IT202100005120A1

IT202100005120A1 - COMPUTER IMPLEMENTED METHOD AND SYSTEM TO MINIMIZE STRUCTURAL COSTS, MAXIMIZE FREE SPACE AND MINIMIZE ENVIRONMENTAL IMPACT IN A CONCEPTUAL BUILDING DESIGN

Info

Publication number: IT202100005120A1
Application number: IT102021000005120A
Authority: IT
Inventors: Alper Kanyilmaz; Daniele Loiacono; Tichell Patricia Raquel Navarro
Original assignee: Milano Politecnico
Priority date: 2021-03-04
Filing date: 2021-03-04
Publication date: 2022-09-04
Also published as: WO2022185170A1; EP4302224A1

Description

Titolo: "METODO E SISTEMA IMPLEMENTATI MEDIANTE COMPUTER PER MINIMIZZARE COSTI STRUTTURALI, MASSIMIZZARE LO SPAZIO LIBERO E MINIMIZZARE Title: "METHOD AND SYSTEM IMPLEMENTED BY COMPUTER TO MINIMIZE STRUCTURAL COSTS, MAXIMIZE FREE SPACE AND MINIMIZE

L?IMPATTO AMBIENTALE IN UN DESIGN CONCETTUALE DI EDIFICI". THE ENVIRONMENTAL IMPACT IN A CONCEPTUAL BUILDING DESIGN".

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione si riferisce a un metodo e a un sistema implementati mediante computer per minimizzare costi strutturali, massimizzare lo spazio libero e minimizzare l'impatto ambientale in un design concettuale di edifici. Come noto, il processo di costruzione nel settore edile pu? essere diviso in tre fasi principali: progettazione concettuale, progettazione dettagliata e fase di costruzione. The present invention relates to a computer-implemented method and system for minimizing structural costs, maximizing free space, and minimizing environmental impact in a conceptual building design. As known, the construction process in the building sector can be divided into three main phases: conceptual design, detailed design and construction phase.

Le decisioni prese nella prima fase (progettazione concettuale) influenzano drasticamente il resto, fissando la direzione del progetto fin dall'inizio. Di conseguenza, le decisioni nelle prime fasi riguardano fino all'80% delle risorse coinvolte nel progetto. Nonostante l'importanza della progettazione concettuale, che ha un grande impatto sul costo finale e sulle prestazioni dell'edificio, poche risorse e tempo sono dedicati ad esso. Decisions made in the first phase (conceptual design) drastically influence the rest, setting the direction of the project from the beginning. As a result, decisions in the early stages affect up to 80% of the resources involved in the project. Despite the importance of conceptual design, which has a great impact on the final cost and performance of the building, few resources and time are devoted to it.

Quando si avvia un progetto, esistono molte soluzioni di progettazione per i vincoli di progettazione indicati. A causa dell'impossibilit? di valutarli tutti in modo approfondito, la progettazione concettuale viene normalmente assegnata agli ingegneri senior che hanno le competenze necessarie per selezionare i migliori progetti preliminari tra le alternative esistenti. Tuttavia, gli ingegneri senior sono solitamente specializzati in un unico argomento (ad esempio, esperti di progettazione di acciaio, esperti di progettazione di calcestruzzo, esperti sismici, ecc.) e tendono a scegliere la soluzione migliore all'interno della loro area di competenza. Questa specializzazione aggiunta alla frammentazione del settore Architettura, Ingegneria e Costruzioni (AEC) rende difficile ottenere soluzioni coordinate e integrate tra tutte le parti coinvolte. When starting a project, there are many design solutions for the given design constraints. Because of the impossibility to thoroughly evaluate them all, the conceptual design is normally assigned to senior engineers who have the necessary skills to select the best preliminary designs among existing alternatives. However, senior engineers usually specialize in a single subject (e.g. steel design experts, concrete design experts, seismic experts, etc.) and tend to choose the best solution within their area of expertise. This specialization added to the fragmentation of the Architecture, Engineering and Construction (AEC) sector makes it difficult to achieve coordinated and integrated solutions between all parties involved.

Con l'introduzione dell'IA nel campo dell'ingegneria sono stati sviluppati alcuni assistenti di progettazione per la progettazione concettuale. La maggior parte di essi ? stata creata a met? degli anni '80 applicando knowledge-based expert systems (KBES). Tuttavia, dai primi anni '90, i ricercatori hanno iniziato a utilizzare algoritmi evolutivi (EA) per risolvere un ampio spettro di problemi di progettazione ingegneristica come la progettazione di tubi o l'ottimizzazione topologica e della forma nella progettazione strutturale. Le EA sono state considerate da allora come lo strumento migliore per questo obiettivo grazie alle loro capacit? di esplorazione e ottimizzazione. Si basano sul concetto di "selezione naturale" che afferma che gli individui pi? in forma in una popolazione sopravvivono. Altri strumenti di intelligenza artificiale come artificial neural networks (ANN) erano stati applicati anche per assistere la progettazione concettuale. Questi metodi cercano di trovare una relazione tra i parametri di input (vincoli di progettazione) e l'output (soluzione di progettazione ottimale) imparando attraverso esempi. Tuttavia, al fine di ottenere soluzioni accurate, ? necessario un database rappresentativo dello spazio di progettazione per addestrare con successo le ANN, e questo non ? sempre il caso durante la progettazione concettuale degli edifici. With the introduction of AI in the field of engineering, a number of design assistants for conceptual design have been developed. The majority of them ? was created in half? of the 1980s by applying knowledge-based expert systems (KBES). However, since the early 1990s, researchers have started using evolutionary algorithms (EA) to solve a broad spectrum of engineering design problems such as pipe design or shape and topology optimization in structural design. AEs have since been considered as the best tool for this goal due to their ability to exploration and optimization. They are based on the concept of "natural selection" which states that the most fit in a population they survive. Other AI tools such as artificial neural networks (ANN) had also been applied to assist the conceptual design. These methods try to find a relationship between input parameters (design constraints) and output (optimal design solution) by learning through examples. However, in order to get accurate solutions, ? You need a database representative of the design space to successfully train ANNs, and this isn't it? always the case during the conceptual design of buildings.

L'obiettivo principale della presente invenzione ? quello di fornire un metodo e a un sistema implementati mediante computer per minimizzare costi strutturali, massimizzare lo spazio libero e minimizzare l'impatto ambientale in un design concettuale di edifici. The main objective of the present invention ? that of providing a computer-implemented method and system for minimizing structural costs, maximizing free space, and minimizing environmental impact in a conceptual building design.

L'oggetto di cui sopra ? ottenuto con l'attuale metodo implementato mediante computer per il design concettuale degli edifici secondo le caratteristiche della rivendicazione 1. The above object? obtained with the current computer-implemented method for the conceptual design of buildings according to the features of claim 1.

Inoltre, l'oggetto di cui sopra ? ottenuto dall'attuale sistema implementato mediante computer per il design concettuale degli edifici secondo le caratteristiche della rivendicazione 13. Also, the above object ? obtained from the present computer-implemented system for conceptual building design according to the features of claim 13.

Altre caratteristiche e vantaggi dell'attuale invenzione emergeranno meglio dalla descrizione di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, di un metodo e di un sistema implementati mediante computer per minimizzare costi strutturali, massimizzare lo spazio libero e minimizzare l'impatto ambientale in un design concettuale di edifici, illustrato come esempio indicativo ma non limitante nelle figure di allegate, in cui: Other features and advantages of the present invention will best emerge from the description of a preferred, but not exclusive, embodiment of a computer-implemented method and system for minimizing structural costs, maximizing free space, and minimizing environmental impact in a conceptual design of buildings, illustrated as an indicative but not limiting example in the attached figures, where:

la figura 1 mostra la struttura complessiva del metodo implementato mediante computer secondo l?invenzione; Figure 1 shows the overall structure of the method implemented by computer according to the invention;

Le figure 2, 3, 4 e 5 mostrano diversi pannelli dell'interfaccia utente di output del metodo implementato mediante computer secondo l?invenzione. Figures 2, 3, 4 and 5 show different output user interface panels of the computer-implemented method according to the invention.

Con particolare riferimento alla figura 1, il metodo implementato mediante computer secondo l?invenzione ? indicato globalmente con il riferimento 1. Secondo una forma di realizzazione preferita, il metodo 1 implementato mediante computer ? composto da due moduli principali: With particular reference to figure 1, the method implemented by computer according to the invention ? indicated globally with the reference 1. According to a preferred embodiment, the method 1 implemented by computer? composed of two main modules:

- un modulo algoritmo genetico 2 (modulo GA): include la selezione dei materiali, le dimensioni della griglia e dell'edificio e le decisioni relative al sistema di pavimentazione; - a Genetic Algorithm Module 2 (Module GA): includes material selection, grid and building dimensions, and paving system decisions;

- un modulo 3 di sistema di carico laterale: determina il miglior sistema laterale da utilizzare, lo ridimensiona e lo individua nella planimetria dell'edificio. - a lateral loading system module 3: determines the best lateral system to use, resizes it and locates it in the building plan.

Il modulo GA 2 ha la funzione di esplorare lo spazio della soluzione per trovare le configurazioni ottimali dell'edificio al fine di ottimizzare diverse funzioni oggettive. Per garantire che l'algoritmo funzioni correttamente, il problema di progettazione deve essere adeguatamente modellato. La modellazione dei problemi comporta la definizione di: The GA 2 module has the function of exploring the space of the solution to find the optimal configurations of the building in order to optimize different objective functions. To ensure that the algorithm works correctly, the design problem must be properly modeled. Problem modeling involves defining:

- le variabili di progettazione e come codificarle in una struttura cromosoma; - design variables and how to encode them in a chromosome structure;

- le variabili dipendenti e come vengono calcolate; - the dependent variables and how they are calculated;

- le funzioni obiettivo e come valutare ogni individuo. - objective functions and how to evaluate each individual.

Un problema di destinazione nella progettazione di un edificio ? difficile da stabilire poich? le specifiche iniziali possono variare da un progetto all'altro. Per questo motivo, secondo una forma di realizzazione preferita, il metodo 1 implementato mediante computer ha tre modalit? di lavoro leggermente diverse con variabili di progettazione diverse. A destination problem in building design? difficult to establish since? initial specifications may vary from project to project. For this reason, according to a preferred embodiment, the computer-implemented method 1 has three modes: slightly different working hours with different design variables.

I. Dimensioni della pianta fissa: le dimensioni dell'edificio nelle due direzioni ortogonali e il numero di piani sono fissi. I. Dimensions of the fixed plan: the dimensions of the building in the two orthogonal directions and the number of floors are fixed.

II. Area della pianta fissa: il numero di piani e l'area necessaria per piano sono fissi. II. Fixed Floor Area: The number of floors and the area needed per floor are fixed.

III. Superficie totale fissa: viene fissata solo la superficie totale dell'edificio. La struttura complessiva del metodo implementato mediante computer ? illustrata nella figura 1. III. Fixed total area: only the total area of the building is fixed. The overall structure of the computer-implemented method? illustrated in figure 1.

Inizialmente, il metodo comprende un passo 4 di generazione di una popolazione di soluzioni parent casuali di dimensione N, in cui ogni soluzione parent corrisponde a un possibile progetto concettuale di un edificio. Initially, the method comprises a step 4 of generating a population of random parent solutions of size N, where each parent solution corresponds to a possible conceptual design of a building.

Ogni soluzione parent creata ? definita da una combinazione specifica di variabili di progettazione. Any parent solution created ? defined by a specific combination of design variables.

In particolare, le variabili di progettazione considerate per l'algoritmo genetico sono quelle necessarie per codificare le decisioni di progettazione concettuale e comprendono: selezione dei materiali, griglie e layout strutturali e sistema di pavimentazione. In particular, the design variables considered for the genetic algorithm are those necessary to encode conceptual design decisions and include: material selection, structural layout and grids, and flooring system.

Secondo una forma di realizzazione preferita, la selezione del materiale pu? variare tra acciaio o cemento armato. Tuttavia, la selezione di diversi tipi di materiali non ? esclusa (ad esempio, legname). According to a preferred embodiment, the selection of the material can vary between steel or reinforced concrete. However, the selection of different types of materials is not? excluded (for example, timber).

Secondo una forma di attuazione preferita, la selezione del materiale ? stata codificata come variabile binaria in cui il valore "0" rappresenta l'acciaio e il valore "1" rappresenta il cemento armato. According to a preferred embodiment, the selection of the material ? been coded as a binary variable where the value "0" represents steel and the value "1" represents reinforced concrete.

Per quanto riguarda la griglia e il layout strutturale, sono necessarie due variabili: la distanza tra le colonne (distanza campata) nelle due direzioni ortogonali della planimetria (x e y). Queste variabili sono continue poich? possono assumere qualsiasi valore, ma sono state discretizzate per scopi di semplicit? a multipli di 0,5 m. I valori minimi e massimi per queste variabili sono stati fissati a 3m e 18m in base alla gamma fattibile e pratica di lunghezze di campata nei progetti di costruzione reali. Regarding the grid and the structural layout, two variables are needed: the distance between the columns (span distance) in the two orthogonal directions of the plan (x and y). These variables are continuous since? can take on any value, but have they been discretized for simplicity purposes? in multiples of 0.5 m. The minimum and maximum values for these variables have been set at 3m and 18m based on the feasible and practical range of span lengths in actual construction projects.

Infine, il sistema di pavimentazione ? un'altra variabile categorica che pu? assumere pi? valori diversi per tenere conto dei diversi sistemi inclusi nell'ambito del progetto. Secondo una forma di realizzazione preferita, la variabile del sistema di pavimentazione ? stata rappresentata da un valore intero compreso tra 0 e 5 corrispondente a: travi composite e lastre composite con pavimentazione in acciaio; travi cellulari composite con lastre composite e pavimentazioni in acciaio; unit? di calcestruzzo prefabbricato; lastra oneway; lastra two-way; lastra piatta. Finally, the flooring system ? another categorical variable that can? hire more different values to account for the different systems included in the scope of the project. According to a preferred embodiment, the variable of the flooring system ? represented by an integer value between 0 and 5 corresponding to: composite beams and composite slabs with steel flooring; composite cellular beams with composite slabs and steel flooring; unit? of precast concrete; one-way slab; two-way slab; flat slab.

Oltre a queste decisioni, ? necessario determinare anche le dimensioni dell'edificio che non sono fissate dalle specifiche iniziali. Queste variabili variano da una modalit? di lavoro all'altra e, di conseguenza, sono diverse per ciascuna di esse. In addition to these decisions, ? it is also necessary to determine the dimensions of the building which are not fixed by the initial specifications. These variables vary from one modality? of work to the other and, consequently, are different for each of them.

In particolare, in caso di dimensioni della pianta fissa, non sono necessarie variabili aggiuntive poich? le dimensioni dell'edificio sono completamente fisse. In particular, in the case of fixed plan dimensions, no additional variables are needed since the building dimensions are completely fixed.

In caso di superficie a pianta fissa e numero di piani, le dimensioni dell'edificio nelle direzioni X e Y non sono definite. Tuttavia, l'area per piano ? fissa e, di conseguenza, le due dimensioni sono strettamente correlate. In case of fixed floor area and number of floors, the building dimensions in X and Y directions are not defined. However, the area per floor ? fixed and, consequently, the two dimensions are closely related.

Considerarli come due variabili indipendenti pu? portare a soluzioni che non raggiungono le specifiche di area. Pertanto, ? necessaria una sola variabile di progettazione aggiuntiva e la dimensione X ? stata scelta. L'altra quota (Y) pu? essere assegnata direttamente utilizzando l'area per piano. Consider them as two independent variables pu? lead to solutions that do not meet the area specifications. Therefore, ? need only one additional design variable and the dimension X ? been chosen. The other share (Y) pu? be assigned directly using the area per floor.

Secondo una forma di realizzazione preferita, per garantire che la dimensione X sia un multiplo della distanza di campata ? stata rappresentata dal numero di rientranze in questa direzione. La variabile ? discreta e pu? assumere valori da 1 a un massimo che dipende dall'area totale. According to a preferred embodiment, to ensure that the dimension X is a multiple of the span distance ? represented by the number of indentations in this direction. The variable ? discreet and can assume values from 1 to a maximum which depends on the total area.

Nel caso di una superficie totale fissa, il numero totale di piani non ? specificato. La configurazione dell'edificio pu? risultare sia in un edificio basso con una grande area per piano che in un grattacielo con superficie pi? piccola per piano. Il numero di piani ? stato considerato come una variabile di progettazione aggiuntiva. Questa variabile ? correlata all'area per piano attraverso l'area totale. Una volta determinata l'area per piano, il problema ? lo stesso della seconda modalit?. In the case of a fixed total area, the total number of floors is not ? specified. The configuration of the building can result in both a low-rise building with a large area per floor and a high-rise with a smaller floor area. small per floor. The number of floors ? been considered as an additional design variable. This variable ? related to area per floor through total area. Once the area per floor has been determined, the problem is? the same as the second mode?.

Secondo una forma di realizzazione preferita, il numero di piani ? una variabile discreta e i suoi valori massimi e minimi sono stati fissati da 1 a 20. Inoltre, ogni soluzione parent creata ? definita da una specifica combinazione di variabili di input che sono quelle specificate dall'utente. According to a preferred embodiment, the number of floors ? a discrete variable and its maximum and minimum values have been set from 1 to 20. Furthermore, each parent solution created ? defined by a specific combination of input variables which are those specified by the user.

Le variabili di input comprendono i seguenti gruppi di variabili: Input variables include the following groups of variables:

- Dimensioni geometriche; - Geometric dimensions;

- Materiale; - Material;

- Carichi; - Loads;

- Occupazione; - Occupation;

- Condizioni del suolo. - Soil conditions.

Per quanto riguarda le dimensioni geometriche, a seconda della modalit? di lavoro scelta, ? necessario specificare diversi input. As for the geometric dimensions, depending on the mode? of work choice, ? need to specify several inputs.

Per la modalit? di lavoro I, gli ingressi sono le dimensioni dell'edificio X e Y e i piani numerici. Per la modalit? di lavoro II, l'area per piano e il numero di piani. Infine, l'input per la modalit? di lavoro III ? l'area totale. For the mode? of work I, the entrances are the building dimensions X and Y and the number floors. For the mode? of work II, the area per floor and the number of floors. Finally, the input for the mode? of work III ? the total area.

Oltre alle dimensioni dell'edificio, ? necessario un valore di tolleranza. La tolleranza rappresenta l'errore ammissibile tra le dimensioni specificate e le dimensioni delle soluzioni proposte dal programma. In addition to the size of the building, ? a tolerance value is required. The tolerance represents the permissible error between the specified dimensions and the dimensions of the solutions proposed by the program.

L'ultimo degli input geometrici ? l'altezza dal pavimento al soffitto che dovrebbe essere inizialmente definita dall'utente a seconda dell'utilizzo finale dell'edificio. The last of the geometric inputs ? the floor to ceiling height which should initially be defined by the user depending on the end use of the building.

Per quanto riguarda i materiali, l'utilizzatore deve specificare i materiali da considerare tra acciaio e cemento armato (o altri materiali). L'utente deve inoltre indicare la disponibilit? di calcestruzzo leggero per lastre di calcestruzzo in situ. As regards the materials, the user must specify the materials to be considered between steel and reinforced concrete (or other materials). The user must also indicate the availability? of lightweight concrete for in situ concrete slabs.

Per quanto riguarda il carico, il carico imposto (IL) dovrebbe essere determinato e introdotto dall'utilizzatore in base all'uso previsto dell'edificio e secondo le esigenze della EN 1991. Inoltre, ? necessario introdurre un carico morto sovrapposto (SDL) per tenere conto del carico permanente del rivestimento, del soffitto e dei sistemi. Regarding the load, the imposed load (IL) should be determined and introduced by the user according to the intended use of the building and according to the requirements of EN 1991. Furthermore, ? It is necessary to introduce a superimposed dead load (SDL) to take into account the dead load of the cladding, ceiling and systems.

Per quanto riguarda l'occupazione, l'uso previsto dell'edificio ? necessario come input per determinare la migliore strategia del sistema di carico laterale. Secondo una forma di realizzazione preferita, sono consentite due opzioni: residenziale o ufficio. L'opzione residenziale imposta la preferenza del programma su spazi cellulari, mentre quella dell'ufficio imposta la preferenza su un piano aperto. With regards to occupancy, the intended use of the building ? needed as input to determine the best side loading system strategy. According to a preferred embodiment, two options are allowed: residential or office. The residential option sets the program preference to cellular spaces, while the office option sets the preference to an open plan.

Per quanto riguarda le condizioni del terreno, l'utente pu? introdurre la capacit? portante del terreno, se questo ? un valore noto. In caso contrario, il tipo di strato portante deve essere indicato tra coeso, granulare o roccioso. Quindi un sottomenu consente all'utente di indicare le caratteristiche dello strato. Il programma utilizza una capacit? portante predefinita a seconda delle specifiche scelte. Se sono necessarie fondamenta profonde (pile) per qualsiasi condizione esterna, l'utente pu? anche specificarlo, quindi il programma prender? in considerazione questo tipo di fondamenta. Regarding the terrain conditions, the user can? introduce the ability carrier of the ground, if this ? a known value. Otherwise, the type of bearing layer must be indicated as cohesive, granular or rocky. Then a submenu allows the user to indicate the characteristics of the layer. Does the program use a capacity? default carrier depending on the specifications chosen. If deep foundations (piles) are required for any external conditions, the user can? also specify it, then the program will take? consider this type of foundation.

Inoltre, il metodo comprende un passo 5 di rifiuto e sostituzione per mezzo di un modulo di riparazione delle soluzioni parent con incompatibilit? geometriche. Also, does the method include a 5-step reject and replace by means of a parent solutions repair module with incompatibilities? geometric.

In particolare, negli operatori genetici che comportano la randomizzazione delle variabili (inizializzazione e mutazione), il modulo di riparazione controlla le incompatibilit? geometriche e, se le variabili sono incompatibili tra di esse, il processo di randomizzazione viene ripetuto. In particular, in genetic operators involving the randomization of variables (initialization and mutation), the repair module checks for incompatibilities? geometry and, if the variables are incompatible with each other, the randomization process is repeated.

Nel caso dell'operatore crossover, se la combinazione di due genomi porta a un'incompatibilit?, i valori incompatibili vengono modificati al fine di ottenere una soluzione simile con valori compatibili. In the case of the crossover operator, if the combination of two genomes leads to an incompatibility, the incompatible values are modified in order to obtain a similar solution with compatible values.

Questo passo evita un gran numero di soluzioni irrealizzabili da valutare e quindi riduce i tempi di calcolo. This step avoids a large number of unfeasible solutions to be evaluated and thus reduces the calculation time.

Quindi, il metodo implementato mediante computer 1 comprende un passo 6 di calcolo delle variabili dipendenti di ciascuna delle soluzioni parent dalle variabili di input dell'utente e dalle variabili di progettazione. Then, the computer-implemented method 1 comprises a step 6 of calculating the dependent variables of each of the parent solutions from the user input variables and the design variables.

In questo passo il modulo di sistema di carico laterale 3 ? configurato per la selezione delle variabili dipendenti correlate al sistema di stabilit?. In this step the side loading system module 3 ? configured for the selection of the dependent variables related to the stability system.

In particolare, le variabili dipendenti calcolate comprendono i seguenti gruppi di variabili dipendenti: In particular, the computed dependent variables include the following groups of dependent variables:

- dimensioni pianificate; - planned dimensions;

- sistema di pavimentazione e travi secondarie; - flooring system and secondary beams;

- travi e colonne di dimensionamento; - sizing beams and columns;

- dimensioni verticali; - vertical dimensions;

- quantit? materiali; - quantity? materials;

- tipo e dimensionamento delle fondamenta; - type and sizing of foundations;

- sistema di carico laterale. - side loading system.

Per quanto riguarda le variabili delle dimensioni del piano, le dimensioni e i parametri geometrici che dipendono direttamente da altri vengono calcolati a questo punto per facilitare la valutazione dell'idoneit?. A seconda della modalit? di lavoro, questi parametri potrebbero gi? essere determinati come variabili di progettazione. As for the floor size variables, the dimensions and geometric parameters that are directly dependent on each other are calculated at this point to facilitate the assessment of suitability. Depending on the mode of work, these parameters could already? be determined as design variables.

Secondo la modalit? di risoluzione I, il numero di rientranze in ogni direzione ? calcolato come la divisione arrotondata tra la dimensione totale (X e Y) e la lunghezza delle rientranze (LX e LY). According to the mode? of resolution I, the number of indentations in each direction ? calculated as the rounded division between the total size (X and Y) and the length of the indentations (LX and LY).

Per poter calcolare questo errore tra la destinazione e le dimensioni reali, le dimensioni reali ven gono calcolate e memorizzate In order to be able to calculate this error between the target and the actual size, the actual size is calculated and stored

Nei modi II e III, le dimensioni non possono essere calcolate come prima poich? XNBAY ? una variabile di progettazione e non dipendente. Inoltre, le quote X e Y non sono fisse come variabili di input. La dimensione X totale viene calcolata in primo luogo utilizzando il numero di rientranze e la lunghezza di queste. Quindi, la quota Y viene calcolata utilizzando l'area per piano. In modes II and III, the dimensions cannot be calculated as before because XNBAY ? a design variable and not a dependent one. Also, the X and Y dimensions are not fixed as input variables. The total X dimension is first calculated using the number of indentations and their length. Then, the Y elevation is calculated using the area per story.

Una volta arrivati a questo punto il numero di rientranze in Y e le dimensioni reali mancanti sono calcolate come fatto per la modalit? I. Once we get to this point the number of indents in Y and the missing real dimensions are calculated as done for the mode? THE.

Per quanto riguarda le variabili del sistema di pavimentazione, la direzione del sistema di pavimentazione (d) ? determinata in base al tipo di pavimento. As regards the variables of the flooring system, the direction of the flooring system (d) ? determined according to the type of floor.

La direzione del sistema di pavimentazione pu? assumere tre valori diversi a seconda che il carico della lastra venga trasferito attraverso la dimensione minima della griglia (min(LX,LY)), attraverso la dimensione massima della griglia (max(LX,LY)) o entrambi. The direction of the flooring system can assume three different values depending on whether the slab load is transferred through the minimum grid size (min(LX,LY)), through the maximum grid size (max(LX,LY)) or both.

Nel caso di travi composite, le travi secondarie sono posizionate per coprire la direzione pi? lunga. In questo modo il metodo implementato mediante computer consente di ottenere fasci primari e secondari di dimensioni simili. In questi casi, la lastra trasferisce il carico nella dimensione della griglia pi? corta (d=0). In the case of composite beams, the secondary beams are positioned to cover the best direction. long. In this way the method implemented by computer allows to obtain primary and secondary beams of similar dimensions. In these cases, the slab transfers the load in the smallest grid dimension. short (d=0).

Al contrario, le lastre composite prefabbricate si trovano normalmente per estendersi nella direzione pi? grande e quindi il carico viene trasferito nella dimensione lunga (d=1). In contrast, prefabricated composite slabs are normally found to extend in the furthest direction. large and thus the load is transferred in the long dimension (d=1).

Per le travi a senso unico in calcestruzzo le travi sono posizionate nella dimensione pi? grande e la lastra si estende pi? corta (d=0). For one-way concrete beams are the beams placed in the smallest dimension? large and the slab extends more? short (d=0).

Infine, le lastre piatte e le lastre RC bidirezionali sono bidirezionali e trasferiscono i carichi in entrambe le direzioni (d=2). I valori della variabile d a seconda del tipo di pavimento sono specificati nella seguente equazione: Finally, flat plates and bidirectional RC plates are bidirectional and transfer loads in both directions (d=2). The values of the variable d depending on the type of floor are specified in the following equation:

Questa variabile viene utilizzata dal metodo implementato mediante computer per determinare la direzione dei carichi e per sapere quali dimensioni utilizzare durante il calcolo dell'area contributiva. This variable is used by the computer-implemented method to determine the direction of loads and to know which dimensions to use when calculating the contributing area.

La profondit? della lastra (SD) ? essenziale per calcolare il carico della lastra (SL) e ottenere gli sforzi sulle travi. The depth? of the slab (SD) ? essential for calculating the slab load (SL) and obtaining the efforts on the beams.

Per quanto riguarda le variabili delle sezioni di travi e colonne, il metodo implementato mediante computer comprende un dimensionamento preliminare dei membri al fine di garantire la fattibilit? strutturale del sistema edilizio. Questo passo ? anche fondamentale per stimare in seguito le quantit? di materiale. Concerning the beam and column section variables, the computer-implemented method includes a preliminary dimensioning of the members in order to ensure feasibility? structure of the building system. This step? also fundamental to estimate later the quantity? of material.

In particolare, il metodo comprende il calcolo delle azioni sulla struttura utilizzando la seguente equazione: In particular, the method includes the calculation of the actions on the structure using the following equation:

dove G sta per azioni permanenti, Q per azioni variabili e ?G e ?Q sono i fattori di sicurezza parziali per le combinazioni di carico. where G stands for permanent actions, Q for variable actions and ?G and ?Q are the partial safety factors for the load combinations.

Per il dimensionamento preliminare sono stati inclusi solo carichi verticali. I carichi sono presumibilmente distribuiti uniformemente sopra le travi. I carichi verticali includono l'autostima della lastra (SL), i carichi imposti (IL) e i carichi morti sovrapposti (SDL). L'autostima della lastra e il carico morto sovrapposto sono azioni permanenti sulla struttura in quanto rappresentano il peso degli elementi permanenti. Only vertical loads were included for the preliminary dimensioning. The loads are presumably evenly distributed over the beams. Vertical loads include slab self-esteem (SL), imposed loads (IL), and superimposed dead loads (SDL). The slab self-esteem and the superimposed dead load are permanent actions on the structure as they represent the weight of the permanent elements.

I carichi permanenti e variabili sono calcolati come segue: The live and live loads are calculated as follows:

Una volta calcolata la combinazione di azioni, vengono calcolati i carichi specifici su un singolo fascio e colonna. L'area che contribuisce ? determinata in base alla direzione del sistema di pavimentazione. Once the combination of actions has been calculated, the specific loads on a single beam and column are calculated. The area that contributes ? determined according to the direction of the flooring system.

In un approccio conservativo, tutte le travi e le colonne sono state progettate come interne. Un'altra considerazione che ? stata presa ai fini della semplificazione ? che la sezione selezionata per le travi e le colonne sarebbe la stessa per ciascuno dei piani dell'edificio. In a conservative approach, all beams and columns have been designed as internal. Another consideration that ? been taken for simplification purposes? that the section selected for the beams and columns would be the same for each of the floors of the building.

Il carico normale sulle colonne ? quindi calcolato come segue: The normal load on the columns? then calculated as follows:

Per le travi, si suppone un UDL a carico distribuito uniforme. Nel caso delle strutture in acciaio, la seguente formula viene utilizzata per calcolare l'UDL su travi secondarie: For beams, a UDL with uniform distributed load is assumed. In the case of steel structures, the following formula is used to calculate the UDL on secondary beams:

Il carico sulle travi primarie ? calcolato allo stesso modo, ma aggiungendo il peso delle travi secondarie secondo la seguente formula: The load on the primary beams? calculated in the same way, but adding the weight of the secondary beams according to the following formula:

Per quanto riguarda il materiale, sono stati assunti i fattori di sicurezza parziali indicati negli Eurocodici. As far as the material is concerned, the partial safety factors indicated in the Eurocodes have been assumed.

Per quanto riguarda le variabili di dimensionamento del fascio, nel caso di soluzioni in acciaio, una volta stimati i carichi, vengono applicate restrizioni sulla resistenza in condizioni ULS e spostamento in condizioni SLS. Queste restrizioni portano a un momento minimo e a un'inerzia minima necessaria. Le travi si suppongono semplicemente supportate. Per le condizioni ULS il momento minimo richiesto che il profilo deve sopportare: Concerning the beam sizing variables, in the case of steel solutions, once the loads have been estimated, restrictions on strength in ULS conditions and displacement in SLS conditions are applied. These restrictions lead to a minimum moment and minimum necessary inertia. The beams are assumed to be simply supported. For ULS conditions the minimum required moment that the profile must withstand:

Per le condizioni SLS l'inerzia minima richiesta per il profilo ?: For SLS conditions the minimum required profile inertia ?:

Dove ?max rappresenta lo spostamento massimo nelle travi per lo stato limite di manutenzione ed ? stato impostato su ?max=L/250. Where ?max represents the maximum displacement in the beams for the maintenance limit state and ? been set to ?max=L/250.

Per quanto riguarda le variabili di dimensionamento delle colonne, per il dimensionamento delle colonne di elementi in acciaio, sono state controllate solo le condizioni ULS poich? gli spostamenti non sono significativi. I fenomeni di stabilit? sono stati considerati utilizzando un fattore di sicurezza. As regards the dimensioning variables of the columns, for the dimensioning of the columns of steel elements, only the ULS conditions have been checked since? the displacements are not significant. The phenomena of stability? were considered using a factor of safety.

Per gli elementi concreti, sono state utilizzate semplici regole empiriche. Per quanto riguarda le variabili di dimensioni verticali, l'altezza da pavimento a pavimento (h) dell'edificio dipende dal sistema di pavimentazione utilizzato e dalla possibile integrazione dei sistemi. For the concrete elements, simple rules of thumb were used. Regarding the vertical dimension variables, the floor-to-floor height (h) of the building depends on the flooring system used and the possible integration of the systems.

Per quanto riguarda le variabili delle quantit? di materiale, i pesi o le quantit? di ciascun materiale da costruzione sono importanti per calcolare il costo complessivo del progetto e il suo impatto ambientale. What about the quantity variables? of material, the weights or the quantities? of each building material are important for calculating the overall cost of the project and its environmental impact.

Il peso totale dell'acciaio ? calcolato tenendo conto della lunghezza delle travi e delle colonne e del numero di elementi. The total weight of the steel ? calculated taking into account the length of the beams and columns and the number of elements.

In particolare, il peso totale dell'acciaio ? calcolato secondo la seguente formula: In particular, the total weight of the steel ? calculated according to the following formula:

dove wbs e wbp sono il peso per metro delle travi in ogni direzione, wc il peso per metro delle colonne, Ls e Lp la lunghezza delle campate in ogni direzione, SNBAY, PNBAY,XNBAY e YNBAY il numero di campate in ogni direzione, NS ? il numero di piani e h l'altezza da pavimento a pavimento in metri. where wbs and wbp are the weight per meter of the beams in each direction, wc the weight per meter of the columns, Ls and Lp the length of the spans in each direction, SNBAY, PNBAY,XNBAY and YNBAY the number of spans in each direction, NS ? the number of floors and h the floor-to-floor height in meters.

Nel caso in cui i telai rinforzati siano scelti come sistema di carico laterale, viene calcolato anche il suo peso. In case reinforced frames are chosen as side loading system, its weight is also calculated.

Secondo una forma di attuazione preferita, il peso di rinforzo ? calcolato mediante la seguente formula: According to a preferred embodiment, the reinforcing weight ? calculated using the following formula:

dove XNLLS e YNLLS sono il numero di rientranze rinforzate in ogni direzione. Il peso totale dell'acciaio ? calcolato aggiungendo i pesi precedenti con la seguente formula: where XNLLS and YNLLS are the number of recesses reinforced in each direction. The total weight of the steel ? calculated by adding the previous weights with the following formula:

Nel caso del calcestruzzo, il prezzo unitario ? dato per volume e quindi la quantit? totale di materiale ? calcolata in metri cubi. In the case of concrete, the unit price? given for volume and therefore the quantity? total material? calculated in cubic meters.

I volumi sono calcolati mediante le seguenti formule: The volumes are calculated using the following formulas:

Dove Bx e By sono l'altezza delle travi in ogni direzione e C la larghezza delle colonne. Se le pareti di taglio o i nuclei di calcestruzzo vengono scelti come sistema di stabilit? laterale, viene calcolato anche il suo peso. Where Bx and By are the height of the beams in each direction and C the width of the columns. If shear walls or concrete cores are chosen as the stability system? side, its weight is also calculated.

Il peso totale del calcestruzzo viene calcolato aggiungendo i pesi precedenti. The total weight of the concrete is calculated by adding the previous weights.

Infine, nel caso del cemento armato, la quantit? di acciaio di rinforzo viene calcolata anche utilizzando le percentuali di rinforzo di travi e colonne specificate nel punto D (Sezioni di travi e colonne). Finally, in the case of reinforced concrete, the quantity? of reinforcing steel is also calculated using the percentages of reinforcement of beams and columns specified in point D (Sections of beams and columns).

Per quanto riguarda il tipo di fondamenta, sono stati considerati quattro tipi: fondamenta poco profonde del pad, fondamenta poco profonde dello strip, fondamenta superficiali del raft e fondamenta profonde. In base alla capacit? portante del terreno, specificata dall'utente, e al carico dell'edificio sulle fondamenta viene calcolata l'area di fondamenta per colonna necessaria. Vengono quindi controllate le compatibilit? geometriche, se l'area di fondamenta richiesta occupa pi? di 2/3 della distanza tra le colonne adiacenti, allora la fondamenta viene scelta continua in questa direzione. Seguendo questo criterio, viene scelto un tipo di fondamenta poco profonda (Pad, striscia in direzione x, striscia in direzione y o zattera). Infine, se l'area necessaria per la fondamenta ? pi? grande dell'impronta dell'edificio, le fondamenta profonde vengono scelte come opzione migliore. Regarding the type of foundation, four types were considered: shallow pad foundation, shallow strip foundation, shallow raft foundation, and deep foundation. Based on the capacity? soil load bearing, specified by the user, and the building load on the foundation the required column foundation area is calculated. Are the compatibilities then checked? geometric, if the required foundation area occupies more? of 2/3 of the distance between adjacent columns, then the foundation is chosen continuous in this direction. Following this criterion, a shallow foundation type is chosen (Pad, x-direction strip, y-direction strip or raft). Finally, if the area required for the foundation? more larger than the building's footprint, deep foundations are chosen as the best option.

A questo punto, il metodo 1 implementato mediante computer comprende una fase di calcolo delle variabili di carico laterale da parte del modulo LLS 3. At this point, the computer-implemented method 1 includes a calculation step of the lateral load variables by the LLS module 3.

In particolare, il modulo LLS 3 ? configurato per eseguire tre passi principali: In particular, the LLS 3 module? configured to perform three main steps:

- determinare quale sistema ? il pi? appropriato; - determine which system ? the most appropriate;

- determinare quante rientranze devono essere rinforzate; - determine how many recesses need to be strengthened;

- determinare dove si trovano queste rientranze. - determine where these recesses are located.

Per quanto riguarda la fase di determinazione di quale sistema ? il pi? appropriato, sono stati presi in considerazione tre tipi principali di sistemi: telai resistenti al momento, telai rinforzati e pareti di taglio. Le pareti di taglio sono state considerate anche nelle sue due configurazioni 3D principali: pareti di taglio e anime in calcestruzzo. As for the stage of determining which system ? the most appropriate, three main types of systems were considered: moment resisting frames, strengthened frames, and shear walls. Shear walls were also considered in its two main 3D configurations: shear walls and concrete cores.

Diversi fattori influenzano la decisione del sistema di stabilit? laterale. I pi? rilevanti che sono stati inclusi nell'assistente sono: materiale, numero di piani, occupazione dell'edificio e dimensioni delle travi. Questi fattori sono stati integrati in un albero decisionale che ? stato introdotto nel programma per la selezione del sistema di stabilit?. Several factors influence the stability system decision? lateral. The most? relevant that have been included in the assistant are: material, number of floors, building occupation and dimensions of the beams. These factors have been integrated into a decision tree that ? been introduced in the program for the selection of the stability system?.

Per quanto riguarda il passo per determinare quante rientranze devono essere rinforzate, il numero di rientranze rinforzate ? stimato utilizzando rapporti altezza-larghezza. Il numero di rientranze rinforzate pu? essere diverso in ogni direzione poich? le lunghezze della rientranza sono diverse. As for the step to determine how many recesses need to be reinforced, the number of reinforced recesses ? estimated using height-to-width ratios. The number of reinforced recesses can? be different in every direction since? the lengths of the recess are different.

Per quanto riguarda il passo per determinare dove dovrebbero essere posizionate queste rientranze, si suppone l'uniformit? sull'altezza. In direzione con un numero inferiore di rientranze, tutte le pareti esterne sono rinforzate. In direzione ortogonale, tutte le rientranze delle pareti perimetrali sono rinforzate ad eccezione di quelle simultanee con le colonne angolari. Per il resto dei sistemi di carico laterale ? stata sviluppata una procedura per localizzare i telai rinforzati secondo i seguenti criteri: As for the step of determining where these indentations should be located, uniformity is assumed. about height. In the direction with fewer recesses, all outer walls are reinforced. In the orthogonal direction, all the recesses of the perimeter walls are reinforced except those simultaneous with the corner columns. For the rest of the side loading systems ? A procedure has been developed to locate the reinforced frames according to the following criteria:

- simmetria per evitare effetti torsionale. - symmetry to avoid torsional effects.

- rientranze il pi? lontano possibile per ridurre al minimo l'eccentricit? del carico. - recesses the pi? far as possible to minimize the eccentricity? of the load.

La procedura per localizzare i telai rinforzati e i sistemi di pareti di taglio viene eseguita in modo indipendente per ciascuna delle dimensioni dell'edificio. The procedure for locating the reinforced frame and shear wall systems is performed independently for each of the building sizes.

Una volta calcolate tutte le variabili dipendenti, il metodo 1 implementato mediante computer comprende un passo 7 della valutazione delle funzioni di fitness. Once all the dependent variables have been calculated, the computer-implemented method 1 includes a step 7 of the evaluation of the fitness functions.

? stato scelto un approccio di ottimizzazione multicriteria ed ? stato implementato utilizzando l'algoritmo NSGA-II. ? Was a multi-criteria optimization approach chosen and ? was implemented using the NSGA-II algorithm.

In particolare, la fase 7 di valutazione delle funzioni di fitness comprende almeno i seguenti passi: In particular, phase 7 of evaluation of the fitness functions includes at least the following steps:

- una fase di valutazione dei costi 71; - a cost assessment phase 71;

- una fase di valutazione dell'intervallo 72; - an evaluation step of the range 72;

- una fase di valutazione ambientale 73. - an environmental assessment phase 73.

La minimizzazione dei costi strutturali ? un obiettivo essenziale in quanto aumenta il beneficio del progetto. Inoltre, l'ottimizzazione dei costi implica normalmente un'ottimizzazione strutturale indiretta riducendo le quantit? di materiale necessarie. Un altro fattore importante, soprattutto per gli architetti, ? la massimizzazione dello spazio libero. Per ottenere spazi pi? ampi, le distanze di campata devono essere massimizzate. Impostare questo come una funzione oggettiva ? il modo per introdurre la preferenza di spazi pi? grandi per l'assistente. Infine, ? gi? stata sottolineata la crescente importanza della valutazione ambientale. Per valorizzare questo aspetto del design, l'ultima variabile di ottimizzazione inclusa ? la minimizzazione dell'impatto ambientale. The minimization of structural costs? an essential objective as it increases the benefit of the project. Furthermore, cost optimization normally implies an indirect structural optimization by reducing the quantities? of material needed. Another important factor, especially for architects, is maximizing free space. To get more spaces? wide, span distances should be maximized. Set this up as an objective function? the way to introduce the preference of spaces pi? great for server. In the end, ? already The growing importance of environmental assessment has been underlined. To enhance this aspect of the design, the last optimization variable included ? the minimization of the environmental impact.

In particolare, la fase di valutazione dei costi 71 comprende almeno i seguenti passi: In particular, the cost evaluation phase 71 includes at least the following steps:

- calcolo del costo dei terreni; - land cost calculation;

- calcolo del costo della struttura; - calculation of the cost of the structure;

- calcolo del costo delle articolazioni; - calculation of the cost of joints;

- calcolo del costo del pavimento; - calculation of the cost of the floor;

- calcolo del costo delle fondamenta. - calculation of the cost of the foundation.

Secondo una forma di realizzazione preferita, il costo del terreno ? calcolato con la seguente formula: According to a preferred embodiment, the land cost ? calculated with the following formula:

Dove FP ? la dimensione dell'impronta in m2, ucland il costo unitario del terreno in ?/m2 e Cland il costo totale del terreno in ?. Where FP ? the size of the footprint in m2, ucland the unit cost of the land in ?/m2 and Cland the total cost of the land in ?.

Secondo una forma di realizzazione preferita, il costo della struttura ? calcolato come segue: According to a preferred embodiment, the cost of the structure ? calculated as follows:

dove il umcmaterial ? il costo unitario del materiale e il materiale ulcmaterial il costo unitario del lavoro. where the umcmaterial ? the unit cost of the material and the ulcmaterial the unit labor cost.

Per quanto riguarda la fase di calcolo del costo dei giunti, sebbene le connessioni tra travi e colonne siano state considerate pinned (travi semplicemente supportate), se i telai del momento sono stabiliti come sistema di carico laterale ottimale, l'impatto nel costo sar? significativo. In questo caso, la percentuale delle articolazioni fissate ? stimata come segue: Regarding the joint cost calculation step, although the connections between beams and columns have been considered pinned, if moment frames are established as the optimal lateral load system, the impact in the cost will be? significant. In this case, the percentage of joints fixed ? estimated as follows:

Il costo totale della connessione viene calcolato come segue: The total connection cost is calculated as follows:

dove il costo unitario percentuale delle articolazioni fisse ? fisso fino a =0,6 e il costo percentuale unitario delle articolazioni appuntate upcfixed=0,2. Nel caso del calcestruzzo, il costo delle articolazioni non ? stato preso in considerazione poich? non ? necessario materiale aggiuntivo o forza lavoro. Secondo una forma di realizzazione preferita, il costo del sistema di pavimentazione ? calcolato con la superficie del pavimento e il costo unitario del pavimento per metro quadro, con la seguente formula: where the percentage unit cost of the fixed joints? fixed up to =0.6 and the unit percentage cost of pinned joints upcfixed=0.2. In the case of concrete, the cost of the joints is not ? been taken into consideration since? Not ? additional material or manpower required. According to a preferred embodiment, the cost of the flooring system is calculated with the floor area and the unit cost of the floor per square metre, with the following formula:

dove umcfloor ? il costo unitario del materiale del sistema di pavimentazione scelto in ?/m<2 >e ulcfloor il costo unitario del lavoro. where umcfloor ? the unit cost of the material of the chosen flooring system in ?/m<2 >and ulcfloor the unit labor cost.

Per le lastre di calcestruzzo il costo del materiale per metro quadro ? altamente correlato alla profondit? della lastra e alla quantit? di rinforzo. For concrete slabs, the cost of the material per square meter? highly correlated to the depth? of the slab and the quantity? of reinforcement.

Secondo una forma di realizzazione preferita, il costo del sistema di fondamenta viene calcolato con il volume della fondamenta e il costo unitario di fondamenta per metro cubo nel caso di fondamenta poco <profonde, con la seguente formula:> According to a preferred embodiment, the cost of the foundation system is calculated with the foundation volume and the foundation unit cost per cubic meter in the case of shallow <deep foundations, with the following formula:>

Per le fondamenta profonde il costo viene calcolato considerando il numero di pile necessarie e il costo di trasporto e installazione, utilizzando la <seguente formula:> For deep foundations the cost is calculated considering the number of piles needed and the transport and installation cost, using the <following formula:>

dove ucpiles ? il costo unitario delle pile prefabbricate, npile il numero di pile necessarie e utcpiles il costo del trasporto e dell'installazione. where ucpiles ? the unit cost of prefabricated piles, npile the number of piles needed, and utcpiles the cost of transportation and installation.

Infine, il costo totale C pu? essere calcolato come aggregazione dei diversi <costi frazionato:>Finally, the total cost C pu? be calculated as an aggregation of several <fractional costs:>

Dove Clateral system ? il costo del sistema laterale. Where Clateral system ? the cost of the lateral system.

Secondo una forma di realizzazione preferita, la fase di valutazione della campata 72 comprende il calcolo della diagonale dell'intervallo secondo la seguente formula: According to a preferred embodiment, the step for evaluating the span 72 comprises calculating the diagonal of the interval according to the following formula:

La valutazione ambientale viene eseguita utilizzando i dati sulle emissioni dei materiali da costruzione. The environmental assessment is performed using data on emissions from building materials.

In particolare, la fase di valutazione ambientale comprende il calcolo delle emissioni causate dalla struttura. In particular, the environmental assessment phase includes the calculation of the emissions caused by the structure.

Secondo una forma di realizzazione preferita, le emissioni causate dalla struttura sono calcolate come segue: According to a preferred embodiment, the emissions caused by the structure are calculated as follows:

dove es ed ec sono i fattori totali di carbonio incorporato per acciaio e RC. Inoltre, la fase 73 di valutazione ambientale comprende il calcolo delle emissioni causate dal tipo di pavimento. where es and ec are the total embodied carbon factors for steel and RC. In addition, the environmental assessment step 73 includes the calculation of the emissions caused by the type of floor.

Secondo una forma di realizzazione preferita, le emissioni causate dal tipo di pavimento sono calcolate come segue: According to a preferred embodiment, the emissions caused by the type of floor are calculated as follows:

Le emissioni totali sono calcolate come segue: Total emissions are calculated as follows:

Inoltre, la fase 7 di valutazione delle funzioni di fitness comprende una fase 74 di ordinamento delle soluzioni in base al non-dominio. Furthermore, the step 7 of evaluating the fitness functions comprises a step 74 of sorting the solutions according to the non-domain.

Seguendo la fase 7 di valutazione delle funzioni di idoneit?, il metodo 1 implementato mediante computer secondo l'invenzione comprende un passo 8 dell'esecuzione di operatori genetici di un algoritmo genetico configurato per la creazione di soluzioni di popolazione child di dimensione N a partire dalle soluzioni della popolazione parent. Following the step 7 of evaluating the fitness functions, the method 1 implemented by computer according to the invention comprises a step 8 of executing genetic operators of a genetic algorithm configured for the creation of child population solutions of size N starting from from the solutions of the parent population.

In particolare, la fase 8 di esecuzione dell'operatore genetico comprende i seguenti passi: In particular, phase 8 of execution of the genetic operator includes the following steps:

- un passo 81 della selezione di tournament binario; - a step 81 of the binary tournament selection;

- un passo 82 di crossover; - a crossover pitch 82;

- un passo 83 di mutazione. - a mutation step 83.

L'operatore di mutazione viene applicato sulla popolazione dei child una volta terminato il processo di crossover. Consiste nell'alterazione del valore di uno o pi? geni della popolazione child. Per decidere se un individuo ? mutato o meno ? impostata una probabilit? di mutazione. In questa cura la probabilit? di mutazione ? stata impostata su 0,2 dopo la sintonizzazione dei parametri. The mutation operator is applied on the child population once the crossover process is complete. It consists in the alteration of the value of one or more? genes of the child population. To decide whether an individual ? changed or not? set a probability? of mutation. In this cure the probability? of mutation? was set to 0.2 after parameter tuning.

Secondo una forma di realizzazione preferita, detto algoritmo genetico ? l'NSGA-II (Non-dominated sorting genetic algorithm II). According to a preferred embodiment, said genetic algorithm ? the NSGA-II (Non-dominated sorting genetic algorithm II).

Inoltre, il metodo 1 implementato mediante computer comprende un passo 9 di rifiuto e sostituzione mediante il modulo di riparazione delle soluzioni child con incompatibilit? geometriche. Also, does computer-implemented method 1 include a step 9 of reject and replace using the child solutions repair module with incompatibilities? geometric.

Il metodo 1 implementato mediante computer comprende inoltre un passo 10 di calcolo delle variabili dipendenti di ciascuna delle soluzioni child. In questo passo il modulo di sistema laterale 3 ? configurato per la selezione delle variabili dipendenti correlate al sistema di stabilit?. Method 1 implemented by computer further comprises a step 10 for calculating the dependent variables of each of the child solutions. In this step the lateral system module 3 ? configured for the selection of the dependent variables related to the stability system.

Una volta calcolate tutte le variabili dipendenti, il metodo 1 implementato mediante computer comprende un passo 11 di valutazione delle funzioni di fitness delle soluzioni per bambini. Once all the dependent variables have been calculated, the computer-implemented method 1 comprises a step 11 of evaluating the fitness functions of the solutions for children.

Si sottolinea che i passi 9, 10, 11 di rigetto e sostituzione, calcolo delle variabili dipendenti e valutazione delle funzioni di idoneit? delle soluzioni child sono implementati come i passi 5, 6, 7 di rifiuto e sostituzione, calcolo delle variabili dipendenti e valutazione delle funzioni di idoneit? sopra divulgate per le soluzioni parent. It is emphasized that the steps 9, 10, 11 of rejection and replacement, calculation of the dependent variables and evaluation of the functions of suitability? of the child solutions are implemented such as steps 5, 6, 7 of rejection and replacement, calculation of the dependent variables and evaluation of the fitness functions? disclosed above for the parent solutions.

Quindi, il metodo 1 implementato mediante computer secondo l'invenzione comprende un passo 12 di combinare e classificare le soluzioni parent e child in base alla non dominazione e secondo un operatore di distanza crowled. Quindi il metodo 1 implementato mediante computer comprende un passo 13 di selezione delleprime N soluzioni della classifica per la prossima generazione. Thus, the computer-implemented method 1 according to the invention comprises a step 12 of combining and classifying the parent and child solutions according to non-domination and according to a crowled distance operator. Then the method 1 implemented by computer comprises a step 13 of selecting the first N solutions of the ranking for the next generation.

L'elitarismo ? presente a questo punto poich? le popolazioni dei parent e dei child vengono confrontate insieme. The elitism ? present at this point since? the parent and child populations are compared together.

Inoltre, il metodo 1 implementato mediante computer comprende una fase 14 di controllo di un criterio di terminazione. Furthermore, the computer-implemented method 1 comprises a step 14 of checking a termination policy.

Se il criterio di terminazione ? soddisfatto, gli individui attuali rappresentano la popolazione di soluzioni. If the termination criterion ? satisfied, the current individuals represent the population of solutions.

In caso contrario, la popolazione attuale ? considerata la popolazione dei parent e il processo viene iterato dalla fase 8 di esecuzione dell'operatore genetico. If not, the current population ? the population of the parents is considered and the process is iterated by step 8 of execution of the genetic operator.

Secondo le incarnazioni preferite, i criteri di terminazione comprendono almeno uno dei seguenti elementi: According to the preferred incarnations, the termination criteria include at least one of the following elements:

- numero totale di iterazioni; - total number of iterations;

- numero di iterazioni senza soluzioni migliori. - number of iterations without better solutions.

Tuttavia, sono possibili altri criteri, ad esempio ? possibile la definizione di un obiettivo in termini di prestazioni e numero di soluzioni trovate dall'algoritmo. However, other criteria are possible, for example ? It is possible to define a goal in terms of performance and number of solutions found by the algorithm.

Inoltre, il metodo implementato mediante computer in base alle invenzioni comprende un'interfaccia utente grafica (GUI) dotata di quattro elementi principali: Furthermore, the computer-implemented method based on the inventions comprises a graphical user interface (GUI) having four main elements:

- un framework di input configurato per introdurre variabili di input nell'algoritmo; - an input framework configured to introduce input variables into the algorithm;

- un framework di output configurato per mostrare all'utente i risultati dell'algoritmo; - an output framework configured to show the user the results of the algorithm;

- un pulsante RUN configurato per l'esecuzione dell'algoritmo principale; dopo aver premuto, tutte le variabili specificate nel framework degli input vengono passate all'algoritmo e vengono eseguite. Una volta terminato l'algoritmo, il framework degli output viene attualizzato con i valori dei risultati; - a RUN button configured for the execution of the main algorithm; after pressing, all the variables specified in the input framework are passed to the algorithm and are executed. Once the algorithm is finished, the output framework is updated with the result values;

- un tasto EXIT configurato per interrompere l'esecuzione del programma e chiudere la finestra. - an EXIT key configured to interrupt program execution and close the window.

Secondo una forma di realizzazione preferita, il framework degli input comprende almeno le seguenti schede: parametri di progettazione, parametri di costo, configurazione GA e parametri ambientali. According to a preferred embodiment, the input framework comprises at least the following tabs: design parameters, cost parameters, GA configuration and environmental parameters.

Nella scheda parametri di progettazione, l'utente deve specificare gli input richiesti dal modulo GA e dal modulo di sistema laterale. In the design parameters tab, the user has to specify the inputs required by the GA module and the lateral system module.

Le schede costi e parametri ambientali consentono all'utente di modificare le costanti utilizzate per la valutazione delle funzioni oggettive. The cost and environmental parameters tabs allow the user to modify the constants used for the evaluation of the objective functions.

Infine, la scheda di configurazione GA consente di modificare i parametri dell'algoritmo. Tuttavia, questi parametri sono stati impostati in base ai loro valori ottimali. Finally, the GA configuration tab allows you to change the algorithm parameters. However, these parameters have been set to their optimal values.

Secondo una forma di realizzazione preferita, il framework di output comprende almeno le seguenti schede: Pareto front, riepilogo della soluzione, rappresentazione 3D e piani di soluzione. According to a preferred embodiment, the output framework comprises at least the following tabs: Pareto front, solution summary, 3D representation and solution plans.

La scheda frontale di Pareto comprende un grafico Pareto delle soluzioni e un toolbox per esplorare il grafico (Figura 2). The Pareto front tab includes a Pareto chart of solutions and a toolbox for exploring the chart (Figure 2).

Il grafico di Pareto comprende una rappresentazione delle soluzioni come punti in un grafico 2D in cui il costo di ogni soluzione ? rappresentato nell'asse di ordinata e la misura dell'estensione (diagonale di campata) nell'asse di ascissa. The Pareto chart includes a representation of solutions as points in a 2D graph where the cost of each solution is ? represented on the ordinate axis and the extent of the extension (span diagonal) on the abscissa axis.

I valori dell'asse di ascissa sono stati rappresentati come categorici (breve, medio e lungo) per evitare interpretazioni errate dei valori. The abscissa axis values have been represented as categorical (short, medium and long) to avoid misinterpretation of the values.

Il grafico di Pareto comprende inoltre una rappresentazione dell'impatto ambientale per mezzo del colore e delle dimensioni dei punti. The Pareto chart also includes a representation of environmental impact by color and dot size.

Inoltre, il grafico Pareto comprende una differenziazione della forma per soluzioni in acciaio e calcestruzzo per consentire una pi? facile interpretazione dei risultati. Sono state rappresentate solo le soluzioni con la funzione di penalit? uguale a zero (soluzioni fattibili). In addition, the Pareto chart includes shape differentiation for steel and concrete solutions to allow for more easy interpretation of the results. Were only the solutions with the penalty function represented? equal to zero (feasible solutions).

Il riepilogo della soluzione, la rappresentazione 3D e le schede dei piani di soluzione sono vuoti in prima istanza. Quando si esplora il grafico di Pareto, se ? selezionata una soluzione (su cui si fa clic), le tre schede vengono completate con i valori per questa soluzione. The Solution Summary, 3D Representation, and Solution Plan tabs are blank in the first place. When exploring the Pareto chart, if ? selected a solution (clicked on), the three tabs are filled with the values for this solution.

Nella scheda riepilogativo della soluzione vengono mostrati i valori delle variabili di progettazione che indicano le informazioni essenziali per definire la soluzione di progettazione concettuale (Figura 3). Le schede rappresentazione 3D e piani di soluzione mostrano all'utente una rappresentazione grafica della soluzione (figure 4 e 5). The solution summary card shows the values of the design variables that indicate the essential information to define the conceptual design solution (Figure 3). The 3D Representation and Solution Plans tabs show the user a graphical representation of the solution (Figures 4 and 5).

Il sistema implementato mediante computer secondo l?invenzione comprende almeno un'unit? di elaborazione configurata per l'esecuzione delle fasi del metodo 1 implementato mediante computer sopra divulgato. In pratica si ? constatato che l'invenzione descritta raggiunge l'obiettivo e gli oggetti previsti. The computer-implemented system according to the invention comprises at least one unit processing unit configured for carrying out the steps of method 1 implemented by means of a computer disclosed above. In practice yes? found that the described invention achieves the intended aim and objects.

In particolare, il metodo e il sistema implementato mediante computer secondo l'invenzione consentono, allo stesso tempo, di ridurre al minimo i costi strutturali, massimizzare lo spazio libero e ridurre al minimo l'impatto ambientale nella progettazione concettuale degli edifici con un tempo computazionale ridotto (meno di 2 minuti per corsa). In particular, the method and the computer-implemented system according to the invention allow, at the same time, to minimize the structural costs, maximize the free space and minimize the environmental impact in the conceptual design of the buildings with a computational time reduced (less than 2 minutes per ride).

Il tempo computazionale ridotto ? dovuto a: The computational time reduced ? due to:

- le funzionalit? NSGAII per esplorare lo spazio di progettazione in una quantit? ridotta di tempo di calcolo; - the features? NSGAII to explore the design space in an amount reduced calculation time;

- l'approccio semplificato scelto per garantire vincoli strutturali che non comportino l'esecuzione di simulazioni numeriche con un software esterno; - the simplified approach chosen to ensure structural constraints that do not involve the execution of numerical simulations with an external software;

- l'approccio deterministico scelto per il modulo LLS che non prevede l'esecuzione di simulazioni numeriche con un software esterno per calcolare carichi laterali. - the deterministic approach chosen for the LLS module which does not provide for the execution of numerical simulations with an external software to calculate lateral loads.

Claims

1) Computer-implemented method (1) for minimizing structural costs, maximizing free space and minimizing environmental impact in a conceptual building design, characterized by comprising at least the following steps:

- a step (4) of generating a random population of parent solutions of size N, where each parent solution corresponds to a possible conceptual design of a building;

- a step (6) of calculating the dependent variables of each of said parent solutions from said input variables and from said design variables;

- once all the dependent variables have been calculated, a step (7) of evaluation of the fitness functions;

- a step (8) of executing genetic operators of a genetic algorithm configured for the creation of solutions of the child population of size N starting from the solutions of the parent population; - a step (10) of calculation of the dependent variables of each of the child solutions;

- once all the dependent variables have been calculated, a step (11) of evaluating the fitness functions of the child solutions;

- a step (12) of combining and classifying the parent and child solutions; - a step (13) of selecting the first N solutions of the ranking for the next generation;

- a step (14) for checking a termination criterion, wherein if the termination criterion ? satisfied, the current combined solutions represent the population of solutions and, if the termination criterion is not ? satisfied, the current population ? the population of the parents is considered and the process is iterated by said step (8) of execution of the genetic operator.

- wherein said fitness functions comprise at least the following steps for each of said generated parent solutions and for each of said created child solutions: a cost evaluation phase (71), a range evaluation phase (72), a environmental assessment phase (73); an ordering step of the solution (74).

2) Method implemented by computer (1) according to claim 1, characterized in that each of said parent solution created ? defined by a specific combination of design variables and user-specified input variables.

The computer-implemented method (1) according to claim 2, characterized in that said design variables include: material selection, structural layout and grids, and flooring system.

4) Method implemented by computer (1) according to one or more? of claims 2 and 3, characterized in that said input variables include the following groups of variables: geometric dimensions, material loads, occupation.

5) Method implemented by computer (1) according to one or more? of the preceding claims, characterized in that it comprises a step (5) of refusal and replacement, by means of a repair module, of the parent solutions generated with incompatibility? geometric.

6) Method implemented by computer (1) according to one or more? of the preceding claims, characterized by the fact that said calculated dependent variables include the following groups of dependent variables: floor dimensions, flooring system and secondary beams, beam and column sizing, vertical dimensions, quantity? of material; side loading system.

7) Method implemented by computer (1) according to one or more? of the preceding claims, characterized in that said genetic operator execution step (8) comprises the following steps: a binary tournament selection step (81); one step (82) crossover; a step (83) of mutation.

8) Method implemented by computer (1) according to one or more? of the preceding claims, characterized by the fact that it comprises a step (9) of refusal and replacement by means of a repair module of the child solutions with incompatibility? geometric.

9) Method implemented by computer (1) according to one or more? of the preceding claims, characterized in that said termination criteria comprise at least one of the following: total number of iterations; number of iterations without better solutions.

10) Method implemented by computer (1) according to one or more? of the preceding claims, characterized in that it comprises two main modules:

- a genetic algorithm module (2);

- a side loading system module (3).

11) Method implemented by computer (1) according to claim 10, characterized in that, in the steps (6, 10) of the calculation of the dependent variables, said lateral load system module (3) ? configured for the calculation of the lateral load variables relating to the stability system.

12) Method implemented by computer (1) according to one or more? of the preceding claims, characterized in that it comprises a graphical user interface provided with a Pareto chart of the solutions, wherein said Pareto chart comprises a representation of the solutions as points in a 2D graph wherein the cost of each solution is ? represented in the ordinate axis and the span measurement (diagonal span) in the abscissa axis, a representation of the environmental impact by means of color and point size.

13) Computer-implemented system for minimizing structural costs, maximizing free space and minimizing environmental impact in a conceptual building design, characterized by comprising at least one unit? of elaboration configured for the execution of the phases of the method (1) implemented by computer according to one or more? of the previous claims.