Optimization of cost and discrepancy for architectural building redrawing using prefabricated wall elements

Off-site and prefabricated construction is a promising alternative to traditional on-site building. It has benefits in cost-effectiveness, environmental impact, and development speed. In order to take advantage of off-site construction, architects need to consider some geometric constraints in their drawings, given by the prefabrication manufacturing processes. However, most building projects are not designed with a prefabrication mindset. Therefore, manufacturers of prefabricated elements need to redraw the models to fit them with their elements. This time-consuming process is currently performed manually, which does not guarantee optimal results. This thesis proposes a method to automate the redrawing of architectures. Given a 3D building design and a set of prefabricated elements, it outputs a minimum discrepancy new version assembled with the set's parts. A Mixed Integer Programming model is developed and tested to address this problem. The optimization's target is to minimize the modifications from the original design and the cost, with constraints on obtaining a closed polygonal perimeter. The method is tested with different building geometries and gives fast results. It is the first step toward a fully automated software for prefabrication building design redrawing.

La costruzione off-site e prefabbricata è una alternativa promettente alla costruzione tradizionale in cantiere. Presenta vantaggi in termini di economicità, impatto ambientale e velocità di realizzazione. Per trarre vantaggio dalla costruzione off-site, è necessario che gli architetti considerino alcuni vincoli geometrici nei loro disegni, definiti dai processi produttivi di prefabbricazione. Tuttavia, la maggior parte dei progetti edilizi non viene progettata con la consapevolezza della prefabbricazione. Pertanto, i produttori di elementi prefabbricati sono costretti a ridisegnare i modelli per adattarli ai loro componenti. Si tratta di un processo laborioso, attualmente eseguito manualmente, che oltremodo non garantisce risultati ottimali. Questa tesi propone un metodo per automatizzare il ridisegno delle architetture, per la sua soluzione è stato ideato, sviluppato e testato un modello di Programmazione Lineare Misto-Intera. Dato un progetto di edificio in 3D e una lista di elementi prefabbricati, il metodo produce una nuova versione del disegno, assemblato con elementi della lista e con la minima discrepanza rispetto all'originale. L'obiettivo dell'ottimizzazione è minimizzare le modifiche rispetto al modello originale ed il costo finale, con il vincolo di ottenere un perimetro poligonale chiuso. Il metodo è stato testato con diverse geometrie di edifici e ha dato risultati in tempi rapidi. È il primo passo verso un software completamente automatizzato per il ridisegno di progetti di edifici per la prefabbricazione.