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【关键词】 机械 优化设计 理论 方法
1 机械优化设计理论概述
1.1 机械优化设计的概念
机械优化设计是指最优化技术在机械设计领域的移植和应用，是以最低成本获得最高效益。其根据机械设计理论、方法与标准规范等建立能够正确反映实际工程设计的数学模型，利用数学手段和计算机计算技术，在众多的方法中快速找出最优方案。机械优化设计通过把机械问题转化为数学问题，加以计算机辅助设计，优选设计参数，在满足众多设计目的和约束条件的情况下，获得最令人满意、经济效益最高的方案。目前，机械优化设计已成为解决机械设计问题的有效方法。
1.2 机械优化设计研究的内容
机械优化设计主要研究的是其建模和求解两部分内容。 如何选择设计变量、列出约束条件、确定目标函数。其中，设计变量是指在设计过程中经过逐步调整，最后达到最优值的独立参数。设计变量的数目确定优化设计的维数，维数越大，优化设计工作越复杂，但效益越高，所以选取适当的设计变量显得尤为重要。约束条件即是对约束变量的限制条件，起着降低设计变量自由度的作用。目标函数即是指各个设计变量的函数表达式，工程中的优化过程即是指找出目标函数的最小值（最大值）的过程。一般而言，目标函数的确定相对容易，但约束条件的选取显得比较困难。
2 机械优化设计的一般思路与常见方法
2.1 机械优化设计的一般思路
2.1.1 分析问题，建立优化设计数学模型
在机械优化设计的过程中，首先需要通过对实际问题的分析，选取适当的设计变量，确定优化问题的目标函数和约束条件，从而建立优化设计的数学模型。
2.1.2 选择优化设计方法，编写程序
在设计变量、约束条件和目标函数三大要素已经确定，构建好数学模型的情况下，编写计算机语言程序。
2.1.3 分析结果，找到最优方案
准备必须的初始化数据，通过计算机数值计算，对比计算结果，在众多的设计方案中选择最完善或者最适宜的设计方案，使其期望的经济指标达到最高。
2.2 机械优化设计中的常见方法
2.2.1 传统优化设计理论方法
传统机械优化设计方法的种类有很多，按求解方法的特点可分为准则优化法、线性规划法和非线性规划法。准则优化法是指不应用数学极值原理而是采用力学、物理中的一些手段来谋求最优解的方法。常见的准则优化法有迭代法中的满应力准则法等，其主要特点是直接简单效率高，缺点是只能处理简单的工程问题。线性规划法是指应用数学极值原理，选取适当的设计变量和约束条件，求解目标函数的一种方法。常见的有单纯形法、序列线性规划法。其优点是通过把实际工程问题转化为数学极值问题的求解，使其直接、有效、精度系数高，缺点是工作量大。非线性规划法同样根据数学极值原理求最优问题，可分为无约束直接法、无约束间接法。有约束直接法和有约束间接法。其优点是应用范围广，可应用于大、中、小型工程问题，且都相对简单方便、可靠性高、稳定性强、精度高。
2.2.2 现代优化设计理论方法
现代优化设计方法不同于传统优化方法，其无需通过选取设计变量、约束条件、目标函数等因素，便可获得全局最优解，大大地减少了传统优化设计方法花费的人力与财力，在日今复杂的工程问题中，提出了全新的思路与方法。常见的现代优化设计方法有遗传方法、神经网络法、模拟退火法、粒子群算法等。
3 机械优化设计的现状与前景
机械优化设计是最优化理论、电子计算机技术和机械工程相结合的一门学科，包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状优化设计等。二十世纪五十年代以前，用于解决最优问题的数学方法仅限于古典的微分法与变分法，在处理现实问题时，计算量非常大。直到四十年代前后，大型线性规划技术的提出，数学方法首次被运用到结构最优化，使得计算过程不再复杂，有效的解决了数值最优化计算。近年来，随着数学规划理论与计算机技术的飞速发展及广泛应用，许多新兴优化算法，如遗传算法、神经网络法等相继被提出，机械优化设计广泛地被应用到建筑结构、化工、航天航空等诸多领域并取得飞速发展。机械优化设计具有广阔的发展前景。
机械优化设计给机械工程界带来的巨大经济效益是显而易见的，但其工程效应比起预期远远小得多。归结其原因，主要有以下两点：（1）建模难度大。（2）最优方法的选取难度大。
虽然有以上不足之处，但是机械优化设计的发现前景仍是非常广大的，且各领域也在积极做出相关的研究探索，并已取得一定的成就。
4 结语
机械优化设计即是指从众多设计方案中需找最优方案的过程，一般包括建立数学模型、选择优化方法、分析计算结果选择出最优方案三个过程。根据不同的分类方式，机械优化设计的方法有很多，从传统角度，最常用到的有线性规则法中的序列线性规则法等等，由于现在各技术领域的发展以及工程问题对优化设计的需求，衍生了很多与传统方法原理完全不同的新兴方法，最常见到的有遗传算法、神经网络法等。纵观几十年来机械优化设计的发展历程，其发展是非常迅速且令人可喜的，虽然仍存在建模困难、优化方法选取等等方面的一些挑战，但是其前景仍旧是非常广阔的。研究机械优化设计的理论与方法无论是学术领域还是实际经济效益方面都具有研究意义。
参考文献：
[1]刘惟信.机械最优化设计[M].北京：清华大学出版社，1993.
[2]陈立周.机械优化设计技术的发展现状及其新问题.2000年中国机械科学部份研究的征文，1984.
[3]秦东晨，陈江义，胡滨生等.机械结构优化设计的综述与展望[J].中国科技信息，2005（9）.
[4]高卫华，谢剑英.动态模糊神经网络及其在非线性系统中的应用[J].电气自动化，2000.
截面优化 形状优化 拓扑优化 算法
结构优化设计是最近30年来才发展起来的一个新的技术，这是结构上的一次重大的飞跃，它让设计者们从被动的状态变为了主动状态。优化设计能够非常合理地使用每一种材料的性能，让结构内的每一个单元都能够很好的协调在一起，并且保证安全度是完全达标的。于此同时，它还能够帮助整体性的方案设计进行一个非常合理的决策。结构优化设计从出现到现在已经有40多年的历史了，而在过去的30年内，它在理论和算法等方面都取得了非常显著的进展。这些进展大部分是与连续变量优化设计相关的，另外少部分是与离散变量优化设计相关的。
1.结构优化设计理论
1.1 截面优化
截面优化的设计变量要么是板的厚度、杆的横截面积，要么是复合材料的方向角度或分层厚度，因此，在使用有限元对结构的位移与应力进行计算时，只需要直接地使用灵敏度分析以及适当的数学规划方法便能够完成截面优化的过程，而不需要对网格进行重新划分。对于几何状态一定的情况，有限元分析只需要在杆的横截面的性质发生改变的时候才重复地进行。对于板这类有连续性结构的东西，也只需要把各个单元的厚度作为设计的变量，得出的优化结果便是呈阶梯形分布的板的厚度。在这些优化设计的过程当中，设计变量和刚度矩阵一般情况下是简单的线性关系。所以，截面优化应该重点研究优化算法与灵敏度分析。
1.2 形状优化
形态优化的主要特征是在结构给定的前提下通过对结构的边界形状或内部的几何形状进行调整来节约材料并且对结构的特性进行改善。从对象上划分，形状优化主要可以分为块状、板状的连续体结构与桁架类的杆系结构。对于杆系结构形状进行优化的求解方法主要可以分为两类。第一类是综合法，即是将两类变量统一起来同时进行处理，运用无量纲化，然后构造近似数学模型进行求解。第二类是分步优化方法，即是将尺寸变量和几何变量分为两个设计空间，然后分别对这两类变量进行优化，也即是每一步将一个变量固定，同时优化另一个变量，两步之间通过迭代进行协调。
1.3 拓扑优化
拓扑优化已经成为了现今结构优化设计研究的一个焦点，因为它可以在工程结构设计的最初的阶段便为设计者提供一个概念性的设计，让结构在布局上运用到最好的方案，这样，拓扑优化就比截面优化和形状优化能够获得更大的经济效益，也更容易受到工程设计人员的亲睐。拓扑优化的目的是在设计空间中寻找结构的刚度最好的分布形式，从而来对结构的一些性能进行优化或者减轻结构的重量。
2.结构优化设计方法
2.1 数学规划法
数学规划方法的提出开创了现代结构优化的新时代，将优化问题转化成数学规划的形式求解也就是将问题转化为在设计的空间中，在一定的可行域内寻找最小目标等值面上的可行的点，这个点也就是问题的最优解。数学规划法有非常严格的理论基础，虽然它在一定的条件下能够收敛到最优的解，但是它要求问题能够非常明显地表达，而且大多数情况下还要求设计变量必须是连续变量，目标函数是连续的而且性态要良好。对于大型的结构优化问题，收敛性一般都不是很好，而且迭代的次数比较多，这样就加大了结构分析的工作量，降低了工作效率。近似概念大大地提高了规划方法的计算的效率。
2.2 最优准则法
直接地使用数学规划理论需要多次地调用函数进行计算，而且当设计变量增加时调用次数也会迅速增加，导致设计的效率太低，在这样一种背景下便出现了最优准则法，它是最先发展的一种结构优化设计方法。这种方法虽然计算效率比较高，但是在建立迭代公式的过程中受到很多假设的限制。
2.3 仿生学方法
近年来，对自然界进化进行模拟的算法有两类，即模仿自然界过程算法和模仿自然界结构算法，主要又可以分为：进化算法、神经网络算法与模拟退火。
结语
结构优化是一门综合性的学科，也是一个有很大发展潜力的研究方向，它具有一定的理论价值与应用价值。在理论上，它对结构设计提出了一个新理念，极大地促进了人类资源的合理配置。于此同时，结构优化问题的本身也带动了一些相关性学科的发展，对各个学科的发展提出了一些新要求。本文对结构优化的一些优化方法进行了简要的概括。截面优化相对来说已经比较完善，形状优化也渐渐地变得成熟，只有拓扑优化至今还处在理论探索的阶段。
参考文献
[1]侯贯泽，刘树堂，简国威.工程结构优化设计理论与方法[J].钢结构，2009，08：30-33.
[2]董立立，赵益萍，梁林泉，朱煜，段广洪.机械优化设计理论方法研究综述[J].机床与液压，2010，15：114-119.
[3]李晶，鹿晓阳，陈世英.结构优化设计理论与方法研究进展[J].工程建设，2007，06：21-31.
[4]钱令希，程耿东，隋允康，钟万勰，林家浩.结构优化设计理论与方法的某些进展[J].自然科学进展，1995，01：66-72.
关键词：离心泵；数值分析；优化设计；文丘里自吸系统
引言
随着我国社会经济的快速发展，我国各行各业对大型自吸离心泵的需求不断增加，大型自吸离心泵应用广泛，在城市给排水、灌溉工程以及工业循环水等方面发挥着重要的作用，所以，研究大型自吸离心泵的设计方法、完善大型自吸离心泵的设计理论，能够有效提高泵的工作效率，对提高自吸离心泵的性能有重要的现实意义。
1 大型自吸离心泵存在的问题
从上世纪60年代开始我国就开始了对大型自吸离心泵的研究，到90年代提出了应用弹性橡胶阀来实现回流孔自动关闭的理论，在此基础上研制出了外混式结构的自吸离心泵，提高了泵的可靠性，这种离心泵得到了广泛的使用。随着时代的发展，对大型自吸离心泵的要求也在不断提高，文章针对大型自吸离心泵的结构、参数以及成本等方面对其进行了广泛的调查，总结出了目前大型自吸离心泵存在的主要问题：（1）自吸结构设计方法有待完善。在国内离心泵生产企业中，大多数还是生产内混式和外混式自吸离心泵，缺乏创新，离心泵的工作效率和自吸性能有待提高；（2）自吸原理比较单一。大多数自吸离心泵采用的是上世纪90年代提出的通过弹性橡胶阀压缩来控制回流孔自动关闭从而实现自吸的理论，这种自吸原理虽然得到了广泛的应用，但随着科学技术的进步，这种自吸原理逐渐变得单一、落后；（3）大型自吸离心泵的材料单一。我国生产大型自吸离心泵的主要材料是铸铁，这会导致大型自吸离心泵比较重，也会一定程度上增大工作人员的工作强度。
2 大型自吸离心泵结构及参数设计
2.1 大型自吸离心泵结构设计
大型自吸离心泵通过自吸系统将泵的进口管内空气排净并实现快速自吸，保证了泵的工作效率，提高了泵的自吸性能。大型自吸离心泵的主要结构由吸入段、泵体、冷却油箱、轴承以及自吸系统等组成，泵与自吸系统采用螺栓连接，密封形式为油冷却，保证泵工作效率和可靠性，大型自吸离心泵的结构如图1所示。
图1 大型自吸离心泵三维结构图
2.2 大型自吸离心泵的设计参数
设计流量为Q=500m3/h，扬程H=45m，泵的转速n=2200r/min，柴油机的功率为P=100kW，泵的效率ηh=83.5%，泵及装置效率ηm%=65.5%。
2.3 叶轮水利设计
大型自吸离心泵内部水的流动非常复杂，在自吸系统工作时涉及到气液的混合，叶轮是非常重要的过流部分，叶轮的设计关系到泵的流量和抗气蚀性能等，对于大型自吸离心泵的正常工作起着重要的作用。本装置叶轮的结构采用闭式结构，叶轮的设计首先需要确定泵的比转速，比转速可以采用以下公式来计算：
n■=■=188
其次，需要确定泵的进出口直径，泵的进口直径是指进口管法兰处内径，常用泵的进口直径、流速以及流量之间的关系表1所示。
表1
根据图表再加上实际情况选择泵的进口直径为200mm，大型自吸离心泵的出口直径选择与进口直径相同，也为200mm；最后要确定叶轮的主要尺寸，叶轮直径也叫做叶轮颈部直径，本装置使用的是悬臂式叶轮。通过一系列计算可得，叶轮进口直径为200mm，叶轮出口宽度为200mm，叶片包角为120°，进口安放角为25°，出口安放角为30°，叶片厚度为8mm，叶片数为6片。
3 大型自吸离心泵自吸系统工作原理
本大型自吸离心泵采用了文丘里自吸系统，文丘里自吸系统是一种以压缩空气作为动力的排气装置，主要由喷嘴、逆止滤网以及排气装置外壳等组成。文丘里自吸系统的排气装置和进口管采用螺栓连接，中间安装金属滤网，用来过滤固体颗粒，文丘里自吸系统内部没有运动部件，所以不需要设置装置，而且密封性能良好，结构相对简单，系统工作可靠性也大幅提升。文丘里自吸系统通过压缩空气产生射流，这时逆止阀会被打开，射流会不断地卷吸泵体内的空气，然后排出。与此同时，逆止阀会组织外部的气体进入泵体内部，经过这样的反复排气会使泵体产生真空，这时水流进入叶轮，水流的作用力会将逆止阀关闭，这时离心泵开始了正常工作，实现了大型离心泵的自吸功能。
4 大型自吸离心泵试验研究
按照上述设计，在产品质量检测水泵试验台上进行检测，并按照国家标准GB/T3216-2005《回转动力泵水力性能验收试验1级和2级》进行实验。预测性能曲线与实验性能曲线重合度非常高，由于集合造型、湍流模型以及计算方法等都会对计算结果产生一定的影响，所以实验结果产生的误差在可以接受的范围之内。同时对大型自吸离心泵自吸性能进行实验，按照相关标准，当自吸离心泵自吸高度达到5米时，自吸时间应小于120s，本装置进行自吸实验时，自吸高度达到5米时自吸时间为75s，远远高于国家标准，通过实验可以得出，大型自吸离心泵的性能参数满足设计要求。
5 结束语
综上所述，文章对离心泵优化设计理论与方法进行了分析，介绍了泵的结构、自吸系统以及叶轮等的设计，通过对大型自吸离心泵试验研究可以得出其性能参数满足设计要求，甚至一些参数远远超过了国家相关标准。对大型自吸离心泵进行研究，提高了泵的工作效率和性能，对促进我国社会经济发展具有重要的现实意义。
参考文献
[1]任静，吴玉林，杨建明，等.水力机械转轮内的CFD分析及优化设计[J].工程热物理学报，2000，21（3）：31-32.
关键词：房屋， 结构设计， 优化技术 ， 方法，要点
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
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
近年来，由于土地价格市场的变化，不断上涨的土地价格给开发商的建筑总成本控制带来了极大的压力，同时，人们对于居住条件及生活环境的要求不断提高，相应建筑产品的品质要求也就不断提高，这就让开发商不断寻求新的手段满足顾客需求，而降低工程造价就成为开发商追求的直接目标，这就需要我们利用结构设计优化设计技术方法，提高有限空间 有限资源的最大化效果发挥，实现经济化 实用性和适用性的良好目标。
1 房屋设计的现状及实行优化的原因
依据我国的国情以及发展形势，我国今后主要以建设高层住房为主。与此同时，投资者们也日益关注建设成本如何最低化，使用结构设计优化技术能够实现建筑成本的最低化。
若想实现结构优化的目的，工程设计人员首先以建筑的安全性为基础，然后理性分析建筑方案，融合与之相适宜的设计理念以及方法实现对工程造价的有效控制，以符合投资者的经济要求。根据统计资料显示，建筑结构经过优化设计比未进行优化的建筑节省了50%至30%的费用。然而，在很多实际优化设计中，其因为受到较多因素的制约而难以施展、发挥出其优越性。比如，过度追求工程设计进度，就会影响工程设计人员的设计效果，一味地以满足工程进度为目标；年轻的工程设计人员常受其专业素质限制，难以理解其设计软件，无法实现优化技术。也有一些工程设计人员过于关注建筑部分，忽视了建筑的整体方案，能实现控制整体造价。由此可见，工程设计人员要将其技术与经济效益进行有机结合，只有合理的设计方案才能确保实现最大经济效益。
2 房屋优化设计的主要内容
通常房屋结构的设计主要是利用适宜的方法和设计理念来满足房屋建筑设计的需求，比如确定合理的布置、结构形势、构件尺寸等。尤其是优化设计基本的钢筋混凝土房屋结构体系，往往自整体布局与具体构件两个角度进行分析。影响整体布局的关键因素是建筑物的柱网尺寸、层高、体型、抗侧力构件位置等。具体构件主要是指结构构件的几面、布局、钢筋及混凝土的配筋构造、强度等级、对于这两大方面的因素，需要有专业的工程设计人员，熟知构件设计规范并具有丰富设计经验，而且善于分析与把握构件受力特性及结构，进而选取最相适宜的方法展开优化设计工作。
3 房屋结构设计优化方法
赏心悦目的建筑是建筑的美观与结构设计相互协调密切配合的结果。建筑结构设计追求适用、安全、经济、美观和便于施工五种效果，而建筑设计优化设计技术方法的应用不但满足了建筑美观、造型优美的要求，又能使房屋结构安全、经济、合理，成为实际意义上的“经济适用”房。从建筑上分析结构设计优化方法，它主要体现在房屋工程分部结构的优化设计和房屋工程结构总体的优化设计量方面。
房屋工程分部结构优化设计实施过程中，还应该按照一切从实际出发的原则，结合具体工程的实际情况，围绕房屋建筑的综合经济效益的目标进行结构优化设计。进行结构设计时，应在满足设计意图后，尽量使平面布置规则，缩小刚度和质量中心的差异，这样水平荷载就不会使建筑物有太大的扭转作用 竖直方向上应避开使用转换层，减少应力集中现象。
3.1结构优化设计模型
结构设计优化就是在各种影响变量中选择主要参数，并建立函数模型，运用科学合理的方法得出最优解。结构总体的优化建立模型的大致步骤如下：
（1）设计变量的合理选择。通常的设计变量选择对设计要求影响较大的参数，将所涉及的参数按照各自的重要性区分，将对变化影响不大的参数定为预定参数，通过这种方法可减少很多计算编程的工作量。
（2）目标函数的确定。使用函数找出满足既定条件的最优解最后，约束条件的确定 房屋结构可靠度优化设计的约束条件，包括了应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从正常时的极限状态下弹性约束到终极状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。设计中，要保证各约束条件必须符合现行规范的要求。
3.2结构优化计算方案
结构设计优化设计多个变量、多个约束条件，属于一个非线性的优化问题，设定计算方案时，常将有约束条件转变为无约束条件来计算常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。完成计算方案的设定后只需编制相应适用的运算程序即可得到我们的最终优化结果。
4 结构设计优化中应注意的问题
结构设计优化方法应用于实践之中，是目前一个比较广泛的课题，利用结构优化的方法在不改变适用性能的前提下达到降低工程造价的目的 结构设计优化设计应用于项目的整体设计、前期设计，旧房改造，抗震设计等设计的各分部环节，发挥着巨大的效益 在按照结构设计优化的方法及模型进行实践的过程中，要注意下面的几个问题：
4.1 结构设计优化应注意前期准备
因为前期方案的确定直接影响建筑的总投资，而现在存在的普遍问题就是前期方案阶段结构设计并不进行参与，建筑师进行建筑设计时大多并不考虑结构的合理性以及它的可行性，但是建筑设计的结果却直接对结构设计造成影响，某些方案可能会增加结构设计的难度，并使得建筑的总投资提高。如果在方案的初期，结构优化设计就能参与进来，那么我们就能针对不同的建筑类别，选择合理的结构形式，合理的设计方案，获得一个良好的开端。
4.2 概念设计结合细部结构设计优化
概念设计应用于没有具体数值量化的情况，例如地震设防烈度，因为它的不确定性，计算式难免与现实有较大的差异，在进行设计的时候就要采用概念设计的方法，把数值作为辅助和参考的依据 设计过程中需要设计人员灵活的运用结构设计优化的方法，达到最佳的效果。
在结构设计的过程中，要注意对于细部的结构设计优化，比如现浇板中的异形板拐角处易出现裂缝，可划分为矩形板注意钢筋的选择，I级钢和冷轧带肋钢市场价格差不多，但是他们的极限抗拉力却相差很大，所以在塑性满足要求的情况下，现浇板的受力钢筋就可选择冷轧带肋钢筋，从而达到既安全又经济的目的。
4.3 下部地基基础结构设计优化
地基基础的结构设计优化首先要选择合适的方案，如果为桩基础，那么要根据现场地质条件选择桩基类型，尽量节省造价。桩端持力层对灌注桩桩长的选择影响很大，应多进行比较以确定最合适的方案。
5 结束语
总之，工程造价在工程项目占有很大比例，具有重要的经济效益，所以优化设计房屋结构能够卓有成效地减少工程造价成本。与此同时，优化设计房屋结构要保障建筑的安全级别，合理化等，协调好技术和经济两者之间的关系，切勿因重视节省成本，而忽视质量或技术。为了实现整体目标最优，结构设计人员与工程师要分析房屋结构设计，充分发挥其优势，利用精细高效的工作标准及要求来实现最优化的房屋结构。
参考文献
关键字：房屋；结构设计；优化技术
引言
目前，随着社会经济水平的不断提高，土地价格也在不断上涨。同时，人民对住房条件的需求也在不断上升，因此，对开发商带来的压力也在不断加大。为了实现房屋建筑经济效益的最大化，就需要采用结构优化技术，在有限的空间内实现资源的最大利用。房屋结构优化设计是指，采取科学合理的设计理念和技术方法来设计房屋结构，以最小的工程报价来最大化整体的建筑收益，提高房屋的质量水平，使得企业也获得较高的利润等。
一、我国目前房屋结构设计现状以及实施优化设计的原因
随着我国经济的飞速发展，人民生活水平的不断提高，对住房建设要求也越来越高。同时，根据我国目前的基本国情，人口数量日益增长，住房面积需求量不断加大。因此，我国现阶段住房建设主要以高层为主。房屋的结构设计优化不仅能够满足当今大众的需求，更能为投资者减少建筑成本。
房屋建设结构优化必须以建筑的安全性为首要原则，然后再进一步分析建筑方案，配合科学合理的设计理念，从而有效控制建筑工程造价，实现经济效益的最大化。根据近些年的数据资料显示，优化建筑结构设计可以为整项建筑工程节省30%-50%的费用。但是，在实际的设计过程中，方案设计受自然因素的影响很大，很难发挥出其本身的优越性。例如，工程设计阶段，施工方过多的缩短建筑设计时间，从而使设计效果达不到理想的要求，在缩短工程工期的同时也降低了工程设计质量；建筑设计时，设计人员的经验不足，专业知识不完备，对一些设计软件掌握的不够精通；一些设计者在设计建筑时过度的关注部分结构而忽视了整体方案等等，这些因素都会导致建筑结构设计的不够优化。因此，房屋建筑设计者必须科学合理的分析整体建筑方案，并设计出最优的结构，才能实现经济利益的最大化。
二、房屋结构设计优化主要体现在哪些方面
房屋结构设计优化主要是采取合适的方法以及科学的设计理念来最大化的达到房屋设计标准，如：房屋结构的合理布局、构件大小、结构框架等。钢筋混凝土结构的优化设计的基本理念是将建筑的具体部件以及整体布局进行分析，而顶柱、体形、层高以及拉力构件等等都会影响建筑物的整体布局。建筑构件的布局、强度等级以及配筋构造都是建筑物具体构件的体现。综合以上因素，建筑方案结构需要专业知识丰富且熟知设计规范的工程技术人员设计，而且在设计时必须充分考虑各构件直接的受力特性，从而选取最优的设计方案。
三、房屋结构优化设计技术
（一）优化技术的基本原则
在工程设计优化过程中，必须以工程设计和工程价值为基本原则。优化结构设计的最终目标是充分利用建筑材料，实现建筑构件利用的最大化。优化结构设计不仅遵守建筑设计规范，更实现了当今建筑的审美学和价值学。通过深化改善房屋结构设计，从而实现建筑功能更加协调完善，降低建筑成本，提高经济效益。
房屋结构的优化必须从实际工程施工出发，结合房屋结构的具体情况，实现房屋建筑的结构的最优化设计。在进行结构优化时，必须依据设计意图，采用平面设计布局，降低构件质量和刚度之间的差异，减小水平负载造成的房屋扭曲，在竖直方向上采用转换层技术，有效地降低构件的集中用力。
（二）优化设计的基本的要点
1.依据设计规范
工程师在设计建筑结构时必须具备丰富的建筑设计经验以及熟知设计规范。即依据科学的设计理念，将自身的优化方案融于整个工程项目设计中去。建筑结构设计规范更多是对于工程较大的项目，因而会造成某些规定过于保守。另外，在工程设计比较特殊或复杂时，依据某些规定将会造成建筑物的不安全。因此，这就要求设计师在建筑设计过程中必须具备良好的专业素质以及清醒的思路、正确的判断力，争取将建筑结构设计做到最优。
优化房屋结构设计过程中，应注重建筑构件的细节优化，如：建筑构件的受力钢筋，在满足塑性的条件下尽可能的选择性价比较高的产品，从而实现房屋结构的经济、安全。
2.结构师主动参与建筑设计
在工程施工前期以及施工过程中，建筑结构师的主动参与对整个房屋结构优化起到关键性作用。在实际的工程施工过程中，建筑设计师往往不能够对整个结构体系进行很好的受力分析，即建筑结构师的设计理念以及其自身具备的经验不能完全代替设计师的设计思想，同时，建筑与结构上专业知识的隔阂也无法弥补。建筑结构设计师其丰富的工程设计经验以及专业设计理论，积极主动的为设计师出谋划策，只有两者的顺利合作才能设计出更加优秀的方案。
目前，我国的房屋建筑设计总是先从建筑的结构布局开始，根据结构承载负荷的不同分析所需的材料、参数等，往往这种分析方法是计算机所不能计算出的，它需要建筑结构设计师充分论证整个建筑设计方案之后做出的判断。而这些判断需依据实际工程实践经验以及结构设计所遵循的一般规律进行。
3.加强设计团队之间的合作
优化房屋结构是一项整体而系统的工作，它需要团队之间的协调合作。现代建筑主要由结构、设备、建筑三大要素组成。因此，在工程施工过程中要明细团队内部分工，并做好团队合作，只有这样才能有机的结合各个构件创造出更加完美的作品。在建筑工程设计阶段，房屋的结构设计和建筑设计是不可分割的，只有协调好两者之间的关系，才能设计出更加美观大方的建筑方案，同时，又降低了建筑成本，简化施工过程，达到既美观又实用的建筑效果。通常建筑设计师在设计建筑时，只是一味的要求设计方案的新奇，而忽略了建筑学中基本的力学关系，这样设计出的方案往往在结构设计上造成困难。因此，团队之间的协调合作是房屋结构优化的重要保障。
4.优化房屋建筑结构，解决房屋抗震问题
房屋结构的优化不仅仅能降低建筑成本、增加建筑美观、简化施工过程，更能加强房屋的抗震作用。通过房屋结构优化技术，可以增加房屋抵抗外部作用的破坏，有效地降低房屋破坏程度。因此，在房屋结构优化设计过程中，抵抗外界各种不良因素的影响成为结构优化设计工作的主要内容。在日常的外界不良因素中，地震是最难以预测且对房屋建筑物破坏最强的，所以在房屋计算及构造上必须加强抗震措施。如：房屋构件刚度的对称性以及均匀性都可以有效的缓解地震对建筑物的破坏；多道防设设计理念可以有效缓冲特大地震对房屋主构件的破坏。以上这些设计思想都是房屋结构设计的重要内容。
四、总结
工程造价对整个工程项目的经济效益起着关键性作用，因此优化房屋结构设计，不仅可以降低整个工程的造价成本，更能提升整体房屋的安全级别。结构设计与建筑设计的协调配合，充分发挥其自身的优势，设计出最优的房屋结构。在平面设计过程中，应遵循对称、均匀的原则，缩小房屋构建质量与刚度之间的差异。在竖直布置上，保证上下承重件负载的上下贯通。建筑是艺术的表现，在保证房屋安全的前提下，结构师应敢于创新，将房屋的实用性与艺术性完美的结合在一起。
参考文献：
[1]侯贯泽，刘树堂.工程结构优化设计理论与方法[J].钢结构，2009，2（8）：148-150.
[2]阳维.房屋结构优化设计方法与问题分析[J].城市建设理论研究（电子版），2012，2（12）：72-74.
给水管网优化设计的研究包括管网优化设计模型和优化算法两个方面，优化设计模型需要相应的优化算法进行求解。随着计算机的出现及其应用软件的开发，两者在理论和工程实际的应用中都逐渐成熟，应用比较广泛。
1.1给水管网优化设计模型研究
给水管网优化设计模型是进行优化设计的基础，其优劣程度决定优化设计是否成功。因此，所建的模型必须真实地反映管网运行特征及管理要求。其模型的发展经历单目标函数和多目标函数两个阶段。20世纪50年代后，国内的研究者开始对管网优化设计模型研究，取得一定成果的有同济大学、哈尔滨工业大学等。国内研究者一般都以管网年费用折算值最小为目标函数建立管网优化设计数学模型。此模型没有考虑管网的可靠性约束。随着研究的深入和实践证明，人们逐渐认识到若仅以经济性作为管网优化设计的目标函数与工程实际相比存在某种欠缺和不足，还需要考虑系统可靠性这一因素。
1.2给水管网优化设计模型求解算法研究
给水管网优化设计模型求解方法主要经历了以下三个阶段。
（1）拉格朗日函数优化法。该方法主要用于求解以管径和水头损失为变量的单目标单工况优化设计模型。应用拉格朗日未定系数法，将目标函数进行转换，然后用计算机进行求解。但是由于管径为离散变量，应用此法求得的管径需要进行圆整，化为市售管径，这在某种程度上破坏了解的最优性。该算法目前应用较少。
（2）数学规划法。
①线性规划。线性规划法是在一组线性约束条件下，求某个线性目标函数的最小值(最大值)。该方法只能解决树状管网的优化设计，因此该算法应用较少。
②动态规划法。动态规划法是一种求解多阶段决策过程最优化方法。该法对模型中的目标函数和约束条件的形式要求不高，以标准管径为变量计算结果不需要调整。该方法对小型树状管网能得到最优解;对于简单的环状管网，需预先假设一组管径并进行初始流量分配，将环状网化为树状网;对于复杂管网应用该法不能得到最优解。
③非线性规划法。非线性规划法是在一组非线性约束条件下，寻求非线性目标函数的最大值或最小值。在管网优化设计中，目前所建的模型基本都是非线性模型，因为此种模型能更好地反映管网系统各因素之间的关系，因此该方法能提高计算精度。非线性规划法能较好的反映管网系统的本质。
(3)随机搜索优化方法。
①神经网络算法。神经网络算法是将优化问题的目标函数和约束条件映射到神经网络动力系统，利用人工神经网络的动力系统演化机制，搜索到局部最优解，将最优解映射为动力系统平衡点。目前将神经网络算法用于环状管网方面的研究较少。
②蚁群算法。蚁群算法(ACOAs)是由意大利学者Dorigo于1996年提出的一种模拟蚂蚁寻食行为的算法。该算法能够智能搜索、全局优化，且易与其它算法结合。但有以下缺点：a:当规模较大时，算法效率下降得很快，需要较长的搜索时间；b:容易出现停滞现象，即搜索到一定程度后，所有个体所发现的解完全一致，不能对解空间进一步进行搜索，不利于发现更好的解，从而容易陷入局部最优。
③遗传算法。遗传算法(GA)近年来被认为是管网优化技术的飞跃，它通过模拟自然界生物种群的遗传和自然选择机制，随机搜索最优解。遗传算法是以标准管径为决策变量的，对其采用一定的编码方式，通过选择、交叉和变异等操作，求得最优解。它的优势主要在于:a:该算法不受可微、可导、连续等数学处理方式的限制；b:以离散的标准管径为决策变量避免了非线性规划法需对连续管径进行“圆整”带来的偏差；c:该算法是一种随机搜索过程，不会形成局部最优解；该算法也存在一些缺陷，如遗传算法的早熟现象、适应度值难以标定、接近最优解时收敛很慢等。
2、结语
关键词：素描教学；教学方法；创造能力；想象能力
中图分类号：G42 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2013）05-0239-01
设计素描与传统素描不同，其涵盖内容十分广泛，如表现设计素描、结构设计素描、具象设计素描、意象设计素描、抽象设计素描等。设计素描是设计类课程的基础，强调对学生构思能力、表现能力、创造能力的训练和培养，通过科学的结构剖析、透视训练和理性推理，使学生创作出兼具审美性和功用性的设计素描作品。由于设计素描的教学质量与设计类学科学生的专业能力培养息息相关，所以探讨其教学方法和教学手段的优化具有重要的现实意义。
一、设计素描含义
设计素描是以设计概念为先导的素描造型形式，是以设计为教学目的而进行的各种素描实践活动。它以比例尺、透视规律、事物形体的内部构造剖析、三维空间观念及手法等方面的技巧，来表现新的视觉传达与造型手法。设计素描充分结合了现代设计学科的特点，强调造型能力的培养、观察能力的训练以及设计意图的表达，适用于所有设计专业，是一门专业基础课。设计素描在追求完美图形效果的同时，更侧重于追求设计的适用性和实用功能，表达设计者的独特设计意图。
设计素描不同于绘画素描，两者在本质上有着极大的区别。绘画素描强调绘画创作中的写实能力和表现能力，力求使艺术造型生动、富有感染力，体现造型的审美作用，成为陶冶情操的精神产品；设计素描是在基本造型的基础上，成为表达设计创意、交流设计方法的语言和手段，强调绘画中创造性思维和设计意识的体现，使设计素描为设计服务，关注功能性价值的实现，而不是单纯的艺术信息传达。所以，设计素描以实用性为主，精神内涵为辅。
二、当前设计素描教学存在的问题
（一）教学改革滞后
在设计素描教学中，许多教师对素描的写实主义风格盲目崇拜，久而久之形成了单一的教学模式。现阶段，国内许多知名院校对设计专业的素描基础课均进行了改革与创新，取得了良好的教学成效。然而，我国大部分院校的设计素描课程仍然延续传统的素描理念，以传授绘画经验、技法、指导与训练为主，强调对客观事物的模仿和再现，严重制约了学生想象力和创造力的提高，致使设计素描的教学改革严重滞后于设计学科类专业的发展。
（二）教学模式单一
大部分院校的设计素描教学以结构训练为主要教学模式，甚至有些院校直接将设计素描视为结构素描，没有考虑到不同类型设计专业的实际教学需要。在服装设计、工业设计、动画设计、环境艺术设计等设计专业中，设计素描将结构训练模式贯穿于始终，忽视了设计学科不同专业的指向性。同时，单一的教学模式仅仅关注于学生描绘能力、塑造能力、结构分析能力的培养，而不重视学生设计意念、逻辑思维、想象能力、表现手法的提高，使得设计素描的基础训练与设计专业需求相背离。
（三）教学方法和手段守旧
部分院校的设计素描教学理念落后，在教学内容上仍以静物写生、人像写生、石膏几何形体写生、圆雕写生为主。课堂实践中，教师的教学活动过于僵硬、死板，一般为教师先讲解相关基础知识，再以国外作业为范例，最后进入训练阶段，这种守旧的教学方法和手段容易使学生形成思维定式，影响学生创造力的发挥。
三、优化设计素描教学方法与手段
（一）改进传统常规的教学方法
设计素描的传统常规教学方法在一定程度上限制了学生思维能力和创新能力的发展，使课堂教学因循守旧，难以激发学生的学习兴趣，所以必须对传统常规的教学方法进行改进和创新。首先，打破传统静物组合方式和选择方式。传统物体组合方式包括高差异体量组合、体量类似物组合、关联性事物组合、质感差异组合等，教师应转变这些固定的物体组合方式，通过倒挂、包扎、悬挂、垒积等方式对物体进行随机性摆放，也可以让学生参与物体的选择，以此提高学生学习的主动性，活跃学生的思维；其次，让学生尝试多种素描手法和素描工具。教师可让学生掌握设计素描的不同表现手法，如擦、抹、涂、贴、印等，让学生体会不同表现手法所产生的视觉美感。教师也可让学生尝试使用多种绘画工具和各种有色纸张进行设计素描，以激发学生的学习兴趣，开阔学生的眼界，培养学生的审美能力和创新意识；再次，突破透视法则和常规构图的限制，让学生明确透视不是衡量画面美的唯一标准。教师可让学生对画面物体进行夸张化、平面化、扭曲的形象处理，在构图上采取求偏、求险、求满、求局部、求空等形式格局，拓展学生的想象思维和创造思维，提高审美标准。
（二）强化创造能力训练
在设计素描教学中，教师应当结合设计学科的专业特点，运用循序渐进的教学方法，在准确性训练、结构理解性训练以及质感和材料写真训练等素描技巧训练之后，强化学生创造能力训练。教师要在学生全面了解空间、形体、结构、材料等基本特征的基础上，引导学生从视觉效果、视觉特征、视觉传达的感受认知中探寻自己的造型思路，让学生捕捉新颖的意象。在创造能力训练中，教师要强调学生自主捕捉物象的审美点和特征点，并融入自己的感受，运用多种表现形式和手法进行创作设计，展现具有个人特质的审美追求。教师应让学生明确设计素描并不仅限于物象的模拟，而是一种更深层次的观察和发现，从而更准确的把握自然物象形体的本质特征，探寻更新颖和丰富的意象，潜移默化地提高学生的想象能力和创造能力。
（三）将现代元素融入教学
设计素描教学要重视教学方法的创新，使教学方法能够满足现代艺术设计和设计学科专业的需求，积极探寻将现代元素融入教学中的途径。首先，教师可利用多媒体教学手段实施情景教学，运用先进的多媒体设备展示经典设计，对其进行细致讲解，使学生能够全方位地研究和剖析作品，主动发掘作品的思路，进而拓展学生的设计思维，增强学生的创作意识；其次，学校可组织设计素描作品大赛、学术交流活动等，为学生提供相互交流、相互学习的平台，在实践中不断提高学生创作的综合素质。通过多样化的实践活动，使学生明确设计素描是一种创造性的思维活动，需要积累丰富的基础知识和审美素养，而不是简单的模仿性活动，必须发挥思维能动性力求创新和突破；再次，运用理论与实践的专题训练方式，使学生勇于尝试新的创作手法，如可让学生借鉴传统绘画的手法设计作品，也可让学生尝试不同地质纹理在设计中的运用效果，以拓宽学生的设计思路。
（四）开展针对性的创作训练
在传统的设计素描教学中，教师沿袭绘画性素描的教学方法，通过观察训练和写生练习来培养学生的造型能力，限制了学生创作思维的拓展，使学生陷入了设计素描就是物体临摹的误区。所以，教师必须根据设计素描的教学目的，开展针对性的创作训练，使学生从物象的内外构造关系入手认知事物本质，进而在物象中抽象出有价值的意象元素。在基本功教学方面，可划分为结构形态、明暗形态、质感形态等几个专题进行教学。在学生具备一定的造型能力之后，再开展主题素描教学培养学生的综合能力。如，以某种常见物品为主题，向学生提出特定的设计诉求，让学生根据诉求充分发挥想象力和创造力，创作出不同的设计方案。这种教学方法能够让学生将掌握的基本造型技能，通过想象和设计思维，运用到实践中去，通过设计手法和艺术语言阐释自己的意图。此外，设计方案完成后，让其他学生和专业教师评价学生的作品，在学生虚心接受别人建议的过程中，进一步思考作品在实用和审美方面存在的不足，进而使学生在创作实践中不断提高自己的设计能力。
四、结论
总而言之，教师要在设计素描教学中坚持以设计观念为指导，对传统的素描教学模式进行改革和创新，使设计素描教学模式与设计学科专业发展相适应，为学生不断提高设计专业能力奠定基础。设计素描要强调为设计服务，教师在教学过程中要使学生明确设计素描是兼具实用和审美功能的表现形式，充分发挥学生的想象能力和创造能力，培养学生创新思维、审美素养和造型能力，实现设计素描的教学目标。
参考文献：
[1]杨成品.李颖婷.艺术设计专业设计素描教学的模式与方法研究[J].新课程研究（中旬刊）.2012（7）.
