Optimización del proceso de diseño de planos de arquitectura usando algoritmos genéticos

Abstract

El problema de distribución de ambientes está relacionado estrechamente al sector económico de construcción; pues como parte del proceso de obtención de licencias de construcción se requieren planos de arquitectura o distribución. El plano de arquitectura, conocido también como plano de planta, consiste en una vista de sección horizontal y muestra la ubicación de espacios interiores. En la construcción, el plano de arquitectura o distribución es una solución al problema de distribución de espacios interiores, un ejemplo del problema se puede ver en la Figura 1 donde la parte a) muestra los ambientes a distribuir y la parte b) muestra un plano de distribución de ambientes. Figura 1 - Problema de Distribución

Cada uno de los ambientes identificados dentro del plano comprende múltiples restricciones que se han cumplido para llegar a esta posición final donde la complejidad para encontrar una solución es directamente proporcional a la cantidad de variables involucradas en el diseño; entre estas variables se pueden mencionar: cantidad de espacios interiores que se desea distribuir, área total, área de cada región o ambiente, ubicación, proximidad entre áreas, colindancia entre áreas, etc. Es decir, depende de la cantidad de variables involucradas de tal forma que el problema a resolver consiste en un problema de optimización multi objetivo (Kundu et al., [1]), este tipo de problema es conocido como problema de distribución de espacios o problema rectangular. Por lo tanto, siendo un problema combinatorio el número total de posibles soluciones se puede conocer, pero evaluar cada una de estas posibles soluciones demanda un tiempo que no es posible de determinar exactamente. Debido a que los planos deben realizarse de manera individual para cada cliente el proceso creativo demanda la inversión de horas-hombre y el resultado ideal u óptimo que normalmente requiere de retroalimentación y ajustes en base a las necesidades del cliente requiere nuevamente inversión de horas-hombre adicionales, resultando en perjuicio económico tanto para el profesional como para el cliente. Es decir, mientras más opciones/requerimientos se establecen, mayor es el tiempo que se invierte en el diseño de planos de arquitectura. El problema de distribución de espacios ha sido estudiado durante los últimos años considerando diferentes variantes. La complejidad del problema se ha estudiado en las últimas décadas a través de diferentes procesos (Raman, [2]) tales como Teoría de Grafos, Asignación Cuadrática, Programación Entera, Simulación, Teoría de Colas mientras que la solución ha involucrado Métodos Heurísticos (Construcción, Mejoramiento, Híbrido), Métodos Meta-Heurísticos (Búsqueda Tabú, Colonia de Hormigas, Redes Neuronales) (Raman, [2]). El problema que se plantea esta tesis corresponde a modelar un proceso de distribución de espacios, lo que implica que dentro del proceso de modelamiento se establece una matriz de variables que representan las dimensiones de los espacios o áreas, asimismo se establece la región disponible para ubicar las áreas, de tal forma que diferentes combinaciones son posibles de desarrollar, pero sólo un subconjunto de estas forma parte del espacio de soluciones. Se plantea el uso de Algoritmos Genéticos puesto que estos han sido usados de dos formas: i) técnica para resolver problemas tecnológicos y ii) como simplificación de modelos científicos (Mitchell, [3]). Asimismo, cabe resaltar que los algoritmos genéticos son un método ampliamente reconocido y popular (Wiese, [4]) de aproximación a soluciones que permite no sólo ir en busca de una solución sino evalúa un conjunto de soluciones a la que llama población de individuos donde cada individuo representa un candidato a solución. La solución del problema propuesto en la presente tesis consiste en elaborar un proceso multiobjetivo donde la ejecución de estos brinde como resultado una solución de la forma de un plano de distribución de espacios. Finalmente, el objetivo superior de la presente tesis. es contribuir al estudio de algoritmos aplicados a problemas de optimización multiobjetivo, que en este caso corresponde al proceso de diseño de planos de arquitectura, de tal forma que este proceso aplicativo pueda servir y/o contribuir a futuros investigadores en el campo de la inteligencia artificial.