建筑节能博士论文精选(九篇)
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第1篇：建筑节能博士论文范文
关键字： 既有建筑；改造；国外
引言
城市的老化和衰退是一种自然的经济规律和历史现象，在城市的发展过程中是不可避免的。既有建筑的改造活动从欧洲奴隶制社会时期就已经存在，延续至今，不论是技术方面还是改造标准方面均得到了很大的进步与完善。本文概述了西方国家既有建筑改造活动发展的历程，重点介绍了当代西方国家既有居住建筑改造的先进技术与政策法规等，希望能对我国的既有建筑改造活动起到指导作用。
根据西方建筑的发展史，本文将西方既有建筑改造的理论与实践活动分为欧洲古代、欧洲资产阶级革命时期和现代三个时期加以论述。
1 欧洲古代（~1640）
据现有的史料掌握情况，西方既有建筑改造的雏形始于欧洲奴隶社会时期。较早的改造活动是以建筑功能与类型不断推敲、加以完善为目的展开的。由于经济和文化的发展，致使建筑创作领域不断扩大，进而公共建筑类型增多。会堂、剧场、市场、浴堂、旅馆等一些功能性建筑在这一时期形成了相对成熟的形制，如剧场、浴堂等（如图1）。
而中世纪的既有建筑改造活动大多围绕宗教运动的更迭展开，改造的建筑类型比较单一，多集中于教堂、清真寺等。由于建造工期较长，建筑的改造活动存在着周期长、技法不一的特点。
欧洲资本主义萌芽和绝对君权时期出现了欧洲古代旧建筑改造实践活动的亮点，集中体现于意大利文艺复兴时期。这一时期出现了现代意义上的体量、功能改造，对立面改造也上升到了美学层次，譬如阿尔伯蒂设计的安农齐阿教堂立面改造（1470-1477年）（如图2）。这一时期的建筑改造技术普遍应用当时的现有技术和成熟技术，具有鲜明的时代特色[1]。
2 欧美资产阶级革命时期（1640~1918）
英国资产阶级革命后，工业化进程不断加速的同时，也加快了建筑技术的变革，产生了新技术和新材料；同时催生了近代城市化，带来新功能，进而出现新建筑。对既有居住建筑的改造活动始于19世纪初的巴黎改造。1811年，巴黎着手改建丢勒里宫北侧的李沃利大街，沿街是一色的房屋，连阁楼一共五层，底层是商店，前面有连绵的券廊，形成人行道。这条大街在19世纪中叶改造完成后成为商业街道的范本[2]。
在这一时期，出现并提供了改造既有建筑的新手段：钢铁，玻璃、钢筋混凝土和相应的结构科学。技术进步与设施革新对既有建筑的再利用实践活动起到了根本的推动作用，有一些经典的改造技法得到普及，进而演化成为新的建筑形制，如玻璃廊的产生（如图3）。
3 现代（1919~今）
一战到二战期间，西方国家处于动乱的时期，两战期间虽然出现了屈指可数的旧建筑改造再利用实践项目，但是在长期战乱与经济萧条的影响下却难以为继。旧建筑的改造在这一时期显得无章法可循、支离破碎。
战争结束后，受到战争破坏的国家纷纷开始了战后重建活动。
战后的德国，以再造的方式保留传统。在那些已经进行重建的城市里，古老而传统的面貌残留下来的痕迹，往往是小心翼翼地被保护了下来。许多遗迹甚至被完全摧毁的纪念物，被精心照原样恢复，像科隆的圣马丁附近沿河住宅。可以说，这些真实作品的等比例模型自然不会真正取代原作，却使得重建工作更容易些，并在城市景观中重现它们的存在。
在这一时期，既有建筑的改造仍然大多局限于对特殊历史文化价值的珍宝式建筑遗产的艺术化再利用，改造的类型局限性大，功能置换的自由度不高，改造仍然不是大量的、能够应对社会需求变化的再设计与再建造活动。
1970年后爆发的两次石油危机造成的巨大冲击与影响，使开发商认识到新建建筑耗费巨大的能源，能源危机又迅速提高其成本，进而转求更为廉价的建筑方式――既有建筑的改造再利用。
20世纪80年代后，西方对旧建筑的改造包括两方面的内容：一方面是对既有建筑特别是普通老建筑的性能与功能改造，另一方面是延续一个时期对历史性建筑的持续更新与改造再利用。
比如，美国1980年代中期以来，美国的改造更新发展继续同城市复兴实践紧密地结合在一起，以旧金山渔人码头的戏剧性再生为例：从罐头厂到商业中心（如图4）。
4 当代
新世纪以来，西方各国延续着上世纪的节奏，大有“将改造进行到底”之势。普遍从节能、绿色、生态等角度出发，掀起了新一轮既有建筑改造热潮。
德国政府还设立专门的基金用以推动旧房改造，如Kfw基金，对建筑改造工程提供资金上的优惠，使改造工程可以更好地执行。，以实现提高建筑舒适度、降低建筑能耗、减少环境污染的三大目标。
具体行动上，德国每年投入大量资金用于住宅改造，旧房改造的内容很多，包括：增加建筑外保温措施（住宅墙体增加保温材料），更换高效门窗（防止热量从门窗散失），替换高能耗的采暖措施（提高热能利用率），通过这些维护更新方法，德国的旧房改造取得了很高的成效。从政府公布的数字来看，德国旧房改造后，居民住宅每平米CO₂减少的排放量达到40公斤/年。
德国既有建筑具体的改造技术如下[3]：
（1）德国冬季多以燃油取暖为主。未进行节能改造的住宅，其燃油量在20升/以上。路德维希港的一栋示范建筑，主体为砖墙的住宅，外墙贴上20厘米厚的聚苯乙烯板做外保温，屋顶则采用29厘米的聚苯板保温，还采用了其他一些措施。改造的结果，在提高室内舒适度的情况下，采暖燃油降到3升/
（2）外窗采用了三层玻璃密封窗，采用Low-e玻璃，内充惰性气体，外设卷帘或窗板。
（3）将石蜡制成成分散的极小颗粒掺入保温材料中，抹于外墙内侧，利用石蜡相变吸收或放出的热量的特性，起调节和保温的作用。
（4）外保温与装饰一体装配化。对既有建筑的节能改造来说，尽量采取施工速度快，没有湿作业、对住户影响小的技术。在聚苯乙烯保温层外贴面砖，在工厂预制成块体，到现场用锚固件固定在外墙上，修补好预留的、错开接缝后，外保温与外饰面即可一次完成。该种技术可用于我国既有建筑的节能改造。
英国的既有建筑量巨大，1970年以后的新建建筑仅占全部建筑的20.9%，住房基本已经饱和。英国政府每五年修订一次房屋节能标准，不断调整建筑围护结构传热系数限值，并依次展开节能改造活动。如表1列出了英国住历年宅围护结构传热系数的限值，可看出英国对围护结构的要求标准越来越高。
以下是英国既有建筑改造的一些做法[4]：
对于旧墙加强保温来说，往墙内空气间层中填入高效保温材料，是最廉价、最迅速的解决方法。施工时不至干扰住户，缺点是热桥问题不能解决，有时在间层内还有结露的可能性。
基本上不动旧窗，只在窗户上加透明层，利用中间的空气层保温。该种做法是利用原有窗框，或镶在特制的轻质框内，再用螺丝拧上、铁钩构筑或用磁铁吸住。
结语
国外的既有建筑改造活动开始的较早，尤其是近三十年来发达国家在新型建筑保温材料的研究、开发和应用，建筑节能法规的制定和实施、建筑设计施工、新型建筑节能产品的认证和管理以及建筑使用中的节能等方面做了大量的工作。不但改善了环境，提高了建筑的舒适度，而且节省了宝贵的能源，取得了可观的经济效益。
在我国经济迅速发展的今天，城市的结构性和功能性衰退将日益成为我国旧城改造的关键。既有建筑的综合改造不是推倒重建，这既不经济也不现实，而是立足于现有条件，新建与改造并重。故借鉴国外较先进的技术、建筑节能产品以及建筑节能法规等，创造出适宜的既有建筑改造技术显得尤为重要。
参考文献：
[1] 郑宁.关于建筑改造之中西对比研究[D].天津大学博士论文,2004.
[2] 陈志华. 外国建筑史（第三版）[M].中国建筑工业出版社,2004.
[3] 卢求，卓定疆. 德国建筑节能政策体系和技术措施[J].北京房地产,2006（4）,103-105.
第2篇：建筑节能博士论文范文
在我国很多学者做了相关BIM的研究并取得了成果。例如，清华大学的张建平教授完成了“基于IFC的建筑工程4D施工管理系统”的研究，并成功地将其应用到了国家体育场等大型的项目中；另外，清华大学和中国建筑科学研究院合作了国家“十一五”项目“建筑设计与施工一体化信息共享技术研究”和“基于BIM技术的下一代建筑工程应用软件研究”，侧重于BIM应用软件的研究，正在推出基于BIM技术的建筑设计、建筑成本预测、建筑节能设计、建筑施工优化、建筑工程安全分析以及建筑工程耐久性评估等一系列应用软件[9]。在鸟巢、水立方这些近年来举国瞩目的项目上，已经运用了BIM。在水立方的设计中，设计人员用BentleyStructural和MicroStationTriForma有效实现了维伦第尔式空间梁架（Vierendeelspaceframe）的建模和计算，2005年赢得了美国建筑师学会（AIA）颁发的建筑信息模型奖。然而国人似乎更加津津乐道于这些建筑具有震撼力的表皮和外国建筑大师对中国文化的借鉴。其实，这些建筑留给中国建筑界的最大财富，可能正是信息时代以数字信息模型为基础的全新工作方式。从历史建筑的数字化保护研究领域来看，随着数字技术的发展，历史建筑保护也跨入了信息时代，数字技术开始应用于建筑遗产的保护研究。信息化技术在历史建筑保护与管理中的运用越来越广泛。特别是地理信息系统（GIS）、三维激光扫描、信息化建模、虚拟现实等技术的应用，给传统的历史建筑保护模式带来了新的技术手段[10]。文化遗产保护工作进入了一个新的信息时代，数字化遗产成为世界各国的共识和共同推进的目标，遗产的数字化、可视化和信息化等技术正在文博部门广泛开展。世界各国成立专门的机构将数字技术应用于历史建筑保护研究。1992年，联合国教科文组织开始推动“世界的记忆”项目，用现代信息技术使文化遗产数字化，这是信息技术与文化遗产结合的关键时期。虚拟现实系统成为人们承载历史记忆的方式之一[11]，1995年英国巴斯举行了虚拟遗产会议（VirtualHeritage）展示历史建筑的虚拟现实系统。1997年在芬兰的倡议下，欧盟国家就开始为信息社会“第二发展阶段”描绘蓝图，文化遗产数字化是其基本内容之一。美国对文化遗产数字化建设非常重视，国家投入巨额资金开展“美国记忆”项目，各方协调合作将其珍贵的历史文献资源发展为数字资源库，并通过互联网向全球传播。同时一些硕博士论文和专著开展数字技术在历史建筑保护领域的理论研究，探讨信息技术对于建筑遗产的管理与运行机制[12]；研究可视化等数字技术对文化遗产的冲击和影响[18]。同时也有一些研究是针对BIM技术在遗产保护领域的实际应用，如PrabhuVenkatesh以多伦多市区历史建筑改造为例探讨BIM技术在文物建筑整体改造过程中的实际应用[13]。Kim,J和Jeon,BH提出用BIM和参数化建模等技术复原传统的韩屋构造[14]。国内历史建筑保护与信息技术结合最早是从故宫和敦煌开始数字化遗产保护。随着GIS软件功能及GIS数据处理方法信息技术的推广，GIS在地理信息系统领域得到广泛应用[21]，这些信息技术对文化遗产保护起到重要的辅助作用。清华大学建筑学院人居环境研究中心进行了GIS技术在北京旧城保护研究。
南京大学城市与资源学系也开展了基于GIS技术的苏州古城规划。2000年联合国教科文组织与东南大学建筑学院合作成立了GIS中心，并编制国内第一个专门用于历史街区保护的信息管理系统（镇江西津渡历史街区）[15]，胡明星和董卫老师翻译联合国教科文组织地理信息系统手册[16]，并开展GIS应用于历史街区的现状调查、保护规划编制、保护和管理的全过程研究。武汉大学建筑系在历史建筑保护方面也做了相关探索和研究，把GIS技术和历史建筑价值评估等现状研究工作紧密结合（图1）。另外，有一些国内院校的硕士论文集中在数字化、GIS等技术手段与历史建筑保护的结合，研究构建古村落文化遗产资源管理信息系统[17]、探讨利用GIS技术分析旧城区土地性质、面积、空间分布等变化[18]、利用现代信息技术（3S）手段构建文化遗产保护工程管理综合信息平台，通过该系统为文物日常管理、抢救性保护以及修复实施和管理监测工作提供支撑[19]。另外也有一些研究集中在根据古建筑的模式化特征，分析研究应用参数化技术的方法，尝试将参数化技术应用到古建筑的设计过程，建立古建筑的参数化模型，选用GDL（GeometricDescriptionLanguage）参数化技术研究中国古建筑大木的参数化设计[20]。以及建立参数化古建筑构件库来实现古建筑三维模型的精确重建，实现古建筑的数字化存档，为古建筑工程的复原、修复提供技术支持[21]。并探讨参数化在建立单个古建筑模型时的技术实现。计算机领域也有研究通过对实体扩展数据的研究和对ESTL文件的定义，利用面向对象技术、ObjectARX和OpenGL等开发技术，研发古建筑的三维建模组件和虚拟仿真平台[22]。在实际建造案例中，目前所能找到的将设计的具体信息公开的案例有鸡足山佛塔寺项目，此设计中用BIM完整地做了一套重檐歇山顶仿古建筑模型，并运用于施工。清东陵景陵修缮设计方案中也探讨了建筑信息模型在古建筑修缮过程中的实际应用[23]。研究历史建筑的结构、表皮以及设备管线等模型信息分“层”复原，扩充建筑数据采集的任务量与最终成果的信息涵盖量[24]。可见国内历史建筑数字化技术与实践已经迈出了可喜的一步。但由于我国起步较晚，历史建筑的各类信息和基础数据仍然不能及时准确地获取、分析、共享，也无法解决面临海量信息处理的难题。历史建筑的知识库不仅数据量大，而且根据时间的推移和技术的革新变化很快，需要建立追踪监测机制。
2历史建筑保护工作纳入云服务平台的可能性
历史建筑保护一直以来是城市规划、建筑学的研究重点之一，也是城市规划和政府决策必不可少的一部分。然而目前历史建筑保护工作和信息时代的差距仍然较大，历史建筑信息大多数仍停留在纸质文档，或者是单个计算机的电子文档，这些文档没有形成统一规范的数据库，不能很好地满足用户对相关数据和资料的查询需求；传统的测绘及保护手段不能满足人们管理与保护古建筑的需求，二维的观测也不能满足人们对于古建筑的全方位认知。随着计算机科学和激光技术的发展，地理信息系统（GIS）、三维激光扫描和虚拟现实技术的应用，我们可以清楚地看到在历史建筑保护领域里全方位引入现代信息工具已经迫在眉睫。
2.1历史建筑保护工作的数字化和信息化
目前的历史建筑保护开始运用数字化技术，BIM则可以统筹这些数字化技术，加速文物建筑的数字化、信息化进程。其实BIM的内涵及外延早已超出了模型的范畴，也延伸出了建筑行业，甚至到整个工程行业。因此BIM的实用性十分适用于历史建筑保护的工作。从时展的脉络来说，BIM把以2D图纸为基础的保护手段转变为3D模型为基础的保护手段（图2）。目前历史建筑保护管理系统还只能局限于一个单位内部，无法做到所有参与方的协同合作，数据可视化和关联性差，技术层级不够，迫切需要形成统一规范的数据仓库，在海量信息中自动搜集到相关的信息。BIM为历史建筑保护的协同合作提供了很好的平台。BIM的应用对于实现文物建筑保护及文物建筑管理，提高文物建筑保护的科学技术水平，促进文物建筑保护全面信息化和现代化，具有巨大的应用价值和广阔的应用前景。如何利用BIM，往下统筹历史建筑的各项数字化保护技术，往上整合到云服务平台，很多技术细节迫切需要立项深入开展研究。
2.2历史建筑保护工作的海量数据分析
历史建筑的数字化保护已经将建筑学和计算机学科紧密结合。而近年来云计算的风起云涌给我们带来了服务模式与技术上的创新思想和理念。云计算的设计思想就是把分散的计算任务分布在大量计算机系统构成资源上，使各种应用系统能根据需要获取计算力、存储空间和各种服务。云服务是基于云计算的各种服务，在基于云计算的云服务平台中，计算压力从客户端转移到服务终端，应用服务也由技术商提供远程支持。这种新型的计算资源组织、分配和使用模式，有利于合理配置计算资源并提高其利用率，实现绿色计算。云计算为城市信息化建设提供了有效手段，通过云计算平台提供的“云服务”经由网络可以提供给包括城市管理部门、行业部门以及大众用户各种资源信息[25]。云服务技术与云服务系统使智慧城市时空信息云平台与城乡规划的协同研究符合城乡规划的发展趋势[26]。数字地球和智慧城市为历史建筑的数字化保护指明了方向，基于云服务平台的建筑信息模型为历史建筑保护工作实现实时、动态、高效的时空信息管理提供了技术支撑。引入云计算技术统一化的数据访问和开发技术，实行各种不同系统信息之间的互联互通，保障信息的有效沟通和整合，从而实现海量数据的快速获取与更新功能，实现真三维动态建模与可视化功能，使得历史建筑向智能化、智慧化、语音化、真实化方向发展。
3基于云服务系统的历史建筑管理信息系统
历史建筑保护地域性强，需要强大的数据库支撑，而且根据时间的推移和技术的革新变化很快。历史建筑保护的先进技术包括虚拟复原技术需要进行大量的数据处理；历史建筑保护的材料选购、价格计算也需要数据分析；历史建筑的分类、寿命分析预测也需要运用数学模型。这些工作需要强大的数据分析工具。同时，依托历史建筑综合数据库，规划设计、文物保护和相关管理部门需要及时掌握各种能反映现状的动态资料，建立一定的监测机制。目前历史建筑的数字化保护技术多限于GIS、数字化测量、虚拟现实系统等方面，GIS可以对历史建筑模型的空间信息进行有效的组织和处理，参数化技术可以解决历史建筑信息数据的数字提取，数字化测量技术解决了传统历史建筑测绘方式不可比拟的存储和传递优势，虚拟仿真平台的交互性、沉浸感和构想性在建筑的多媒体展示方面更显其优越性，这些技术信息都是针对历史建筑保护过程的某个片段，不能实现历史建筑保护过程的全生命周期管理，缺乏在历史建筑保护全生命周期中对历史建筑的现状、变化规律及发展趋势做出完整的分析和评估的研究。BIM模型中包含的建筑信息可以被用于模拟历史建筑保护更新中的状态和变化，其普及与完善将对历史建筑保护工作产生变革式的飞速发展。历史建筑管理信息系统是以历史建筑数据库为核心，将计算机技术、通信技术、网络技术、地理信息系统技术、遥感技术、城市规划及系统科学、历史建筑资源管理和保护的理论和方法，综合应用于历史建筑保护与管理事务的图文一体化技术集成系统。
3.1基于建筑信息模型的历史建筑保护模式
从历史文化角度对城市中的历史建筑进行保护和再利用已成共识，但仍需要着眼于拓宽视野，从历史建筑的生态观、历史文化观、法制观和经济价值观等方面，对当今城市建设的可持续发展性进行了较为全面的研究，从更广阔长远的视角挖掘当今的城市建设中历史建筑的价值并提出相应的数字化保护对策。这种价值发现和挖掘是系统的过程，其模式与方法研究能够最大限度地发挥历史建筑所蕴含的各种价值，提高现代城市的核心竞争力。在历史建筑实体的保护层面，将基于数字技术研究方式进一步发展成为能支持对于历史建筑的协同研究过程、管理过程和保护实施过程的新型研究和保护模式。根据文物建筑保护方案建立和维护BIM模型，使用BIM平台汇总各项目团队所有的维护相关信息，将得到的信息结合三维模型进行整理和储存，以备项目全过程中各相关方随时共享。探索数字测图和各种检测技术在历史建筑实体保护应用中的可能性，通过调研和测试，用相关技术对历史建筑遗产保护的适用性进行评估和总结。将历史建筑信息管理系统与历史知识库等进一步集成，借助计算机网络化管理，使历史建筑研究过程、管理决策过程、以及实施优化过程进一步制度化、规范化，从而有效地提高历史建筑的研究和保护水平。
3.2基于云服务的历史建筑空间数据库和数据分析技术
历史建筑的空间数据库的构建对于数字化保护至关重要。这其中要运用扫描技术、CAD技术、3dsmax建模技术、VRML虚拟现实技术、PhotoShop后期处理等。按照前期信息建模研究所确立的建构标准和方法，分别建构建筑遗产单体数据库、维修历史档案库以及既往研究案例库中。以“三库”中蕴藏的大量建筑遗产知识为研究对象，运用人工智能原理分析知识间相互关系、知识的表达方式和检索方式，从中总结出基本规律，从而建构数据库框架模型。采用云计算技术，建立历史建筑云数据中心，以在线信息服务的方式支撑历史建筑保护相关专题信息系统建设。系统集成多源、多维、多尺度、多时态的信息，通过这个数据库可以显示历史建筑的相关数据及属性，特别是其现状影响信息，包括平、立、剖面，通过虚拟建造、信息化建模实现建筑的可视化和信息数据的可查询化，并对其进行统计和分析，满足多领域、多部门的应用需求。历史建筑转化为数字信息后需要的是信息方面的技术，包括信息建模技术（XML）、数据库技术（SQLServer）、虚拟现实技术（VRML）、信息集成技术（Internet）等。海量基础数据全过程统计分析、方法选定、特征归纳、维护分类等需要功能强大的、能根据需要及时更新的、实现集群计算的动态数据分析软件。在历史建筑转化为数字信息的研究基础上，引入数学和计算机理论，研究多维矩阵分析理论对一些涉及时序和PanelData的经典模型以及我们自己提出或改进的一些模型，对演化计算及其收敛性证明过程，实现数学模型的多维矩阵表达。进一步研究并实现基于多维矩阵理论的算法的程序表达，同时尽可能多地实现多维数据可视化。使用户直观地理解、分析数据，最终能多角度、多侧面地观察数据，深入地了解包含在海量历史建筑BIM数据中的信息和内涵。
