Algorithms-Aided Building Information Modeling in an Early Stage of Residential Design

Abstract

Algorithms are ordered sequences of instructions or procedures to solve a defined problem or to explore possible solutions to an open-ended problem. In the field of digital building design, algorithms refer to enhancing, automating and reinventing digital design workflows with procedures created using programming languages or visual programming interfaces.

This thesis is an assessment of the potential of algorithmic design in the context of early-stage architectural design of residential development projects done in a BIM environment. The research consists of two main parts: a literary review to explain the evolution of digital design towards algorithmic modeling and BIM, and the underlying concepts behind the subject; and a case study commissioned by the Finnish subsidiary of the multinational housing developer Bonava Group. In the study two generalized design algorithms were created to streamline and enhance the digital drafting process of a large residential project.

The case study revealed that algorithmic design has lots of potential applications in architectural BIM efforts. However, the promise of visual programming to bring the creation of algorithms available to the ordinary designer does not materialize. Specific expertise is required to efficiently benefit from design algorithms, but availability of formal training on the subject is scarce. The immaturity of available software tools makes it hard to create concise design algorithms whose continued functionality is guaranteed. Algorithmic design currently offers promising possibilities to early adopters, and with further development ongoing, it has immense potential to become an inseparable part of an architect’s digital toolset in the near future.

Algoritmit ovat tietyssä järjestyksessä suoritettavien ohjeiden tai toimintojen sarjoja. Niillä pyritään ratkaisemaan ennalta määriteltyjä ongelmia tai etsimään ratkaisuvaihtoehtoja avoimiin kysymyksiin. Digitaalisessa rakennussuunnittelussa algoritmeilla tarkoitetaan olemassaolevien työskentelytapojen parantelua ja automatisointia sekä uusien kehittämistä hyödyntämällä tietokoneohjelmointia joko tekstipohjaisia ohjelmointikieliä tai graafisia ohjelmointiympäristöjä käyttäen. Tässä työssä arvioidaan algoritmiavusteisen suunnittelun käyttökelpoisuutta tietomallintamalla tehtävässä asuntokohteiden ehdotussuunnittelussa. Tutkimus koostuu kahdesta pääosasta. Ensimmäisenä on kirjallisuuskatsaus, jossa käydään läpi periaatteet aiheen taustalla sekä digitaalisen rakennussuunnittelun kehityskaari kohti algoritmiavusteisuutta ja tietomallintamista. Toinen osa on Bonava Suomi Oy:n tilaama tapaustutkimus, jossa kehitettiin kaksi suunnittelualgoritmia avustamaan suuren asuntorakennuskohteen luonnostelussa. Tapaustutkimuksen perusteella algoritmiavusteisella suunnittelulla on paljon potentiaalisia käyttökohteita arkkitehtisuunnittelun tietomallinnuksessa. Graafisten ohjelmointiympäristöjen lupaus algoritmien kehittämisen tulosta keskivertosuunnittelijan saataville ei kuitenkaan toteudu. Erikoisosaaminen on tarpeen algoritmiavusteisessa suunnittelussa, mutta koulutusta ei juurikaan ole tarjolla. Nykyisillä ohjelmistoilla on haastavaa aikaansaada tiiviitä ja yleispäteviä algoritmeja, joiden jatkuva toiminta olisi taattua. Algoritmiavusteisuudesta on kuitenkin tälläkin hetkellä huomattavaa hyötyä varhaisille omaksujille, ja jatkuvan kehitystyön ansiosta sillä on suuri potentiaali tulla erottamattomaksi osaksi suunnittelijoiden digitaalista työkalupakkia lähitulevaisuudessa.