摘要：随着“双碳”战略的持续推进，户用光伏系统在绿色建筑与分布式能源体系中扮演着日益重要的角色。传统光伏结构设计普遍依赖经验性判断与二维绘制，难以兼顾几何复杂性、能效优化与结构稳定性。可交互式参数化建模技术的出现，为光伏设计提供了新的思路与工具。本文立足于数字化建筑设计领域，探讨可交互式参数化建模在户用光伏结构设计中的应用路径与创新价值。研究首先分析了参数化建模的原理与其在光伏建筑设计中的适用逻辑，随后构建以参数驱动、交互反馈与性能协同为核心的模型体系，并通过可视化界面实现设计优化与结构验证的同步进行。结果表明，该方法在提升设计效率、优化光照利用与强化结构稳定性方面具有明显优势，为光伏建筑一体化提供了可推广的技术参考。

关键词：参数化建模；户用光伏结构；交互式设计；数字化建模

基金项目：安徽省高等学校科学研究项目；基于可交互式户用光伏结构参数化设计研究（2023AH053271）；安徽省高等学校省级质量工程项目；汽车制造与实验技术服务十大新兴产业特色专业（2023sdxx290）

引言

光伏建筑结构作为一种集能源生产和建筑功能于一体的创新设计，在新能源建设中具有潜力和前景。然而，如何优化设计光伏建筑结构，提高其性能和效率仍然是一个挑战。智能算法作为一种有效的优化方法，可以自动搜索最优解，在光伏建筑结构优化设计中具有广泛的应用前景。面对多变量、多约束的复杂设计需求，如何实现光伏结构的高效建模与性能协同，成为当前设计优化的关键命题。参数化建模技术的兴起，为建筑及能源系统设计带来了新的范式。其核心在于通过变量、逻辑与算法的有机耦合，实现几何模型与性能参数的动态联动。

一、可交互式参数化建模在户用光伏结构设计中的理论基础

在可再生能源快速发展的时代背景下，户用光伏系统已成为推动能源结构绿色转型的重要组成部分。其设计过程不仅涉及电气性能的优化，更要求结构形态、空间布局与建筑环境的深度耦合。然而，传统设计模式仍以静态绘图与经验推演为主，难以在复杂约束条件下实现结构优化与性能预测的同步。可交互式参数化建模的兴起，为户用光伏结构设计提供了全新的技术逻辑与表达方式，使设计活动从“结果导向”转向“过程驱动”。参数化建模的核心在于通过变量、参数与逻辑关系的设定，使几何形态具备可计算性与可控性。

二、户用光伏结构设计中参数化建模的关键要素与实现路径

2.1 参数化设计驱动下的户用光伏系统结构逻辑构建

通过建立光伏板几何参数、倾角变量、支架高度与基础节点间的逻辑关联，构建整体结构响应模型。重点分析在不同屋顶坡度、朝向与安装面积条件下，参数变化对光照利用率与受力分布的影响。以Grasshopper–Rhino 平台为例，阐述参数模块化建模的实现步骤，包括输入端几何约束定义、关联节点连接、计算表达式设定与输出结果可视化。模型可实现快速迭代与方案对比，为后续性能优化提供灵活接口。

2.2 可交互界面与多维反馈机制的构建方法

探讨交互式参数化建模在设计过程中的人机协同方式。通过建立用户可控界面，使设计者可实时调整倾角、方阵间距、支撑间距等参数，系统自动生成能效与结构响应曲线，实现数据驱动的设计优化。采用Python 与 Grasshopper 插件交互开发，实现数据输入、几何更新与性能仿真的动态联动。阐述可视化反馈在光伏设计中的作用，如实时辐照量分析、受力云图展示及支架形态可视对比，使设计过程更具直观性与决策性。

2.3 参数化建模与结构性能分析的协同集成

研究参数化模型与有限元分析平台（如 ANSYS、Karamba3D）的协同方式，通过接口调用实现模型与结构性能的自动耦合分析。重点讨论结构稳定性、节点应力分布、风荷载响应与疲劳寿命评估的集成流程。通过参数映射机制，使结构分析结果反哺至建模系统，实现模型迭代优化。结合典型户用光伏案例，展示在复杂屋顶条件下通过参数化手段提升受力均匀性与材料利用率的技术过程。

展趋势

三、可交互式参数化建模在户用光伏结构设计中的应用成效与发

3.1 实际工程案例中的模型应用与设计成效分析

在户用光伏项目的设计实践中，可交互式参数化建模展现出显著的灵活性与可操作性。设计人员通过设定光伏方阵、支架节点及屋顶几何约束，能够快速生成多种可行方案，并实时调整倾角、方阵间距与支撑形式。模型的参数驱动特性，使得结构优化不再依赖反复手工修改，而是通过算法迭代实现自动响应。在建模与结构校核过程中，系统通过几何逻辑关联与性能反馈机制，确保结构强度、受力平衡与光照利用率间的动态协调。交互式界面的引入，使设计过程更加直观，设计者能够在界面中直接观察方案变化所带来的几何形态与性能指标的变化，提升了设计决策的准确性与创造性。

3.2 参数化建模在光伏建筑一体化中的拓展应用

可交互式参数化建模不仅适用于独立的户用光伏结构设计，还可向光伏建筑一体化（BIPV）领域延伸。参数化逻辑可将光伏组件的布置、建筑形态与能效指标整合到同一模型体系中，实现建筑与能源系统的协同优化。设计人员可根据不同的建筑外形、朝向与气候特征，通过调整参数实现最优形态响应，使光伏系统成为建筑构成的重要部分，而非附加装置。在建筑立面与屋顶的综合设计中，参数化模型能够将遮阳设计、自然采光与通风需求同步考虑，通过建立多目标关联方程，生成兼顾结构安全、美学表达与能量效率的整体方案。可视化仿真模块进一步强化了模型的可读性，建筑师与结构工程师可在统一平台上进行协同设计与快速验证。

3.3 参数化建模的智能化演进与未来发展方向

随着人工智能与计算设计的深度融合，可交互式参数化建模正逐步向智能化与自适应方向演进。基于算法学习与参数优化的建模系统，能够根据历史设计数据与性能反馈自动生成优化方案，从而减少设计者在重复性操作上的时间投入。未来，参数化模型将与机器学习、遗传算法、神经网络等智能优化技术相结合，形成具有预测性与自校正能力的设计体系。在信息化建设与云协同背景下，参数化建模的交互功能将进一步扩展。设计者可通过云端数据库共享建模逻辑与结构模板，实现跨专业、跨区域的实时协作。系统可根据环境参数与项目需求动态推荐设计策略，形成“数据—算法—决策”一体化工作流。

结语：

可交互式参数化建模的引入，为户用光伏结构设计提供了一种兼具科学性与创造性的技术路径。它打破了传统设计中参数孤立、调整低效的弊端，实现了几何建模、性能分析与交互反馈的深度融合。通过参数驱动的设计逻辑与可视化的界面操作，设计过程更加精准、灵活与高效，为光伏系统的结构优化和形态创新提供了技术支撑。展望未来，随着人工智能、云计算及数字孪生技术的持续发展，参数化建模将在光伏建筑一体化与智能能源体系中展现更强的适应性与可扩展性。

参考文献：

[1] 刘伟 , 魏大森 , 吕嘉怡 , 等 . 基于数字化模型的建筑屋面光伏组件倾角参数化优化设计方法研究 [J]. 建筑科学 ,2024,40(12):67-79.

[2] 朱丽 , 杜照怡 , 董轶欣 , 等 . 冰上运动建筑曲面光伏参数化集成设计研究 [J]. 建筑节能（中英文）,2024,52(1):114-119.

[3] 史小蕾 , 高枫 , 俞家悦 , 等 . 光伏建筑设计的发展与研究综述 :光伏技术 , 设计工具及性能优化 [J]. 当代建筑 ,2023(10):121-127.