科學(xué)通報(bào) | 建筑人行為模擬: 現(xiàn)狀、思考和展望

建筑人行為是影響建筑能耗與碳排放的關(guān)鍵因素之一。清華大學(xué)燕達(dá)教授及其合作者在《科學(xué)通報(bào)》發(fā)表評(píng)述文章，系統(tǒng)綜述了建筑人行為模擬的研究現(xiàn)狀，聚焦人行為關(guān)鍵特征，探討了其在未來工程需求中的作用及行為模擬發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，并展望了大數(shù)據(jù)與人工智能等新技術(shù)對(duì)人行為模擬跨越式發(fā)展的支撐潛力。

在“雙碳”背景下，建筑行業(yè)作為節(jié)能降碳的重要領(lǐng)域，正面臨前所未有的轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)。提升建筑能效、降低碳排放是推動(dòng)綠色低碳發(fā)展的關(guān)鍵路徑。在這一過程中，建筑人行為是影響建筑能耗的關(guān)鍵因素之一，逐漸成為研究熱點(diǎn)與焦點(diǎn)。

建筑人行為具有極強(qiáng)的隨機(jī)性、多樣性與復(fù)雜性，這為理解和模擬該研究對(duì)象帶來了挑戰(zhàn)。因此，本文提煉了當(dāng)前開展人行為建模的四個(gè)主要步驟，并以此為線索對(duì)當(dāng)前建筑人行為模擬領(lǐng)域的研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)性梳理與回顧：（1）數(shù)據(jù)采集：當(dāng)前常見的方法包括實(shí)地監(jiān)測、問卷調(diào)查、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)；（2）特征與因果分析：通過時(shí)間序列分析、相關(guān)性分析和因果推斷，理解人行為模式及其對(duì)建筑能耗的影響機(jī)制；（3）模型建立：按照人員位移及人員用能動(dòng)作進(jìn)行劃分，綜述了從傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)回歸模型到近年來不斷發(fā)展的機(jī)器學(xué)習(xí)方法；（4）模型評(píng)估與應(yīng)用：探討現(xiàn)有的模型檢驗(yàn)方法以及人行為模型在實(shí)際建筑能耗模擬中的應(yīng)用。

然而，隨著城市化進(jìn)程加快、智能建筑技術(shù)發(fā)展以及全球氣候變化等帶來的新問題，建筑人行為研究正面臨新的需求與挑戰(zhàn)。在本文中，我們提出了五類需重點(diǎn)關(guān)注的行為特征，包括適應(yīng)性、多樣性、柔性、即時(shí)性與隨機(jī)性，并探討了在建筑熱韌性設(shè)計(jì)、城市尺度建筑能源系統(tǒng)模擬、電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)、建筑智能控制以及未來政策制定等工程應(yīng)用場景下，人行為特征在其中發(fā)揮的關(guān)鍵作用。

為了應(yīng)對(duì)這些新挑戰(zhàn)，未來的建筑人行為模型亟需突破傳統(tǒng)框架。我們提出了潛在的發(fā)展方向：（1）提取更具代表性的典型人行為模型；（2）構(gòu)建高時(shí)間分辨率的人行為預(yù)測與識(shí)別模型；（3）建立反映人行為柔性與響應(yīng)能力的評(píng)估模型；（4）引入人行為變化的動(dòng)態(tài)模型。

與此同時(shí)，近年來新技術(shù)的發(fā)展與革新為未來人行為建模需求提供了基礎(chǔ)。大數(shù)據(jù)采集技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)從單棟建筑到城市尺度的追蹤與分析，人工智能技術(shù)在理解人與環(huán)境交互、模擬復(fù)雜行為中展現(xiàn)出巨大潛力；而高性能計(jì)算平臺(tái)的普及，則大大加快了模型訓(xùn)練與部署的效率。

本文通過全面梳理當(dāng)前建筑人行為現(xiàn)狀，前瞻性探討新挑戰(zhàn)與技術(shù)趨勢，旨在為未來建筑節(jié)能與低碳轉(zhuǎn)型中的人行為建模提供技術(shù)支撐與研究指引，也希望能為廣大科研人員與行業(yè)從業(yè)者帶來啟發(fā)，共同推動(dòng)建筑節(jié)能與低碳技術(shù)邁向更智能、更高效的新階段。

文章信息

周欣, 吳奕, 燕達(dá). 建筑人行為模擬: 現(xiàn)狀、思考和展望. 科學(xué)通報(bào), 2025, 70: 5515–5527

doi: 10.1360/TB-2025-0044

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