Il software Sim::OPT per analisi comparativa di soluzioni progettuali | Ingegneri.info

Il software Sim::OPT per analisi comparativa di soluzioni progettuali

Il software Sim::OPT permette di effettuare analisi comparativa di soluzioni progettuali per la creazione di meta-modelli

Solar Panels
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Il software Sim::OPT è uno strumento finalizzato a supportare l’esplorazione parametrica delle opzioni progettuali attraverso l’utilizzo di programmi di simulazione che ricevano come input file di testo e producano come output file di testo. Sim::OPT è stato concepito per essere utilizzato in abbinamento di programmi di simulazione delle prestazioni ambientali degli edifici, come ESP-r ed EnergyPlus (oltre alle funzioni generiche, utilizzabili con tutti i tipi di programmi, Sim::OPT ha, tra l’altro, funzioni specificamente mirate ESP-r). Ma non vi è niente in principio che impedisca l’utilizzo di Sim::OPT insieme ad altri tipi di software di simulazione, come per esempio programmi per la simulazione del comportamento strutturale degli edifici, o anche programmi di simulazione non riguardanti edifici.

La prima versione di Sim::OPT risale al 2008 ed esso è tuttora in evoluzione. Il nome del programma inizialmente era OPT, che poi è divenuto OPTS, che poi è divenuto Sim::OPT.

Le caratteristiche che distinguono Sim::OPT da altri strumenti per la variazione parametrica supportanti strumenti di simulazione in regime dinamico (come per esempio GenOPT e JEPlus) è la propensione verso la scomposizione dei parametri progettuali in gruppi di parametri e l’attitudine a basare la mutazione dei modelli sulla propagazione dei vincoli (constraint propagation). Quello che ne risulta è la possibilità di costruire meta-modelli procedurali basati sulla costruzione di procedure composite per il morphing di meta-modelli attraverso la combinazione di procedure semplici.

La specificità originaria di Sim::OPT, quella per cui esso era inizialmente stato creato, tuttora presente, era quella di facilitare la possibilità di considerare “salti” logici nell’esplorazione dei parametri progettuali, così da agevolare la modellazione di modalità di “pensiero laterale”, che lo ha spesso reso vantaggioso nel processo creativo del progetto di architettura (strategie di pensiero laterale si possono verificare, ad esempio, nel caso in cui il progettista debba decidere se adottare, come chiusura trasparente in una certa parte di un edificio, una finestra o una serra. Tra la finestra e la serra corre una differenza qualitativa, e non quantitativa. Per passare dall’una alta occorre variare qualitativamente le qualità descrittive di un edificio, non solo quantitativamente).

Sim::OPT è utilizzabile attraverso riga di comando UNIX (e quindi anche Linux, BSD, OSX e Cygwin) previa preparazione di file di configurazione nella quale si predispongano le istruzioni per il programma. Tale preparazione richiede allo stato attuale lo studio di file di esempio forniti assieme al software. Per i motivi suddetti, il programma si configura allo stato attuale prettamente come uno strumento di ricerca.

L’abbinamento di Sim::OPT a ESP-r richiede la conoscenza di ESP-r; e l’abbinamento di Sim::OPT ed EnergyPlus richiede la conoscenza del formato dei file di configurazione idf dei modelli in EnergyPlus.

Sim::OPT è scritto utilizzando il linguaggio di programmazione Perl ed è reperibile sul nostro portale a questo link o all’indirizzo web.

Dello stesso autore, leggi: L’impermeabilizzazione nelle coperture piane

Tipologia di procedura implementabile di SIM::OPT
Lo scopo della tipologia di procedura del software SIM::OPT qui proposta è fare luce in modo sistematico sulle ricadute delle opzioni progettuali in situazioni caratterizzate dal concorso di sistemi di fattori complessi.
Tale procedura si presta, in particolare, a supportare analisi comparative riguardanti soluzioni progettuali mirate a micro-porzioni di territorio richiedenti risoluzioni di indagine superiori a quelle consentite dagli strumenti GIS. La procedura è basata sull’uso di oggetti virtuali campione usati come sensori sulle scene architettoniche grazie al software SIM::OPT.

I suoi vantaggi sono i seguenti:
• possibilità di incorporare nei risultati l’effetto di alcuni tipi di condizioni proprie degli oggetti testati (come pannelli solari o serre), che risulterebbero altrimenti difficili da valutare, specialmente nei casi in cui le prestazioni da verificare dipendano in modo non lineare da uno o più parametri progettuali tra quelli considerati. Esempi di queste condizioni, che sono così generali da costituire quasi la norma nei sistemi architettonici, sono costituiti dalla riflettività delle chiusure trasparenti, che varia in modo non lineare rispetto all’angolo di incidenza della radiazione solare; o dalla capacità termica utile in sistemi per il guadagno solare indiretto, il cui effetto dipende da numerosi fattori interrelati, tra cui l’accesso solare, le modalità di trasmissione del calore e le proprietà radiative delle superfici; o dalla ventilazione naturale, i cui presupposti sono modificati dalle stesse conseguenze termiche a cui essa dà luogo, che dipendono a loro volta sia dalle condizioni geometriche sia da quelle materiche sia dalle scelte legate alla gestione operativa;
• possibilità di valutare condizioni di intorno non ordinarie, come ad esempio quelle costituite dalla presenza di schermature semitrasparenti (alberi o siepi), e variazioni stagionali e giornaliere di assetto (relative, ad esempio, alle schermature solari, alle ostruzioni solari, alle ostruzioni al vento, al rapporto con il suolo, e persino alla posizione nello spazio);
• possibilità di valutare, perché espresse esplicitamente, le conseguenze prestazionali dell’effetto, combinato e complesso, della variazione concomitante di più parametri progettuali;
• possibilità di automatizzare le procedure di rappresentazione dei dati e quindi di agevolare l’ottenimento di rappresentazioni complesse, multidimensionali.

La possibilità (a), di investigare l’effetto di condizioni proprie di oggetti virtuali appositamente posizionati all’interno di scene architettoniche rende utilizzabile la procedura per una ampia gamma di indagini valutative, ad esempio, finalizzate a supportare decisioni riguardanti la composizione materica di pannelli solari; nelle possibilità, di pannelli fotovoltaici; o la posizione, tipologia di costruzione e apertura di finestre ai fini della ventilazione (da vento e per convezione termica); o la morfologia, posizione e composizione materica di serre; o la misurazione delle condizioni di temperatura – e, quindi, di comfort – del corpo umano in situazioni progettuali date o da determinare; o la morfologia e posizionamento di sistemi di schermatura rispetto a chiusure trasparenti.

La possibilità (b) di valutare condizioni di intorno particolari, oltre a potere essere utilizzata per una ampia gamma di previsioni, estende in modo flessibile la possibilità di valutazione alla variabile tempo.

L’importanza in particolare della possibilità (c), di valutare l’effetto delle sovrapposizione di più parametri, è difficile da sopravvalutare. Questo perché l’effetto di ciascun fattore influente sulle prestazioni ambientali è relativo e non assoluto, dipendendo dalla combinazione di molti fattori correlati. Si tratta di un sistema di interrelazioni onnicomprensivo ed esteso a tutti i fattori influenti sulle prestazioni dei sistemi energetici passivi.

L’illustrazione delle possibilità di utilizzo della tipologia di procedura del software SIM::OPT proposta avverrà qui di seguito attraverso l’illustrazione di un caso studio finalizzato alla ricerca della forma e della posizione di una serra indipendente in uno scenario urbano astratto.

Gian Luca Brunetti è autore di “Serramenti e vetrazioni” e “Coperture”: scopri l’offerta e consulta un estratto qui

Rappresentazione dei risultati in problemi multivariati in SIM::OPT
La valutazione dei risultati ottenuti nelle simulazioni parametriche in problemi multivariati in SIM::OPT può avvalersi di tecniche di visualizzazione idonee a mettere in evidenza le relazioni tra parametri. Questo è particolarmente utile in casi spiccatamente multivariati quali quelli in questione. Maggiori sono la multivariabilità e la molteplicità di obiettivi concomitanti in un sistema, maggiori sono i vantaggi conoscitivi derivanti da rappresentazioni multidimensionali. La rappresentazione multidimensionale può avvenire, ad esempio, attraverso serie di grafici cartesiani tridimensionali. Vantaggi di questo tipo di rappresentazione sono l’elevata leggibilità e la consuetudine degli utenti. Uno svantaggio è quello di non potere rendere conto dell’effetto della combinazione di più di tre o, al più, di quattro parametri per volta, in caso di utilizzo di simboli o animazioni (È possibile convogliare l’informazione relativa a un quarto parametro in un grafico tridimensionale cartesiano attraverso gradazioni di colore).

Per rappresentare l’effetto di più di quattro o al più di cinque parametri, risulta necessario utilizzare più grafici tridimensionali distinti, senza possibilità di visualizzare graficamente in modo completo tutte le relazioni che legano i parametri considerati in rappresentazioni diverse ai fini della determinazione delle prestazioni, così come desumibile dagli indicatori di prestazione prescelti (funzioni obiettivo). Le rappresentazione di grafici cartesiani tridimensionali presentati più avanti sono state effettuate con il foglio elettronico open-source Gnumeric.

Una modalità di rappresentazione dei dati multidimensionali idonea a fornire indicazioni complete sulla complessità delle interazioni tra parametri progettuali rilevabili nei risultati di indagini parametriche è quella dei grafici a coordinate parallele. Un importante vantaggio di questo tipo di rappresentazioni è quello di potere convogliare informazioni complete a tutto tondo sulle interazioni tra parametri anche quando esse sono complesse e numerose, e di agevolare l’individuazione di eventuali condizioni di discontinuità e singolarità che possono verificarsi nel loro andamento, consentendo talvolta di individuare, specie in contesti urbani, situazioni controintuitive potenzialmente interessanti ai fini progettuali. Si tratta di situazioni che a livello urbano – tipicamente caratterizzato da un’elevata frequenza di casi particolari – possono essere frequenti e la cui individuazione costituisce probabilmente l’informazione di maggiore valore che la metodologia di analisi qui descritta può fornire. La familiarizzazione con le rappresentazioni a coordinate parallele può essere facilitata dall’impiego di adeguate combinazioni cromatiche. Si segnala che le rappresentazioni di grafici cartesiani tridimensionali sono state effettuate con lo strumento open-source Ggobi.

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