Sustainable design optimization tool for prototypical buildings in hot arid climate using analytical hierarchy process
Other Title(s)
تحقيق أفضل معدلات التصميم المستدام للمنشآت النمطية في المناخ الصحراوي الحار باستخدام التحليل الهرمي
Joint Authors
Mahmud, Adil Muhammad
Nassar, Khaled
Durrah, Midhat
al-Haki, Ayman H.
Nadim, Hisham
Source
Journal of al Azhar University : Engineering Sector
Issue
Vol. 16, Issue 60 (31 Jul. 2021), pp.814-832, 19 p.
Publisher
al-Azhar University Faculty of Engineering
Publication Date
2021-07-31
Country of Publication
Egypt
No. of Pages
19
Main Subjects
Topics
- Temperatures
- Decision making
- Architectural design
- Deserts
- Climate
- Atmospheric humidity
- Civil defense
- Sustainable architecture
Abstract AR
اكتسب قياس معدلات أداء المنشآت باستخدام نمذجة معلومات البناء زخما كبيرا في كل من التصميم المعماري المستدام و محاكاة البناء و بالرغم من ذلك قلما نشر من أبحاث تتناول معدلات مجمعة لقياس أداء المنشآت ولاسيما فيما يتعلق بالتصميمات النمطية في المناطق ذات المناخ الصحراوي الجاف و من هذا المنطلق يقدم هذا البحث أداة مبتكرة لدعم اتخاذ القرار، والوصول لأفضل المعدلات أثناء مرحلة التصميم المبدئي حيث تتماشى تلك الأداة المقترحة مع نظم نمذجة معلومات البناء كما تعتمد تلك الأطروحة على تحليلالحالات الممكنة للمتغيرين: زاوية توجيه المنشأ و نسبة النوافذ إلى الحوائط بهدف التوصل إلى أفضل قيمة للدرجة الكلية للاستدامة و التي تمثل قيمة موحدة لكافة مؤشرات الأداء المختارة من قبل المستخدم.
و بغرض عرض تلك الأطروحة تم الاعتماد على هذه المجموعة من مؤشرات أداء الإضاءة الطبيعية و الراحة الحرارية: (1) المساحة المضاءة طبيعيا (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 إذا القيام بالمحاكاة المعتمدة على نمذجة معلومات البناء لكل من السيناريوهات الممكنة لزاوية توجيه المبنى مع نسبة النوافذ إلى الحوائط و يتم تحويل مخرجات تلك الخطوة وهي القياسات المنفصلة إلى نسب مئوية يتم تحويلها بدروها إلى درجات قياسية استنادا إلى مقياس تم تحديده بواسطة ورشة عمل ضمت مجموعة من الخبراء و هكذا فإنه باستخدام طريقة التحليل الهرمي يتم التوصل إلى الأوزان النسبية لمعدلات الأداء المختارة وذلك بتطبيق مصفوفة المقارنة الثنائية على تلك المعدلات و بناء على ذلك يتم تقدير القيم الخاصة بالدرجة الكلية للاستدامة و التي تعتمد بالأساس على الدرجات القياسية و الأوزان النسبيةلمعدلات الأداء كما يتم التحقق من منظومة التحليل الهرمي رياضيا باستخدام مؤشرات الاتساق و بالإضافة إلى ذلك فبعد إتمام عملية التدقيق لكل سيناريو مقترح - من حيث زاوية التوجيه و نسبة النوافذ إلى الحوائط- في ضوءطبيعة الموقع و أكواد البناء المحلية وغيرها من خصائص المشروع وقد تم تناول ثلاثة مشروعات ذات تصميمات نمطية تشمل مبنى تعليميا و منشأة للدفاع المدني ودارا للعبادة كأمثلة لتطبيق الأداة المقترحة تقع كلها في المنطقة المناخية الصحراوية الحارة بدولةقطر مع عرض النتائج التي تم التوصل إليها وقد تم التحقق من المنظومة الخاصة بدرجة الاستدامة الكلية بواسطة استقصاء موجه إلى نخبة من المعماريين المتخصصين في مجال الاستدامة و نمذجة معلومات البناء وتم التوصل بالأخير إلى أن المنشآت ذات المساحات الكبيرة عكست دقة أكثر في عملية محاكاة مؤشرات الاستدامة و أظهرت قدرا أكبر من التأثر بالتغيير في القيم المدخلة من زاوية توجيه المنشأ أو نسبة النوافذ إلى الحوائط مقارنة بالمنشآت الأصغر مساحة التي لم تتأثر نتائجهابنفس عند تغيير قيم المتغيرات.
Abstract EN
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.
American Psychological Association (APA)
Mahmud, Adil Muhammad& Durrah, Midhat& Nassar, Khaled& al-Haki, Ayman H.& Nadim, Hisham. 2021. Sustainable design optimization tool for prototypical buildings in hot arid climate using analytical hierarchy process. Journal of al Azhar University : Engineering Sector،Vol. 16, no. 60, pp.814-832.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1254668
Modern Language Association (MLA)
Mahmud, Adil Muhammad…[et al.]. Sustainable design optimization tool for prototypical buildings in hot arid climate using analytical hierarchy process. Journal of al Azhar University : Engineering Sector Vol. 16, no. 60 (Jul. 2021), pp.814-832.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1254668
American Medical Association (AMA)
Mahmud, Adil Muhammad& Durrah, Midhat& Nassar, Khaled& al-Haki, Ayman H.& Nadim, Hisham. Sustainable design optimization tool for prototypical buildings in hot arid climate using analytical hierarchy process. Journal of al Azhar University : Engineering Sector. 2021. Vol. 16, no. 60, pp.814-832.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1254668
Data Type
Journal Articles
Language
English
Notes
-
Record ID
BIM-1254668
