Development of an algorithm which generates functional floor plans for residential buildings based on modular construction

Abstract

Um dos objetivos fundamentais da arquitetura e da engenharia civil é a construção e reabilitação de edifícios habitacionais. Estas áreas colaboram entre si para desenvolver soluções que satisfaçam os desejos do cliente incluindo as preferências estéticas e os requisitos técnicos legais, e, obviamente, tendo em conta a segurança, funcionalidade e o conforto da construção. Isto poderá ser atingido através dum processo iterativo que usualmente começa por um leque pequeno de soluções, das quais uma é escolhida e seguidamente modificada até se obter o projeto final da habitação. Este procedimento demora habitualmente um tempo substancial. Por outro lado, a construção modular constitui um método inovador baseado num conceito de casa adaptável e flexível, que consiste na organização de soluções uniformes em bloco, pré-fabricadas em aço enformado a frio, numa grelha organizacional de múltiplos de uma unidade básica, quase como se de um jogo de Lego® se tratasse. Esta tecnologia é altamente sustentável e permite modificações na construção final durante o seu período de vida útil. Por fim, os custos são minorados e a relação custo-benefício é majorada. Assim, a presente dissertação objetiva o desenvolvimento dum algoritmo que gere várias soluções de plantas de arquitetura baseado em módulos arquitetónicos de construção modular previamente estudados. Este objetivo foi atingido através da implementação em Java® deste algoritmo que testa e combina 3 módulos de arquitetura modular até encontrar todas as soluções que obedeçam a determinadas restrições.

One of the fundamental objectives of architecture and civil engineering is to construct and rehabilitate residential buildings. Both parties collaborate in order to provide solutions that fit the client’s desires, satisfy legal requirements, while granting aesthetic preferences and, obviously, are functional, safe and satisfy serviceability requirements. This may be accomplished by an iterative process which commonly starts from a spectrum of a few solutions, where one is chosen and arranged until achieving the final building design. This process takes a substantial amount of time. On the other hand, modular construction presents an innovative constructive method based on a flexible and adaptive housing concept, which consists on arranging uniform modular solutions, pre-fabricated on cold formed steel, on an organizational grid of multiple numbers of a basic unit, almost as if it was a Lego® game. This technology is highly sustainable and allows modifications on the solutions during its life cycle. Last but not least, costs are diminished and energy efficiency is improved. Therefore the objective of the present dissertation is the development of an algorithm that generates multiple floor plan design solutions based on previously studied architectural modules of modular construction. This objective was accomplished by implementing the algorithm in Java® which tests and combines 3 modules of modular construction until it reaches every solutions that obey specific constraints.