۱٫ معرفی
بخش ساخت و ساز تأثیر قابل توجهی بر انتشار کربن جهانی دارد و نقشی حیاتی در ارتقای پایداری دارد. تحقیقات اخیر نشان می دهد که ساختمان ها و ساخت و سازها حدود ۳۴ درصد از مصرف انرژی جهانی و ۳۷ درصد از CO مرتبط با انرژی را تشکیل می دهند.
۲ انتشارات [
۱]. این ردپای قابل توجه زیست محیطی تا حد زیادی به دلیل استفاده از مواد با کربن بالا، مانند بتن، و شیوه های ناهماهنگ با مفاهیم پایداری نوظهور مانند اقتصاد دایره ای (CE) است. در زمینه محیط ساخته شده، CE به عنوان طراحی استراتژیک ساختمان ها تعریف می شود که امکان اصلاح آسان پیکربندی آنها برای افزایش طول عمر را فراهم می کند، بنابراین از چرخه مداوم کاهش، استفاده مجدد و بازیافت برای افزایش بهره وری منابع پشتیبانی می کند. [
۲]. به عنوان مثال، روش‌های CE مانند استفاده استراتژیک از محصولات جانبی و مواد زائد در تولید مصالح ساختمانی و طراحی برای ساختارشکنی یا جداسازی قطعات، در کاهش انتشار کربن مجسم و کل موثر تلقی می‌شوند. [
۳]. با این حال، اجرای موفقیت آمیز اصول CE در محیط ساخته شده، نیازمند طراحی و برنامه ریزی دقیق است تا اطمینان حاصل شود که ساختمان ها پایدار، سازگار و بادوام هستند.
مدل سازی اطلاعات ساختمان (BIM) یک فرآیند مدیریت مبتنی بر مدل و یک روش طراحی پارامتریک است که به طراحان و مهندسان در برنامه ریزی، طراحی، ساخت و مدیریت پروژه های ساختمانی کمک می کند. از طریق کاهش هزینه های پروژه، کاهش نیاز به مواد، به حداقل رساندن ضایعات و کاهش انتشار کربن از طریق بهبود مدیریت سایت و تدارکات، همکاری ذینفعان را ترویج می کند. [
۴]. استفاده از BIM همچنین ارزیابی اثرات زیست محیطی و انتخاب جایگزین های پایدار را تسهیل می کند [
۵]. مطالعات اخیر در ساخت و ساز پایدار بر ادغام اصول BIM، ارزیابی چرخه عمر (LCA) و CE برای بهبود عملکرد زیست محیطی در تمام مراحل چرخه عمر ساختمان تاکید دارد. [
۶,
۷]. این ترکیب ارزیابی‌های زیست‌محیطی کامل را تسهیل می‌کند، طرح‌ها را برای رسیدگی به مسائل زیست‌محیطی زودهنگام بهینه می‌کند، و داده‌های پیچیده را به طور موثر مدیریت می‌کند، در نتیجه در زمان و هزینه‌ها صرفه‌جویی می‌شود. علاوه بر این، ادغام اصول اقتصاد دایره ای با BIM و LCA نه تنها اثرات زیست محیطی مستقیم فرآیندهای ساخت و ساز را کاهش می دهد، بلکه کارایی مواد و حفظ منابع را در طول چرخه عمر ساختمان ارتقا می دهد، که منجر به کاهش قابل توجه در استفاده از منابع و ضایعات می شود. این روش یکپارچه طراحی و مدیریت پروژه های ساختمانی، فرآیند ارزیابی را ساده می کند و دقت و ارتباط آن را در شیوه های ساختمان پایدار بهبود می بخشد. به عنوان مثال، در [
۸]، فرآیندهای طراحی اولیه از ادغام موفقیت آمیز BIM و LCA برای اطمینان از بهره وری طراحی سود می برند. این هم افزایی با ایجاد امکان تصمیم گیری آگاهانه تر، بهینه سازی انتخاب مواد و به حداقل رساندن ضایعات، اجرای پروژه را افزایش می دهد. پیشرفت‌های اخیر در BIM و LCA یکپارچه بر پتانسیل قابل توجهی برای افزایش راه‌حل‌های طراحی پایدار در ساخت‌وساز از طریق این روش‌شناسی‌های مشترک تأکید می‌کند.
شیوه‌های فعلی همچنین نشان می‌دهد که BIM اغلب در انواع مختلفی از پروژه‌ها برای کمک به مرحله طراحی استفاده شده است و LCA برای ارزیابی اثرات زیست‌محیطی مصالح ساختمانی مورد استفاده قرار گرفته است. با این حال، تصمیمات مهندسان و طراحان اغلب نیازمند بینش عمیق تری نسبت به اهمیت معیارهای طراحی و انتخاب مواد است. تصمیم گیری چند معیاره (MCDM) یک روش ممکن برای پر کردن این شکاف است، به عنوان مثال، ارزیابی مصالح سازه در برابر معیارهای پایداری چندگانه که در یک محیط ارزیابی یکپارچه BIM-LCA پشتیبانی می شود. [
۹]. بنابراین، روش یکپارچه BIM-LCA موجود را می توان با روش های MCDM برای افزودن بینش به مقایسه معیارها و راه حل های طراحی متعدد، بیشتر کرد. این رویکرد یکپارچه می‌تواند برای تعیین کمیت و اولویت‌بندی اثرات زیست‌محیطی حیاتی باشد، بنابراین اثربخشی عملی ارزیابی‌های پایداری را بهبود می‌بخشد. [
۱۰]. چندین روش MCDM در ادبیات مورد بحث قرار گرفته است، از جمله فرآیند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) [
11]، تکنیک اولویت سفارش از طریق شباهت به یک راه حل ایده آل (TOPSIS) [
12]روش سازمانی رتبه بندی ترجیحی برای ارزیابی های غنی سازی (PROMETHEE) [
13]، آزمایشگاه آزمایش و ارزیابی تصمیم گیری (DEMATEL) [
14]و AHP فازی [
۱۵].
AHP، به عنوان یک روش MCDM، با ارائه یک روش ریاضی که ترجیحات تصمیم گیرندگان و ذینفعان را با داده های فنی یکپارچه می کند تا راه حل ها را به طور بهینه انتخاب کند یا جایگزین ها را برای چالش های خاص دسته بندی کند، برجسته می شود. روش هایی مانند AHP به ویژه در تصمیم گیری های زیست محیطی ارزشمند هستند، جایی که تعادل معیارهای متضاد اجتماعی-اقتصادی و زیست محیطی ضروری است. [
۱۶,
۱۷]. با ادغام BIM، LCA و AHP، مهندسان و تصمیم گیرندگان این اختیار را پیدا می کنند که به طور سیستماتیک اثرات زیست محیطی، اقتصادی و اجتماعی تصمیمات خود را ارزیابی و مقایسه کنند و در نتیجه پایداری پروژه های ساختمانی را افزایش دهند. [
۹]. در مطالعه [
۱۵]محققان از رویکرد مشابهی برای پیشنهاد چارچوب تصمیم گیری برای متخصصان ساخت و ساز و محققان برای انتخاب مصالح مناسب برای ساختمان ها استفاده کردند.
علیرغم اهمیت فزاینده انتخاب مواد پایدار در صنعت ساخت و ساز، چارچوب های موجود فاقد یک رویکرد یکپارچه است که ابزارهای دیجیتال و تصمیم گیری چند معیاره را برای رسیدگی به چالش های پایداری خاص منطقه ترکیب می کند. این مطالعه با توسعه یک چارچوب جامع شامل BIM، تصمیم‌گیری چند معیاره و OneClick LCA برای ساده‌سازی انتخاب مواد و تسهیل همکاری سهامداران، شکاف را پر می‌کند. این رویکرد با تجزیه و تحلیل سریع سناریوهای مختلف و مقایسه اثرات مواد و طرح های مختلف برای بهینه سازی پایداری پروژه، تصمیمات دقیق تری را در یک بازه زمانی معقول ممکن می سازد. در مطالعه خود، ما از یک رویکرد با توسعه یک چارچوب یکپارچه استفاده کردیم که قابلیت‌های ابزارهای دیجیتال و تصمیم‌گیری چند معیاره را برای تسهیل انتخاب مواد و حمایت از سهامداران در انتخاب‌های پایدار در پروژه‌های ساختمانی ترکیب می‌کند. رویکرد یکپارچه پیشنهادی LCA مبتنی بر BIM و AHP با استفاده از نرم‌افزار OneClick LCA (نسخه ۰٫۲۷٫۳؛ نسخه پایگاه داده نسخه ۷٫۶) برای انتخاب مواد با هدف تعیین گزینه‌های پایدار برای پروژه‌های ساختمانی. ما طرح‌های موجود را با پیشنهادات جدید با استفاده از OneClick LCA و داده‌های اعلامیه محصول محیطی مواد جاسازی شده آن مقایسه کردیم. تجزیه و تحلیل عملکرد چرخه عمر بر اساس مدل‌های ساختمانی سه بعدی ایجاد شده در Revit بود که ما را قادر می‌سازد اثرات محیطی را در مراحل مختلف از جمله ساخت و ساز، حمل‌ونقل، نگهداری و از کار انداختن ردیابی کنیم.
بنابراین، تحقیق ما به طور خاص به نیاز به تصمیم گیری جامع برای شرایط آب و هوایی خاص کانادا، عوامل اجتماعی در LCA، ادغام ابزارهای دیجیتال، و فرآیند انتخاب مواد ساده می پردازد. بنابراین، مشارکت های کلیدی مطالعه ما به شرح زیر خلاصه می شود:
-
همراستایی با معیارهای تصمیم گیری با مناطق متنوع آب و هوایی کانادا برای اطمینان از انتخاب مواد و انتخاب های طراحی با چالش های منطقه ای و همچنین تصدیق نقش عوامل محلی، مانند مواد معمولی مورد استفاده در طرح ها، در اقتصاد دایره ای و انتخاب های پایدار؛
-
در نظر گرفتن پیامدهای اجتماعی در طول چرخه زندگی فراتر از عوامل محیطی با استفاده از هزینه اجتماعی کربن برای انتخاب های مختلف مواد؛
-
افزایش مقایسه و بهینه سازی انتخاب مواد از طریق ادغام BIM و OneClick LCA.
-
فعال کردن ذینفعان برای تجزیه و تحلیل سریع سناریوهای مختلف، مقایسه اثرات پایداری و همکاری با استفاده از ابزارهای دیجیتال.
-
درگیر کردن مفهوم دایره در LCA انتخاب مواد همراه با معیارهای پایداری.
برای آزمایش سودمندی چارچوب BIM-LCA، ما یک مطالعه موردی با استفاده از مدل مسکن تک خانواده از یک شرکت ساختمانی در بریتیش کلمبیا، کانادا انجام دادیم. با شروع ارزیابی پایه با استفاده از مواد معمولی، ما به طور مکرر طرح را با ادغام مواد جایگزین اصلاح کردیم. خروجی‌ها و مقایسه‌های طراحی نهایی می‌تواند به ذینفعان کمک کند تا تصمیم‌گیری‌های سریع و مسئولانه‌ی محیطی را در مورد مواد اتخاذ کنند.
ساختار باقی مانده این مطالعه به شرح زیر است:
بخش ۲ بررسی ادبیات مفصلی از شیوه‌های طراحی پایدار با استفاده از BIM و LCA ارائه می‌کند.
بخش ۳ چارچوب طراحی پیشنهادی BIM-LCA از جمله الگوریتم های تصمیم گیری چند معیاره را شرح می دهد و سهم منحصر به فرد را در فرآیندهای طراحی BIM-LCA موجود توضیح می دهد.
بخش ۴ یک مطالعه موردی از یک پروژه مسکن مسکونی در BC کانادا برای نشان دادن قابلیت استفاده از چارچوب پیشنهادی ارائه می‌کند.
بخش ۵ پتانسیل و زمینه‌های بهبود چارچوب طراحی پیشنهادی را مورد بحث قرار می‌دهد که با نتیجه‌گیری و کارهای آتی در پی می‌آید
بخش ۶.
۲٫ بررسی ادبیات
۲٫۱٫ اصول اقتصاد دایره ای برای افزایش پایداری ساختمان
متخصصان ساخت و ساز دریافتند که استفاده از دستورالعمل های CE ممکن است به بخش های توسعه کمک کند تا عمداً به هدف انتشار خالص صفر تا سال ۲۰۵۰ دست یابند. [
۲]. توصیه از مطالعه [
۱۸] بیان می‌کند که CE باید بر کاهش اثرات منفی اقلام طبیعی، افزایش طول عمر اقلام و استفاده از دارایی‌های قابل نگهداری، که برای تضمین طبیعی هستند، تمرکز کند. مدل‌های توسعه دایره‌ای می‌توانند مزایای مالی و طبیعی موجود در اقلام و مواد را به حداکثر برسانند، مانند استفاده از مواد کمکی برای جایگزینی مواد ضروری. [
۱۹]. برای رسیدگی به چالش‌های فرسودگی دارایی در جامعه امروزی، حرکت عظیمی به سمت CE در محیط ساخته شده برای کاهش وزن دارایی‌های تجدیدناپذیر صورت گرفته است. [
۲۰].
در اقتصاد دایره ای، تمرکز بر حفظ اجزا و عملکردهای ساختمان در بهترین حالت تا زمانی که ممکن است، ترویج چرخه مداوم استفاده، استفاده مجدد، تعمیر و بازیافت برای کاهش ضایعات و انتشارات گلخانه ای است.
برخی مطالعات قبلاً مزایای استفاده مجدد تطبیقی از مصالح ساختمانی و استفاده از محیط ساخته شده موجود به عنوان منبع اجزای قابل استفاده مجدد را اثبات کرده اند. [
۲۱,
۲۲]. اجزای ساختمان‌های قدیمی را می‌توان از طریق روش‌هایی مانند بهبود یا گسترش اجزای موجود در محل، انتقال اجزای موجود به مکان‌های جدید یا استفاده مجدد از اجزای تخریب‌شده از ساختمان قدیمی استفاده مجدد کرد و به گردش درآورد. [
۲۳]. علاوه بر این، مطالعه [
۱۸] پیش ساخته و مدولار کردن اجزا را پیشنهاد کرد که طراحی محصولات ساختمانی را که مجدداً استفاده می شود تسهیل می کند. علاوه بر این، فناوری‌های جداسازی قطعات و پرینت سه بعدی در بستن حلقه‌های منابع و بهینه‌سازی استفاده از مواد در ساخت‌وساز در دوره کوتاه‌مدت در بنیاد الن مک آرتور مهم شده‌اند و پذیرش گسترده‌تر مدل‌های تجاری مبتنی بر دسترسی را در بلندمدت تشویق می‌کنند. به طور همزمان، شورای ساختمان سبز بریتانیا (UKGBC) یک طرح کلی از استراتژی های CE برای بخش های ساخت و ساز منتشر کرده است. مشارکت بین شرکت‌های ساختمانی و شرکت‌های تولیدی را برجسته می‌کند و بیان می‌کند که سازندگان باید مصالح ساختمانی جداشده را به کارخانه‌های تولیدی بازگردانند و سازندگان باید سازه‌ها و نماها را با اتصالات مکانیکی برگشت‌پذیر طراحی کنند. دستورالعمل های ساخت و ساز پایدار با مفاهیم CE توسط انجمن شهرها و مناطق (ACR) مدیریت منابع پایدار از دیدگاه برنامه ریزی شهری منتشر شد. آنها بر جنبه های اجتماعی، چشم انداز و فرهنگی در ساخت سازه های جدید، از جمله مدولار بودن، سازگاری، و استفاده از مواد بازیافتی و بازیافتی تاکید می کنند. [
۲۴]. همکاری بین‌المللی بین کمیسیون اقتصادی سازمان ملل متحد برای اروپا (UNECE)، UN-Habitat و اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ITU) درباره شهرهای هوشمند دایره‌ای و پایدار با تاکید بر تقویت همزیستی صنعتی با استفاده از فناوری ارتباطات اطلاعات منتشر شده است. . هدف از این تلاش مشترک، افزایش جریان مواد خام در صنعت ساخت و ساز از طریق اتصال ضایعات تولید شده توسط یک بخش با مواد اولیه مورد نیاز بخش دیگر است.
در حالی که استراتژی‌های بازیافت زباله‌های ساخت‌وساز و تخریب رایج است، تلاش‌هایی که بر استفاده مجدد تمرکز می‌کنند کمتر رایج است. متخصصان ساخت و ساز در درک اینکه کدام مصالح ساختمانی را می توان مجددا استفاده کرد و تا چه حد انتشار کربن را می توان از طریق رویکردهای طراحی و ساخت و ساز مانند طراحی برای استفاده مجدد در آینده یا ترکیب مواد بازیافتی کاهش داد، با چالش هایی روبرو هستند. این امر نیاز به تحقیق و راهنمایی بیشتر در ترویج استفاده مجدد در صنعت ساخت و ساز را برجسته می کند.
امروزه، در زمینه ساخت و ساز، استانداردهای ساختمان سبز به طور فزاینده ای جنبه های اقتصاد دایره ای را در چارچوب خود گنجانده و اهمیت پایداری و بهره وری منابع را درک می کنند. در حالی که هنوز یک استاندارد جهانی پذیرفته شده اقتصاد دایره ای به طور خاص برای صنعت ساخت و ساز وجود ندارد، چندین استاندارد ساختمان سبز موجود در معیارها و ارزیابی های خود به جنبه های مختلف اقتصاد دایره ای می پردازند.
LEED (رهبری در طراحی انرژی و محیطی) [
۲۵]برای مثال، استراتژی هایی مانند استفاده مجدد از مواد، بازیافت و ارزیابی چرخه عمر را برای به حداقل رساندن ضایعات و ارتقای بهره وری منابع تشویق می کند. LEED همچنین برای استفاده از مواد با محتوای بازیافتی و برای ترکیب مواد نجات یافته یا تغییر کاربری در پروژه های ساختمانی امتیاز می دهد. به طور مشابه، BREEAM (روش ارزیابی محیطی تأسیسات تحقیقاتی ساختمان) [
۲۵] گواهینامه شامل معیارهای مربوط به منابع مواد، اثرات چرخه عمر و کاهش زباله است. BREEAM عملکرد زیست محیطی ساختمان ها را در دسته های مختلف از جمله مواد، انرژی، آب و زباله ارزیابی می کند.
LBC (چالش ساختمان زنده) [
۲۵] رویکردی جامع به پایداری دارد و بر اصول طراحی احیاکننده تاکید می‌کند و پروژه‌ها را ملزم به رعایت استانداردهای عملکردی دقیق، از جمله انرژی و آب خالص صفر، و همچنین محدودیت‌های موجود در کربن و مواد سمی می‌کند. این چالش همچنین پروژه‌ها را تشویق می‌کند تا اصول اقتصاد دایره‌ای، مانند طراحی برای جداسازی قطعات و ترویج استفاده مجدد و بازیافت مواد را به کار گیرند.
۲٫۲٫ روش های یکپارچه BIM و LCA برای ارائه طرح های پایدار
برای ارزیابی و تجزیه و تحلیل پایداری زیست محیطی ساختمان ها و سازه ها، سیستم ها و ابزارهای مختلف LCA توسعه و آزمایش شده است. می توان این ابزارها را به دو دسته کیفی و کمی دسته بندی کرد. روش کیفی بیشتر برای افرادی مناسب است که با ساخت و ساز پایدار آشنا نیستند. نمونه‌های برجسته در حوزه کیفی عبارتند از: رهبری در طراحی انرژی و محیطی (LEED) و روش ارزیابی زیست‌محیطی موسسه تحقیقاتی ساختمان (BREEAM)، با هر دو روش به‌روزرسانی منظم برای پاسخگویی به تقاضاها و الزامات بازار ساخت‌وساز فعلی. [
۲۶]. علاوه بر این، نرم‌افزارها و ابزارهای مبتنی بر LCA متعددی وجود دارد که به طور رایج در سراسر جهان مورد استفاده قرار می‌گیرند، مانند آتنا، ابزار ارزیابی محیط ساختمان (BEAT)، EcoEffect Envest 2، نمایه بار محیطی (ELP)، Eco-Quantum، و ساختمان پایدار برای روش های کمی، هنوز نرم افزارهای توسعه یافته زیادی وجود دارد، از جمله SimaPro، GaBi و Umberto، که محاسبه اثرات زیست محیطی را در طول چرخه حیات فرآیندها تسهیل می کند. [
۲۷]. با این وجود، اذعان به سه محدودیت مهم ضروری است: لزوم مجوزهای گران قیمت برای دسترسی به ابزارهای خاص، نیاز به تخصص تخصصی برای انجام تجزیه و تحلیل های جامع LCA، و مقدار قابل توجهی از داده ها، که می تواند زمان بر و پرهزینه باشد.
مدل سازی اطلاعات ساختمان (BIM) به یکی از کاربردی ترین ابزارها در بخش های ساختمانی مدرن تبدیل شده است. این هماهنگی بین بخش های طراحی و ساخت و ساز را بهبود می بخشد. با هدف پایداری، طراحی مبتنی بر BIM ملاحظات LCA را در اطلاعات مواد و داده‌های طراحی ساختمان پارامتریک از نرم‌افزار مبتنی بر BIM ادغام می‌کند. ابزارهای تجزیه و تحلیل LCA مبتنی بر BIM خود را به عنوان یک تکنیک ارزشمند برای ارزیابی پایداری در زمینه ساخت‌وساز تثبیت کرده‌اند و پتانسیل گسترش به تحقیقات اقتصاد دایره‌ای (CE) را دارند. [
۲]. مطالعات ارائه شده در [
۲۸] و [
۲۹] نرم افزار LCA مبتنی بر BIM (Autodesk Revit، نسخه ۲۰۲۳٫۱٫۳) را برای کمک به فرآیندهای طراحی ساختمان در دنیای واقعی، که به طراحان در تصمیم گیری در مدل در حال تکامل BIM کمک می کند، توسعه داد. محدودیت‌ها شامل نیاز به تحقیقات بیشتر برای تعریف الزامات اطلاعاتی برای شبیه‌سازی انرژی و ارزیابی‌های تاثیر مواد در LCA یکپارچه‌شده با BIM، نیاز به پایگاه‌های اطلاعاتی جامع عناصر ساختمانی برای بهینه‌سازی کاربرد LCA، و نیاز به پایگاه‌های داده LCA توسعه‌یافته برای دربرگرفتن فناوری‌های جدید و جایگزین است. مصالح ساختمانی برای ارزیابی و تجسم جامع. در مجموع مطالعات تحقیقاتی موجود در این زمینه راه حل مناسبی برای پرداختن به مفاهیم دایره ای در مراحل طراحی ساختمان ارائه نمی دهد.
رویکردی برای تقویت CE شامل استفاده از ارزیابی‌های دایره‌ای مواد از طریق LCA مبتنی بر BIM، ادغام یکپارچه مقررات ساختمان پایدار و اعلامیه‌های محصول زیست‌محیطی (EPD) به طور مستقیم در نرم‌افزار تألیف BIM است. متأسفانه، تحقیقات مرتبط در مورد CE در محیط ساخته شده در ادبیات فعلی کمیاب است. چندین محقق مزایای اقتصاد دایره ای (CE) را برجسته کرده اند، به ویژه Joensuu و همکاران. [
۳۰]. بنابراین، استفاده از ابزارهای BIM و LCA برای هدایت طراحی نوآورانه بسیار مهم است.
۲٫۳٫ MCDM در کاربردهای طراحی ساختمان
تجزیه و تحلیل تصمیم چند معیاره در ساخت و ساز برای در نظر گرفتن دیدگاه های ذینفعان و تصمیم گیری های مربوط به جنبه های مختلف یک پروژه، مانند کیفیت، امنیت، اخلاقیات، مالی و منابع انسانی بسیار مهم است. بسیاری از تصمیمات اتخاذ شده در مرحله طراحی شامل معیارهای متعددی است که برای اطمینان از تصمیم گیری بهینه باید تجزیه و تحلیل شوند. چندین روش در ادبیات علمی از تصمیم گیری استراتژیک پشتیبانی می کنند، از جمله بهینه سازی ریاضی و فرآیند تحلیل سلسله مراتبی (AHP). اجرای روش های MCDA برای ایجاد راه حل های موثر و پایدار در ساخت و ساز تشویق می شود، اما نیازمند توسعه ابزارها و روش های سیستماتیک است.
فرآیند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) یک روش پرکاربرد و ترجیح داده شده برای تصمیم گیری چند معیاره (MCDM) برای رسیدگی به مشکلات مربوط به اولویت بندی معیارها است. [
۳۱,
۳۲]. این تکنیک رتبه‌بندی یک روش ساده برای به حداقل رساندن تناقضات نظرات و ایجاد قضاوت بر اساس چندین معیار است که توجه بسیاری از دانشگاهیان را در حوزه‌های مختلف جلب کرده است. [
۳۳].
به منظور انتخاب سازگارترین راه حل نما از بین پنج گزینه برای جایگزینی نمای فرسوده یک ساختمان واقعی با در نظر گرفتن معیارهای زیست محیطی، اجتماعی و اقتصادی در تحلیل، این مطالعه [
۱۲] از متدولوژی دلفی و AHP استفاده کرد. با استفاده از AHP فازی، مطالعه [
۳۴] مدلی را برای انتخاب مصالح ساختمانی سازگار با محیط زیست برای خانه های تک خانواده در بریتانیا توسعه داد. رویکرد FAHP سابقه خود یعنی فرآیند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) را با گنجاندن نظریه منطق فازی بهبود می بخشد. [
۳۵]. AHP مبتنی بر تفکر نیوتنی و دکارتی است که مستلزم تقسیم یک مسئله به بخش های کوچکتر به تعداد دفعات مورد نیاز است تا زمانی که به یک سطح دقیق و مقیاس پذیر دست یابیم. انجام مقایسه‌های زوجی با استفاده از نسبت مقیاس پایه در یک سلسله مراتب، هدف اصلی رویکرد AHP است. [
۳۶].
برای کشف بهتر این منطقه، چند مطالعه مشابه بررسی شد. مطالعه ای توسط Yubing Zhang و همکاران. [
۳۷] نتایج تجزیه و تحلیل مقایسه ای انتشار کربن را برای مراحل مختلف طراحی ساختمان و آب و هوا ارائه کرد، که اثربخشی ادغام BIM با LCA برای ارزیابی پایداری را برجسته کرد. علاوه بر این، پیامدهای انتشار کربن بر سلامت عمومی را مورد بحث قرار می دهد و بر اهمیت در نظر گرفتن اثرات زیست محیطی و اجتماعی گسترده تر در پروژه های ساختمانی با مطالعه موردی در چین تأکید می کند.
علاوه بر این، مطالعه دیگری از محمد نجار و همکاران. [
۳۸] اثربخشی رویکرد یکپارچه BIM را در تسهیل طراحی و ارزیابی ساختمان پایدار از طریق یک مورد واقعی از برزیل نشان می‌دهد. این رویکرد با در نظر گرفتن سلامت عمومی در کنار عوامل محیطی، مانند پتانسیل اسیدی شدن، پتانسیل اوتروفیکاسیون، پتانسیل گرمایش جهانی، پتانسیل تخریب لایه لایه لایه لایه ازن، پتانسیل تشکیل مه دود، تقاضای انرژی اولیه، انرژی های تجدید ناپذیر و انرژی های تجدیدپذیر، به ذینفعان امکان می دهد تا تصمیمات آگاهانه تری اتخاذ کنند. که به اهداف پایداری گسترده‌تر می‌پردازد.
کارولین فیگوایردو و همکاران [
۱۴] شناسایی استراتژی‌های جدید و بهترین شیوه‌ها برای ادغام BIM و LCA در مراحل اولیه طراحی پروژه‌های ساخت‌وساز، که ترکیبی از ارزیابی پایداری چرخه حیات (LCSA)، تجزیه و تحلیل تصمیم‌گیری چند معیاره (MCDA) و مدل‌سازی اطلاعات ساختمان (BIM) با هم هستند. برای یافتن پایدارترین انتخاب مصالح ساختمانی. این چارچوب LCSA-BIM-MCDA بر اهمیت در نظر گرفتن عوامل اقتصادی اجتماعی در کنار نگرانی های زیست محیطی برای دستیابی به اهداف پایداری جامع تأکید می کند.
عبدالعل و تیمش [
۹] نشان دادن اثربخشی رویکرد BIM-LCA-AHP در طراحی سازه بتنی و ارزیابی ساختمان پایدار. با در نظر گرفتن CO
2 انتشار انواع مختلف بتن، مصرف انرژی و هزینه ساخت، این رویکرد به ذینفعان کمک می کند تا انتخاب بهتری از مصالح ساختمانی برای رسیدن به اهداف پایداری داشته باشند.
مینگ هو [
۳۹] یک روش جدید LCA-MCDA را معرفی می کند که شامل تجزیه و تحلیل اثرات محیط زیست، آب و سلامت انسان با استفاده از داده های چالش ساختمان زنده (LBC) است. هدف آن ارزیابی تأثیرات دسته‌های اصلی مختلف مواد مختلف است که روشی کمکی برای کمک به ذینفعان برای دستیابی به اهداف پایداری جامع است.
بر اساس ادبیات، می توان اشاره کرد که نیاز به توسعه یک چارچوب یکپارچه وجود دارد که قابلیت های ابزار دیجیتال و تصمیم گیری چند معیاره را برای تسهیل انتخاب مواد و کمک به سهامداران در شناسایی انتخاب های پایدار در خود داشته باشد. این رویکرد تصمیمات دقیق تری را در یک بازه زمانی معقول ممکن می سازد. می تواند به سرعت سناریوهای مختلف را تجزیه و تحلیل کند و اثرات مواد و طرح های مختلف را برای بهینه سازی پایداری پروژه مقایسه کند.
برای رفع این شکاف، این مطالعه رویکرد BIM-LCA موجود را با قابلیت‌های تصمیم‌گیری ادغام می‌کند و به مطالعه موردی شامل سه نوع ماده (طراحی فولادی معمولی، طراحی فولاد جایگزین و طراحی چوب) با استفاده از نرم‌افزار OneClick LCA (نسخه) می‌پردازد. ۰٫۲۷٫۳؛ پایگاه داده نسخه ۷٫۶) برای ارزیابی دایره ای بودن مواد. نتایج مقایسه‌ای به ذینفعان، به‌ویژه با توجه به وضعیت محیطی در کانادا، بینش‌هایی در مورد انتخاب‌های بهینه مواد ارائه می‌دهد. بر اساس یافته‌های این مطالعه، یک فرآیند LCA مبتنی بر BIM برای مقایسه تاثیر کربن دو جایگزین مدل طراحی با استفاده از انتخاب‌های مواد مختلف، از جمله مواد بکر، مواد بازیافتی و مواد مورد استفاده مجدد پیشنهاد شده‌است.
۳٫ مواد و روشها
بر اساس بررسی ادبیات و شکاف های شناسایی شده، این مطالعه نیاز به توسعه روشی را برجسته می کند که قادر به ارزیابی انتخاب های مختلف مواد در طول چرخه عمر ساختمان بر اساس معیارهای محیطی و اجتماعی باشد. علاوه بر این، این روش مستلزم توجه به اهمیت هر یک از این معیارها در فرآیند ارزیابی است. لذا در این تحقیق سعی شد با انتخاب ابزارهای مناسب با استفاده از روش تلفیقی به این اهداف پرداخته شود. در این راستا، BIM به عنوان ابزاری قدرتمند برای طراحی ساختمان ها با استفاده از انتخاب مصالح موجود به کار گرفته شد. این ابزار می تواند تخمین دقیقی از خواص و کمیت مواد مورد استفاده در محیط دیجیتال را با دقت بالا و در کمترین زمان ارائه دهد. [
۹,
۱۰]. متعاقباً برای انجام ارزیابی چرخه عمر، خروجی های مدل های تولید شده توسط ابزار BIM مجدداً مورد استفاده قرار گرفت و با کمک افزونه های LCA مانند One Click می توان ارزیابی دقیقی از معیارهای تعریف شده ارائه کرد. در کنار این ابزارها، نیاز به تعیین اهمیت نسبی معیارهای شناسایی شده وجود داشت. در این راستا نظرات کارشناسان با استفاده از فرآیند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) مورد توجه قرار گرفت تا این روش کاربردی تر و با چالش ها همسو شود. [
۱۱]. بر این اساس، چارچوب پیشنهادی یک ابزار پشتیبانی تصمیم یکپارچه است که LCA را با روش AHP برای رتبه‌بندی فهرستی از انتخاب‌های مواد ترکیب می‌کند. از این رتبه بندی می توان مناسب ترین مصالح و طرح را برای پروژه ساختمانی با در نظر گرفتن معیارهای اجتماعی و محیطی انتخاب کرد. این چارچوب شامل مراحل مختلفی است که در ادامه توضیح داده شده است (نگاه کنید به
شکل ۱). چارچوب تدوین شده در این تحقیق شامل ۶ مرحله اصلی است. در ابتدا بر اساس اطلاعات موجود، مدل های BIM توسعه و طراحی شدند (مرحله ۱) و با کمک این مدل ها، جزئیات بیشتر در مورد خواص و کمیت مواد استفاده شده در طراحی ارائه شد (مرحله ۲). متعاقباً با کمک نتایج به دست آمده از مرحله قبل و با استفاده از مدل BIM، LCA برای ماده انتخابی انجام شد (مرحله ۳). در مرحله بعد با کمک روش تصمیم گیری چند معیاره (MCDM) وزن هر یک از معیارها برای ارزیابی انتخاب های مختلف مواد تعیین شد (مرحله ۴) و بر اساس نتایج این مرحله و مرحله ۳، رتبه بندی گزینه های مختلف (مرحله ۵) برای انتخاب از بین آنها با در نظر گرفتن معیارهای محیطی و اجتماعی تعریف شده (مرحله ۶) انجام شد.
مرحله ۱: طرح های پارامتریک ساختمان: در فاز اولیه، انتخاب مصالح قدیمی و جایگزین های بالقوه در مدل های BIM وارد می شود. این مدل‌ها سپس ایجاد طرح‌های ساختمانی را هدایت می‌کنند و جنبه‌های مختلف معماری، سازه‌ای و اجزای MEP (مکانیک، برق و لوله‌کشی) را ادغام می‌کنند. مدل‌های سه‌بعدی توسعه‌یافته، مشخصات کلی پروژه را تعیین می‌کنند و نمایشی دقیق و ملموس برای بررسی و تجسم ارائه می‌دهند. یکی از ویژگی‌های مهم این مدل‌ها، توانایی آنها در ایجاد تخمین‌های دقیق از مشخصات و مقادیر مواد مورد نیاز است که برای انجام ارزیابی‌های چرخه عمر حیاتی است. علاوه بر این، استفاده از BIM ما را قادر می سازد تا یک برآورد هزینه از مواد مورد نیاز داشته باشیم و بینش ارزشمندی در مورد مقایسه اقتصادی بین انتخاب های مختلف مواد به ارمغان می آورد.
مرحله ۲: خواص و کمیت مواد: متعاقباً در این مرحله، بر اساس مدل های BIM، در مورد خواص و مقادیر لازم مواد تعیین می شود. این مرحله شامل ارزیابی دقیق انتخاب‌های مواد تعیین‌شده – معمولاً آن‌هایی که به طور معمول استفاده می‌شوند – و مواد جایگزین نوآورانه‌ای است که ممکن است پایداری بهتر یا مزایای متمایز را در مقایسه با انتخاب‌های قدیمی ارائه دهند.
مرحله ۳: LCA مبتنی بر BIM: LCA برای ارزیابی برخی از جنبه های زیست محیطی و اجتماعی و اثرات بالقوه مرتبط با مدل های مختلف BIM استفاده می شود. در این راستا، پسوند OneClick LCA برای اندازه گیری اثرات زیست محیطی و اجتماعی مواد بر اساس معیارهای از پیش تعریف شده و مدل های BIM استفاده می شود.
مرحله چهارم: روش تصمیم گیری چند معیاره: در این مرحله از روش تصمیم گیری چند معیاره برای ارزیابی معیارهای مختلف استفاده شده در مرحله قبل استفاده می کنیم. برای این مطالعه، ما از رویکرد AHP استفاده می کنیم. هدف در این مرحله تعیین اولویت ها و تعیین وزن معیارهای مورد استفاده در مرحله ۳ است.
مرحله ۵: رتبه بندی انتخاب های مواد: در مرحله رتبه بندی انتخاب های مواد، ارزش ها بر اساس ارزیابی های آنها به معیارهای مرتبط اختصاص می یابد. سپس این مقادیر وزن می شوند تا اهمیت نسبی هر معیار را منعکس کنند. مقادیر وزنی حاصل برای ایجاد رتبه بندی برای انتخاب مواد استفاده می شود.
مرحله ۶: انتخاب مواد و طراحی: در نهایت، ابزار پشتیبانی تصمیم فهرستی رتبه بندی شده از انتخاب های مواد را ارائه می دهد. این فهرست رتبه بندی شده به تصمیم گیرندگان در تعیین اینکه کدام مواد پایدارترین و مناسب ترین برای پروژه در گزینه های موجود هستند کمک می کند.
۳٫۱٫ فرآیندهای LCA مبتنی بر BIM
این مطالعه از یک فرآیند LCA مبتنی بر BIM استفاده می‌کند که به طور خاص برای محاسبه انتشار کربن در ساختمان‌ها، با در نظر گرفتن طیف وسیعی از گزینه‌های طراحی و انتخاب مواد طراحی شده است. این نرم‌افزار مجهز به الگوریتم‌هایی برای ارزیابی دایره‌ای ساختمان است که توضیحات مفصلی درباره این محاسبات از طریق مرکز راهنمای آنلاین One-Click LCA در دسترس است. LCA با یک کلیک، کمیت اثرات زیست محیطی را ساده می کند و نیاز به ورود دستی داده ها را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. علاوه بر این، پایگاه داده گسترده EPD (اعلام محصول زیست محیطی) One-Click LCA به کاربران اجازه می دهد مطالعات LCA خود را با شرایط و اولویت های جغرافیایی خاص سفارشی کنند.
LCA مبتنی بر BIM ما بر روی یک سری از شاخص های زیست محیطی و اجتماعی تعریف شده در OneClick LCA، که از مطالعات معتبر مشتق شده و به عنوان استانداردهای جهانی در ارزیابی پروژه های زیست محیطی به رسمیت شناخته شده است، در چارچوب رتبه بندی ساختمان LEED لنگر می اندازد. [
۴۰,
۴۱]. این شاخص‌ها طیفی از نگرانی‌های زیست‌محیطی و اجتماعی را در بر می‌گیرند که در زیر نشان داده شده است
میز ۱.
ابزار OneClick LCA با ترکیب معیارهای تعیین شده، ارزیابی دقیق و تعیین عملکرد هر پروژه ساختمانی جایگزین را بر اساس معیارهای مختلف امکان پذیر می کند. علاوه بر این، ما یک ارزیابی از دایره‌ای ساختمان، ارزیابی پتانسیل آن برای کاهش ضایعات از طریق استفاده مجدد و بازیافت را ترکیب می‌کنیم. این ویژگی نرم افزار نه تنها LCA را افزایش می دهد، بلکه بینش عملی را برای بهینه سازی دایره ای بودن پروژه ارائه می دهد.
۳٫۲٫ ادغام MCDM با فرآیندهای BIM-LCA موجود
ادغام AHP با LCA شامل ساخت یک ماتریس مقایسه زوجی است که نشان دهنده اهمیت نسبی و عدم قطعیت معیارهای مختلف مانند انتشار کربن، مصرف انرژی و سمیت مواد است. در ابتدا، یک نظرسنجی بین متخصصان در این زمینه اهمیت هر یک از معیارها را به صورت کیفی ارزیابی می کند. این فرآیند با ترکیب این قضاوت‌های تخصصی برای استخراج وزن‌های اولویتی که هم داده‌های کمی از LCA و هم ارزیابی‌های کیفی معمول AHP را در بر می‌گیرد، پیشرفت می‌کند. [
۳۱]. در این پرسشنامه، شرکت‌کنندگان اهمیت نسبی معیارها را در مقیاس عددی از ۱ که نشان‌دهنده اهمیت خنثی است تا ۹ رتبه‌بندی می‌کنند که نشان‌دهنده اهمیت بسیار بیشتر است. پاسخ های جمع آوری شده به اعداد قطعی تبدیل می شوند. وزن نهایی معیارها با تجمیع مقادیر در هر ردیف ماتریس برای تولید یک عدد واحد در هر معیار محاسبه می‌شود که سپس به یک عدد کلی نرمال می‌شود و اهمیت نسبی هر معیار را در فرآیند تصمیم‌گیری منعکس می‌کند. [
۱۵,
۴۷].
۳٫۳٫ تعیین وزن معیارهای طراحی از MCDM
برای به دست آوردن وزن معیارهای طراحی، این مطالعه نظرات متخصصان در مورد طراحی ساختمان پایدار را از طریق نظرسنجی در مورد میزان عوامل محیطی و اجتماعی مؤثر بر انتخاب مصالح جمع آوری کرد. نمونه سوال نظرسنجی در قالب اکسل که نظرات متخصصان را در مورد مقایسه زوجی معیارهای طراحی درخواست می کند در نشان داده شده است
شکل ۲. سوالات نظرسنجی بین ۱۳ متخصص مهندسی عمران توزیع شد که ۹ پاسخ دهنده ترجیحات خود را در بین معیارهای مربوط به پایداری مواد ارائه کردند. همه شرکت کنندگان دارای تجربه عملی در صنعت ساخت و ساز و حداقل دو سال تخصص در رویکردهای LCA بودند. در میان آنها، پنج مدیر پروژه و سه نفر در پروژه های متمرکز بر پایداری تخصص داشتند. این پرسشنامه مهندسان را موظف به انجام مقایسه های دوتایی در بین معیارهای پایداری مواد بیان شده در مطالعه کرد (
شکل ۲).
متعاقباً، میانگین حسابی پاسخ‌های هفت متخصص شرکت‌کننده برای هر مقایسه زوجی محاسبه شد. این پاسخ‌های متوسط به‌عنوان پایه‌ای برای تجزیه و تحلیل بیشتر، همانطور که در مرحله بعدی چارچوب پیشنهادی مشخص شد، عمل کردند (نگاه کنید به
جدول ۲).
پس از محاسبه وزن معیارها، فرآیند ارزیابی گزینه‌های جایگزین آغاز شد. نتایج ارزیابی تأثیر چرخه حیات زیست محیطی و اجتماعی (LCIA) برای دو جایگزین مواد مختلف برای ساختمان عادی شد. این مقادیر نرمال شده به عنوان وزن عمل می کنند.
عادی سازی ماتریس زوجی حاصل (
جدول ۳) شامل تقسیم هر عنصر ماتریس بر مجموع ستون های مربوطه آن است که منجر به تولید یک ماتریس نرمال شده می شود. پس از آن، وزن های اختصاص داده شده به هر معیار با تجمیع مقادیر نرمال شده در هر ردیف محاسبه شد. این روش درصدی از عوامل مؤثر بر انتخاب مواد پایدار را از بین گزینه‌های ارزیابی شده در این مطالعه به دست آورد. [
۱۴].
تجزیه و تحلیل مقادیر حاصل، سلسله مراتب معیارهایی را نشان داد که به طور قابل توجهی بر انتخاب مواد پایدار تأثیر می گذارد. گرمایش جهانی به عنوان مهمترین عامل تأثیرگذار ظاهر شد که با تخریب لایه ازن، اسیدی شدن و اوتروفیکاسیون جایگزین شد. در مقابل، معیارهایی مانند هزینه اجتماعی کربن و انرژی های تجدید ناپذیر تأثیر نسبتاً کمتری را نشان دادند و به دنبال آن ازن تروپوسفر قرار گرفت. شاخص سازگاری محاسبه شده (CI) ماتریس زوجی با استفاده از ارزش ویژه اصلی ۰٫۰۱۵۹ بود. همچنین شاخص تصادفی (RI) برای ۷ عامل ۱٫۳۲ بود. بر این اساس، نسبت سازگاری (CR) ماتریس مقایسه زوجی معیارها ۰۱۲/۰ محاسبه شد که به زیر آستانه ۱/۰ می رسد. [
۱۴]، نشان دهنده یک نتیجه ثابت و قابل قبول است. این اعتبار سنجی قابلیت اطمینان مقایسه های زوجی انجام شده در مطالعه را تضمین می کند.
۴٫ مطالعه موردی: طراحی پروژه مسکن یک خانواده در BC، کانادا
۴٫۱٫ شرح پروژه و راه اندازی نرم افزار
پروژه مسکن تک خانواده در Nanaimo، استان بریتیش کلمبیا کانادا واقع شده است. جزئیات اولیه مدل طراحی سه بعدی توسط یک شرکت خانه پیش ساخته در کانادا ارائه شده است. به عنوان پایه، یک LCA برای طراحی پیش‌فرض با استفاده از مواد رایج انجام شد. در مرحله بعدی، با استفاده از نتایج به‌دست‌آمده و جایگزینی مواد با انتخاب‌های دایره‌ای و پایدارتر، طراحی اولیه بهبود یافته و روش پیشنهادی متعاقباً برای انتخاب‌های جایگزین اعمال شد.
همانطور که قبلا ذکر شد، در ابتدا با استفاده از مدل سه بعدی توسعه یافته در نرم افزار Revit (نسخه ۲۰۲۳٫۱٫۳) (
شکل ۳) مشخصات کلی پروژه مشخص شد و نمایشی دقیق و ملموس برای بررسی و تجسم ارائه شد. یکی دیگر از جنبه های قابل توجه این مدل، توانایی آن برای ایجاد تخمین دقیق از مشخصات و مقادیر مواد مورد نیاز است. این ویژگی نقش مهمی در انجام ارزیابی چرخه حیات ایفا می کند. به دنبال آن، ابتدا مدل بر اساس مواد رایج طراحی شد و نتایج ارزیابی چرخه عمر با استفاده از پلاگین OneClick LCA ارائه شد.
قبل از پرداختن به نتایج دقیق هر سناریو، ملاحظات مربوط به راه اندازی و سفارشی سازی استفاده از این افزونه در مدل های ۳D Revit ارائه شده است. این افزونه به راحتی در محیط نرم افزار Revit با قابلیت های کاربر پسند برای استفاده اضافه و نصب می شود. پس از نصب و راه اندازی افزونه، تنظیمات اولیه بر اساس فرضیات موجود در مطالعه موردی پیکربندی می شود. این مفروضات ممکن است شامل عواملی مانند نوع ساختمان مورد بررسی، مساحت ناخالص ساختمان، مکان پروژه، سیستم ترجیحی برای اجرای LCA و غیره باشد.
یکی دیگر از جنبه های مهم در ابتدای استفاده از این ارزیابی، نقشه برداری از مواد مورد استفاده با پایگاه های داده از پیش تعریف شده برای شناسایی EPD (اعلام محصول زیست محیطی) مواد و انجام ارزیابی ها بر اساس ویژگی های مشخص شده هر ماده است. در این بخش از پایگاه داده LCA با یک کلیک برای تعریف مواد (
شکل ۴). در مرحله بعد، با جایگزینی مواد قبلی مورد استفاده در طراحی فولاد معمولی با مواد پایدارتر و دایره ای تر، طراحی بهبود یافته و نتایج ارزیابی چرخه عمر برای طراحی فولاد جدید ارائه می شود. پس از آن، یک خانه چوبی برای ارائه نتایج عملی تر تجزیه و تحلیل می شود.
۴٫۲٫ طراحی متعارف با استفاده از فولاد نورد گرم (سناریوی طراحی فولاد ۱)
همانطور که گفته شد، در طرح اولیه، مواد عمدتاً از مواد معمولی تشکیل شده بودند که معمولاً در طرح‌های قدیمی‌تر مورد استفاده قرار می‌گرفتند. به عنوان مثال، مقاطع فولادی سازه ای نورد گرم ساخته شده برای قاب ها و عناصر سازه ای در طراحی ساختمان استفاده شد. علاوه بر این، عایق XPS معمولی و پنجره های آلومینیومی معمولی استفاده شد. علاوه بر این، لازم به ذکر است که LCA برای LEED، کانادا (TRACI)، در این مطالعه موردی انجام شد. ابتدا، نتایج بررسی کلی چرخه زندگی گرمایش جهانی برای این طرح مورد بحث قرار می گیرد. همانطور که در
شکل ۵، مواد اکثریت را تشکیل می دهند، با پتانسیل تقریبی ۹۰٪ گرمایش جهانی در این طرح. پس از آن، پردازش زباله ۶٫۵ درصد را به خود اختصاص داد. با بررسی منابع اولیه موثر در پتانسیل گرمایش جهانی این ساختمان، مشخص شد که پروفیل های فولادی و عناصر سازه ای استفاده شده نقش مهمی ایفا می کنند. به دنبال آنها، قطعات مربوط به عایق XPS و محصولات پلاستیکی گنجانده شد (
شکل ۶).
علاوه بر این، نتایج مربوط به سایر شاخص های زیست محیطی، طبقه بندی شده بر اساس مراحل چرخه عمر ساختمان، به طور خلاصه در
شکل ۷.
یکی دیگر از نتایج مهمی که با انجام LCA در مدل سه بعدی به دست آمد، بنچمارک قهرمانان کربن بود. این نتیجه بر اساس استانداردهای کشورهای مختلف تعیین شد و در این تحقیق از مدل تعریف شده برای کانادا به عنوان الگوی مرجع استفاده شد. معیارهای کربن تجسم یافته برای یک دوره ارزیابی ثابت ۶۰ ساله برای تمام مصالح ساختمانی، حمل و نقل مصالح و جایگزینی مواد مورد نیاز در طول دوره ارزیابی ساختمان و همچنین پردازش پایان عمر محاسبه شد. تأثیرات بر روی یک سطح ناخالص طبقه داخلی (متر
۲) اساس. معیار این طراحی در ارائه شده است
شکل ۸.
علاوه بر این، هزینه اجتماعی کربن یکی دیگر از خروجی های این تحلیل بود. این شاخص بر اساس LCA انجام شده برای این طراحی، ۷۴۵۹ یورو برآورد شد.
یکی دیگر از نتایج ارزشمند ارائه شده توسط این ابزار، ارزیابی دایره ای بودن طرح است. در این راستا، این افزونه یک شاخص دایره ای را به منظور ارزیابی جنبه های مختلف این مفهوم بر اساس طراحی توسعه یافته در مدل های سه بعدی ارائه می دهد. طبق تعریف ارائه شده توسط OneClick LCA، «نمره دایره‌ای ساختمان نشان‌دهنده دایره‌ای کل مصالح هم در استفاده از مصالح برای پروژه و هم در حمل و نقل پایان عمر است». به عنوان میانگین مواد بازیابی شده (نماینده استفاده از مواد دایره ای در پروژه) و مواد بازگردانده شده (نشان دهنده چگونگی بازگرداندن موثر مواد، به جای دفع یا کاهش ارزش) محاسبه می شود. نتایج این تجزیه و تحلیل برای این طرح در به تصویر کشیده شده است
شکل ۹.
۴٫۳٫ طراحی جایگزین با استفاده از فولاد بازیافتی (سناریوی طراحی فولاد ۲)
در طرح دوم، تلاش شد تا از موادی با اثرات نامطلوب زیست محیطی کمتر و انطباق بیشتر با اصول پایداری استفاده شود. به همین دلیل برخی از مواد قبلی که نقش بسزایی در اثرات منفی زیست محیطی داشتند با مواد جدید جایگزین شدند. علاوه بر این، در این طرح، مواد انتخابی بیشتر با مفاهیم دایره‌ای همسو بودند. این جایگزینی پس از ارزیابی EPD مواد مختلف و با استفاده از مدل سه بعدی و پلاگین LCA انجام شد. یکی از مواد اصلی که به بهبود عملکرد زیست‌محیطی این طرح کمک کرد، فولاد نورد سرد بازیافتی بود که همچنین دارای ظرفیت‌های قابل توجهی در پایان عمر استفاده مجدد است.
مشابه طراحی قبلی، نتایج LCA از طریق مراحل زیر ارائه شد. ابتدا، تأثیر گرمایش جهانی این طرح بر اساس مراحل چرخه زندگی ارزیابی شد. نتایج، مواد، پردازش زباله و جایگزین‌هایی را نشان می‌دهد که بیشترین کمک را به گرمایش جهانی داشته‌اند.
شکل ۱۰). همچنین مشاهده می‌شود که در این طرح به دلیل استفاده از پروفیل‌های فولادی نورد سرد بازیافتی، نقش آنها در تأثیرات گرمایش جهانی نسبت به طرح قبلی کاهش چشمگیری داشته است. اشاره شد که عناصر مربوط به عایق بیشترین سهم را در این شاخص داشتند (
شکل ۱۱). علاوه بر این، فریم‌های پنجره‌های آلومینیومی معمولی با محصولات پایدارتر جایگزین شدند.
علاوه بر این، نتایج مربوط به سایر شاخص های محیطی، طبقه بندی شده بر اساس مراحل چرخه عمر ساختمان برای طراحی جایگزین، در
شکل ۱۲.
علاوه بر این، معیار قهرمانان کربنی برای این طراحی همانطور که در ارائه شده است، تخمین زده شد
شکل ۱۳. از این نتیجه می توان نتیجه گرفت که جایگزینی مصالح قبلی با انتخاب های پایدارتر می تواند نقش مهمی در کاهش اثرات نامطلوب زیست محیطی ساختمان ها داشته باشد زیرا این شاخص به میزان ۵۹٫۸۷ درصد کاهش یافته است.
در پایان لازم به ذکر است که هزینه اجتماعی کربن برای این طرح ۲۳۷۰ یورو برآورد شده است که نسبت به طرح قبلی کاهش قابل توجهی را تجربه کرده است. این شاخص کاهش ۶۸٫۲۲ درصدی را تجربه کرد که شواهد بیشتری از پیشرفت در طراحی ساختمان در طول چرخه عمر آن ارائه می دهد.
با جایگزینی مصالح قبلی با مصالح جدیدتر که بیشتر به اصول دایره ای بودن پایبند هستند، می توان بهبود قابل توجهی را در امتیاز دایره ای ساختمان در این طرح مشاهده کرد. همانطور که نشان داده شده است، بازیافت و بازیابی مواد مورد استفاده افزایش یافته است که منجر به افزایش عملکرد محیطی و دایره ای بودن ساختمان می شود.
شکل ۱۴).
۴٫۴٫ طراحی الوار (سناریوی طراحی الوار)
در این سناریو به جای المان های فولادی از چوب/الوار ساده استفاده شد و سایر جزئیات طرح در رابطه با این تغییر مورد توجه قرار گرفت. در بخش های بعدی نتایج این طراحی ارائه شده است.
نتایج LCA نشان می دهد که استفاده از الوار در ساختار این طرح می تواند عملکرد قابل قبولی از نظر زیست محیطی در طول چرخه عمر آن ارائه دهد. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، مواد بیشترین سهم را در گرمایش جهانی داشتند.
شکل ۱۵). پس از آن، پردازش زباله سهم قابل توجهی داشت. از بین مواد مورد استفاده، مواد به کار رفته در عایق، محصولات پلاستیکی و سپس چوب در شاخص گرمایش جهانی موثر بودند.
شکل ۱۶).
علاوه بر این، نتایج مربوط به سایر شاخص های زیست محیطی، طبقه بندی شده بر اساس مراحل چرخه عمر ساختمان برای طراحی چوب، در
شکل ۱۷.
علاوه بر این، معیار قهرمانان کربن برای طراحی چوب در به تصویر کشیده شده است
شکل ۱۸. همانطور که نشان داده شده است، این طراحی خروجی پایدارتری نسبت به سناریوی اول ارائه کرد. با این حال، عملکرد این سناریو و سناریو دوم، که در آن از مواد پایدارتر مانند فولاد نورد سرد بازیافتی استفاده شد، نتایج بسیار مشابهی را ارائه کرد. طراحی با استفاده از چوب فقط کمی از نظر این شاخص بهبود یافته است.
هزینه اجتماعی تخمینی این سناریو ۱۹۳۰ یورو تخمین زده شد که در مقایسه با سناریوهای قبلی به ویژه طراحی معمولی پیشرفت قابل توجهی را نشان می دهد.
در این سناریو، دایره ای بودن نیز با استفاده از ابزار توسعه یافته در افزونه مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به ظرفیت نسبتاً خوب بازیافت و بازیابی اجزای چوبی در ساختمان، امتیاز دایره‌ای نسبت به سناریوی یک بهتر بود. با این حال، با توجه به بهبود مواد انتخاب شده در سناریوی دو (با استفاده از فولاد بازیافتی نورد سرد)، این طرح قابلیت دایره ای نسبتاً کمتری را نشان داد.
۴٫۵٫ رتبه بندی سناریوهای طراحی و انتخاب مواد
در مرحله پایانی، با سنتز نتایج به‌دست‌آمده از روش LCA و AHP، امکان جمع‌بندی و مقایسه نهایی انتخاب‌های مواد فراهم شد. در این مرحله، همانطور که در جدول زیر نشان داده شده است، از وزن‌های به‌دست‌آمده از AHP و نتایج LCA که با تقسیم بر کمترین رقم و تبدیل آن به ۱ نرمال شده‌اند، برای تعیین امتیاز نهایی برای هر سناریو استفاده شد. شایان ذکر است، از آنجایی که شاخص های تعریف شده مربوط به اثرات نامطلوب زیست محیطی و اجتماعی از قبیل انتشار، هزینه و فرسودگی است، هر چه رقم محاسبه شده بیشتر باشد، عملکرد مواد انتخابی ضعیف تر خواهد بود. در این مطالعه موردی، همانطور که مشاهده شد، عملکرد مرتبط با طراحی فولاد معمولی ضعیف‌ترین بود. با این حال، با استفاده از مواد پایدارتر و دایره ای، بهبود قابل توجهی در عملکرد مشهود بود. در مورد گزینه چوب، اگرچه به طور قابل توجهی بهتر از طراحی فولاد معمولی بود، اما تفاوت زیادی در مقایسه با طراحی فولاد بهبود یافته وجود نداشت. نتایج در ارائه شده است
جدول ۴.
۵٫ بحث
این تحقیق یک روش یکپارچه متشکل از BIM، LCA و AHP را برای ارزیابی معیارهای محیطی و اجتماعی انتخاب‌های مختلف مواد ارائه می‌کند. این روش برای مطالعه موردی ساختمان در بریتیش کلمبیا، کانادا اعمال شد. مطالعات مشابه بر قابلیت‌های روش‌های یکپارچه در انتخاب بین انتخاب‌های مختلف مواد تاکید می‌کنند. به عنوان مثال، استفاده از ادغام BIM و LCA در مراحل اولیه طراحی برای بهبود عملکرد محیطی ساختمان مورد مطالعه قرار گرفته است. [
۳۸]. با این حال، مطالعه ما همچنین استفاده از نظرات کارشناسان را برای تعیین اهمیت نسبی معیارهای انتخاب شده از طریق روش AHP، به منظور ارائه نتایج عملی تر، برجسته می کند. علاوه بر این، در مطالعه مشابه دیگری با ارائه یک روش BIM یکپارچه و مبتنی بر مصاحبه، امکان طراحی پایدارتر بر اساس معیارهای تعریف شده ارزیابی شده توسط MCDM نشان داده شد. [
۴۸]. با این حال، استفاده از ارزیابی چرخه عمر امکان ارزیابی پویاتر را فراهم می کند و از قابلیت های گسترده BIM بهره می برد. در نهایت، مطالعه قابل مقایسه دیگری بر اساس روش یکپارچه ترکیبی از BIM، LCA و AHP فازی نیز قابلیت های این روش را تایید کرد. [
۱۴]. با این وجود، هدف ما ارائه طیف گسترده‌تری از معیارهای زیست‌محیطی و اجتماعی در این مطالعه و همچنین ترکیب مفاهیم دایره‌ای انتخاب‌های مواد به منظور پرداختن به طراحی پایدارتر و دایره‌ای بود.
در این بخش به برخی از محدودیت ها و همچنین مزایای روش پیشنهادی پرداخته شده است. اولاً، یکی از محدودیت های اصلی روش پیشنهادی اتکای آن به پایگاه های داده از پیش تعریف شده مانند EPD است. این محدودیت زمانی به وجود آمد که برخی از خواص مواد مورد نیاز برای استفاده در انتخاب‌های موجود در پایگاه‌های داده تعریف نشده بودند. در چنین مواردی نیاز به تعریف دستی برخی از این خواص و یا استفاده از خواص مواد مشابه با ماده مورد نظر وجود داشت. نکته دیگری که می تواند به عنوان محدودیت این روش شناسی در نظر گرفته شود، این واقعیت است که روش AHP ذاتاً بر نظرات متخصصان تکیه می کند و درجه ای از ذهنیت را وارد فرآیند تصمیم گیری می کند. ما این سوگیری بالقوه را تصدیق می‌کنیم و اجرای چندین اقدام را برای افزایش عینیت و قابلیت اطمینان مطالعه خود پیشنهاد می‌کنیم. مقایسه نتایج AHP با نتایج یک روش تصمیم‌گیری چند معیاره جایگزین، مانند TOPSIS، سازگاری بین روشها را نشان می‌دهد. همچنین، ادغام نظرات کارشناسان متنوع تر در روش AHP چشم انداز وسیع تری را ارائه می دهد و سوگیری های فردی را به حداقل می رساند. گنجاندن طیف گسترده‌تری از افراد ماهر در زمینه‌های مختلف نه تنها فرآیند تحلیل را غنی می‌کند، بلکه می‌تواند بینش قابل توجهی در مورد اهمیت نسبی شاخص‌های زیست‌محیطی و اجتماعی به دست دهد. این تنوع بسیار مهم است زیرا امکان ارزیابی جامع تری از متغیرهای پیچیده ای را که این شاخص ها نشان می دهند، فراهم می کند. بنابراین، پرداختن به این محدودیت در تحقیقات آتی با افزودن متخصصان و متخصصان اضافی برای تنظیم دقیق مقایسه‌های زوجی ضروری است. چنین پیشرفتی بدون شک استحکام و کاربرد یافته ها را بهبود می بخشد و آنها را نماینده دیدگاه ها و تخصص های مختلف می کند. علاوه بر این، یکی دیگر از محدودیت های این روش، تعریف بیشتر شاخص های اجتماعی است. با توجه به اهمیت عملکرد اجتماعی در اصول پایداری، این نکته را می توان بیشتر برجسته کرد و به آن پرداخت. محدودیت دیگری که باید در نظر گرفت این است که این تحقیق بر نتایج مطالعه یک نوع ساختمان خاص تمرکز دارد. یکی از جنبه هایی که می توان در نظر گرفت تأثیر عناصر مختلف ساختمان ها از جمله جزئیات طراحی، تعداد طبقات و غیره بر عملکرد محیطی و اجتماعی آنهاست. شایان ذکر است که نتایج ارائه شده در این مطالعه از پیاده سازی روش توسعه یافته بر روی یک مطالعه موردی خاص به دست آمده است. انتظار می‌رود که بررسی موارد مختلف واقع در مکان‌های دیگر، که از نظر ویژگی‌های ساختمان و انتخاب مصالح نیز متفاوت است، می‌تواند به نتایج متفاوتی منجر شود. همچنین همانطور که گفته شد نظرات کارشناسان نقش بسزایی در تعیین اولویت معیارها داشتند. بنابراین افزایش تعداد و تنوع این نظرات نیز می تواند به نتایج متفاوتی منجر شود.
از سوی دیگر، از مزایا و قابلیت های این رویکرد، اولویت بندی نظرات کارشناسی در تعیین اولویت شاخص ها را می توان نام برد. این اجازه می دهد تا نتایج ارزیابی عملی تر شود و در موارد واقعی مورد قبول و توجه بیشتری قرار گیرد. علاوه بر این، مراجعه به رویکردهای MCDM و گنجاندن ارزیابی چند معیاره در این مطالعه، اهمیت نظری در نظر گرفتن طیف وسیعی از معیارهای اجتماعی و زیست محیطی فراتر از جنبه‌های صرفاً فنی در تصمیم‌گیری پایداری را نشان می‌دهد. [
۴۹]. علاوه بر این، این روش با استفاده از روش LCA توانست نتایج جامعی را برای تصمیم گیری در مورد انتخاب مواد ارائه دهد. در این راستا، تصمیم گیرندگان قادر خواهند بود تا با کمترین زمان و هزینه به نتایج قابل اعتمادی در مورد عملکرد گزینه های مختلف در طول چرخه عمر ساختمان قبل از ورود به مراحل طراحی و اجرا دسترسی داشته باشند. علاوه بر این، قابلیت های گسترده اضافه شده به این روش از طریق استفاده از BIM نیز مزیت دیگری است. همانطور که گفته شد، استفاده از BIM امکان در نظر گرفتن طرح های متعدد و متنوع را برای موارد مختلف با دقت و سرعت بسیار بالا فراهم می کند و امکان انتخاب بهترین گزینه های موجود را فراهم می کند. در میان سایر قابلیت ها، BIM امکان تجسم ساختمان ها را فراهم می کند که تأثیر قابل توجهی برای ذینفعان مختلف خواهد داشت. علاوه بر این، BIM امکان گنجاندن شاخص های اقتصادی در ارزیابی ها را فراهم می کند. از این رو می توان در کنار شاخص های زیست محیطی و اجتماعی، بررسی کاملی از عملکرد اقتصادی گزینه های موجود ارائه کرد. با استفاده و ادغام BIM، LCA و MCDM، این مطالعه همچنین به بینش های نظری برای تصمیم گیری پایدارتر جامع، سیستمی و ساختارمند در پروژه های ساختمانی کمک می کند. علاوه بر این، مورد تحلیل‌شده در این تحقیق، سازگاری چارچوب را نشان می‌دهد که می‌تواند به انواع مختلف پروژه‌های ساختمانی فراتر از مسکن تک‌خانواری گسترش یابد. این مقیاس پذیری کاربرد بالقوه چارچوب در مناطق مختلف و استانداردهای ساختمانی را برجسته می کند و مبنایی برای کاوش های نظری بیشتر در زمینه های مختلف فراهم می کند. علاوه بر این، این مقاله با گنجاندن مفهوم هزینه کربن اجتماعی در ارزیابی، بینش های نظری را در مورد تأثیرات اجتماعی گسترده تر انتخاب مصالح ساختمانی ارائه می دهد. در نهایت، این تحقیق عملکرد جایگزین‌های مواد منطقه‌ای مانند فولاد ساختاری بازیافتی و الوار را برجسته می‌کند. با مقایسه این موارد با فولاد نورد گرم معمولی، این مقاله از تلاش‌ها برای استفاده از مواد در دسترس و پایدار محلی پشتیبانی می‌کند که می‌تواند به تقویت اقتصاد محلی و کاهش اثرات زیست‌محیطی مرتبط با حمل‌ونقل از راه دور کمک کند. [
۵۰].
۶٫ نتیجه گیری
علیرغم پیشرفت‌های اخیر در ادغام BIM و LCA برای نوآوری‌های طراحی پایدار، ارائه تصمیمات قابل اعتماد در مورد جایگزین‌های طراحی با سنجیدن صحیح انتخاب‌های چندگانه مواد و شاخص‌های عملکرد، در عمل یک چالش باقی مانده است. این مطالعه با معرفی یک چارچوب طراحی جدید که رویکرد BIM-LCA موجود را با تعبیه الگوریتم‌های MCDM در ارزیابی‌های طراحی، سطح‌بندی می‌کند و فرآیندهای طراحی سریع و پایدار در پروژه‌های ساختمانی را تسهیل می‌کند، به این موضوع می‌پردازد. از طریق مطالعه موردی پروژه مسکن تک خانواده در استان بریتیش کلمبیا کانادا، اثربخشی این رویکرد یکپارچه در مقایسه سه سناریو طراحی برای ارزیابی عملکرد زیست‌محیطی آنها نشان داده شد – فولاد گرم معمولی، فولاد بازیافتی، و چوب نتایج نشان می‌دهد که استفاده از مواد فولادی سازه‌ای بازیافتی منجر به بهبودهای قابل‌توجهی در عملکرد، عملکرد بهتر از طرح‌های فولادی معمولی و همسویی نزدیک با جایگزین‌های چوبی می‌شود. این مطالعه با تاکید بر اهمیت تصمیم‌گیری آگاهانه، نقش تحلیل کمی و ارزیابی چند معیاره، مانند ارزیابی هزینه‌های کربن اجتماعی را برجسته می‌کند.
اگرچه چارچوب طراحی پیشنهادی از طراحی پارامتریک دیجیتال از BIM استفاده می کند، ادغام پایگاه داده مواد EPD به روز و تکنیک های مدل سازی پویا MCDM می تواند دقت و پاسخگویی این چارچوب یکپارچه را به طور قابل توجهی افزایش دهد و امکان تصمیم گیری تطبیقی و فعال تر را در مراحل اولیه فراهم کند. فاز طراحی. گسترش دامنه مطالعه به منظور شامل طیف گسترده‌تری از گونه‌شناسی ساختمان‌ها و مکان‌های جغرافیایی نیز درک جامع‌تری از کاربرد و اثربخشی چارچوب پیشنهادی در زمینه‌های مختلف فراهم می‌کند. علاوه بر این، اصلاح و بهینه‌سازی الگوریتم‌های MCDM برای تطبیق بهتر پیچیدگی‌ها و عدم قطعیت‌های ذاتی در ارزیابی‌های پایداری و دایره‌ای، یک راه امیدوارکننده برای تحقیقات آینده CE در صنعت ساخت‌وساز است.
