21943

21943

ارائه چهارچوبي مبتني بر مدل‌سازي اطلاعات ساختمان به منظور استفاده مجدد از المان‌هاي سازه‌اي در پروژه‌هاي ساخت

كارشناسي ارشد

مهندسي و مديريت ساخت

1398-1399

1398/12/12

دكتر سيد سجاد ميرولد

دكتر فرزاد جلايي

عمران

روند اقتصادي فعلي صنايع بر پايه‌ رويكرد خطي تهيه-توليد-دفع مي‌باشد كه علي‌رغم رشدي اقتصادي‌ كه تا به امروز به همراه داشته، تأثيرات منفي فراواني را نيز به دنبال داشته است. اين روش موجب كاهش حجم منابع اوليه،‌ نوسان قيمت مواد و انرژي و همچنين آلودگي هوا و محيط زيست شده است. در نقطه مقابل اين رويكرد، اقتصاد چرخه‌اي قرار دارد كه هدف آن كاهش تأثيرات منفي زيست محيطي همزمان با حفظ رشد اقتصادي است. در پژوهش انجام شده، در ابتدا مفهوم اقتصاد خطي و اقتصاد چرخه‌اي بررسي شده و مطالعات انجام شده در زمينه اقتصاد چرخه‌اي در صنعت عمران بررسي شده است. مرحله پايان‌ عمر ساختمان به دليل مقدار قابل ملاحظه ضايعات توليدي پتانسيل بسيار بالايي براي پياده‌سازي چنين مفهومي دارد. دو راهكار عمده براي پايان عمر ساختمان وجود دارد: تخريب ساختمان و واسازي. واسازي ساختمان بر خلاف تخريب كه مقدار قابل توجهي ضايعات بلااستفاده توليد مي‌كند، با جداسازي المان‌ها بدون آسيب جدي، امكان بهره‌برداري دوباره از اين مصالح را فراهم مي‌كند. مصالح حاصل شده در پايان عمر مي‌توانند بازيافت،‌ دفع و يا با اصلاحات جزئي مجدداً استفاده شوند. از ميان اين روش‌ها استفاده مجدد به دليل كم‌ هزينه بودن، مصرف كم‌تر انرژي و مواد اوليه نسبت به دفع و يا بازيافت روش جذاب‌تري مي‌باشد. يكي از اساسي‌ترين عناصر براي اجراي موفق مرحله پايان عمر ساختمان، دسترسي به اطلاعات و اسناد قابل اطمينان از ساختمان مي‌باشد. فن‌آوري‌هايي نظير مدل‌سازي اطلاعات ساختمان چنين امكاني را فراهم مي‌كنند. در اين پژوهش، با بهره‌گيري از بانك داده مدل سه‌بعدي اطلاعات ساختمان و قابليت‌هاي آن براي دسترسي به اين اطلاعات، چهارچوبي براي استفاده مجدد از المان‌هاي سازه‌اي واسازي شده ارائه شده است. در اين چهارچوب با استفاده از ابزار طراحي شده در محيط مدل اطلاعات ساختمان بر پايه الگوريتم ژنتيك، تركيبي بهينه با استفاده از دو نوع مقطع نو و دست‌دوم شد. در پايان نيز با تحليل سازه‌اي، عملكرد مدل پيشنهادي بررسي شد و در صورت نياز تغييرات لازم روي آن صورت گرفت. اين چهارچوب بر روي يك نمونه مدل سازه‌ فولادي آزمايش مورد آزمايش قرار گرفت. نتايج به‌دست آمده نشان داد كه سازه پيشنهادي مي‌تواند بين 10 تا 20٪ ارزان‌تر از حالت اوليه به‌دست آيد. همچنين آناليز حساسيت بر روي مولفه‌هاي در نظر گرفته شده در محاسبات انجام شده مهم‌ترين آن‌ها شناسايي شدند. استفاده از اين ابزار مي‌تواند ديد بهتري به طراحان جهت بررسي امكان استفاده از مصالح دست‌دوم در سازه‌ بدهد تا در صورت امكان هزينه‌هاي ساخت‌ را كاهش دهند.

1399/02/27

A BIM-based Framework to Reuse Structural Elements in Construction Industry

3/2/2021 12:00:00 AM

The linear approach of take-make-dispose is what forms the current economic model of almost all industries. Despite its rapid economic growth, this approach has resulted in numerous negative outcomes. Reduction in raw natural resources, volatility in prices of material and energy, air pollution, and environmental impacts are some of the notable ramifications of the linear economy. Contrary to this concept, the Circular Economy (CE) aims to reduce environmental impacts while maintaining economic growth. In the present study, first, the concepts of linear and circular economy and previous studies regarding these two topics are reviewed. Later, CE’s application in the construction industry is investigated. The End-of-life stage of a building has a great potential in implementing a circular approach because of its significant amount of generated waste. The two main end-of-life strategies are building demolition and building deconstruction. Unlike demolition where a significant amount of debris is produced, through deconstruction materials and components are carefully dismantled from the building. These elements are to be used again for a similar or possibly different purpose. These materials can either be disposed of, recycled or reused with minimal changes. The latter is often regarded as the most suitable choice as it requires significantly less amount of energy, raw recourses and is more cost-effective. One of the key elements for a successful end of life stage is access to information and related documents for the building. Modern tools like Building Information Modeling (BIM) provide such access to these materials. In this study, a framework is proposed for reusing deconstructed structural elements using the database and tools provided by BIM. In this framework, an efficient solution using both new and second-hand elements is suggested using a tool developed inside the BIM software and Genetic Algorithm. Finally, the altered structure is analyzed for its structural performance and possible modifications for failed elements are done if needs be. A hypothetical case of a two-story steel frame building is used to examine the framework’s applicability. The results indicate that the solution provided by the Genetic Algorithm can reduce the cost of the structure by 10% to 20%. Sensitivity analysis is also carried out and the effects of changes in different parameters on the final result are investigated. This framework can aid designers in assessing the potential of using reclaimed components in their design and possibly reduce their costs.