Optimización Energética con Patrones Geométricos Bioinspirados: Inteligencia Artificial en el Diseño Pasivo Arquitectónico

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dc.creatorFraile Narváez, Marcelo
dc.date2025-05-28
dc.date.accessioned2025-07-29T19:46:53Z
dc.date.available2025-07-29T19:46:53Z
dc.descriptionClimate change, together with the sustained rise in energy consumption across the building sector, poses critical challenges for architectural sustainability—particularly in Mediterranean climates, where summer solar radiation is especially intense. This study evaluates the hypothesis that biomimicry, supported by parametric tools and artificial intelligence (AI), can overcome the limitations of conventional passive design by enhancing both the energy efficiency and climatic responsiveness of building envelopes. The purpose of the research is to verify this hypothesis through the examination of three bio-inspired geometric configurations—Delaunay, Voronoi, and Metaball. These models were developed using biomimetic principles, digital simulations, and AI algorithms, and were applied to a representative architectural prism located in the Community of Madrid to assess their capacity to reduce incident solar radiation during the summer months. Pattern generation was carried out in Rhinoceros 8/Grasshopper, while climatic performance was assessed with Ladybug Tools 1.5.0 (Radiance/Daysim). The geometric variants were optimized with the multi-objective genetic algorithm NSGA-II, implemented in Python 3.10 with the DEAP library and integrated into Grasshopper via GhPython. The specific objectives were (i) to decrease incident solar radiation and (ii) to limit material complexity, thereby ensuring the constructability of the proposals. The results indicate that this approach not only achieves significant mitigation of solar radiation but also delivers innovative and adaptable solutions that integrate functionality, energy efficiency, and aesthetics. These strategies hold considerable potential to redefine sustainable architectural design, laying the groundwork for new practical applications that reduce energy consumption and address contemporary climatic challenges. The study underscores the impact of the convergence of biomimicry, parametric technology, and artificial intelligence, opening pathways for the development of more resilient architectural models aligned with global energy demands.en-US
dc.descriptionEl cambio climático, sumado al aumento sostenido del consumo de energía en la edificación, plantea retos críticos para la sostenibilidad arquitectónica, particularmente en climas mediterráneos donde la radiación solar durante el verano resulta especialmente intensa. Este trabajo evalúa la hipótesis de que la biomímesis, combinada con herramientas paramétricas e inteligencia artificial (IA), puede superar las limitaciones del diseño pasivo tradicional al mejorar la eficiencia energética y la respuesta climática de las envolventes. El propósito de esta investigación es verificar dicha hipótesis mediante el estudio de tres configuraciones geométricas bioinspiradas: Delaunay, Voronoi y Metaball. Estos modelos se desarrollaron utilizando principios biomiméticos, simulaciones digitales y algoritmos de IA, aplicados a un prisma arquitectónico representativo situado en la Comunidad de Madrid, con el fin de evaluar su capacidad para reducir la incidencia de la radiación solar durante los meses estivales. Los patrones se generaron en Rhinoceros 8/Grasshopper, mientras que la evaluación climática se llevó a cabo mediante Ladybug Tools 1.5.0 (Radiance/Daysim). Las variantes geométricas se optimizaron mediante el algoritmo genético multiobjetivo NSGA-II, programado en Python 3.10 (DEAP) e integrado vía GhPython. Los objetivos específicos fueron (i) disminuir la radiación solar recibida y (ii) limitar la complejidad material, con el fin de asegurar la viabilidad constructiva de las propuestas. Los resultados indican que este enfoque no solo logra una significativa mitigación de la radiación solar, sino que también ofrece soluciones innovadoras y adaptables que integran funcionalidad, eficiencia energética y estética. Estas estrategias ofrecen un potencial considerable para redefinir el diseño arquitectónico sostenible, sentando las bases para nuevas aplicaciones prácticas que permitan reducir el consumo energético y responder a los retos climáticos contemporáneos. Este estudio subraya el impacto de la convergencia entre biomímesis, tecnología paramétrica e inteligencia artificial, abriendo perspectivas para el desarrollo de modelos arquitectónicos más resilientes y adaptados a las demandas energéticas globales.es-ES
dc.descriptionAs alterações climáticas, aliadas ao aumento contínuo do consumo energético no setor da construção, colocam desafios críticos à sustentabilidade arquitetónica—sobretudo em climas mediterrânicos, onde a radiação solar durante o verão é particularmente intensa. Este estudo avalia a hipótese de que a biomimética, apoiada por ferramentas paramétricas e inteligência artificial (IA), pode superar as limitações do desenho passivo convencional, melhorando simultaneamente a eficiência energética e a resposta climática dos envoltórios edificados. O objetivo desta investigação é verificar essa hipótese mediante a análise de três configurações geométricas bio-inspiradas—Delaunay, Voronoi e Metaball. Os modelos foram desenvolvidos a partir de princípios biomiméticos, simulações digitais e algoritmos de IA, e aplicados a um prisma arquitetónico representativo situado na Comunidade de Madrid, de modo a avaliar a sua capacidade de reduzir a radiação solar incidente nos meses de verão. A geração dos padrões foi realizada em Rhinoceros 8/Grasshopper, enquanto o desempenho climático foi avaliado com o Ladybug Tools 1.5.0 (Radiance/Daysim). As variantes geométricas foram otimizadas através do algoritmo genético multiobjetivo NSGA-II, implementado em Python 3.10 com a biblioteca DEAP e integrado no Grasshopper via GhPython. Os objetivos específicos foram (i) diminuir a radiação solar incidente e (ii) limitar a complexidade material, garantindo assim a viabilidade construtiva das propostas. Os resultados indicam que esta abordagem não só obtém uma mitigação significativa da radiação solar, como também proporciona soluções inovadoras e adaptáveis que conciliam funcionalidade, eficiência energética e valor estético. Estas estratégias evidenciam um potencial considerável para redefinir o desenho arquitetónico sustentável, lançando as bases para novas aplicações práticas capazes de reduzir o consumo energético e responder aos desafios climáticos contemporâneos. O estudo sublinha o impacto da convergência entre biomimética, tecnologia paramétrica e inteligência artificial, abrindo caminhos para o desenvolvimento de modelos arquitetónicos mais resilientes e alinhados com as exigências energéticas globais.pt-BR
dc.formatapplication/pdf
dc.formattext/html
dc.formattext/xml
dc.identifierhttps://revistas.ort.edu.uy/anales-de-investigacion-en-arquitectura/article/view/4048
dc.identifier10.18861/ania.2025.15.1.4048
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.11968/7606
dc.languagespa
dc.publisherUniversidad ORT Uruguayes-ES
dc.relationhttps://revistas.ort.edu.uy/anales-de-investigacion-en-arquitectura/article/view/4048/4499
dc.relationhttps://revistas.ort.edu.uy/anales-de-investigacion-en-arquitectura/article/view/4048/4531
dc.relationhttps://revistas.ort.edu.uy/anales-de-investigacion-en-arquitectura/article/view/4048/4532
dc.rightsDerechos de autor 2025 Marcelo Fraile Narváezes-ES
dc.rightshttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0es-ES
dc.sourceAnales de Investigación en Arquitectura; Vol. 15 No. 1 (2025)en-US
dc.sourceAnales de Investigación en Arquitectura; Vol. 15 Núm. 1 (2025)es-ES
dc.sourceAnales de Investigación en Arquitectura; v. 15 n. 1 (2025)pt-BR
dc.source2301-1513
dc.source2301-1505
dc.source10.18861/ania.2025.15.1
dc.subjectBiomimicryen-US
dc.subjectArtificial Intelligenceen-US
dc.subjectPassive Designen-US
dc.subjectSustainable Architectureen-US
dc.subjectParametric Modelsen-US
dc.subjectEnergy Efficiencyen-US
dc.subjectComputational Simulationsen-US
dc.subjectSolar Protectionen-US
dc.subjectBioinspired Geometriesen-US
dc.subjectArchitectural Optimizationen-US
dc.subjectBiomímesises-ES
dc.subjectInteligencia Artificiales-ES
dc.subjectDiseño Pasivoes-ES
dc.subjectArquitectura Sosteniblees-ES
dc.subjectModelos Paramétricoses-ES
dc.subjectEficiencia Energéticaes-ES
dc.subjectSimulaciones Computacionaleses-ES
dc.subjectProtección Solares-ES
dc.subjectGeometrías Bioinspiradases-ES
dc.subjectOptimización Arquitectónicaes-ES
dc.subjectBiomiméticapt-BR
dc.subjectInteligência Artificialpt-BR
dc.subjectDesign Passivopt-BR
dc.subjectArquitetura Sustentávelpt-BR
dc.subjectModelos Paramétricospt-BR
dc.subjectEficiência Energéticapt-BR
dc.subjectSimulações Computacionaispt-BR
dc.subjectProteção Solarpt-BR
dc.subjectGeometrias Bioinspiradaspt-BR
dc.subjectOtimização Arquitetônicapt-BR
dc.titleEnergy Optimization with Bioinspired Geometric Patterns: Artificial Intelligence in Passive Architectural Designen-US
dc.titleOptimización Energética con Patrones Geométricos Bioinspirados: Inteligencia Artificial en el Diseño Pasivo Arquitectónicoes-ES
dc.titletimização Energética com Padrões Geométricos Bioinspirados: Inteligência Artificial no Design Passivo Arquitetônicopt-BR
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/article
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.typeArtículo evaluado por pareses-ES

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