時間：2023-08-07 17:06:54
序論：在您撰寫優化設計與優化方法時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
【關鍵詞】 機械 優化設計 理論 方法
1 機械優化設計理論概述
1.1 機械優化設計的概念
機械優化設計是指最優化技術在機械設計領域的移植和應用，是以最低成本獲得最高效益。其根據機械設計理論、方法與標準規范等建立能夠正確反映實際工程設計的數學模型，利用數學手段和計算機計算技術，在眾多的方法中快速找出最優方案。機械優化設計通過把機械問題轉化為數學問題，加以計算機輔助設計，優選設計參數，在滿足眾多設計目的和約束條件的情況下，獲得最令人滿意、經濟效益最高的方案。目前，機械優化設計已成為解決機械設計問題的有效方法。
1.2 機械優化設計研究的內容
機械優化設計主要研究的是其建模和求解兩部分內容。 如何選擇設計變量、列出約束條件、確定目標函數。其中，設計變量是指在設計過程中經過逐步調整，最后達到最優值的獨立參數。設計變量的數目確定優化設計的維數，維數越大，優化設計工作越復雜，但效益越高，所以選取適當的設計變量顯得尤為重要。約束條件即是對約束變量的限制條件，起著降低設計變量自由度的作用。目標函數即是指各個設計變量的函數表達式，工程中的優化過程即是指找出目標函數的最小值（最大值）的過程。一般而言，目標函數的確定相對容易，但約束條件的選取顯得比較困難。
2 機械優化設計的一般思路與常見方法
2.1 機械優化設計的一般思路
2.1.1 分析問題，建立優化設計數學模型
在機械優化設計的過程中，首先需要通過對實際問題的分析，選取適當的設計變量，確定優化問題的目標函數和約束條件，從而建立優化設計的數學模型。
2.1.2 選擇優化設計方法，編寫程序
在設計變量、約束條件和目標函數三大要素已經確定，構建好數學模型的情況下，編寫計算機語言程序。
2.1.3 分析結果，找到最優方案
準備必須的初始化數據，通過計算機數值計算，對比計算結果，在眾多的設計方案中選擇最完善或者最適宜的設計方案，使其期望的經濟指標達到最高。
2.2 機械優化設計中的常見方法
2.2.1 傳統優化設計理論方法
傳統機械優化設計方法的種類有很多，按求解方法的特點可分為準則優化法、線性規劃法和非線性規劃法。準則優化法是指不應用數學極值原理而是采用力學、物理中的一些手段來謀求最優解的方法。常見的準則優化法有迭代法中的滿應力準則法等，其主要特點是直接簡單效率高，缺點是只能處理簡單的工程問題。線性規劃法是指應用數學極值原理，選取適當的設計變量和約束條件，求解目標函數的一種方法。常見的有單純形法、序列線性規劃法。其優點是通過把實際工程問題轉化為數學極值問題的求解，使其直接、有效、精度系數高，缺點是工作量大。非線性規劃法同樣根據數學極值原理求最優問題，可分為無約束直接法、無約束間接法。有約束直接法和有約束間接法。其優點是應用范圍廣，可應用于大、中、小型工程問題，且都相對簡單方便、可靠性高、穩定性強、精度高。
2.2.2 現代優化設計理論方法
現代優化設計方法不同于傳統優化方法，其無需通過選取設計變量、約束條件、目標函數等因素，便可獲得全局最優解，大大地減少了傳統優化設計方法花費的人力與財力，在日今復雜的工程問題中，提出了全新的思路與方法。常見的現代優化設計方法有遺傳方法、神經網絡法、模擬退火法、粒子群算法等。
3 機械優化設計的現狀與前景
機械優化設計是最優化理論、電子計算機技術和機械工程相結合的一門學科，包括機械優化設計、機械零部件優化設計、機械結構參數和形狀優化設計等。二十世紀五十年代以前，用于解決最優問題的數學方法僅限于古典的微分法與變分法，在處理現實問題時，計算量非常大。直到四十年代前后，大型線性規劃技術的提出，數學方法首次被運用到結構最優化，使得計算過程不再復雜，有效的解決了數值最優化計算。近年來，隨著數學規劃理論與計算機技術的飛速發展及廣泛應用，許多新興優化算法，如遺傳算法、神經網絡法等相繼被提出，機械優化設計廣泛地被應用到建筑結構、化工、航天航空等諸多領域并取得飛速發展。機械優化設計具有廣闊的發展前景。
機械優化設計給機械工程界帶來的巨大經濟效益是顯而易見的，但其工程效應比起預期遠遠小得多。歸結其原因，主要有以下兩點：（1）建模難度大。（2）最優方法的選取難度大。
雖然有以上不足之處，但是機械優化設計的發現前景仍是非常廣大的，且各領域也在積極做出相關的研究探索，并已取得一定的成就。
4 結語
機械優化設計即是指從眾多設計方案中需找最優方案的過程，一般包括建立數學模型、選擇優化方法、分析計算結果選擇出最優方案三個過程。根據不同的分類方式，機械優化設計的方法有很多，從傳統角度，最常用到的有線性規則法中的序列線性規則法等等，由于現在各技術領域的發展以及工程問題對優化設計的需求，衍生了很多與傳統方法原理完全不同的新興方法，最常見到的有遺傳算法、神經網絡法等?？v觀幾十年來機械優化設計的發展歷程，其發展是非常迅速且令人可喜的，雖然仍存在建模困難、優化方法選取等等方面的一些挑戰，但是其前景仍舊是非常廣闊的。研究機械優化設計的理論與方法無論是學術領域還是實際經濟效益方面都具有研究意義。
參考文獻：
[1]劉惟信.機械最優化設計[M].北京：清華大學出版社，1993.
[2]陳立周.機械優化設計技術的發展現狀及其新問題.2000年中國機械科學部份研究的征文，1984.
[3]秦東晨，陳江義，胡濱生等.機械結構優化設計的綜述與展望[J].中國科技信息，2005（9）.
[4]高衛華，謝劍英.動態模糊神經網絡及其在非線性系統中的應用[J].電氣自動化，2000.
截面優化 形狀優化 拓撲優化 算法
結構優化設計是最近30年來才發展起來的一個新的技術，這是結構上的一次重大的飛躍，它讓設計者們從被動的狀態變為了主動狀態。優化設計能夠非常合理地使用每一種材料的性能，讓結構內的每一個單元都能夠很好的協調在一起，并且保證安全度是完全達標的。于此同時，它還能夠幫助整體性的方案設計進行一個非常合理的決策。結構優化設計從出現到現在已經有40多年的歷史了，而在過去的30年內，它在理論和算法等方面都取得了非常顯著的進展。這些進展大部分是與連續變量優化設計相關的，另外少部分是與離散變量優化設計相關的。
1.結構優化設計理論
1.1 截面優化
截面優化的設計變量要么是板的厚度、桿的橫截面積，要么是復合材料的方向角度或分層厚度，因此，在使用有限元對結構的位移與應力進行計算時，只需要直接地使用靈敏度分析以及適當的數學規劃方法便能夠完成截面優化的過程，而不需要對網格進行重新劃分。對于幾何狀態一定的情況，有限元分析只需要在桿的橫截面的性質發生改變的時候才重復地進行。對于板這類有連續性結構的東西，也只需要把各個單元的厚度作為設計的變量，得出的優化結果便是呈階梯形分布的板的厚度。在這些優化設計的過程當中，設計變量和剛度矩陣一般情況下是簡單的線性關系。所以，截面優化應該重點研究優化算法與靈敏度分析。
1.2 形狀優化
形態優化的主要特征是在結構給定的前提下通過對結構的邊界形狀或內部的幾何形狀進行調整來節約材料并且對結構的特性進行改善。從對象上劃分，形狀優化主要可以分為塊狀、板狀的連續體結構與桁架類的桿系結構。對于桿系結構形狀進行優化的求解方法主要可以分為兩類。第一類是綜合法，即是將兩類變量統一起來同時進行處理，運用無量綱化，然后構造近似數學模型進行求解。第二類是分步優化方法，即是將尺寸變量和幾何變量分為兩個設計空間，然后分別對這兩類變量進行優化，也即是每一步將一個變量固定，同時優化另一個變量，兩步之間通過迭代進行協調。
1.3 拓撲優化
拓撲優化已經成為了現今結構優化設計研究的一個焦點，因為它可以在工程結構設計的最初的階段便為設計者提供一個概念性的設計，讓結構在布局上運用到最好的方案，這樣，拓撲優化就比截面優化和形狀優化能夠獲得更大的經濟效益，也更容易受到工程設計人員的親睞。拓撲優化的目的是在設計空間中尋找結構的剛度最好的分布形式，從而來對結構的一些性能進行優化或者減輕結構的重量。
2.結構優化設計方法
2.1 數學規劃法
數學規劃方法的提出開創了現代結構優化的新時代，將優化問題轉化成數學規劃的形式求解也就是將問題轉化為在設計的空間中，在一定的可行域內尋找最小目標等值面上的可行的點，這個點也就是問題的最優解。數學規劃法有非常嚴格的理論基礎，雖然它在一定的條件下能夠收斂到最優的解，但是它要求問題能夠非常明顯地表達，而且大多數情況下還要求設計變量必須是連續變量，目標函數是連續的而且性態要良好。對于大型的結構優化問題，收斂性一般都不是很好，而且迭代的次數比較多，這樣就加大了結構分析的工作量，降低了工作效率。近似概念大大地提高了規劃方法的計算的效率。
2.2 最優準則法
直接地使用數學規劃理論需要多次地調用函數進行計算，而且當設計變量增加時調用次數也會迅速增加，導致設計的效率太低，在這樣一種背景下便出現了最優準則法，它是最先發展的一種結構優化設計方法。這種方法雖然計算效率比較高，但是在建立迭代公式的過程中受到很多假設的限制。
2.3 仿生學方法
近年來，對自然界進化進行模擬的算法有兩類，即模仿自然界過程算法和模仿自然界結構算法，主要又可以分為：進化算法、神經網絡算法與模擬退火。
結語
結構優化是一門綜合性的學科，也是一個有很大發展潛力的研究方向，它具有一定的理論價值與應用價值。在理論上，它對結構設計提出了一個新理念，極大地促進了人類資源的合理配置。于此同時，結構優化問題的本身也帶動了一些相關性學科的發展，對各個學科的發展提出了一些新要求。本文對結構優化的一些優化方法進行了簡要的概括。截面優化相對來說已經比較完善，形狀優化也漸漸地變得成熟，只有拓撲優化至今還處在理論探索的階段。
參考文獻
[1]侯貫澤，劉樹堂，簡國威.工程結構優化設計理論與方法[J].鋼結構，2009，08：30-33.
[2]董立立，趙益萍，梁林泉，朱煜，段廣洪.機械優化設計理論方法研究綜述[J].機床與液壓，2010，15：114-119.
[3]李晶，鹿曉陽，陳世英.結構優化設計理論與方法研究進展[J].工程建設，2007，06：21-31.
[4]錢令希，程耿東，隋允康，鐘萬勰，林家浩.結構優化設計理論與方法的某些進展[J].自然科學進展，1995，01：66-72.
關鍵詞：離心泵；數值分析；優化設計；文丘里自吸系統
引言
隨著我國社會經濟的快速發展，我國各行各業對大型自吸離心泵的需求不斷增加，大型自吸離心泵應用廣泛，在城市給排水、灌溉工程以及工業循環水等方面發揮著重要的作用，所以，研究大型自吸離心泵的設計方法、完善大型自吸離心泵的設計理論，能夠有效提高泵的工作效率，對提高自吸離心泵的性能有重要的現實意義。
1 大型自吸離心泵存在的問題
從上世紀60年代開始我國就開始了對大型自吸離心泵的研究，到90年代提出了應用彈性橡膠閥來實現回流孔自動關閉的理論，在此基礎上研制出了外混式結構的自吸離心泵，提高了泵的可靠性，這種離心泵得到了廣泛的使用。隨著時代的發展，對大型自吸離心泵的要求也在不斷提高，文章針對大型自吸離心泵的結構、參數以及成本等方面對其進行了廣泛的調查，總結出了目前大型自吸離心泵存在的主要問題：（1）自吸結構設計方法有待完善。在國內離心泵生產企業中，大多數還是生產內混式和外混式自吸離心泵，缺乏創新，離心泵的工作效率和自吸性能有待提高；（2）自吸原理比較單一。大多數自吸離心泵采用的是上世紀90年代提出的通過彈性橡膠閥壓縮來控制回流孔自動關閉從而實現自吸的理論，這種自吸原理雖然得到了廣泛的應用，但隨著科學技術的進步，這種自吸原理逐漸變得單一、落后；（3）大型自吸離心泵的材料單一。我國生產大型自吸離心泵的主要材料是鑄鐵，這會導致大型自吸離心泵比較重，也會一定程度上增大工作人員的工作強度。
2 大型自吸離心泵結構及參數設計
2.1 大型自吸離心泵結構設計
大型自吸離心泵通過自吸系統將泵的進口管內空氣排凈并實現快速自吸，保證了泵的工作效率，提高了泵的自吸性能。大型自吸離心泵的主要結構由吸入段、泵體、冷卻油箱、軸承以及自吸系統等組成，泵與自吸系統采用螺栓連接，密封形式為油冷卻，保證泵工作效率和可靠性，大型自吸離心泵的結構如圖1所示。
圖1 大型自吸離心泵三維結構圖
2.2 大型自吸離心泵的設計參數
設計流量為Q=500m3/h，揚程H=45m，泵的轉速n=2200r/min，柴油機的功率為P=100kW，泵的效率ηh=83.5%，泵及裝置效率ηm%=65.5%。
2.3 葉輪水利設計
大型自吸離心泵內部水的流動非常復雜，在自吸系統工作時涉及到氣液的混合，葉輪是非常重要的過流部分，葉輪的設計關系到泵的流量和抗氣蝕性能等，對于大型自吸離心泵的正常工作起著重要的作用。本裝置葉輪的結構采用閉式結構，葉輪的設計首先需要確定泵的比轉速，比轉速可以采用以下公式來計算：
n■=■=188
其次，需要確定泵的進出口直徑，泵的進口直徑是指進口管法蘭處內徑，常用泵的進口直徑、流速以及流量之間的關系表1所示。
表1
根據圖表再加上實際情況選擇泵的進口直徑為200mm，大型自吸離心泵的出口直徑選擇與進口直徑相同，也為200mm；最后要確定葉輪的主要尺寸，葉輪直徑也叫做葉輪頸部直徑，本裝置使用的是懸臂式葉輪。通過一系列計算可得，葉輪進口直徑為200mm，葉輪出口寬度為200mm，葉片包角為120°，進口安放角為25°，出口安放角為30°，葉片厚度為8mm，葉片數為6片。
3 大型自吸離心泵自吸系統工作原理
本大型自吸離心泵采用了文丘里自吸系統，文丘里自吸系統是一種以壓縮空氣作為動力的排氣裝置，主要由噴嘴、逆止濾網以及排氣裝置外殼等組成。文丘里自吸系統的排氣裝置和進口管采用螺栓連接，中間安裝金屬濾網，用來過濾固體顆粒，文丘里自吸系統內部沒有運動部件，所以不需要設置裝置，而且密封性能良好，結構相對簡單，系統工作可靠性也大幅提升。文丘里自吸系統通過壓縮空氣產生射流，這時逆止閥會被打開，射流會不斷地卷吸泵體內的空氣，然后排出。與此同時，逆止閥會組織外部的氣體進入泵體內部，經過這樣的反復排氣會使泵體產生真空，這時水流進入葉輪，水流的作用力會將逆止閥關閉，這時離心泵開始了正常工作，實現了大型離心泵的自吸功能。
4 大型自吸離心泵試驗研究
按照上述設計，在產品質量檢測水泵試驗臺上進行檢測，并按照國家標準GB/T3216-2005《回轉動力泵水力性能驗收試驗1級和2級》進行實驗。預測性能曲線與實驗性能曲線重合度非常高，由于集合造型、湍流模型以及計算方法等都會對計算結果產生一定的影響，所以實驗結果產生的誤差在可以接受的范圍之內。同時對大型自吸離心泵自吸性能進行實驗，按照相關標準，當自吸離心泵自吸高度達到5米時，自吸時間應小于120s，本裝置進行自吸實驗時，自吸高度達到5米時自吸時間為75s，遠遠高于國家標準，通過實驗可以得出，大型自吸離心泵的性能參數滿足設計要求。
5 結束語
綜上所述，文章對離心泵優化設計理論與方法進行了分析，介紹了泵的結構、自吸系統以及葉輪等的設計，通過對大型自吸離心泵試驗研究可以得出其性能參數滿足設計要求，甚至一些參數遠遠超過了國家相關標準。對大型自吸離心泵進行研究，提高了泵的工作效率和性能，對促進我國社會經濟發展具有重要的現實意義。
參考文獻
[1]任靜，吳玉林，楊建明，等.水力機械轉輪內的CFD分析及優化設計[J].工程熱物理學報，2000，21（3）：31-32.
關鍵詞：房屋， 結構設計， 優化技術 ， 方法，要點
Abstract: with China's economic prosperity and development, housing construction structure design level also constantly improving, the optimization design of building structure not only can save cost cost, but also can improve the quality and safety of the house. The paper mainly introduces the present situation of the houses and the optimization design of reason, and expounds the optimized design of building the main contents and methods, finally puts forward the design optimization of building structure should be pay attention to, and puts forward some opinions of his own.
Keywords: housing, structure design, optimization technology, method, the main points
中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：
近年來，由于土地價格市場的變化，不斷上漲的土地價格給開發商的建筑總成本控制帶來了極大的壓力，同時，人們對于居住條件及生活環境的要求不斷提高，相應建筑產品的品質要求也就不斷提高，這就讓開發商不斷尋求新的手段滿足顧客需求，而降低工程造價就成為開發商追求的直接目標，這就需要我們利用結構設計優化設計技術方法，提高有限空間 有限資源的最大化效果發揮，實現經濟化 實用性和適用性的良好目標。
1 房屋設計的現狀及實行優化的原因
依據我國的國情以及發展形勢，我國今后主要以建設高層住房為主。與此同時，投資者們也日益關注建設成本如何最低化，使用結構設計優化技術能夠實現建筑成本的最低化。
若想實現結構優化的目的，工程設計人員首先以建筑的安全性為基礎，然后理性分析建筑方案，融合與之相適宜的設計理念以及方法實現對工程造價的有效控制，以符合投資者的經濟要求。根據統計資料顯示，建筑結構經過優化設計比未進行優化的建筑節省了50%至30%的費用。然而，在很多實際優化設計中，其因為受到較多因素的制約而難以施展、發揮出其優越性。比如，過度追求工程設計進度，就會影響工程設計人員的設計效果，一味地以滿足工程進度為目標；年輕的工程設計人員常受其專業素質限制，難以理解其設計軟件，無法實現優化技術。也有一些工程設計人員過于關注建筑部分，忽視了建筑的整體方案，能實現控制整體造價。由此可見，工程設計人員要將其技術與經濟效益進行有機結合，只有合理的設計方案才能確保實現最大經濟效益。
2 房屋優化設計的主要內容
通常房屋結構的設計主要是利用適宜的方法和設計理念來滿足房屋建筑設計的需求，比如確定合理的布置、結構形勢、構件尺寸等。尤其是優化設計基本的鋼筋混凝土房屋結構體系，往往自整體布局與具體構件兩個角度進行分析。影響整體布局的關鍵因素是建筑物的柱網尺寸、層高、體型、抗側力構件位置等。具體構件主要是指結構構件的幾面、布局、鋼筋及混凝土的配筋構造、強度等級、對于這兩大方面的因素，需要有專業的工程設計人員，熟知構件設計規范并具有豐富設計經驗，而且善于分析與把握構件受力特性及結構，進而選取最相適宜的方法展開優化設計工作。
3 房屋結構設計優化方法
賞心悅目的建筑是建筑的美觀與結構設計相互協調密切配合的結果。建筑結構設計追求適用、安全、經濟、美觀和便于施工五種效果，而建筑設計優化設計技術方法的應用不但滿足了建筑美觀、造型優美的要求，又能使房屋結構安全、經濟、合理，成為實際意義上的“經濟適用”房。從建筑上分析結構設計優化方法，它主要體現在房屋工程分部結構的優化設計和房屋工程結構總體的優化設計量方面。
房屋工程分部結構優化設計實施過程中，還應該按照一切從實際出發的原則，結合具體工程的實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經濟效益的目標進行結構優化設計。進行結構設計時，應在滿足設計意圖后，盡量使平面布置規則，縮小剛度和質量中心的差異，這樣水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉作用 豎直方向上應避開使用轉換層，減少應力集中現象。
3.1結構優化設計模型
結構設計優化就是在各種影響變量中選擇主要參數，并建立函數模型，運用科學合理的方法得出最優解。結構總體的優化建立模型的大致步驟如下：
（1）設計變量的合理選擇。通常的設計變量選擇對設計要求影響較大的參數，將所涉及的參數按照各自的重要性區分，將對變化影響不大的參數定為預定參數，通過這種方法可減少很多計算編程的工作量。
（2）目標函數的確定。使用函數找出滿足既定條件的最優解最后，約束條件的確定 房屋結構可靠度優化設計的約束條件，包括了應力約束、裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、從正常時的極限狀態下彈性約束到終極狀態的彈塑性約束、從可靠指標約束到確定性約束條件等。設計中，要保證各約束條件必須符合現行規范的要求。
3.2結構優化計算方案
結構設計優化設計多個變量、多個約束條件，屬于一個非線性的優化問題，設定計算方案時，常將有約束條件轉變為無約束條件來計算常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。完成計算方案的設定后只需編制相應適用的運算程序即可得到我們的最終優化結果。
4 結構設計優化中應注意的問題
結構設計優化方法應用于實踐之中，是目前一個比較廣泛的課題，利用結構優化的方法在不改變適用性能的前提下達到降低工程造價的目的 結構設計優化設計應用于項目的整體設計、前期設計，舊房改造，抗震設計等設計的各分部環節，發揮著巨大的效益 在按照結構設計優化的方法及模型進行實踐的過程中，要注意下面的幾個問題：
4.1 結構設計優化應注意前期準備
因為前期方案的確定直接影響建筑的總投資，而現在存在的普遍問題就是前期方案階段結構設計并不進行參與，建筑師進行建筑設計時大多并不考慮結構的合理性以及它的可行性，但是建筑設計的結果卻直接對結構設計造成影響，某些方案可能會增加結構設計的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結構優化設計就能參與進來，那么我們就能針對不同的建筑類別，選擇合理的結構形式，合理的設計方案，獲得一個良好的開端。
4.2 概念設計結合細部結構設計優化
概念設計應用于沒有具體數值量化的情況，例如地震設防烈度，因為它的不確定性，計算式難免與現實有較大的差異，在進行設計的時候就要采用概念設計的方法，把數值作為輔助和參考的依據 設計過程中需要設計人員靈活的運用結構設計優化的方法，達到最佳的效果。
在結構設計的過程中，要注意對于細部的結構設計優化，比如現澆板中的異形板拐角處易出現裂縫，可劃分為矩形板注意鋼筋的選擇，I級鋼和冷軋帶肋鋼市場價格差不多，但是他們的極限抗拉力卻相差很大，所以在塑性滿足要求的情況下，現澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋，從而達到既安全又經濟的目的。
4.3 下部地基基礎結構設計優化
地基基礎的結構設計優化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎，那么要根據現場地質條件選擇樁基類型，盡量節省造價。樁端持力層對灌注樁樁長的選擇影響很大，應多進行比較以確定最合適的方案。
5 結束語
總之，工程造價在工程項目占有很大比例，具有重要的經濟效益，所以優化設計房屋結構能夠卓有成效地減少工程造價成本。與此同時，優化設計房屋結構要保障建筑的安全級別，合理化等，協調好技術和經濟兩者之間的關系，切勿因重視節省成本，而忽視質量或技術。為了實現整體目標最優，結構設計人員與工程師要分析房屋結構設計，充分發揮其優勢，利用精細高效的工作標準及要求來實現最優化的房屋結構。
參考文獻
關鍵字：房屋；結構設計；優化技術
引言
目前，隨著社會經濟水平的不斷提高，土地價格也在不斷上漲。同時，人民對住房條件的需求也在不斷上升，因此，對開發商帶來的壓力也在不斷加大。為了實現房屋建筑經濟效益的最大化，就需要采用結構優化技術，在有限的空間內實現資源的最大利用。房屋結構優化設計是指，采取科學合理的設計理念和技術方法來設計房屋結構，以最小的工程報價來最大化整體的建筑收益，提高房屋的質量水平，使得企業也獲得較高的利潤等。
一、我國目前房屋結構設計現狀以及實施優化設計的原因
隨著我國經濟的飛速發展，人民生活水平的不斷提高，對住房建設要求也越來越高。同時，根據我國目前的基本國情，人口數量日益增長，住房面積需求量不斷加大。因此，我國現階段住房建設主要以高層為主。房屋的結構設計優化不僅能夠滿足當今大眾的需求，更能為投資者減少建筑成本。
房屋建設結構優化必須以建筑的安全性為首要原則，然后再進一步分析建筑方案，配合科學合理的設計理念，從而有效控制建筑工程造價，實現經濟效益的最大化。根據近些年的數據資料顯示，優化建筑結構設計可以為整項建筑工程節省30%-50%的費用。但是，在實際的設計過程中，方案設計受自然因素的影響很大，很難發揮出其本身的優越性。例如，工程設計階段，施工方過多的縮短建筑設計時間，從而使設計效果達不到理想的要求，在縮短工程工期的同時也降低了工程設計質量；建筑設計時，設計人員的經驗不足，專業知識不完備，對一些設計軟件掌握的不夠精通；一些設計者在設計建筑時過度的關注部分結構而忽視了整體方案等等，這些因素都會導致建筑結構設計的不夠優化。因此，房屋建筑設計者必須科學合理的分析整體建筑方案，并設計出最優的結構，才能實現經濟利益的最大化。
二、房屋結構設計優化主要體現在哪些方面
房屋結構設計優化主要是采取合適的方法以及科學的設計理念來最大化的達到房屋設計標準，如：房屋結構的合理布局、構件大小、結構框架等。鋼筋混凝土結構的優化設計的基本理念是將建筑的具體部件以及整體布局進行分析，而頂柱、體形、層高以及拉力構件等等都會影響建筑物的整體布局。建筑構件的布局、強度等級以及配筋構造都是建筑物具體構件的體現。綜合以上因素，建筑方案結構需要專業知識豐富且熟知設計規范的工程技術人員設計，而且在設計時必須充分考慮各構件直接的受力特性，從而選取最優的設計方案。
三、房屋結構優化設計技術
（一）優化技術的基本原則
在工程設計優化過程中，必須以工程設計和工程價值為基本原則。優化結構設計的最終目標是充分利用建筑材料，實現建筑構件利用的最大化。優化結構設計不僅遵守建筑設計規范，更實現了當今建筑的審美學和價值學。通過深化改善房屋結構設計，從而實現建筑功能更加協調完善，降低建筑成本，提高經濟效益。
房屋結構的優化必須從實際工程施工出發，結合房屋結構的具體情況，實現房屋建筑的結構的最優化設計。在進行結構優化時，必須依據設計意圖，采用平面設計布局，降低構件質量和剛度之間的差異，減小水平負載造成的房屋扭曲，在豎直方向上采用轉換層技術，有效地降低構件的集中用力。
（二）優化設計的基本的要點
1.依據設計規范
工程師在設計建筑結構時必須具備豐富的建筑設計經驗以及熟知設計規范。即依據科學的設計理念，將自身的優化方案融于整個工程項目設計中去。建筑結構設計規范更多是對于工程較大的項目，因而會造成某些規定過于保守。另外，在工程設計比較特殊或復雜時，依據某些規定將會造成建筑物的不安全。因此，這就要求設計師在建筑設計過程中必須具備良好的專業素質以及清醒的思路、正確的判斷力，爭取將建筑結構設計做到最優。
優化房屋結構設計過程中，應注重建筑構件的細節優化，如：建筑構件的受力鋼筋，在滿足塑性的條件下盡可能的選擇性價比較高的產品，從而實現房屋結構的經濟、安全。
2.結構師主動參與建筑設計
在工程施工前期以及施工過程中，建筑結構師的主動參與對整個房屋結構優化起到關鍵性作用。在實際的工程施工過程中，建筑設計師往往不能夠對整個結構體系進行很好的受力分析，即建筑結構師的設計理念以及其自身具備的經驗不能完全代替設計師的設計思想，同時，建筑與結構上專業知識的隔閡也無法彌補。建筑結構設計師其豐富的工程設計經驗以及專業設計理論，積極主動的為設計師出謀劃策，只有兩者的順利合作才能設計出更加優秀的方案。
目前，我國的房屋建筑設計總是先從建筑的結構布局開始，根據結構承載負荷的不同分析所需的材料、參數等，往往這種分析方法是計算機所不能計算出的，它需要建筑結構設計師充分論證整個建筑設計方案之后做出的判斷。而這些判斷需依據實際工程實踐經驗以及結構設計所遵循的一般規律進行。
3.加強設計團隊之間的合作
優化房屋結構是一項整體而系統的工作，它需要團隊之間的協調合作?，F代建筑主要由結構、設備、建筑三大要素組成。因此，在工程施工過程中要明細團隊內部分工，并做好團隊合作，只有這樣才能有機的結合各個構件創造出更加完美的作品。在建筑工程設計階段，房屋的結構設計和建筑設計是不可分割的，只有協調好兩者之間的關系，才能設計出更加美觀大方的建筑方案，同時，又降低了建筑成本，簡化施工過程，達到既美觀又實用的建筑效果。通常建筑設計師在設計建筑時，只是一味的要求設計方案的新奇，而忽略了建筑學中基本的力學關系，這樣設計出的方案往往在結構設計上造成困難。因此，團隊之間的協調合作是房屋結構優化的重要保障。
4.優化房屋建筑結構，解決房屋抗震問題
房屋結構的優化不僅僅能降低建筑成本、增加建筑美觀、簡化施工過程，更能加強房屋的抗震作用。通過房屋結構優化技術，可以增加房屋抵抗外部作用的破壞，有效地降低房屋破壞程度。因此，在房屋結構優化設計過程中，抵抗外界各種不良因素的影響成為結構優化設計工作的主要內容。在日常的外界不良因素中，地震是最難以預測且對房屋建筑物破壞最強的，所以在房屋計算及構造上必須加強抗震措施。如：房屋構件剛度的對稱性以及均勻性都可以有效的緩解地震對建筑物的破壞；多道防設設計理念可以有效緩沖特大地震對房屋主構件的破壞。以上這些設計思想都是房屋結構設計的重要內容。
四、總結
工程造價對整個工程項目的經濟效益起著關鍵性作用，因此優化房屋結構設計，不僅可以降低整個工程的造價成本，更能提升整體房屋的安全級別。結構設計與建筑設計的協調配合，充分發揮其自身的優勢，設計出最優的房屋結構。在平面設計過程中，應遵循對稱、均勻的原則，縮小房屋構建質量與剛度之間的差異。在豎直布置上，保證上下承重件負載的上下貫通。建筑是藝術的表現，在保證房屋安全的前提下，結構師應敢于創新，將房屋的實用性與藝術性完美的結合在一起。
參考文獻：
[1]侯貫澤，劉樹堂.工程結構優化設計理論與方法[J].鋼結構，2009，2（8）：148-150.
[2]陽維.房屋結構優化設計方法與問題分析[J].城市建設理論研究（電子版），2012，2（12）：72-74.
給水管網優化設計的研究包括管網優化設計模型和優化算法兩個方面，優化設計模型需要相應的優化算法進行求解。隨著計算機的出現及其應用軟件的開發，兩者在理論和工程實際的應用中都逐漸成熟，應用比較廣泛。
1.1給水管網優化設計模型研究
給水管網優化設計模型是進行優化設計的基礎，其優劣程度決定優化設計是否成功。因此，所建的模型必須真實地反映管網運行特征及管理要求。其模型的發展經歷單目標函數和多目標函數兩個階段。20世紀50年代后，國內的研究者開始對管網優化設計模型研究，取得一定成果的有同濟大學、哈爾濱工業大學等。國內研究者一般都以管網年費用折算值最小為目標函數建立管網優化設計數學模型。此模型沒有考慮管網的可靠性約束。隨著研究的深入和實踐證明，人們逐漸認識到若僅以經濟性作為管網優化設計的目標函數與工程實際相比存在某種欠缺和不足，還需要考慮系統可靠性這一因素。
1.2給水管網優化設計模型求解算法研究
給水管網優化設計模型求解方法主要經歷了以下三個階段。
（1）拉格朗日函數優化法。該方法主要用于求解以管徑和水頭損失為變量的單目標單工況優化設計模型。應用拉格朗日未定系數法，將目標函數進行轉換，然后用計算機進行求解。但是由于管徑為離散變量，應用此法求得的管徑需要進行圓整，化為市售管徑，這在某種程度上破壞了解的最優性。該算法目前應用較少。
（2）數學規劃法。
①線性規劃。線性規劃法是在一組線性約束條件下，求某個線性目標函數的最小值(最大值)。該方法只能解決樹狀管網的優化設計，因此該算法應用較少。
②動態規劃法。動態規劃法是一種求解多階段決策過程最優化方法。該法對模型中的目標函數和約束條件的形式要求不高，以標準管徑為變量計算結果不需要調整。該方法對小型樹狀管網能得到最優解;對于簡單的環狀管網，需預先假設一組管徑并進行初始流量分配，將環狀網化為樹狀網;對于復雜管網應用該法不能得到最優解。
③非線性規劃法。非線性規劃法是在一組非線性約束條件下，尋求非線性目標函數的最大值或最小值。在管網優化設計中，目前所建的模型基本都是非線性模型，因為此種模型能更好地反映管網系統各因素之間的關系，因此該方法能提高計算精度。非線性規劃法能較好的反映管網系統的本質。
(3)隨機搜索優化方法。
①神經網絡算法。神經網絡算法是將優化問題的目標函數和約束條件映射到神經網絡動力系統，利用人工神經網絡的動力系統演化機制，搜索到局部最優解，將最優解映射為動力系統平衡點。目前將神經網絡算法用于環狀管網方面的研究較少。
②蟻群算法。蟻群算法(ACOAs)是由意大利學者Dorigo于1996年提出的一種模擬螞蟻尋食行為的算法。該算法能夠智能搜索、全局優化，且易與其它算法結合。但有以下缺點：a:當規模較大時，算法效率下降得很快，需要較長的搜索時間；b:容易出現停滯現象，即搜索到一定程度后，所有個體所發現的解完全一致，不能對解空間進一步進行搜索，不利于發現更好的解，從而容易陷入局部最優。
③遺傳算法。遺傳算法(GA)近年來被認為是管網優化技術的飛躍，它通過模擬自然界生物種群的遺傳和自然選擇機制，隨機搜索最優解。遺傳算法是以標準管徑為決策變量的，對其采用一定的編碼方式，通過選擇、交叉和變異等操作，求得最優解。它的優勢主要在于:a:該算法不受可微、可導、連續等數學處理方式的限制；b:以離散的標準管徑為決策變量避免了非線性規劃法需對連續管徑進行“圓整”帶來的偏差；c:該算法是一種隨機搜索過程，不會形成局部最優解；該算法也存在一些缺陷，如遺傳算法的早熟現象、適應度值難以標定、接近最優解時收斂很慢等。
2、結語
關鍵詞：素描教學；教學方法；創造能力；想象能力
中圖分類號：G42 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5312（2013）05-0239-01
設計素描與傳統素描不同，其涵蓋內容十分廣泛，如表現設計素描、結構設計素描、具象設計素描、意象設計素描、抽象設計素描等。設計素描是設計類課程的基礎，強調對學生構思能力、表現能力、創造能力的訓練和培養，通過科學的結構剖析、透視訓練和理性推理，使學生創作出兼具審美性和功用性的設計素描作品。由于設計素描的教學質量與設計類學科學生的專業能力培養息息相關，所以探討其教學方法和教學手段的優化具有重要的現實意義。
一、設計素描含義
設計素描是以設計概念為先導的素描造型形式，是以設計為教學目的而進行的各種素描實踐活動。它以比例尺、透視規律、事物形體的內部構造剖析、三維空間觀念及手法等方面的技巧，來表現新的視覺傳達與造型手法。設計素描充分結合了現代設計學科的特點，強調造型能力的培養、觀察能力的訓練以及設計意圖的表達，適用于所有設計專業，是一門專業基礎課。設計素描在追求完美圖形效果的同時，更側重于追求設計的適用性和實用功能，表達設計者的獨特設計意圖。
設計素描不同于繪畫素描，兩者在本質上有著極大的區別。繪畫素描強調繪畫創作中的寫實能力和表現能力，力求使藝術造型生動、富有感染力，體現造型的審美作用，成為陶冶情操的精神產品；設計素描是在基本造型的基礎上，成為表達設計創意、交流設計方法的語言和手段，強調繪畫中創造性思維和設計意識的體現，使設計素描為設計服務，關注功能性價值的實現，而不是單純的藝術信息傳達。所以，設計素描以實用性為主，精神內涵為輔。
二、當前設計素描教學存在的問題
（一）教學改革滯后
在設計素描教學中，許多教師對素描的寫實主義風格盲目崇拜，久而久之形成了單一的教學模式?，F階段，國內許多知名院校對設計專業的素描基礎課均進行了改革與創新，取得了良好的教學成效。然而，我國大部分院校的設計素描課程仍然延續傳統的素描理念，以傳授繪畫經驗、技法、指導與訓練為主，強調對客觀事物的模仿和再現，嚴重制約了學生想象力和創造力的提高，致使設計素描的教學改革嚴重滯后于設計學科類專業的發展。
（二）教學模式單一
大部分院校的設計素描教學以結構訓練為主要教學模式，甚至有些院校直接將設計素描視為結構素描，沒有考慮到不同類型設計專業的實際教學需要。在服裝設計、工業設計、動畫設計、環境藝術設計等設計專業中，設計素描將結構訓練模式貫穿于始終，忽視了設計學科不同專業的指向性。同時，單一的教學模式僅僅關注于學生描繪能力、塑造能力、結構分析能力的培養，而不重視學生設計意念、邏輯思維、想象能力、表現手法的提高，使得設計素描的基礎訓練與設計專業需求相背離。
（三）教學方法和手段守舊
部分院校的設計素描教學理念落后，在教學內容上仍以靜物寫生、人像寫生、石膏幾何形體寫生、圓雕寫生為主。課堂實踐中，教師的教學活動過于僵硬、死板，一般為教師先講解相關基礎知識，再以國外作業為范例，最后進入訓練階段，這種守舊的教學方法和手段容易使學生形成思維定式，影響學生創造力的發揮。
三、優化設計素描教學方法與手段
（一）改進傳統常規的教學方法
設計素描的傳統常規教學方法在一定程度上限制了學生思維能力和創新能力的發展，使課堂教學因循守舊，難以激發學生的學習興趣，所以必須對傳統常規的教學方法進行改進和創新。首先，打破傳統靜物組合方式和選擇方式。傳統物體組合方式包括高差異體量組合、體量類似物組合、關聯性事物組合、質感差異組合等，教師應轉變這些固定的物體組合方式，通過倒掛、包扎、懸掛、壘積等方式對物體進行隨機性擺放，也可以讓學生參與物體的選擇，以此提高學生學習的主動性，活躍學生的思維；其次，讓學生嘗試多種素描手法和素描工具。教師可讓學生掌握設計素描的不同表現手法，如擦、抹、涂、貼、印等，讓學生體會不同表現手法所產生的視覺美感。教師也可讓學生嘗試使用多種繪畫工具和各種有色紙張進行設計素描，以激發學生的學習興趣，開闊學生的眼界，培養學生的審美能力和創新意識；再次，突破透視法則和常規構圖的限制，讓學生明確透視不是衡量畫面美的唯一標準。教師可讓學生對畫面物體進行夸張化、平面化、扭曲的形象處理，在構圖上采取求偏、求險、求滿、求局部、求空等形式格局，拓展學生的想象思維和創造思維，提高審美標準。
（二）強化創造能力訓練
在設計素描教學中，教師應當結合設計學科的專業特點，運用循序漸進的教學方法，在準確性訓練、結構理解性訓練以及質感和材料寫真訓練等素描技巧訓練之后，強化學生創造能力訓練。教師要在學生全面了解空間、形體、結構、材料等基本特征的基礎上，引導學生從視覺效果、視覺特征、視覺傳達的感受認知中探尋自己的造型思路，讓學生捕捉新穎的意象。在創造能力訓練中，教師要強調學生自主捕捉物象的審美點和特征點，并融入自己的感受，運用多種表現形式和手法進行創作設計，展現具有個人特質的審美追求。教師應讓學生明確設計素描并不僅限于物象的模擬，而是一種更深層次的觀察和發現，從而更準確的把握自然物象形體的本質特征，探尋更新穎和豐富的意象，潛移默化地提高學生的想象能力和創造能力。
（三）將現代元素融入教學
設計素描教學要重視教學方法的創新，使教學方法能夠滿足現代藝術設計和設計學科專業的需求，積極探尋將現代元素融入教學中的途徑。首先，教師可利用多媒體教學手段實施情景教學，運用先進的多媒體設備展示經典設計，對其進行細致講解，使學生能夠全方位地研究和剖析作品，主動發掘作品的思路，進而拓展學生的設計思維，增強學生的創作意識；其次，學?？山M織設計素描作品大賽、學術交流活動等，為學生提供相互交流、相互學習的平臺，在實踐中不斷提高學生創作的綜合素質。通過多樣化的實踐活動，使學生明確設計素描是一種創造性的思維活動，需要積累豐富的基礎知識和審美素養，而不是簡單的模仿性活動，必須發揮思維能動性力求創新和突破；再次，運用理論與實踐的專題訓練方式，使學生勇于嘗試新的創作手法，如可讓學生借鑒傳統繪畫的手法設計作品，也可讓學生嘗試不同地質紋理在設計中的運用效果，以拓寬學生的設計思路。
（四）開展針對性的創作訓練
在傳統的設計素描教學中，教師沿襲繪畫性素描的教學方法，通過觀察訓練和寫生練習來培養學生的造型能力，限制了學生創作思維的拓展，使學生陷入了設計素描就是物體臨摹的誤區。所以，教師必須根據設計素描的教學目的，開展針對性的創作訓練，使學生從物象的內外構造關系入手認知事物本質，進而在物象中抽象出有價值的意象元素。在基本功教學方面，可劃分為結構形態、明暗形態、質感形態等幾個專題進行教學。在學生具備一定的造型能力之后，再開展主題素描教學培養學生的綜合能力。如，以某種常見物品為主題，向學生提出特定的設計訴求，讓學生根據訴求充分發揮想象力和創造力，創作出不同的設計方案。這種教學方法能夠讓學生將掌握的基本造型技能，通過想象和設計思維，運用到實踐中去，通過設計手法和藝術語言闡釋自己的意圖。此外，設計方案完成后，讓其他學生和專業教師評價學生的作品，在學生虛心接受別人建議的過程中，進一步思考作品在實用和審美方面存在的不足，進而使學生在創作實踐中不斷提高自己的設計能力。
四、結論
總而言之，教師要在設計素描教學中堅持以設計觀念為指導，對傳統的素描教學模式進行改革和創新，使設計素描教學模式與設計學科專業發展相適應，為學生不斷提高設計專業能力奠定基礎。設計素描要強調為設計服務，教師在教學過程中要使學生明確設計素描是兼具實用和審美功能的表現形式，充分發揮學生的想象能力和創造能力，培養學生創新思維、審美素養和造型能力，實現設計素描的教學目標。
參考文獻：
[1]楊成品.李穎婷.藝術設計專業設計素描教學的模式與方法研究[J].新課程研究（中旬刊）.2012（7）.
