Bygning med algoritmer:Leder efter det optimale design

Hvordan kan computere hjælpe med at designe optimale bygninger? Ph.D. studerende Koen van der Blom laver algoritmer, der tager højde for alle mulige forskellige arkitektoniske krav, for at nå det bedste kompromis. Og det er ret svært:"Algorithmer forstår ikke automatisk, at en bygning, der svæver i luften, ikke er praktisk."

Den perfekte balance

Designet af bygninger er normalt udviklet af flere eksperter fra forskellige arkitektoniske discipliner, " siger Van der Blom. "Hver ekspert har sine egne krav. Justeringerne foretaget af en ekspert i disciplin A, der ser på bygningens bæreevne, kan have en negativ indflydelse på disciplin B, temperaturstyringen." Van der Bloms algoritmer skulle gøre det lettere at optimere bygningsdesign til alle disse forskellige krav på et tidligt tidspunkt. "De søger efter den perfekte balance, hvilket resulterer i bedre designs. Dette sparer også en masse tid:på et senere tidspunkt, det tager meget længere tid at justere."

Et komplekst problem

At designe denne slags algoritmer er ret komplekst. Ifølge Van der Blom, dette skyldes flere faktorer. "Først og fremmest, vi har at gøre med et såkaldt multikriterieproblem. Det betyder, at vi er nødt til at finde løsninger, der balancerer forskellige krav." Van der Blom så på både konstruktionsdesign (såsom bæreevne og materialebesparelse) og det bygningsfysiske design (varme og køling).

Det andet aspekt er den matematiske repræsentation af problemet. Van der Blom:"Den består af en kombination af meget forskellige dele. For at søge hver komponent effektivt på samme tid, en kompleks kombination af flere søgeteknikker var nødvendig."

Den sidste vanskelighed er at håndtere restriktioner. Disse begrænsninger er nødvendige for at garantere, at de fundne løsninger er brugbare og gyldige. "Algoritmerne forstår ikke af sig selv, hvad der gør en bygning god eller dårlig, " forklarer Van der Blom. "Som et resultat, uden yderligere instruktioner, de prøver også ting, der er mærkelige for folk. En bygning, der svæver i luften, for eksempel, er ikke et problem for computeren, men vi vil udelukke det, fordi det er praktisk talt umuligt." Selvom sådanne løsninger ofte ikke er af høj kvalitet, og derfor ikke ender som en endelig løsning, det tager tid at evaluere dem. "Så vi udelukker dem for at spare tid. Vi bruger den tjente tid til at søge gennem et større antal gyldige bygninger."

Fra simpel algoritme til praksis

Søgningen efter den rigtige metode startede med standardalgoritmer. Van der Blom:"Så kiggede vi trin for trin på, hvad der ikke fungerede ordentligt, for eksempel at søge gennem et stort antal ugyldige designs, og så ledte vi efter en løsning. Ved langsomt at tilføje kompleksitet og vide, at grundlaget fungerede godt, vi var i stand til at finde en god løsning på et nyt problem ad gangen."

Van der Blom arbejdede sammen med konstruktionsingeniører fra Eindhoven University of Technology. "Vi testede også vores algoritmer hos et arkitektfirma (De Twee Snoeken). Det var ret positivt:Algoritmerne virker, men vi mangler stadig at løse en række praktiske problemer, før vi kan anvende dem ordentligt i praksis."