Tesi doctoral: Algoritmos Genéticos como Estrategia de Diseño en Arquitectura

Algoritmos Genéticos como Estrategia de Diseño en Arquitectura

de la Barrera Poblete, Carlos Ignacio

Programa COMUNICACIÓ VISUAL EN ARQUITECTURA I DISSENY

Departament d'Expressió Gràfica Arquitectònica I (EGA I)

Data de lectura: 27/01/2011

Idioma de la tesi: Castellà

Qualificació: Excel·lent Cum Laude

Director de tesi: MONEDERO ISORNA, JAVIER

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Resum de tesi

Este trabajo de investigación consiste en el desarrollo de una serie de Algoritmos Genéticos (AGs) aplicados a diferentes escalas arquitectónicas. El objetivo consiste en desarrollar una serie de AGs aplicados a la arquitectura para optimizar y proponer diseños.

La selección natural de Darwin, plantea que el medio ambiente puede favorecer o desfavorecer la reproducción de organismos dependiendo de sus características. Los descendientes de los organismos heredan parte de sus características y propiedades que determinan su adaptación al medio. Por lo tanto, los organismos menos aptos tienen menos opciones de sobrevivir que los más. Iterar este proceso es lo que se conoce como evolución de las especies.

Entre los años 1950 y 1960 una serie de científicos comenzaron a estudiar de manera independiente la evolución de las especies, con la idea de que podría ser usada como herramienta de optimización y búsqueda. El proceso consiste en crear aleatoriamente una población de candidatos a un problema. Luego cada individuo es evaluado y ordenado dependiendo de su resultado. Los individuos más aptos (mejor evaluados) tendrán más opciones de cruzarse que los menos. Por lo tanto su ADN (digital) se propagará más rápido por la población. Con esto, la media de resultado de la población mejora con cada generación del AG.

Los Algoritmos Genéticos fueron inventados por John Holland entre los años 1960 y 1970. Su objetivo general fue estudiar el fenómeno de adaptación que ocurre en la naturaleza y desarrollar las vías en el cuál estos mecanismos de adaptación natural pueden ser importados a sistemas computacionales.

Durante la tesis se desarrollaron 4 AGs aplicados a la arquitectura. Estos son:

TRAVELLING SALESMAN PROBLEM COMO MODELO GENERATIVO URBANO, MACRO ESCALA
Un AG para resolver el problema Travelling Sales Problem (TSP) es adaptado para encontrar el camino más cortó entre una lista de edificios, proponiendo volumetría y orientación de acorde a los más cercanos en la ruta. Por cada uno de los puntos donde pasa la ruta, existe un volumen que representa un edificio, este se escala dependiendo de la distancia entre los otros edificios y también se orienta dependiendo del sentido de la ruta. El resultado es una serie de volúmenes relacionados espacialmente entre sí. Que crean espacios, los cuales pueden ser reconocidos como plazas, caminos, zonas más abiertas y otras más protegidas.

AG COMO SISTEMA DE DISEÑO GENERATIVO, MEDIA ESCALA
Un AG deberá satisfacer una serie de restricciones espaciales y volumétricas que se oponen entre ellas. Este AG propone formas en base a restricciones. Una lista de 1s y 0s (1010) representa una serie de cubos apilados entre sí forman un paralelepípedo de base para las pruebas. Las restricciones que debe cumplir son: Maximizar el volumen, minimizar el área de ocupación de suelo, buscar información dentro de su ADN y penalizar la distancia de cubos a objetos. La forma final es el resultado de todas las restricciones buscando el óptimo que no perjudique a ninguna sin tener que favorecer a otra.

DISTRIBUCIÓN DE RECINTOS MEDIANTE UN AG, MICRO ESCALA
Se utiliza un AG para organizar espacialmente un recinto, dependiendo de sus áreas y su ubicación dentro del perímetro del edificio. El proceso está basado en un diagrama de Voronoi, para subdividir el espacio y un AG para ajustar las áreas de los diferentes recintos dentro de la planta.

ESTRATEGIA EVOLUTIVA PARA EL DISEÑO DE ARQUITECTURA OPTIMIZADA, OPTIMIZACIÓN
Este proyecto responde la pregunta de cuál es la mejor forma, distribución y tamaño de ventanas que consuma el menor gasto de calefacción y aire acondicionado durante el día más caliente y más frio del año. La propuesta de este trabajo consiste en optimizar un edificio modificando sus aperturas y geometría para reducir los consumos de calefacción y aire acondicionado. El objetivo consiste en mantener la temperatura a 20ºC en el día más caliente y más frio del año usando la menor energía posible.