نکات برجسته
- •روش کیفی بررسی ادبیات و نظرسنجی ذینفعان را ترکیب می کند.
- •انرژی، نور روز، آسایش حرارتی و عملکرد چرخه زندگی اهداف مهمی هستند.
- •اختلاف ADV های تأثیرگذار از ادبیات و ذینفعان مشاهده شد.
- •ادبیات نشان می‌دهد که ADVهای تأثیرگذار شامل WWR، پلان ساختمان و مصالح دیوار است.
- •ذینفعان WWR، سایه‌اندازی، طبقه، سقف و مصالح دیوار را تأثیرگذار می‌دانند.
چکیده
متغیرهای طراحی معماری (ADVs) به شدت بر عملکرد پایداری ساختمان تأثیر می‌گذارند. بنابراین، تشخیص اینکه کدام ADV ها در مراحل اولیه ساختمان بیشترین تأثیر را دارند، به ویژه در هنگام استفاده از ابزارهای بهینه سازی طراحی ساختمان محاسباتی، اهمیت زیادی دارد. در حال حاضر، تجزیه و تحلیل حساسیت بر اساس شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای، متداول‌ترین ابزاری است که برای شناسایی اینکه کدام ADV در مراحل اولیه بیشترین تأثیر را دارند، است. با این حال، ما پیشنهاد می‌کنیم که دیدگاه ذینفعان نیز باید در نظر گرفته شود زیرا ذینفعان دارای دانش و تخصص دامنه خاص و همچنین درک زمینه‌ای هستند که می‌تواند توسعه و استقرار ابزارهای بهینه‌سازی طراحی ساختمان را تا حد زیادی افزایش دهد. برای بررسی موارد فوق، ما یک مرور ادبیات را با داده های نظرسنجی از 24 معمار و مشاور پایداری در شمال اروپا ترکیب کردیم. با کمال تعجب، ما دریافتیم که ADV های تأثیرگذار در ادبیات همیشه با سهامداران مورد بررسی ما مطابقت ندارند. به عنوان مثال، ما دریافتیم که ادبیات پلان ساختمان، نسبت پنجره به دیوار (WWR) و مصالح دیوار را به عنوان تأثیرگذارترین ADVs در نظر می گیرد که با تعداد طبقه، ارتفاع طبقه، WWR، مصالح سقف و مصالح دیوار در تضاد است . ذینفعان تاثیرگذارترین باشند. ما همچنین دریافتیم که تأثیرگذارترین ADVها در اهداف مختلف بهینه‌سازی پایداری متفاوت هستند و اینها نیز با ادبیات موجود متفاوت هستند. علیرغم نمونه نظرسنجی محدود ما، مطالعه ما بینش هایی را در مورد ADV های تأثیرگذار ارائه می دهد و به همین ترتیب پیامدهایی برای توسعه، استفاده و عملکرد ابزارهای بهینه سازی طراحی ساختمان محاسباتی دارد.
کلمات کلیدی
متغیرهای طراحی معماری
بهینه سازی در مراحل اولیه
پایداری
ذینفعان
1 . مقدمه
از آنجایی که ساختمان ها به دلیل تاثیرات زیست محیطی بالا و اهمیت قابل توجهی که برای رفاه انسان و اقتصاد دارند، نقش مهمی در گذار پایدار جهانی ایفا می کنند [ [1] ، [2] ، [3] ، [4] ، [5] ] ، پزشکان و محققان به طور یکسان به دنبال ابزاری برای بهبود پایداری ساختمان ها هستند. یکی از ابزارهای دستیابی به این هدف از طریق بهینه سازی ساختمان برای پایداری در طول فرآیند طراحی ساختمان است. طبق گفته موسسه سلطنتی معماران بریتانیا [ 6 ]، فرآیند طراحی ساختمان شامل هشت مرحله است، از مرحله 0 – «تعریف استراتژیک» تا مرحله 7 – «کاربری ساختمان». بسیاری از مطالعات اشاره کرده اند که مراحل اولیه، یعنی مرحله 1 – “آماده سازی و توضیح” و مرحله 2 – “طراحی مفهوم” [ 1 ] مهم ترین مراحل برای بهینه سازی هستند، زیرا تصمیمات اتخاذ شده در این مراحل به طور قابل توجهی بر مراحل طراحی متوالی تأثیر می گذارد و تا حد زیادی بر عملکرد پایداری ساختمان در سراسر استفاده از آن در سطوح مختلف تأثیر می گذارد [ 7 ، 8 ]. به عنوان مثال، یک مطالعه نشان داد که 70 درصد از تصمیمات مربوط به پایداری ساختمان در مراحل اولیه [ 9 ] اتخاذ می شود که این تصمیمات منجر به 80 درصد از اثرات زیست محیطی ساختمان می شود [ 10 ]. علاوه بر این، در حالی که تنها 15٪ از هزینه های چرخه عمر ساختمان در مراحل اولیه متحمل می شود، تصمیمات اتخاذ شده در طول این مراحل تا حد زیادی بر 85٪ باقی مانده از هزینه های چرخه عمر ساختمان تأثیر می گذارد [ 11 ].
در مراحل اولیه، اولین گام در بهینه سازی طراحی ساختمان برای پایداری مستلزم تعریف واضح هدف پایداری است [ 8 ]. پایداری شامل بسیاری از جنبه های اجتماعی، زیست محیطی و اقتصادی است [ 12 ]، و در سال های اخیر، اهداف پایداری در صنعت معماری، مهندسی و ساخت و ساز (AEC) معمولاً شامل اهداف مختلفی مانند کاهش انرژی، افزایش نور روز، یا بهبود آسایش حرارتی است. علاوه بر این، این هدف ممکن است به زمینه آب و هوا و سیاست‌های محلی نیز بستگی داشته باشد، به عنوان مثال، افزایش عملکرد نور روز می‌تواند در سوئد مهم‌تر از نامیبیا باشد.
تصمیمات مربوط به متغیرهای طراحی معماری ساختمان (ADVs) باید در این مراحل اولیه برای دستیابی به اهداف تعریف شده پایداری اتخاذ شود. ADV ها عناصر طراحی فیزیکی هستند که ویژگی های فیزیکی ساختمان مانند شکل ساختمان، جهت گیری و مصالح را توصیف می کنند. دسته‌های متداول ADV شامل ترکیب پوشش مات ساختمان، مانند ضخامت دیوار و مواد است. ترکیب پوشش شفاف ساختمان مانند g-value و u-value پنجره ها، شکل و فرم. نوع سیستم های مکانیکی ; و عملکرد سیستم های مکانیکی [ 13 ]. تصمیمات ADV اتخاذ شده برای پایداری ساختمان حیاتی است. برای مثال، انتخاب متریال دیوار مناسب می‌تواند منجر به کاهش هزینه انرژی حدود 17% شود [ 14 ] در حالی که تنظیم سناریوهای پنجره می‌تواند روشنایی مفید نور روز را تقریباً 20% بهبود بخشد [ 15 ].
برای تسهیل بهینه‌سازی پایداری در مراحل اولیه، محققان و متخصصان در حال توسعه ابزارهای بهینه‌سازی محاسباتی مختلف برای تسهیل انتخاب‌های طراحی و توسعه راه‌حل‌های بهینه برای یک هدف خاص هستند [ 16 ]، مانند مصرف انرژی عملیاتی [ 17 ]، نور روز بهینه [ 18 ]، کاهش می‌یابد. انتشار گازهای گلخانه ای چرخه زندگی (GHG) [ 7 ]. امروزه رویکردهای متعددی برای توسعه این ابزارها وجود دارد. به عنوان مثال، برخی از محققان ابزارهایی را بر اساس موتورهای شبیه سازی مانند Energy Plus [ 19 ]، IES [ 20 ] و Daysim [ 21 ] توسعه داده اند. با استفاده از این ابزارها، معماران و مشاوران می توانند با اجرای شبیه سازی هایی که ترکیبی از ADV های مختلف را برای یک هدف پایداری خاص تغییر می دهند، به جایگزین های طراحی بهینه دست یابند. با این حال، این ابزارهای بهینه سازی عموماً بسیار وقت گیر هستند (Costa-carrapiço، Raslan و Neila 2020). علاوه بر این، زمانی که کاربران می‌خواهند تعداد زیادی ADV را وارد کنند، معمولاً برای کاربرد در مراحل اولیه ناکارآمد و ناکارآمد هستند.
اخیراً، محققان و پزشکان به هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشین (ML) به عنوان ابزاری برای بهبود سرعت و کارایی این ابزارهای بهینه‌سازی روی آورده‌اند [ 22 ، [23] ، [24] ، [25] ، [26] ، [27] ، [28] ]. AI و ML مجموعه ای از روش هایی هستند که برای برازش مدل های ریاضی از داده های تاریخی و پیش بینی های سریع و دقیق استفاده می شوند [ 29 ]. با این حال، در حالی که امیدوارکننده است، استفاده از این ابزارهای AI/ML فعال در مراحل اولیه دشوار است. از یک طرف، آنها معمولاً به اطلاعات ساختمانی دقیق نیاز دارند که فقط در مراحل بعدی فرآیند طراحی ساختمان قابل بازیابی است [ 30 ]. از سوی دیگر، هر چه ADV های بیشتری در ابزار مبتنی بر ML وارد شوند، استفاده از آن پیچیده تر و وقت گیرتر می شود.
گنجاندن تمام ADV ها در یک مدل بهینه سازی نه تنها تعداد راه حل های بالقوه را به طور تصاعدی افزایش می دهد، بلکه هزینه های محاسباتی را نیز افزایش می دهد [ 31 ]. به نظر می رسد که این یک مسئله رایج برای همه ابزارهای بهینه سازی در مراحل اولیه فعلی باشد [ 32 ]. بنابراین، یکی از راه‌های اطمینان از استفاده کارآمد و مؤثر از ابزارهای بهینه‌سازی طراحی ساختمان، شناسایی این است که کدام ADV بیشترین تأثیر را بر هدف پایداری انتخابی دارد تا بتوان آنها را به عنوان ورودی انتخاب کرد.
چندین راه برای شناسایی ADV های تاثیرگذار در بهینه سازی مراحل اولیه توسعه یافته است. برخی از مطالعات مروری بر ادبیات انجام داده اند [ 33 ]، در حالی که برخی از تحلیل حساسیت مبتنی بر مورد [ 34] ، [35] ، [36 ] استفاده کرده اند. دیگران همچنین سعی کرده اند از روش انتخاب ویژگی مبتنی بر ML استفاده کنند [ 37 ]، که در آن انتخاب ویژگی فرآیند انتخاب ADV هایی است که به طور قابل توجهی بر هدف بیش از سایر ADV ها تأثیر می گذارد. اگرچه روش‌های فوق معتبر هستند، این مطالعات در درجه اول موارد فردی را فقط در زمینه‌های خاص خود بررسی می‌کنند، در نتیجه تعمیم آنها را به زمینه‌های دیگر محدود می‌کنند.
علاوه بر این، این مطالعات فقط یک دیدگاه محاسباتی دارند و رویکرد جامع تری ندارند زیرا نظرات سهامداران هنوز مورد بررسی قرار نگرفته است. این به دو دلیل تعجب آور است. اولاً، محققان توافق می‌کنند که توسعه ساختمان‌های با کارایی بالا تنها زمانی موفقیت‌آمیز است که ذینفعان پروژه درگیر شوند [ 38 ]، به ویژه در مراحل اولیه طراحی [ 39 ]. ذینفعان در زمینه های مربوطه خبره هستند و نه تنها دانش و تخصص مربوط به حوزه را دارند، بلکه درک زمینه ای دارند که می تواند توسعه و اثربخشی ابزارهای بهینه سازی را تا حد زیادی افزایش دهد [ 40 ]. مشارکت آنها می تواند ابزارهای بهینه سازی را با ارائه تجربه عملی واقعی بهبود بخشد. دوم، برخی از ذینفعان نیز کاربران نهایی ابزارهای بهینه سازی هستند و تحقیقات گسترده در زمینه هایی مانند طراحی کاربر و توسعه کاربر محور [ 41] ، [42] ، [43 ] به وضوح اهمیت یکپارچه سازی کاربران را نشان می دهد. فرآیند توسعه برای یک محصول یا خدمات موثر. علاوه بر این، تحقیقات قبلی همچنین نشان می‌دهد که کاربران باید در مراحل اولیه برای بهبود عملکرد نهایی ساختمان درگیر شوند [ 44 ].
ذینفعانی که معمولاً در طراحی ساختمان در مراحل اولیه دخیل هستند معماران و مشاوران هستند. معماران هنگام ایجاد پلان ها، نقشه ها و نماهای ساختمان، هر دو جنبه زیبایی شناختی و عملکردی ساختمان را در نظر می گیرند و اغلب مسئول تصمیم گیری نهایی در مورد طراحی ساختمان هستند. مشاوران، به ویژه مشاوران پایداری، عموماً مستقیماً یک ساختمان را طراحی نمی کنند، بلکه بینش پایداری را در پروژه های ساختمانی ارائه می دهند. به عنوان مثال، نقش آنها می تواند شامل ارزیابی اثرات زیست محیطی جایگزین های مختلف طراحی ساختمان و توسعه استراتژی هایی برای بهبود پایداری ساختمان باشد. نکته قابل توجه این است که مشاوران معمولاً بیشتر از معماران با فرآیند بهینه سازی آشنا هستند.
در حالی که نگرش ها و ترجیحات معماران و مشاوران در مورد ADV ها باید در هنگام توسعه ابزارهای بهینه سازی در مراحل اولیه در نظر گرفته شود، تا به امروز اطلاعات محدودی در مورد اینکه این ذینفعان فکر می کنند کدام ADV برای اهداف مختلف بهینه سازی بیشترین تأثیر را دارند، وجود دارد. این عدم درک می تواند منجر به مغایرت بین نظرات ذینفعان و نتایج ابزارهای بهینه سازی شود. به عنوان مثال، این ذینفعان ممکن است نخواهند از ابزارهای بهینه سازی استفاده کنند، اگر نتوانند ADV هایی را که فکر می کنند برای بهینه سازی مهم هستند، بیابند. در نتیجه، ابزارهای بهینه سازی ممکن است فاقد دقت و زمینه باشند، و ذینفعان ممکن است این ابزارها را به کار نگیرند، یا ممکن است به طور بهینه از آنها استفاده نکنند. بنابراین، این ابزارها ممکن است به طور گسترده در صنعت AEC مورد استفاده قرار نگیرند و فرصت بهره‌برداری از مزایای ابزارهای بهینه‌سازی برای طراحی ساختمان‌های پایدار ممکن است به طور کامل به دست نیاید. به این ترتیب، ما استدلال می کنیم که سهامداران نیز باید مورد بررسی قرار گیرند و نظرات آنها در انتخاب ADV ها برای ابزارهای بهینه سازی گنجانده شود.
در پاسخ به موارد فوق، هدف این مقاله شناسایی تاثیرگذارترین ADV ها برای بهینه سازی پایداری طراحی ساختمان در مراحل اولیه است. از آنجایی که ممکن است بسته به زمینه، اهداف مختلفی در بهینه سازی در مراحل اولیه وجود داشته باشد، ADV هایی که تأثیرگذار در نظر گرفته می شوند نیز می توانند بسته به هدف خاص متفاوت باشند. با ترکیب نظرات ذینفعان، می توان به یک رویکرد جامع تر برای توسعه و پیاده سازی ابزار دست یافت که به رفع محدودیت های فعلی مرتبط با ابزارهای بهینه سازی کمک می کند. برای دستیابی به هدف خود، سه سؤال تحقیقی را ایجاد کردیم.
- (1)
با توجه به ادبیات، کدام ADVهای اولیه برای اهداف مختلف پایداری تأثیرگذارتر هستند ؟
- (2)
کدام ADVهای اولیه برای اهداف مختلف پایداری از دیدگاه ذینفعان بیشترین تأثیر را دارند ؟
- (3)
چه اختلافاتی بین تأثیرگذارترین ADVها در ادبیات و از دیدگاه ذینفعان وجود دارد؟
Leave A Comment