Diseño Para Fabricación Digital Definición Unívoca Entre Forma Y Fabricación En Arquitectura
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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA Departamento de Construcción y Tecnologías Arquitectónicas DISEÑO PARA FABRICACIÓN DIGITAL DEFINICIÓN UNÍVOCA ENTRE FORMA Y FABRICACIÓN EN ARQUITECTURA TESIS DOCTORAL MATÍAS GARCÍA DEL VALLE LAJAS Arquitecto 2015 DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIÓN Y TECNOLOGÍAS ARQUITECTÓNICAS Escuela Técnica Superior de Arquitectura Universidad Politécnica de Madrid DISEÑO PARA FABRICACIÓN DIGITAL: DEFINICIÓN UNÍVOCA ENTRE FORMA Y FABRICACIÓN EN ARQUITECTURA Matías García del Valle Lajas Director: Dr. Jesús Anaya Díaz 2015 Tribunal nombrado por el Magfco. y Excmo. Sr. Rector de la Universidad Politécnica de Madrid, el día de de 20 . Presidente: Dr/a. ………………………………………. Vocal: Dr/a. ………………………………………. Vocal: Dr/a. ………………………………………. Vocal: Dr/a. ………………………………………. Secretario: Dr/a. ………………………………………. Suplente: Dr/a. ………………………………………. Suplente: Dr/a. ………………………………………. Realizado el acto de defensa y lectura de la Tesis el día de 20 , en la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Madrid. Calificación:………………………………. El PRESIDENTE LOS VOCALES EL SECRETARIO INDICE 1. Introduction 1.1. Introducción al ámbito y alcance de la investigación 1.2. Resumen del contenido por capítulos 1.3. Hipótesis de partida de la investigación 1.4. Objetivos de la investigación 2. Abstract 3. Antecedentes 3.1. El desarrollo teórico matemático como origen de las formas complejas 3.2. La geometría y sus bases matemáticas como origen de la definición inequívoca entre forma y fabricación. 3.2.1. La información: materia prima esencial para un proceso de Fabricación digital. 3.3. Evolución de la Arquitectura analógica asociada a la función estructural de geometrías complejas: 1900-1992. 3.4. Inicio de la era digital en Arquitectura, 1992-2001. Aplicación de la tecnología digital para la generación de la Forma. 3.5. Identificación entre forma y fabricación, 2001-2013. Definición digital de la Forma para la posterior fabricación y construcción de geometrías complejas. 4. Metodología de investigación 4.1. Introducción 4.2. Estudio de los procesos de generación de la forma 4.2.1. Clasificación de los procesos de generación de forma según su vinculación al sistema de fabricación 4.2.2. Proceso lineal y no lineal de generación de la forma en Arquitectura 4.2.3. Determinación de la dispersión geométrica en un proceso no lineal 4.2.4. Proceso digital en sustitución del proceso analógico 4.2.5. Definición de complejidad en Arquitectura e instrumentos para su gestión y auto-organización durante el diseño. 4.2.6. Diseño digital multi-paramétrico basado en algoritmos genéticos 5. Definición de los parámetros que integran el diseño para fabricación digital 5.1. Parámetros invariables geométricos propios del diseño digital 5.1.1. Parámetros de organización del espacio y tectónicos 5.1.2. Parámetros de estabilidad y resistencia 5.1.3. Parámetros de eficiencia energética y confort 5.1.4. Parámetros del proceso constructivo 5.2. Sistemas de fabricación digital 5.2.1. Corte por control numérico 5.2.2. Fabricación por tallado 3D 5.2.3. Fabricación por tallado lateral 3D (Flank milling). 5.2.4. Fabricación por curvado 2D y 3D 5.2.5. Fabricación por moldeo 5.2.6. Fabricación de madera curva mediante conformado 5.2.7. Fabricación por conformado con aplicación de calor o vacío 5.2.8. Fabricación mediante moldes confortables 5.2.9. Fabricación mediante presión en frío (English Wheel) 5.2.10. Fabricación por aporte de material de pequeña escala 5.2.11. Fabricación por aporte de metal: elementos funcionales 5.2.12. Fabricación por aporte de material de gran escala 5.3. Protocolos de intercambio de información y plataformas para asistir el proceso de “Diseño para fabricación”. 5.3.1. Estudios sobre la eficiencia en el proceso de comunicación entre diseño y fabricación digital 5.3.2. Interoperabilidad entre plataformas y profesionales 5.3.3. Adecuación de los modelos para fabricación digital 5.3.4. Estudio de la estandarización para el control por órdenes generadas informáticamente para maquinaria de fabricación digital 5.3.5. Evaluación del software CAD-CAM disponible 6. Generación paramétrica de formas arquitectónicas informadas por los sistemas de fabricación digital. 6.1. Integración del conjunto de parámetros que informan el diseño y fabricación digital de formas arquitectónicas 6.1.1. Sistemas para la identificación de la solución óptima para un proceso de optimización multi-parametrico 6.1.2. Propuestas de unificación de los parámetros prestaciones con los sistemas de fabricación digital a través de la geometría. 7. Propuesta de un sistema integrado lineal de generación de formas arquitectónicas de envolventes informadas por los parámetros prestacionales y de fabricación digital. 7.1. Programa para la integración coordinada de los parámetros identificados en un proceso digital 7.1.1. Protocolos de interoperabilidad entre plataformas digitales de generación paramétrica con sistemas de fabricación digital 7.1.2. Entorno digital de intercambio entre agentes intervinientes en el proceso de diseño para fabricación digital 7.1.3. Modelo único frente a modelos federados. 7.2. Protocolo de conservación de la información “downstream” 8. Summary and Conclusions 8.1. Brief Summary of Research main topics 8.2. Conclusions 8.3. Futuras líneas de investigación 8.3.1. Grupos de trabajo e investigación actuales convergentes 9. Bibliografía y referencias 9.1. Bibliografía 9.2. Referencias de sitios web 9.3. Índice de referencias gráficas 9.4. Referencias de sitios web 10. Apéndices Apéndice 1: Análisis de las condiciones de contorno para un proceso morfológico multi-parametrico vinculado a los sistemas de fabricación digital. Agradecimientos Gracias a mis padres por creer en mí y por incentivar desde niño el interés por el estudio y la superación personal, sin la confianza que me aportaron nunca hubiera alcanzado una meta como esta. Gracias a mi mujer por apoyar la dedicación incansable del día a día que me restaba atención a lo más importante que es la familia, especialmente cuando estos años han coincidido con el nacimiento de nuestras dos hijas. Gracias a mi tutor, Jesús, que me iluminó desde el inicio y que es responsable de los logros alcanzados en es esta investigación. Gracias también por confiar en que sería capaz de alcanzar un resultado que por momentos parecía incierto. Gracias a Ignacio por defender el interés de esta investigación, que también ha restado tiempo a la dedicación profesional. Gracias a los miembros del Tribunal, que desinteresadamente dedican su tiempo a esta investigación y que la enriquecen con su experiencia y excelencia. Gracias a mis compañeros de Doctorado por acompañarme en este largo camino, en especial en los momentos más inciertos e ingratos. Gracias a Arup por permitirme desarrollar esta investigación con recursos de la empresa y a todos los grandes profesionales que dentro de la empresa me han ayudado con material, revisión o ánimo. Gracias a todos los investigadores y profesionales que antes que yo han dedicado tiempo a este ámbito de conocimiento y que me han permitido apoyarme para desarrollar la tesis. Muchas gracias a todos. 1 1. INTRODUCCIÓN 1.1. Introducción al ámbito y alcance de la investigación La Investigación trata sobre la definición de la forma en la fase inicial del proyecto de arquitectura. En concreto, la tesis consiste en el perfeccionamiento1 de la forma inicialmente intuida mediante la integración en un proceso único de la evaluación prestacional y de la capacidad de ser producida mediante técnicas de fabricación digital. La presente investigación tiene dos ámbitos concretos de estudio dentro del proceso proyectual en Arquitectura. El primero y principal se centra en las fases iniciales del proyecto de Arquitectura, específicamente en la etapa de definición geométrica de las formas que emergen de la intuición del Arquitecto. La definición de la forma consiste en precisar la geometría mediante la evaluación de desempeño frente a un conjunto de parámetros y la validación conforme a las capacidades productivas de los sistemas de fabricación digital. Esta etapa se inicia una vez el Arquitecto ha propuesto una forma a partir de su intuición y experiencia. El procedimiento que es objeto de esta investigación propone al Arquitecto la selección de un conjunto de parámetros de diseño y arranca un proceso de generación de variantes geométricas al diseño que son evaluadas informándole sobre opciones de mejora prestacional que además cumplen con los condicionantes de los sistemas de fabricación digital. No es el objetivo de esta investigación alcanzar la forma óptima, sino aportar alternativas y variaciones geométricas que permitan precisar la forma inicialmente intuida además de confirmar la idoneidad de comportamiento y su capacidad de ser producida. El segundo ámbito de trabajo enfoca el proceso de comunicación e interacción entre los profesionales desde las etapas iniciales del diseño hasta la puesta en obra. La investigación se especializa en determinar un protocolo que permita ordenar la intervención de cada agente en el proceso de definición de la forma y la precisión geométrica necesaria para la producción mediante los sistemas de fabricación digital seleccionados. El objetivo es evitar la pérdida de información durante la exportación y asegurar que el modelo maestro y los modelos federados son coherentes y útiles para exportar directamente a la fabricación digital. La investigación ha empleado para la propuesta de condicionantes geométricos que definen la forma, un amplio número de sistemas