Algoritmos evolutivos como método no processo de projeto de arquitetura

310 Pages·2015·15.25 MB·Portuguese

JARRYER ANDRADE DE MARTINO

ALGORITMOS EVOLUTIVOS COMO MÉTODO PARA
DESENVOLVIMENTO DE PROJETOS DE
ARQUITETURA

CAMPINAS
2015

i
ii
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E
URBANISMO

JARRYER ANDRADE DE MARTINO

ALGORITMOS EVOLUTIVOS COMO MÉTODO PARA
DESENVOLVIMENTO DE PROJETOS DE
ARQUITETURA

Orientadora: Profa. Dra. Maria Gabriela Caffarena Celani

Tese de Doutorado apresentada à Faculdade de Engenharia
Civil, Arquitetura e Urbanismo da Unicamp, para obtenção do título de Doutor em Arquitetura,
Tecnologia e Cidade, na área de Arquitetura, Tecnologia e Cidade.

ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA TESE
DEFENDIDA PELO ALUNO JARRYER ANDRADE DE MARTINO
E ORIENTADO PELA PROFA. DRA. MARIA GABRIELA CAFFARENA CELANI

Assinatura da Orientadora

__________________________________

CAMPINAS
2015
iii
iv
v
vi
Resumo
MARTINO, J. A. Algoritmos evolutivos como método para desenvolvimento de projetos de
arquitetura. Campinas, 2015. Tese (Doutorado) – Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e
Urbanismo. Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP, 2015.

O projeto de arquitetura é composto por diferentes variáveis que precisam ser constantemente
negociadas, algumas delas envolvem situações contraditórias, aumentando a complexidade da
solução do problema. Os algoritmos evolutivos correspondem a um conjunto de técnicas que
contribuem para a solução desse tipo de problema, e que podem ser incorporados ao sistema
generativo de projeto de maneira a potencializar a obtenção de melhores resultados. Para isso, foi
necessário entender a teoria evolucionista e os seus principais mecanismos, a estruturação e a
implementação dos algoritmos evolutivos no ambiente computacional, e a sistematização do
processo de projeto como base para o desenvolvimento de um método evolutivo. Dessa forma,
foi definido um quadro teórico composto pelos principais eventos e conceitos relacionados à
teoria evolucionista, à computação evolutiva e à discussão na década de 1960 sobre a
sistematização do processo de projeto como uma sequência operativa capaz de registrar o
processo mental do projetista, e o método evolutivo de projeto de arquitetura, sendo apresentada
a sua estrutura, os componentes e exemplos. Embora esse método tivesse sido implementado na
arquitetura na década de 1960, foi verificado que as aplicações estavam bastante restritas,
limitando-se a trabalhos acadêmicos em universidades específicas. O domínio de uma linguagem
de programação e a falta de clareza e apropriação dos vocabulários, conceitos e técnicas
desenvolvidas pela Computação Evolutiva dificultaram a sua implementação como método de
projeto na arquitetura e urbanismo. Atualmente, existem recursos digitais que facilitam a
implementação desse método de maneira simplificada sem perder a eficiência do método,
justificando a sua retomada como um método de projeto pelos arquitetos e urbanistas. Dessa
forma, os objetivos desta pesquisa foram os de organizar o conteúdo teórico dos algoritmos
evolutivos de maneira a esclarecer a sua estrutura, o vocabulário, os conceitos básicos e os
mecanismos que os envolvem, de definir como ocorre a sua relação com o elemento arquitetônico
e com o método de projeto, da identificação de uma ferramenta computacional capaz de facilitar
a sua implementação e o de apresentar situações concretas em que os arquitetos e urbanistas
possam utilizá-los. Como resultado foi possível verificar que não existe dificuldade no
vii
entendimento do mecanismo evolutivo como possível recurso para o desenvolvimento de um
método de projeto, mas sim, a necessidade de maior domínio sobre a ferramenta de programação
que não estaria relacionada diretamente com o sistema evolutivo, mas sim, com a descrição
algorítmica através de um código computacional de todo processo de projeto.

Palavras-chave: algoritmos evolutivos; projeto arquitetônico – metodologia; projeto auxiliado
por computador.

viii
Abstract
The architecture design is composed by different variables that need to be negotiated, some of
them involve contradictory situations, increasing the complexity of the solution. The evolutionary
algorithms are set by techniques that contribute to obtain solutions for this kind of problems, and
they also may be incorporated in a project generative system in a way that potentiate the best
results obtaining. For this it was necessary to understand the evolutionary theory and its main
mechanisms, the structuring and implementation of evolutionary algorithms in computational
environment, and the systematization of the design process as a base of an evolutionary design
method development. Thus, it was important to define a theoretical framework from the main
events and concepts related to the evolutionary theory, the evolutionary computation and to the
discussion in the 1960s about the systematization of the design process as an operative sequence
capable of registering the mental process of the designer and the evolutionary design method on
architecture with their components and examples. Although this method had been implemented in
architecture in the 1960s, its application was quite restricted to academic works development in
some specific universities. The necessity of the knowledge of programming language,
vocabulary, concepts and techniques from evolutionary computation made the implementation
difficult as a project method in architecture and urbanism. Currently, there are digital resources
that facilitate the method simplified implementation without losing its efficiency, justifying its
resumption as a design method by architects and urban planners. Moreover, the objectives of this
research were to organize the content about evolutionary algorithms, clarifying its structure,
vocabulary, basic concepts and the involved mechanisms, to define its relationship with the
architectural element and the project method, to identify a computational tool that facilitates the
implementation and to present the real situations which architects can use them. As a result it was
possible to validate that there is no difficulty in understanding the evolutionary algorithm as
possible resource for the methodology development of a design, yet, the necessity to have more
experience in the utilization of programming tool. This tool is not directly related to the
evolutionary system, but with the algorithmic description through the computational
implementation by any project codes.

Keywords: evolutionary algorithms; architectural design - methodology; computer aided design.
ix
x