Hur kan datorer hjälpa till att designa optimala byggnader? Ph.D. student Koen van der Blom gör algoritmer som tar hänsyn till alla möjliga olika arkitektoniska krav, för att nå den bästa kompromissen. Och det är ganska svårt:"Algorithmer förstår inte automatiskt att en byggnad som svävar i luften inte är praktisk."

Den perfekta balansen

Utformningen av byggnader utvecklas vanligtvis av flera experter från olika arkitektoniska discipliner, ", säger Van der Blom. "Varje expert har sina egna krav. De justeringar som gjorts av en expert inom disciplin A, som tittar på byggnadens bärförmåga, kan ha en negativ inverkan på disciplin B, temperaturkontrollen." Van der Bloms algoritmer ska göra det lättare att optimera byggnadsdesignen för alla dessa olika krav på ett tidigt stadium. "De söker efter den perfekta balansen, vilket resulterar i bättre design. Detta sparar också mycket tid:i ett senare skede, det tar mycket längre tid att anpassa sig."

Ett komplext problem

Att designa dessa typer av algoritmer är ganska komplicerat. Enligt Van der Blom, detta beror på flera faktorer. "För det första, vi har att göra med ett så kallat multikriterieproblem. Det betyder att vi måste hitta lösningar som balanserar olika krav." Van der Blom tittade på både strukturell design (som bärförmåga och materialbesparing) och den byggnadsfysiska utformningen (värme och kyla).

Den andra aspekten är den matematiska representationen av problemet. Van der Blom:"Den består av en kombination av mycket olika delar. För att effektivt söka efter varje komponent samtidigt, en komplex kombination av flera söktekniker behövdes. "

Den sista svårigheten är att hantera restriktioner. Dessa begränsningar är nödvändiga för att garantera att de lösningar som hittats är användbara och giltiga. "Algoritmerna förstår inte själva vad som gör en byggnad bra eller dålig, " förklarar Van der Blom. "Som ett resultat, utan ytterligare instruktioner, de provar också saker som är konstiga för människor. En byggnad som flyter i luften, till exempel, är inget problem för datorn, men vi vill utesluta det eftersom det är praktiskt taget omöjligt. "Även om sådana lösningar ofta inte är av hög kvalitet, och därför inte sluta som en slutgiltig lösning, det tar tid att utvärdera dem. "Så vi utesluter dem för att spara tid. Vi använder tiden som vunnits för att söka igenom ett större antal giltiga byggnader."

Från enkel algoritm till övning

Sökningen efter rätt metod började med standardalgoritmer. Van der Blom:"Sedan tittade vi steg för steg på det som inte fungerade korrekt, till exempel att söka igenom ett stort antal ogiltiga mönster, och sedan letade vi efter en lösning. Genom att långsamt lägga till komplexitet och veta att grunden fungerade bra, vi kunde hitta en bra lösning för ett nytt problem i taget. "

Van der Blom arbetade tillsammans med konstruktionsingenjörer från Eindhovens tekniska universitet. "Vi testade också våra algoritmer på en arkitektfirma (De Twee Snoeken). Det var ganska positivt:algoritmerna fungerar, men vi måste fortfarande lösa ett antal praktiska problem innan vi kan tillämpa dem ordentligt i praktiken."