Exploration des systèmes urbains : Un processus générique pour la planification urbaine multi-objectifs afin de soutenir la prise de décision dans les phases de conception précoce

La concurrence pour des espaces urbains limités en raison de la demande croissante tant pour l'espace de vie que pour les espaces verts entraîne des conflits dans le développement urbain. Cet article vise à soutenir les urbanistes avec un processus systématique de prise de décision multi-critères et une chaîne d'outils de soutien. Le processus utilise l'optimisation multi-objectifs (OMO) pour quantifier les compromis, permettant aux planificateurs d'acquérir une perspective large sur les solutions optimales. Le processus générique construit un modèle de simulation urbaine, applique l'OMO, explore les résultats en termes de compromis multi-critères et guide la prise de décision des urbanistes. Pour permettre ce processus, nous présentons une chaîne d'outils pour appliquer un algorithme OMO basé sur la régression de processus gaussien à un modèle de simulation urbaine coûteux en calcul. La chaîne d'outils permet d'identifier des solutions pareto-optimales et leurs propriétés avec un effort de calcul raisonnable. Un modèle d'étude de cas est mis en place dans l'environnement Grasshopper et couple des composants de simulation pour le confort thermique extérieur et l'évaluation du cycle de vie. Il permet d'identifier des compromis multi-objectifs pour un espace de configuration urbaine à dimensions élevées telles que la végétation extérieure, les photovoltaïques et les caractéristiques des bâtiments. Nous comparons les résultats du flux de travail à d'autres algorithmes OMO et montrons comment cela peut soutenir la prise de décision dans la planification urbaine aux phases de conception précoce. Dans notre étude de cas, la chaîne d'outils a été capable d'explorer l'espace multidimensionnel des configurations urbaines. Elle a systématiquement identifié des solutions pareto-optimales et réduit de manière significative le nombre d'évaluations du modèle. Les résultats de l'étude de cas montrent le compromis entre le potentiel de réchauffement climatique (PRC) basé sur le cycle de vie et le confort thermique extérieur. Nous avons identifié le nombre d'arbres et la couverture des façades est et ouest avec des photovoltaïques comme les paramètres les plus sensibles. Le processus proposé s'avère être un puissant outil de soutien à la décision multi-critères pour les urbanistes. Il permet d'identifier et de quantifier le Front de Pareto des compromis d'objectifs urbains concurrents lors des phases de conception précoce. De plus, il les visualise en fonction des conditions limites du développement urbain. Les configurations d'entrée des solutions Pareto obtenues servent de base aux recommandations de planification urbaine. Dans notre étude de cas, les arbres et les photovoltaïques s'avèrent être de bons points de levier dans le domaine des solutions optimales en PRC. Cependant, les urbanistes doivent coordonner avec soin les entrées lorsqu'ils visent un équilibre de compromis spécifique. La chaîne d'outils et le modèle de simulation offrent un potentiel supplémentaire pour examiner les typologies de voisinage. Ainsi, les demandeurs peuvent obtenir des orientations évolutives pour soutenir la transformation durable de l'environnement urbain.