全球變暖的最主要原因是人類活動(dòng)排放的溫室氣體，而建筑則占了全球能源使用和溫室氣體排放的40%。因此，近年來關(guān)于建筑生命周期能耗和碳排最小化的研究越來越多。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，研究人員開始使用優(yōu)化技術(shù)來提高建筑的全生命周期性能。在確定最佳設(shè)計(jì)方案時(shí)，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常使用數(shù)值模擬和計(jì)算機(jī)算法探索不同的備選方案。在計(jì)算機(jī)優(yōu)化這一領(lǐng)域，有些研究致力于減少材料生產(chǎn)的具體影響，而有些則強(qiáng)調(diào)建筑運(yùn)營階段的節(jié)能。它們都從不同的角度研究了降低運(yùn)行能耗的優(yōu)化方法。除了關(guān)注建筑運(yùn)營階段，也有文獻(xiàn)研究了建筑材料含碳量最小化等問題。本文并非要詳盡闡明設(shè)計(jì)優(yōu)化的所有領(lǐng)域，而是將重點(diǎn)放在設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中受到重大影響的領(lǐng)域，如建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建筑圍護(hù)結(jié)果和暖通空調(diào)系統(tǒng)等。
氣候變化問題已成為全球關(guān)注重點(diǎn)。建筑業(yè)的材料生產(chǎn)、建造、運(yùn)營和拆除等活動(dòng)消耗了大量能源，是碳排放的重要貢獻(xiàn)方。近年來，人們越來越重視利用計(jì)算機(jī)模擬和優(yōu)化，用以最大限度地減少建筑生命周期的環(huán)境影響。目前已有文獻(xiàn)研究了計(jì)算機(jī)優(yōu)化在不同情境下的應(yīng)用，但是缺少系統(tǒng)的綜述來識別和比較這些不同的優(yōu)化方法，闡明它們的優(yōu)勢和劣勢，并突出未來的研究挑戰(zhàn)。因此，本文的研究目標(biāo)是針對利用計(jì)算機(jī)模擬和優(yōu)化技術(shù)減少建筑物的生命周期能耗和碳排的研究，對其進(jìn)行系統(tǒng)性綜述，并識別出這一研究領(lǐng)域的現(xiàn)狀和前景。本文比較了常用的研究流程和研究方法（如創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和材料、能源改造措施等），并對它們的重要性和使用時(shí)帶來的好處進(jìn)行了深入分析。考慮到建筑系統(tǒng)的生產(chǎn)、運(yùn)營和拆除，生命周期設(shè)計(jì)優(yōu)化對未來面向資源的循環(huán)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。此外，新興的數(shù)字技術(shù)（如機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)和參數(shù)化三維建模）不但使得早期的設(shè)計(jì)探索更加自動(dòng)化，還在設(shè)計(jì)優(yōu)化的同時(shí)推動(dòng)了決策過程。由于人為因素（如與能源有關(guān)的居住者行為）已成為建筑環(huán)境中的重要指標(biāo)，學(xué)界應(yīng)采用多學(xué)科設(shè)計(jì)，在提出社會(huì)技術(shù)解決方案時(shí)，既要考慮到環(huán)境可持續(xù)，又要考慮到人類福祉。
