An intelligent genetic design tool (IGDT) : applied to the exploration of architectural trussed structural systems

Abstract

This dissertation proposes a new class of computational tool, an Intelligent Genetic Design Tool (IGDT), intended for use in the area of conceptual design of architectural and civil engineering structures. As a computer design aid the IGDT is innovative in its intelligent interaction with the designer. The IGDT allows the user to explore a solution space in a way which promotes the development of creative designs. Being based on Genetic Algorithms (GA's) the IGDT always submits a multiplicity of solutions (populations) for review by the designer, and is thus less likely to cause design fixation than most other optimization techniques. The use of GA's also allows the designer greater latitude in exploring hard-to-code design criteria such as aesthetics, expression or meaning. In this way it provides a service to the designer that is more useful than traditional design tools. For this dissertation, a specific application of an IGDT in the area of architectural engineering is developed. In order to exhibit the capabilities of the IGDT, examples are shown using different trussed systems under various design conditions. The ability of the IGDT to intelligently respond to the designer's preferences and assist in the discovery of useful truss topologies is demonstrated. Comparisons are made with other optimization tools and techniques. It is concluded that the IGDT offers a significantly different approach to computer aided structural design which has the potential to enhance the designer's own creativity in discovering a good solution.

Diese Arbeit stellt eine neue Art von Berechnungswerkzeug – ein intelligentes genetisches Entwurfswerkzeug (Intelligent Genetic Design Tool IGDT) vor, das für die frühen Entwurfsphasen in Architektur und des Bauingenieurwesen geeignet ist. Als ein computerbasiertes Entwurfswerkzeug ist das IGDT im Sinne der intelligenten Interaktion mit dem Entwerfer erfinderisch. Das IGDT fördert das Auskundschaften von Entwurfsräumen und unterstützt damit die Entwicklung von kreativen Entwürfen. Auf genetischen Algorithmen (GA) basierend, stellt das IGDT immer eine Vielfalt von Lösungen (Populationen) vor, die vom Entwerfer beurteilt werden können. Auf diese Weise ist die Gefahr, dass der Entwerfer auf eine Lösung fixiert werden könnte weniger wahrscheinlich als in den herkömmlichen Optimierungsverfahren. Die Benutzung des GA bietet dem Entwerfer auch einen wichtigen Spielraum beim Auskundschaften von Kriterien, wie z.B. Ästhetik, Ausdruck u.a.m. an, die sich ansonsten nur sehr schwer einkodieren lassen. Auf diese Weise dient das IGDT dem Entwerfer besser als herkömmliche Entwurfswerkzeuge. Für die vorliegende Arbeit wurde eine besondere Anwendung eines IGDT für den Bereich der Architektur und des Bauingenieurwesens entwickelt. Um die Mächtigkeit des IGDT zu demonstrieren, werden Beispiele dargestellt, die verschiedene Fachwerksystemen verwenden und verschiedene Entwurfskriterien haben. Dabei wird die Fähigkeit des IGDT, intelligente Rückmeldungen auf die Wünsche des Entwerfers zu geben und dabei Entdeckungen von nützlichen Fachwerktopologien behilflich zu sein, demonstriert. Es werden Vergleiche mit anderen Optimierungswerkzeugen und –methoden gezogen. Abschließend wird dargestellt, dass das IGDT ein bedeutendes Konzept auf dem Gebiet der Digitalentwurfswerkzeuge für die Architektur und das Bauingenieurwesen bietet und auch die eigene Kreativität des Entwerfers bei der Entwicklung einer guten Lösung fördert.