Hoe kunnen computers helpen bij het ontwerpen van optimale gebouwen? doctoraat student Koen van der Blom maakt algoritmen die rekening houden met allerlei verschillende bouwkundige eisen, om tot het beste compromis te komen. En dat is best lastig:"Algoritmen begrijpen niet automatisch dat een gebouw dat in de lucht zweeft niet praktisch is."

De perfecte balans

Het ontwerp van gebouwen wordt meestal ontwikkeld door verschillende experts uit verschillende architecturale disciplines, ", zegt Van der Blom. "Elke expert heeft zijn eigen eisen. De aanpassingen door een deskundige in discipline A, die kijkt naar het draagvermogen van het gebouw, kan een negatieve invloed hebben op discipline B, de temperatuurregeling.” De algoritmen van Van der Blom moeten het makkelijker maken om gebouwontwerpen in een vroeg stadium te optimaliseren voor al deze verschillende eisen. “Ze zoeken naar de perfecte balans, wat resulteert in betere ontwerpen. Dit scheelt ook veel tijd:in een later stadium het duurt veel langer om je aan te passen."

Een complex probleem

Het ontwerpen van dit soort algoritmen is behoorlijk complex. Volgens Van der Blom dit is te wijten aan verschillende factoren. "Allereerst, we hebben te maken met een zogenaamd multicriteria-probleem. Dat betekent dat we oplossingen moeten vinden die verschillende eisen met elkaar in evenwicht brengen." Van der Blom keek zowel naar het constructieve ontwerp (zoals draagvermogen en materiaalbesparing) als naar het bouwfysisch ontwerp (verwarming en koeling).

Het tweede aspect is de wiskundige representatie van het probleem. Van der Blom:“Het bestaat uit een combinatie van heel verschillende onderdelen. Om elk onderdeel tegelijk efficiënt te kunnen doorzoeken, er was een complexe combinatie van verschillende zoektechnieken nodig."

De laatste moeilijkheid is het omgaan met beperkingen. Deze beperkingen zijn nodig om te garanderen dat de gevonden oplossingen bruikbaar en valide zijn. "De algoritmen begrijpen zelf niet wat een gebouw goed of slecht maakt, ", legt Van der Blom uit. "Hierdoor zonder verdere instructies, ze proberen ook dingen die vreemd zijn voor mensen. Een gebouw dat in de lucht zweeft, bijvoorbeeld, is geen probleem voor de computer, maar dat willen we uitsluiten omdat het praktisch onmogelijk is." Hoewel dergelijke oplossingen vaak niet van hoge kwaliteit zijn, en dus niet eindigen als een definitieve oplossing, het kost tijd om ze te evalueren. "Dus we sluiten ze uit om tijd te besparen. We gebruiken de gewonnen tijd om een ​​groter aantal geldige gebouwen te doorzoeken."

Van eenvoudig algoritme naar praktijk

De zoektocht naar de juiste methode begon met standaardalgoritmen. Van der Blom:"Vervolgens hebben we stap voor stap gekeken wat er niet goed werkte, bijvoorbeeld zoeken in grote aantallen ongeldige ontwerpen, en toen gingen we op zoek naar een oplossing. Door langzaam complexiteit toe te voegen en te weten dat de basis goed werkte, we waren in staat om een ​​goede oplossing te vinden voor een nieuw probleem tegelijk."

Van der Blom werkte samen met constructeurs van de Technische Universiteit Eindhoven. "We hebben onze algoritmen ook getest bij een architectenbureau (De Twee Snoeken). Dat was redelijk positief:de algoritmen werken, maar we moeten nog een aantal praktische problemen oplossen voordat we ze goed in de praktijk kunnen toepassen."