TY - JOUR
T1 - The impact of architecturally qualified data in deep learning methods for the automatic generation of social housing layouts
AU - Carrera, Laura
AU - Brullet, Nil
AU - Capomaggi, Julia
AU - Devesa Devesa, Ricardo
AU - Santacana, Amadeu
AU - Rosselló, Guillem
AU - Romero, Enrique
AU - Ortega, Lluís
PY - 2024/2
Y1 - 2024/2
N2 - El objetivo de este trabajo es explorar el impacto de los datos en la generación automática de distribuciones de vivienda social mediante diferentes modelos de deep learning. El diseño de vivienda social es un subcampo de la arquitectura que exige, por parte del arquitecto, un alto grado de precisión en el refinamiento de las distribuciones para abordar de manera eficaz tanto los requisitos programáticos como la aspiración de alcanzar la máxima calidad arquitectónica que garantice el confort de los habitantes. Este doble desafío puede beneficiarse significativamente de la incorporación de procesos generativos basados en datos, respaldados por técnicas de machine learning en general y de deep learning en particular.
El conjunto de datos más utilizado para la generación de distribuciones basada en datos mediante métodos de deep learning es RPLAN, un dataset genérico de planos disponible en línea. Aunque contiene una cantidad significativa de planos, carece de información sobre los criterios de calidad arquitectónica utilizados para la selección de los datos. Realizamos un análisis inicial de la coherencia arquitectónica y de las características clave de calidad de RPLAN. Tras detectar varios problemas que generan dudas sobre su idoneidad para entrenar modelos de generación de vivienda social, procedimos a crear PUBLICPLAN, un nuevo conjunto de datos basado en propuestas presentadas y evaluadas en concursos públicos de arquitectura en España durante los últimos tres años. Este conjunto incluye 2.446 distribuciones distintas extraídas de 1.279 propuestas en Cataluña y las Islas Baleares. Todas estas distribuciones presentan altos estándares arquitectónicos.
A continuación, reentrenamos los tres modelos existentes más avanzados para la generación de planos interiores utilizando PUBLICPLAN y comparamos su rendimiento con los mismos modelos entrenados con diferentes subconjuntos de RPLAN. Una vez entrenados los modelos, realizamos varios experimentos comparando distintos modelos y subconjuntos de datos, evaluando el impacto de la cantidad y la calidad de los datos en el rendimiento de los modelos. En estos experimentos participaron más de doscientos arquitectos y estudiantes de arquitectura. También examinamos la plausibilidad de que los planos generados fueran sintéticos mediante una encuesta en la que se pedía distinguir entre distribuciones generadas por humanos y por máquinas.
Nuestros resultados mostraron que PUBLICPLAN tuvo un impacto significativo en comparación con las alternativas con un número similar de casos. En la evaluación de la plausibilidad de los planos generados por humanos, más del 48,43% de arquitectos y estudiantes de arquitectura identificaron planos generados por máquina como si fueran de origen humano. Asimismo, en experimentos cualitativos realizados con un conjunto de datos equivalente, nuestro dataset cualificado PUBLICPLAN obtuvo una valoración humana significativamente superior (72,13%) cuando fue evaluado por especialistas, en comparación con los modelos entrenados con RPLAN. Esto pone de relieve la importancia de utilizar conjuntos de datos cualificados en deep learning para la generación de distribuciones de vivienda social. También identificamos desafíos y prioridades en el campo de investigación, tanto en el proceso de deep learning como en las prácticas de diseño arquitectónico.
AB - El objetivo de este trabajo es explorar el impacto de los datos en la generación automática de distribuciones de vivienda social mediante diferentes modelos de deep learning. El diseño de vivienda social es un subcampo de la arquitectura que exige, por parte del arquitecto, un alto grado de precisión en el refinamiento de las distribuciones para abordar de manera eficaz tanto los requisitos programáticos como la aspiración de alcanzar la máxima calidad arquitectónica que garantice el confort de los habitantes. Este doble desafío puede beneficiarse significativamente de la incorporación de procesos generativos basados en datos, respaldados por técnicas de machine learning en general y de deep learning en particular.
El conjunto de datos más utilizado para la generación de distribuciones basada en datos mediante métodos de deep learning es RPLAN, un dataset genérico de planos disponible en línea. Aunque contiene una cantidad significativa de planos, carece de información sobre los criterios de calidad arquitectónica utilizados para la selección de los datos. Realizamos un análisis inicial de la coherencia arquitectónica y de las características clave de calidad de RPLAN. Tras detectar varios problemas que generan dudas sobre su idoneidad para entrenar modelos de generación de vivienda social, procedimos a crear PUBLICPLAN, un nuevo conjunto de datos basado en propuestas presentadas y evaluadas en concursos públicos de arquitectura en España durante los últimos tres años. Este conjunto incluye 2.446 distribuciones distintas extraídas de 1.279 propuestas en Cataluña y las Islas Baleares. Todas estas distribuciones presentan altos estándares arquitectónicos.
A continuación, reentrenamos los tres modelos existentes más avanzados para la generación de planos interiores utilizando PUBLICPLAN y comparamos su rendimiento con los mismos modelos entrenados con diferentes subconjuntos de RPLAN. Una vez entrenados los modelos, realizamos varios experimentos comparando distintos modelos y subconjuntos de datos, evaluando el impacto de la cantidad y la calidad de los datos en el rendimiento de los modelos. En estos experimentos participaron más de doscientos arquitectos y estudiantes de arquitectura. También examinamos la plausibilidad de que los planos generados fueran sintéticos mediante una encuesta en la que se pedía distinguir entre distribuciones generadas por humanos y por máquinas.
Nuestros resultados mostraron que PUBLICPLAN tuvo un impacto significativo en comparación con las alternativas con un número similar de casos. En la evaluación de la plausibilidad de los planos generados por humanos, más del 48,43% de arquitectos y estudiantes de arquitectura identificaron planos generados por máquina como si fueran de origen humano. Asimismo, en experimentos cualitativos realizados con un conjunto de datos equivalente, nuestro dataset cualificado PUBLICPLAN obtuvo una valoración humana significativamente superior (72,13%) cuando fue evaluado por especialistas, en comparación con los modelos entrenados con RPLAN. Esto pone de relieve la importancia de utilizar conjuntos de datos cualificados en deep learning para la generación de distribuciones de vivienda social. También identificamos desafíos y prioridades en el campo de investigación, tanto en el proceso de deep learning como en las prácticas de diseño arquitectónico.
KW - Neural networks
KW - Social housing unit layout generation
KW - Deep learning
KW - Qualified data set
KW - Automated architecture design
UR - http://hdl.handle.net/20.500.14342/6034
U2 - 10.1016/j.autcon.2023.105238
DO - 10.1016/j.autcon.2023.105238
M3 - Artículo
SN - 0926-5805
VL - 158
JO - Automation in Construction
JF - Automation in Construction
ER -