Universidad
Politécnica de Madrid

17.10.23

"Desarrollo de simulaciones físicas mediante computación evolutiva (inteligencia artificial), para su implementación en metodología BIM" es el título de un proyecto de Innovación Educativa que coordina Federico Luis del Blanco, profesor de la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de la Universidad Politécnica de Madrid .

P- Describir, brevemente, en qué ha consistido el proyecto de Innovación Educativa que has coordinado.

El proyecto se centró en el diseño de prototipos de arquitectura eficiente y sostenible a través de la utilización de simulaciones físicas, haciendo uso de la computación evolutiva, que es una rama de la inteligencia artificial. Los alumnos podían integrar el resultado de estas simulaciones en BIM, permitiendo desarrollar proyectos con geometrías complejas y ampliando las capacidades originales de los softwares orientados a BIM.

Finalmente, los alumnos pudieron exportar sus proyectos a sistemas de realidad virtual, empleando los resultados de un PIE desarrollado en años anteriores.

Se han realizado tres aproximaciones diferentes, permitiendo a los estudiantes generar superficies que emulan - de manera digital- varios de los métodos popularizados por arquitectos como Gaudí o Frei Otto.

En una fase inicial, los alumnos aprendieron a parametrizar la geometría de sus proyectos. Posteriormente se introdujeron simulaciones físicas que permitieran obtener equilibrios de fuerzas, pudiendo obtener superficies estructuralmente eficientes mediante métodos gráficos sin necesidad de cálculos numéricos. Finalmente, los alumnos trabajaron con inteligencia artificial, pudiendo optimizar parámetros previamente definidos, obteniendo resultados inviables mediante métodos analógicos.
El proceso pone de manifiesto la importancia del pensamiento algorítmico y el diseño computacional para la formación de estudiantes de arquitectura. A su vez, se pretende concienciar a los alumnos sobre la necesidad de actuar de manera respetuosa con el medio, planteando diseños que reduzcan el consumo de materiales y las emisiones de CO2.

P- ¿Cómo surgió la idea y cómo se ha desarrollado?

La idea surgió desde varias perspectivas. Por un lado, existe una necesidad cada vez mayor de integrar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de las asignaturas, favoreciendo nuevas aproximaciones para el diseño de arquitectura, estructuras eficientes o sistemas constructivos innovadores. El gran avance de la inteligencia artificial durante estos últimos años ha permitido obtener resultados que no podíamos imaginar si miramos tan solo un par de años atrás.
Existe a su vez una necesidad de adaptarse a los requisitos legales en cuestiones de BIM, que desde la Universidad debemos afrontar. Las nuevas leyes exigen visar los proyectos en BIM, sin embargo, los softwares existentes presentan serias limitaciones que rigidizan los flujos de trabajo y diseño.    
Por otro lado, gran cantidad de alumnos y profesores prefieren aproximarse al diseño mediante métodos analógicos, elaboración de maquetas, etc. Una parte importante del proyecto ha consistido en realizar simulaciones físicas que permitan emular de manera digital los flujos de trabajo convencionales.

P ¿Qué resultados ha obtenido?

Los resultados más relevantes posiblemente hayan sido los nuevos flujos de trabajo elaborados y su implantación en las asignaturas con los alumnos.  

Los resultados se han concretado en la fabricación de varios prototipos de escala reducida, diseñados por los alumnos, empleando la maquinaria del Laboratorio de Fabricación Digital de la ETSAM.
Gracias al presupuesto del PIE, se ha elaborado un prototipo a mayor escala que ha permitido verificar el funcionamiento de una compleja estructura de doble curvatura que elimina los esfuerzos a tracción.
Debido a la gran extensión del proyecto y aprovechando el parón de las clases durante verano, los profesores han podido realizar dos publicaciones indexadas del proyecto, y presentar los resultados en dos congresos.

P ¿Cómo lo han valorado los estudiantes? y ¿el equipo docente?

Las valoraciones por parte de los alumnos han sido muy positivas durante el desarrollo del proyecto y en las posteriores evaluaciones de las asignaturas, tanto en grado como en máster. El PIE ha sido un gran elemento motivador y ha servido para aumentar el interés de los alumnos en los contenidos relacionados.

Los estudiantes son muy agradecidos cuando se integra el uso de nuevas tecnologías durante las clases. El carácter del proyecto ha permitido que los alumnos puedan poner en práctica aspectos teóricos que en ocasiones son difíciles de contextualizar.

El equipo docente lo ha valorado también de manera muy positiva y tiene intención de seguir empleando los recursos generados. A su vez, se están planteando diferentes alternativas para la continuidad del proyecto.    

P ¿Cuáles son las principales dificultades a las que te has enfrentado?

El proyecto presentaba un elevado nivel de dificultad técnico. De manera directa e indirecta se ha trabajado con inteligencia artificial, fabricación digital, metodología BIM, diseño computacional, algoritmos genéticos, simulaciones físicas e incluso realidad virtual.

Entre los participantes del proyecto hemos contado con especialistas externos a la Universidad que han facilitado la integración de las diferentes tecnologías.

El aspecto más complicado ha consistido en transmitir estas cuestiones a los alumnos sin que resultara abrumador. Afortunadamente, los resultados han sido buenos y los alumnos han valorado de manera muy positiva las actividades.  

P-¿Qué habría que mejorar? ¿Aspectos que se han cumplido?

Pensamos que la innovación educativa siempre está en proceso de mejora. Los objetivos que se fijaron al comienzo del proyecto se pudieron cumplir e incluso se ampliaron durante su transcurso. Sin embargo, las tecnologías que se han empleado evolucionan muy rápido, por lo que es necesario actualizar los recursos generados cada año.

Las opiniones de los alumnos son una información muy útil para la mejora de este tipo de proyectos, no tanto desde un punto de vista técnico, sino desde la manera en que se implantan y contextualizan.

P- ¿Cómo se plantea la continuidad en el futuro?

Este es un punto que actualmente está bajo debate entre los integrantes del proyecto.
Los recursos que se han generado seguirán empleándose en futuras asignaturas. Dado su carácter transversal, es fácil integrar varios de los resultados obtenidos en diferentes ámbitos.

También se pretende que el proyecto siga creciendo, ya que los flujos de trabajo establecidos pueden extrapolarse a cuestiones de diseño bioclimático, eficiencia estructural, construcción industrializada, etc.

Personalmente me gustaría que los resultados del proyecto pudieran ser relevantes en futuros Proyectos de Innovación Educativa que sigan diferentes líneas de trabajo, de la misma manera que en éste pudimos incorporar los resultados de proyectos previos basados en realidad virtual.