采用了其他一些措施。改造的結果，在提高室內舒適度的情況下，采暖燃油降到3升/

（2）外窗采用了三層玻璃密封窗，采用Low-e玻璃，內充惰性氣體，外設卷簾或窗板。

（3）將石蠟制成成分散的極小顆粒摻入保溫材料中，抹于外墻內側，利用石蠟相變吸收或放出的熱量的特性，起調節和保溫的作用。

（4）外保溫與裝飾一體裝配化。對既有建筑的節能改造來說，盡量采取施工速度快，沒有濕作業、對住戶影響小的技術。在聚苯乙烯保溫層外貼面磚，在工廠預制成塊體，到現場用錨固件固定在外墻上，修補好預留的、錯開接縫后，外保溫與外飾面即可一次完成。該種技術可用于我國既有建筑的節能改造。

英國的既有建筑量巨大，1970年以后的新建建筑僅占全部建筑的20.9%，住房基本已經飽和。英國政府每五年修訂一次房屋節能標準，不斷調整建筑圍護結構傳熱系數限值，并依次展開節能改造活動。如表1列出了英國住歷年宅圍護結構傳熱系數的限值，可看出英國對圍護結構的要求標準越來越高。

以下是英國既有建筑改造的一些做法[4]：

對于舊墻加強保溫來說，往墻內空氣間層中填入高效保溫材料，是最廉價、最迅速的解決方法。施工時不至干擾住戶，缺點是熱橋問題不能解決，有時在間層內還有結露的可能性。

基本上不動舊窗，只在窗戶上加透明層，利用中間的空氣層保溫。該種做法是利用原有窗框，或鑲在特制的輕質框內，再用螺絲擰上、鐵鉤構筑或用磁鐵吸住。

結語

國外的既有建筑改造活動開始的較早，尤其是近三十年來發達國家在新型建筑保溫材料的研究、開發和應用，建筑節能法規的制定和實施、建筑設計施工、新型建筑節能產品的認證和管理以及建筑使用中的節能等方面做了大量的工作。不但改善了環境，提高了建筑的舒適度，而且節省了寶貴的能源，取得了可觀的經濟效益。

在我國經濟迅速發展的今天，城市的結構性和功能性衰退將日益成為我國舊城改造的關鍵。既有建筑的綜合改造不是推倒重建，這既不經濟也不現實，而是立足于現有條件，新建與改造并重。故借鑒國外較先進的技術、建筑節能產品以及建筑節能法規等，創造出適宜的既有建筑改造技術顯得尤為重要。

參考文獻：

[1] 鄭寧.關于建筑改造之中西對比研究[D].天津大學博士論文,2004.

[2] 陳志華. 外國建筑史（第三版）[M].中國建筑工業出版社,2004.

[3] 盧求，卓定疆. 德國建筑節能政策體系和技術措施[J].北京房地產,2006（4）,103-105.

第2篇：建筑節能博士論文范文

在我國很多學者做了相關BIM的研究并取得了成果。例如，清華大學的張建平教授完成了“基于IFC的建筑工程4D施工管理系統”的研究，并成功地將其應用到了國家體育場等大型的項目中；另外，清華大學和中國建筑科學研究院合作了國家“十一五”項目“建筑設計與施工一體化信息共享技術研究”和“基于BIM技術的下一代建筑工程應用軟件研究”，側重于BIM應用軟件的研究，正在推出基于BIM技術的建筑設計、建筑成本預測、建筑節能設計、建筑施工優化、建筑工程安全分析以及建筑工程耐久性評估等一系列應用軟件[9]。在鳥巢、水立方這些近年來舉國矚目的項目上，已經運用了BIM。在水立方的設計中，設計人員用BentleyStructural和MicroStationTriForma有效實現了維倫第爾式空間梁架（Vierendeelspaceframe）的建模和計算，2005年贏得了美國建筑師學會（AIA）頒發的建筑信息模型獎。然而國人似乎更加津津樂道于這些建筑具有震撼力的表皮和外國建筑大師對中國文化的借鑒。其實，這些建筑留給中國建筑界的最大財富，可能正是信息時代以數字信息模型為基礎的全新工作方式。從歷史建筑的數字化保護研究領域來看，隨著數字技術的發展，歷史建筑保護也跨入了信息時代，數字技術開始應用于建筑遺產的保護研究。信息化技術在歷史建筑保護與管理中的運用越來越廣泛。特別是地理信息系統（GIS）、三維激光掃描、信息化建模、虛擬現實等技術的應用，給傳統的歷史建筑保護模式帶來了新的技術手段[10]。文化遺產保護工作進入了一個新的信息時代，數字化遺產成為世界各國的共識和共同推進的目標，遺產的數字化、可視化和信息化等技術正在文博部門廣泛開展。世界各國成立專門的機構將數字技術應用于歷史建筑保護研究。1992年，聯合國教科文組織開始推動“世界的記憶”項目，用現代信息技術使文化遺產數字化，這是信息技術與文化遺產結合的關鍵時期。虛擬現實系統成為人們承載歷史記憶的方式之一[11]，1995年英國巴斯舉行了虛擬遺產會議（VirtualHeritage）展示歷史建筑的虛擬現實系統。1997年在芬蘭的倡議下，歐盟國家就開始為信息社會“第二發展階段”描繪藍圖，文化遺產數字化是其基本內容之一。美國對文化遺產數字化建設非常重視，國家投入巨額資金開展“美國記憶”項目，各方協調合作將其珍貴的歷史文獻資源發展為數字資源庫，并通過互聯網向全球傳播。同時一些碩博士論文和專著開展數字技術在歷史建筑保護領域的理論研究，探討信息技術對于建筑遺產的管理與運行機制[12]；研究可視化等數字技術對文化遺產的沖擊和影響[18]。同時也有一些研究是針對BIM技術在遺產保護領域的實際應用，如PrabhuVenkatesh以多倫多市區歷史建筑改造為例探討BIM技術在文物建筑整體改造過程中的實際應用[13]。Kim,J和Jeon,BH提出用BIM和參數化建模等技術復原傳統的韓屋構造[14]。國內歷史建筑保護與信息技術結合最早是從故宮和敦煌開始數字化遺產保護。隨著GIS軟件功能及GIS數據處理方法信息技術的推廣，GIS在地理信息系統領域得到廣泛應用[21]，這些信息技術對文化遺產保護起到重要的輔助作用。清華大學建筑學院人居環境研究中心進行了GIS技術在北京舊城保護研究。

南京大學城市與資源學系也開展了基于GIS技術的蘇州古城規劃。2000年聯合國教科文組織與東南大學建筑學院合作成立了GIS中心，并編制國內第一個專門用于歷史街區保護的信息管理系統（鎮江西津渡歷史街區）[15]，胡明星和董衛老師翻譯聯合國教科文組織地理信息系統手冊[16]，并開展GIS應用于歷史街區的現狀調查、保護規劃編制、保護和管理的全過程研究。武漢大學建筑系在歷史建筑保護方面也做了相關探索和研究，把GIS技術和歷史建筑價值評估等現狀研究工作緊密結合（圖1）。另外，有一些國內院校的碩士論文集中在數字化、GIS等技術手段與歷史建筑保護的結合，研究構建古村落文化遺產資源管理信息系統[17]、探討利用GIS技術分析舊城區土地性質、面積、空間分布等變化[18]、利用現代信息技術（3S）手段構建文化遺產保護工程管理綜合信息平臺，通過該系統為文物日常管理、搶救性保護以及修復實施和管理監測工作提供支撐[19]。另外也有一些研究集中在根據古建筑的模式化特征，分析研究應用參數化技術的方法，嘗試將參數化技術應用到古建筑的設計過程，建立古建筑的參數化模型，選用GDL（GeometricDescriptionLanguage）參數化技術研究中國古建筑大木的參數化設計[20]。以及建立參數化古建筑構件庫來實現古建筑三維模型的精確重建，實現古建筑的數字化存檔，為古建筑工程的復原、修復提供技術支持[21]。并探討參數化在建立單個古建筑模型時的技術實現。計算機領域也有研究通過對實體擴展數據的研究和對ESTL文件的定義，利用面向對象技術、ObjectARX和OpenGL等開發技術，研發古建筑的三維建模組件和虛擬仿真平臺[22]。在實際建造案例中，目前所能找到的將設計的具體信息公開的案例有雞足山佛塔寺項目，此設計中用BIM完整地做了一套重檐歇山頂仿古建筑模型，并運用于施工。清東陵景陵修繕設計方案中也探討了建筑信息模型在古建筑修繕過程中的實際應用[23]。研究歷史建筑的結構、表皮以及設備管線等模型信息分“層”復原，擴充建筑數據采集的任務量與最終成果的信息涵蓋量[24]。可見國內歷史建筑數字化技術與實踐已經邁出了可喜的一步。但由于我國起步較晚，歷史建筑的各類信息和基礎數據仍然不能及時準確地獲取、分析、共享，也無法解決面臨海量信息處理的難題。歷史建筑的知識庫不僅數據量大，而且根據時間的推移和技術的革新變化很快，需要建立追蹤監測機制。

2歷史建筑保護工作納入云服務平臺的可能性

歷史建筑保護一直以來是城市規劃、建筑學的研究重點之一，也是城市規劃和政府決策必不可少的一部分。然而目前歷史建筑保護工作和信息時代的差距仍然較大，歷史建筑信息大多數仍停留在紙質文檔，或者是單個計算機的電子文檔，這些文檔沒有形成統一規范的數據庫，不能很好地滿足用戶對相關數據和資料的查詢需求；傳統的測繪及保護手段不能滿足人們管理與保護古建筑的需求，二維的觀測也不能滿足人們對于古建筑的全方位認知。隨著計算機科學和激光技術的發展，地理信息系統（GIS）、三維激光掃描和虛擬現實技術的應用，我們可以清楚地看到在歷史建筑保護領域里全方位引入現代信息工具已經迫在眉睫。

2.1歷史建筑保護工作的數字化和信息化

目前的歷史建筑保護開始運用數字化技術，BIM則可以統籌這些數字化技術，加速文物建筑的數字化、信息化進程。其實BIM的內涵及外延早已超出了模型的范疇，也延伸出了建筑行業，甚至到整個工程行業。因此BIM的實用性十分適用于歷史建筑保護的工作。從時展的脈絡來說，BIM把以2D圖紙為基礎的保護手段轉變為3D模型為基礎的保護手段（圖2）。目前歷史建筑保護管理系統還只能局限于一個單位內部，無法做到所有參與方的協同合作，數據可視化和關聯性差，技術層級不夠，迫切需要形成統一規范的數據倉庫，在海量信息中自動搜集到相關的信息。BIM為歷史建筑保護的協同合作提供了很好的平臺。BIM的應用對于實現文物建筑保護及文物建筑管理，提高文物建筑保護的科學技術水平，促進文物建筑保護全面信息化和現代化，具有巨大的應用價值和廣闊的應用前景。如何利用BIM，往下統籌歷史建筑的各項數字化保護技術，往上整合到云服務平臺，很多技術細節迫切需要立項深入開展研究。

2.2歷史建筑保護工作的海量數據分析

歷史建筑的數字化保護已經將建筑學和計算機學科緊密結合。而近年來云計算的風起云涌給我們帶來了服務模式與技術上的創新思想和理念。云計算的設計思想就是把分散的計算任務分布在大量計算機系統構成資源上，使各種應用系統能根據需要獲取計算力、存儲空間和各種服務。云服務是基于云計算的各種服務，在基于云計算的云服務平臺中，計算壓力從客戶端轉移到服務終端，應用服務也由技術商提供遠程支持。這種新型的計算資源組織、分配和使用模式，有利于合理配置計算資源并提高其利用率，實現綠色計算。云計算為城市信息化建設提供了有效手段，通過云計算平臺提供的“云服務”經由網絡可以提供給包括城市管理部門、行業部門以及大眾用戶各種資源信息[25]。云服務技術與云服務系統使智慧城市時空信息云平臺與城鄉規劃的協同研究符合城鄉規劃的發展趨勢[26]。數字地球和智慧城市為歷史建筑的數字化保護指明了方向，基于云服務平臺的建筑信息模型為歷史建筑保護工作實現實時、動態、高效的時空信息管理提供了技術支撐。引入云計算技術統一化的數據訪問和開發技術，實行各種不同系統信息之間的互聯互通，保障信息的有效溝通和整合，從而實現海量數據的快速獲取與更新功能，實現真三維動態建模與可視化功能，使得歷史建筑向智能化、智慧化、語音化、真實化方向發展。

3基于云服務系統的歷史建筑管理信息系統

歷史建筑保護地域性強，需要強大的數據庫支撐，而且根據時間的推移和技術的革新變化很快。歷史建筑保護的先進技術包括虛擬復原技術需要進行大量的數據處理；歷史建筑保護的材料選購、價格計算也需要數據分析；歷史建筑的分類、壽命分析預測也需要運用數學模型。這些工作需要強大的數據分析工具。同時，依托歷史建筑綜合數據庫，規劃設計、文物保護和相關管理部門需要及時掌握各種能反映現狀的動態資料，建立一定的監測機制。目前歷史建筑的數字化保護技術多限于GIS、數字化測量、虛擬現實系統等方面，GIS可以對歷史建筑模型的空間信息進行有效的組織和處理，參數化技術可以解決歷史建筑信息數據的數字提取，數字化測量技術解決了傳統歷史建筑測繪方式不可比擬的存儲和傳遞優勢，虛擬仿真平臺的交互性、沉浸感和構想性在建筑的多媒體展示方面更顯其優越性，這些技術信息都是針對歷史建筑保護過程的某個片段，不能實現歷史建筑保護過程的全生命周期管理，缺乏在歷史建筑保護全生命周期中對歷史建筑的現狀、變化規律及發展趨勢做出完整的分析和評估的研究。BIM模型中包含的建筑信息可以被用于模擬歷史建筑保護更新中的狀態和變化，其普及與完善將對歷史建筑保護工作產生變革式的飛速發展。歷史建筑管理信息系統是以歷史建筑數據庫為核心，將計算機技術、通信技術、網絡技術、地理信息系統技術、遙感技術、城市規劃及系統科學、歷史建筑資源管理和保護的理論和方法，綜合應用于歷史建筑保護與管理事務的圖文一體化技術集成系統。

3.1基于建筑信息模型的歷史建筑保護模式

從歷史文化角度對城市中的歷史建筑進行保護和再利用已成共識，但仍需要著眼于拓寬視野，從歷史建筑的生態觀、歷史文化觀、法制觀和經濟價值觀等方面，對當今城市建設的可持續發展性進行了較為全面的研究，從更廣闊長遠的視角挖掘當今的城市建設中歷史建筑的價值并提出相應的數字化保護對策。這種價值發現和挖掘是系統的過程，其模式與方法研究能夠最大限度地發揮歷史建筑所蘊含的各種價值，提高現代城市的核心競爭力。在歷史建筑實體的保護層面，將基于數字技術研究方式進一步發展成為能支持對于歷史建筑的協同研究過程、管理過程和保護實施過程的新型研究和保護模式。根據文物建筑保護方案建立和維護BIM模型，使用BIM平臺匯總各項目團隊所有的維護相關信息，將得到的信息結合三維模型進行整理和儲存，以備項目全過程中各相關方隨時共享。探索數字測圖和各種檢測技術在歷史建筑實體保護應用中的可能性，通過調研和測試，用相關技術對歷史建筑遺產保護的適用性進行評估和總結。將歷史建筑信息管理系統與歷史知識庫等進一步集成，借助計算機網絡化管理，使歷史建筑研究過程、管理決策過程、以及實施優化過程進一步制度化、規范化，從而有效地提高歷史建筑的研究和保護水平。

3.2基于云服務的歷史建筑空間數據庫和數據分析技術

歷史建筑的空間數據庫的構建對于數字化保護至關重要。這其中要運用掃描技術、CAD技術、3dsmax建模技術、VRML虛擬現實技術、PhotoShop后期處理等。按照前期信息建模研究所確立的建構標準和方法，分別建構建筑遺產單體數據庫、維修歷史檔案庫以及既往研究案例庫中。以“三庫”中蘊藏的大量建筑遺產知識為研究對象，運用人工智能原理分析知識間相互關系、知識的表達方式和檢索方式，從中總結出基本規律，從而建構數據庫框架模型。采用云計算技術，建立歷史建筑云數據中心，以在線信息服務的方式支撐歷史建筑保護相關專題信息系統建設。系統集成多源、多維、多尺度、多時態的信息，通過這個數據庫可以顯示歷史建筑的相關數據及屬性，特別是其現狀影響信息，包括平、立、剖面，通過虛擬建造、信息化建模實現建筑的可視化和信息數據的可查詢化，并對其進行統計和分析，滿足多領域、多部門的應用需求。歷史建筑轉化為數字信息后需要的是信息方面的技術，包括信息建模技術（XML）、數據庫技術（SQLServer）、虛擬現實技術（VRML）、信息集成技術（Internet）等。海量基礎數據全過程統計分析、方法選定、特征歸納、維護分類等需要功能強大的、能根據需要及時更新的、實現集群計算的動態數據分析軟件。在歷史建筑轉化為數字信息的研究基礎上，引入數學和計算機理論，研究多維矩陣分析理論對一些涉及時序和PanelData的經典模型以及我們自己提出或改進的一些模型，對演化計算及其收斂性證明過程，實現數學模型的多維矩陣表達。進一步研究并實現基于多維矩陣理論的算法的程序表達，同時盡可能多地實現多維數據可視化。使用戶直觀地理解、分析數據，最終能多角度、多側面地觀察數據，深入地了解包含在海量歷史建筑BIM數據中的信息和內涵。