SUSTAINABLE DESIGN OPTIMIZATION TOOL FOR PROTOTYPICAL BUILDINGS IN HOT ARID CLIMATE USING ANALYTICAL HIERARCHY PROCESS | ||||
| Journal of Al-Azhar University Engineering Sector | ||||
| Article 23, Volume 16, Issue 60, July 2021, Page 814-832 PDF (676.75 K) | ||||
| Document Type: Original Article | ||||
| DOI: 10.21608/auej.2021.187982 | ||||
 View on SCiNiTO | ||||
| Authors | ||||
Muhammad Adel Mahmoud  1; Medhat Dorra1; Khaled Nassar2; Ayman H El Hakeaand3; Hisham Nadim4
| ||||
| 1Architecture Department, Faculty of Engineering, Cairo University | ||||
| 2Construction Engineering Department, the American University in Cairo | ||||
| 3PhD Candidate, Construction and Building Engineering Department, College of Engineering and Technology, Arab Academy for Science, Technology and Maritime Transport | ||||
| 4Department of Architecture, Faculty of Engineering Al-Azhar University | ||||
| Abstract | ||||
| New Building Information Modelling (BIM) – enabled performance metrics are gaining importance in Building Performance Simulation (BPS). However, scarce work was published featuring holistic metricsfor prototypical designs in hot arid climate. Thus, this research presents a BIM-enabled sustainable early-design decision support tool, whose optimizationvariables are building orientation and Window-to-Wall Ratio (WWR). The mode’s objective is reaching optimum building Sustainability Combined Score (SCS); the holistic value of performance parameters considered by the user. To demonstrate the methodology, the daylighting and thermal comfort metrics areconsidered: (1) Day-Lit Area (DLA); (2) Daylight Autonomy (DA); (3) Mean Daylight Factor (µDF); (4) Useful Daylight Index (UDI); (5) Temperature Discomfort Hours (TDH); and (6) Humidity Discomfort Hours (HDH).BIM simulation is carried out for various combinations of building orientations and WWR, metrics are converted into percentages then into criteria scores based upon expert-determined criteria rating scales. Next, using the Analytical Hierarchy Process (AHP), Criteria Relative Weights (CRW’s) are determined, using a Pairwise Comparison Matrix (PCM). SCS’s are computed for each scenario, as a function of criteria scores and CRW’s. The verification of the AHP Module is done arithmetically using consistency indices. After screening all valid scenarios considering site constraints, accessibility and design codes, the scenario with optimum SCS is obtained. Three cases of prototypical designs, comprising a school building, a civil defense facility and a congregational building are presented. All cases are located in the hot desert climate ofQatar. The validation of the SCS Module output is carried out using expert survey. اکتسب قياس معدلات أداء المنشآت باستخدام نمذجة معلومات البناء زخماً کبيراُ في کلٍ من التصميم المعماري المستدام ومحاکاة البناء، وبالرغم من ذلک، قلما نُشر من أبحاث تتناول معدلات مجمعة لقياس أداء المنشآت، ولاسيما فيما يتعلق بالتصميمات النمطية في المناطق ذات المناخ الصحراوي الجاف، ومن هذا المنطلق، يقدم هذا البحث أداة مبتکرة لدعم اتخاذ القرار ,والوصول لأفضل المعدلات أثناء مرحلة التصميم المبدئي، حيث تتماشى تلک الأداة المقترحة مع نظم نمذجة معلومات البناء، کما تعتمد تلک الأطروحة على تحليلالحالات الممکنة للمتغيرين:زاوية توجيه المنشأ ونسبة النوافذ إلى الحوائط، بهدف التوصل إلى أفضل قيمة للدرجة الکلية للاستدامة، والتي تمثل قيمة موحدة لکافة مؤشرات الأداء المختارة من قبل المستخدم. وبغرض عرض تلک الأطروحة، تم الاعتماد على هذه المجموعة من مؤشرات أداء الإضاءة الطبيعية والراحة الحرارية: (1) المساحة المضاءة طبيعياً، (2) متوسط معامل الإضاءة الطبيعية ، (3) استقلالية الإضاءة الطبيعية، (4) مؤشر الإضاءة الطبيعية، (5) ساعات درجة الحرارة السنوية غير المستوفاة، (6) ساعات الرطوبة النسبية غير المستوفاة. يتم إذاً القيام بالمحاکاة المعتمدة على نمذجة معلومات البناء لکل من السيناريوهات الممکنة لزاوية توجيه المبنى مع نسبة النوافذ إلى الحوائط، ويتم تحويل مخرجات تلک الخطوة، وهي القياسات المنفصلة، إلى نسب مئوية، يتم تحويلها بدروها إلى درجات قياسية استناداً إلى مقياس تم تحديده بواسطة ورشة عمل ضمت مجموعة من الخبراء، وهکذا فإنه باستخدام طريقة التحليل الهرمي يتم التوصل إلى الأوزان النسبية لمعدلات الأداء المختارة، وذلک بتطبيق مصفوفة المقارنة الثنائية على تلک المعدلات، وبناء على ذلک يتم تقدير القيم الخاصة بالدرجة الکلية للاستدامة، والتي تعتمد بالأساس على الدرجات القياسية والأوزان النسبيةلمعدلات الأداء، کما يتم التحقق من منظومة التحليل الهرمي رياضياً باستخدام مؤشرات الاتساق، وبالإضافة إلى ذلک، فبعد إتمام عملية التدقيق لکل سيناريو مقترح - من حيث زاوية التوجيه ونسبة النوافذ إلى الحوائط- في ضوءطبيعة الموقع وأکواد البناء المحلية وغيرها من خصائص المشروع، وقد تم تناول ثلاثة مشروعات ذات تصميمات نمطية، تشمل مبنىً تعليمياً ومنشأة للدفاع المدني وداراً للعبادة، کأمثلة لتطبيق الأداة المقترحة، تقع کلها في المنطقة المناخية الصحراوية الحارة بدولةقطر، مع عرض النتائج التي تم التوصل إليها، وقد تم التحقق من المنظومة الخاصة بدرجة الاستدامة الکلية بواسطة استقصاء موجه إلى نخبة من المعماريين المتخصصين في مجال الاستدامة ونمذجة معلومات البناء، وتم التوصل بالأخير إلى أن المنشآت ذات المساحات الکبيرة عکست دقة أکثر في عملية محاکاة مؤشرات الاستدامة، وأظهرت قدراً أکبر من التأثر بالتغيير في القيم المدخلة من زاوية توجيه المنشأ أو نسبة النوافذ إلى الحوائط، مقارنة بالمنشآت الأصغر مساحةً التي لم تتأثر نتائجهابنفس عند تغيير قيم المتغيرات. | ||||
| Keywords | ||||
| Analytical Hierarchy Process; Building Performance Simulation; Hot Climate; Multi-Objective Optimization. عملية التحليل الهرمي، محاکاةأداء المنشآت، المناخ الحار، التحسين متعدد الأغراض | ||||
|
Statistics Article View: 323 PDF Download: 324 |
||||
