1. Contexto y Objetivos del Proyecto

El módulo de optimización del proyecto SOGAE fue desarrollado para automatizar la generación de soluciones estructurales eficientes en la construcción de forjados, tanto de hormigón como de porexpán. La motivación principal fue sustituir el diseño manual o asistido por CAD por un proceso automatizado que, respetando los condicionantes estructurales y normativos, minimice el coste total del forjado.

Objetivos específicos:

• Generar automáticamente la distribución de viguetas y bloques sobre planos arquitectónicos.
• Cumplir todas las normativas de colocación y resistencia estructural.
• Minimizar el coste global del proyecto de forjado.
• Garantizar soluciones viables, trazables y reproducibles en entornos industriales reales.

2. Problema Técnico Abordado

Se trataba de resolver un problema complejo de optimización entera: dado un plano arquitectónico y ciertos metadatos estructurales (zonas de carga, obstáculos, tipo de vano, etc.), encontrar la distribución óptima de viguetas y bloques que cubra cada zona sin solapamientos ni violación de restricciones, respetando además criterios de constructibilidad y economía.

Este problema presenta múltiples variables discretas y restricciones combinatorias, lo que lo sitúa dentro de la clase de problemas NP-Completos, con una alta carga computacional.

3. Solución Técnica Desarrollada

3.1. Modelado del Problema

• Se formuló como un problema de optimización entera (Integer Programming), usando variables discretas para representar posición, tipo y orientación de cada componente.
• Se incorporaron múltiples restricciones geométricas, estructurales y constructivas según el tipo de forjado.

3.2. Resolución Algorítmica

• Se seleccionó el solver CP-SAT de Google ORTools, por su rendimiento competitivo frente a herramientas comerciales.
• Debido a la complejidad del problema completo, se aplicó una estrategia de descomposición, resolviendo por separado cada vano mediante subproblemas y reconstruyendo una solución global.

3.3. Técnicas Heurísticas

• Se aplicaron heurísticos basados en información previa (e.g. priorizar vanos con obstáculos o cargas críticas).
• Se integró una estrategia evolutiva basada en algoritmos genéticos para determinar el orden de resolución más favorable entre los vanos.
• Se estudió el uso de optimización bayesiana (BOHB) para minimizar evaluaciones costosas.

4. Restricciones Técnicas y Operativas Incorporadas

Se modelaron más de 30 restricciones específicas, entre las que destacan:

• No solapamiento de elementos (bloques, viguetas, obstáculos).
• Condiciones de carga puntual y lineal.
• Restricciones de apoyo en muros compartidos.
• Tratamiento diferencial según el tipo de forjado (hormigón/porexpan).
• Preferencia por soluciones con bloques estándar frente a recortes o ajustes.
• Consideraciones geométricas de orientación, reposo y extensión de viguetas.

5. Criterios de Optimalidad

La función objetivo priorizó:

• Minimización del coste total, considerando longitudes de viguetas y tipos de bloques.
• Minimización del número de condiciones penalizantes, como el uso de bloques a medida, comienzos no deseados o cortes adicionales.
• Mantenimiento de la viabilidad estructural y cumplimiento normativo.

6. Resultados y Conclusiones

• Se logró un sistema capaz de generar automáticamente planos estructurales detallados con desglose de materiales y costes.
• La resolución parcial por vanos permitió transformar un problema intratable globalmente en uno computacionalmente viable.
• Se obtuvo una mejora significativa en la eficiencia de diseño y una reducción de errores humanos.
• El sistema es extensible a futuros tipos de forjados, adaptable a variaciones de normativa y escalable en nuevos proyectos.

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