绿建小筑周报 | 第二十六期
亲爱的绿建小伙伴们：
不知道大家的国庆假期过得怎么样？天津这段时间的连绵秋雨让气温骤降，我们度过了一个颇为寒冷的假期。在忙忙碌碌地度过了近半个月后，绿建小筑终于迎来了新的一期周报。希望这份迟来的分享，能为您带来温暖的专业养分。🌿
📚 本周论文分享
1️⃣ 《利用参数化模拟和优化机器学习模型评估城市尺度建筑表面太阳能光伏潜力的集成框架》
本研究旨在解决现有城市尺度建筑光伏潜力评估中存在的模型粗糙、预测精度低和评估不完整等问题。研究背景强调了建筑一体化光伏（BIPV）在城市可持续发展中的重要性，并指出现有研究在精细化评估和优化方面的不足。
研究构建了一个包含建模、模拟、预测与优化、决策与评估四个步骤的集成框架。首先，利用Rhino+Grasshopper进行参数化建模，并用K-Means聚类算法将城市建筑群划分为更小的簇。接着，使用Ladybug Tools的Perez天空模型对典型建筑簇的太阳辐射潜力进行详细模拟。核心部分在于，研究构建了一个经NSGA-II遗传算法优化的ANN预测模型，该模型以光伏板的5个设计参数为输入，4个评估指标（物理、地理、技术、经济潜力）为输出，预测精度极高（R²值均大于0.960）。最后，再次使用NSGA-II算法对光伏板设计进行多目标优化，并用Topsis多准则决策方法确定最佳策略。
研究以西安市为例，得出了几个关键结论：西安市屋顶遮阳率普遍低于15%，平均太阳辐射强度达到1020.42 kWh/m²，光伏潜力巨大。优化后，西安市屋顶光伏系统最大太阳辐射潜力可达59.398 TWh。更重要的是，西安建筑表面的最大光伏发电量可满足全市年电力需求的46.88%，或居民用电量的175.99%，展示了BIPV在缓解城市能源危机中的巨大潜力。
这项研究提出的集成框架，为城市光伏利用提供了更具实用性的规划建议和数据支持。通过精细化建模和机器学习优化，能够识别不同季节和建筑立面的光伏利用潜力，精确指导城市光伏系统的布局。
2️⃣ 《寒冷城市城市热岛时空动态及非线性景观驱动机制：以中国哈尔滨为例》
本研究深入探讨了全球气候变化背景下，寒冷冬季城市中“城市热岛”（UHI）效应的时空动态及其受气候、城市化和景观变化影响的复杂机制。研究选取中国哈尔滨这一典型冬季城市作为案例，利用2002年至2023年的多时相遥感数据，构建了一个综合分析框架。核心方法是将随机森林（RF）模型与SHAP分析相结合，以揭示景观变化对UHI动态的非线性影响。
研究发现，哈尔滨的夜间UHI呈现出比白天更强且更一致的扩张趋势，从2002年的369平方公里扩展到2020年的698平方公里。一个值得关注的现象是，夜间UHI斑块常沿河流出现，且强UHI区域向郊区森林扩张。这与传统认知中水体和森林作为“冷岛”的效应形成鲜明对比，暗示了它们在冬季城市中可能扮演着热量再分配的独特角色。
在景观驱动机制方面，研究揭示了景观变化的非线性阈值效应。例如，当不透水表面比例超过20%，或人口密度增加超过2500人/平方公里时，会显著加剧白天的UHI扩张。RF模型在解释UHI动态方面显著优于传统线性回归模型，验证了其捕获非线性关系的适应性。SHAP分析进一步量化了人口变化、景观多样性、植被和不透水表面在UHI形成中的主导作用。
尽管研究未能纳入风速、建筑3D特征及人为热排放（尤其是冬季供暖）等数据，但它为理解寒冷城市热岛效应的复杂性提供了宝贵的视角和证据。
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💡 从“潜力”到“现实”，从“冷岛”到“热源”：绿建研究的辩证思考
本周的两篇论文，一篇探讨了城市光伏的巨大潜力，另一篇则揭示了寒冷城市冬季热岛的复杂性，两者都充满了引人深思的辩证关系。
第一篇论文清晰地描绘了城市光伏的美好蓝图：仅西安一市的光伏发电潜力就足以满足其居民用电量的175.99%。这巨大的“潜力”背后，是城市形态、建筑朝向、季节变化等无数变量的复杂博弈。研究通过精细的参数化建模和机器学习优化，为我们提供了一条将“潜力”转化为“现实”的技术路径。它告诉我们，实现城市能源转型，不能仅仅依靠宏大的目标，更需要精细化的、数据驱动的设计与规划工具，将每一寸阳光的价值最大化。
第二篇论文则更具颠覆性。在我们的传统认知中，水体和森林在夏季是宝贵的“冷岛”，能够有效缓解城市热环境。然而，这项研究发现在哈尔滨的冬季夜晚，城市热岛竟沿着河流和森林扩张，这些“冷岛”在特定条件下似乎变成了“热源”或热量输送通道。这一发现挑战了我们的思维定势，提醒我们景观元素对微气候的影响并非一成不变，而是具有强烈的季节性和地域性。在进行城市规划和绿建设计时，我们必须避免“一刀切”的思维，充分考虑当地气候特征和季节变化，辩证地看待每一个设计元素的作用。
这两项研究共同指向一个核心——精细化、动态化和情境化是未来绿色建筑和城市规划的关键。无论是挖掘光伏潜力，还是缓解热岛效应，我们都需要超越粗放的评估和想当然的设计，转向基于数据、考虑多重变量、适应动态变化的科学方法。这正是绿建小筑一直倡导并希望通过分享前沿研究所传递的核心理念。
感谢每一位关注和支持绿建小筑的朋友！秋意渐浓，天气转凉，希望大家注意保暖。我们将继续为大家带来有价值的分享，共同在绿色建筑的道路上探索前行。祝您一周愉快！