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建筑问题


巴蒂 (Bhatti, 2000, pp. 3-5) 提出的一个假设性的建筑设计问题,属于带约束的优化问题。为了节省供暖和制冷的能源成本,一位建筑师希望设计一个长方体建筑,该建筑部分位于地下。设 n 为楼层数(因此必须是正整数),d 为建筑的地下深度,h 为建筑的地上高度,l 为建筑的长度,以及 w<l 为建筑的宽度(宽度小于长度)。所需的楼面面积至少20000 m^2,地块尺寸要求 w,l<50 m,建筑形状被指定为 l/w=phi黄金比例,约 1.618),每层楼高 3.5 米,建筑外露表面的供暖和制冷成本估计为 $100/m^2,并且已指定年度气候控制成本不应超过 $225000。然后,问题要求最小化建造该建筑必须挖掘的体积。

这等价于最小化函数

 f=dlw
(1)

受以下约束条件的限制

d+h=3.5n
(2)
1=1.618w
(3)
100(2hl+2hw+lw)<225000
(4)
0<=l<=50
(5)
nlw>=20000
(6)
n>=1
(7)
d,h>=0.
(8)

存在一个相当大的参数空间区域,可以给出接近最优的解(并且都在问题指定的精度范围内),其中 fd=81.028397 米、h=13.471603 米、w=21.396330 米时(对应于 n=27l=34.619990),f=60021.0 m^3 附近取得最小值。


使用 Wolfram|Alpha 探索

参考文献

Bhatti, M. A. Practical Optimization Methods with Mathematica Applications. New York: Springer-Verlag, 2000.

在 Wolfram|Alpha 中被引用

建筑问题

引用方式

Weisstein, Eric W. "建筑问题." 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/BuildingProblem.html

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