الإستدامة بإستخدام تقنيات نمذجة معلومات البناء bim تقييم برمجيات تحليل أداء المباني

‫‪BIM-based Sustainability Analysis: An Evaluation of Building‬‬ ‫‪Performance Analysis Software‬‬ ‫اإلستدامة بإستخدام تقنيات نمذجة معلومات البناء ‪ :BIM‬تقييم برمجيات تحليل أداء المباني‬ ‫المقالة التالية ترجمة لمختصر ورقة علمية بعنوان‪ :‬اإلستدامة بإستخدام تقنيات نمذجة معلومات البناء ‪ :‬تقييم برمجيات تحليل أداء‬ ‫المباني للباحثين‪:‬‬ ‫‪Rizwan Farooqui‬‬ ‫‪Florida International University‬‬ ‫‪Miami, Florida‬‬

‫‪Salman Azhar and Justin‬‬ ‫‪Brown‬‬ ‫‪Auburn University‬‬ ‫‪Auburn, Alabama‬‬

‫المقدمة وأهداف البحث‪:‬‬ ‫مع إرتفاع تكلفة الطاقة واإلتهتمام المتاادد بالبيئة ‪ ،‬فإن الطلب على بناء منشآت مستدامة مع الحد األدنى من التأثير البيئي‬ ‫دتاادد‪.‬وإلن القرارات األكثر فعالية بشأن االستدامة في مجال البناء دتم إتخاذتها في مراحل مبكرة للتصميم ومراحل ماقبل اإلنشاء‪.‬‬ ‫ودعرض لنا الباحثان في تهذه الورقة العلمية كيف أن نمذجة معلومات البناء )‪ (BIM‬دمكن أن تساعد في إجراء تحليل أداء مبنى‬ ‫لضمان التصميم األمثل البناء المستدام‪ .‬وفي تهذا البحث اإلستطالعي سيتم تقييم ثالثة برامج تستخدم في تحليل أداء المباني ؛ تهذه‬ ‫البرامج تهي ‪:‬‬ ‫‪Ecotect™ .1‬‬ ‫‪Green Building Studio™ (GBS) .2‬‬ ‫‪Virtual Environment™ .3‬‬

‫سيتم تقييم تهذه البرامج للتحقق من مدى مالءمتها كتطبيقات ‪ BIM‬لتحليل أداء المباني المستدامة بإستخدام أحد تقنيات تسجيل‬ ‫الوزن الرقمي التحليلي‪ .‬في النهادة‪ ،‬دقدم الباحثان إطار مفاتهيمي لتوضيح كيف دمكن لشركات البناء إستخدام الـ ‪ BIM‬لتحليل‬ ‫اإلستدامة وإستخداماته مع نظم قياس الـ ®‪ LEED‬في المباني ومرافقها‪.‬‬ ‫ومن الجددر بالذكر أن الباحثان قد أوضحا نطاق البحث دقتصر على مشاردع المباني التجاردة والرعادة الصحية‪.‬‬ ‫طريقة البحث )‪(Methodology‬‬ ‫تم تجميع البيانات المطلوبة للبحث من خالل عمل مراجعة لألبحاث العلمية السابقة باإلضافة إلى إستعراض دليل اإلستخدام‬ ‫للبرامج الثالثة وعمل لقاءات دوردة مع المتخصصين في تهذا المجال؛ وقد كانت شركة ‪Holder Construction Company‬‬ ‫(‪ )HCC‬ومقرتها أتالنتا تهي الداعم الرئيسي في تهذا البحث؛ وتهي شركة مقاوالت عامة متوسط عائداتها السنودة دساوي تقردباً‬ ‫مليار دوالر أمردكي وتهي إحدى الشركات الرائدة في أسواق جنوب شرق أمردكا في إستخدام تكنولوجيا الـ ‪ BIM‬وحائاة على‬ ‫جائاة ‪.the AGC National BIM award in 2007‬‬ ‫تحليل اإلستدامة بإستخدام تقنيات الـ ‪BIM‬‬ ‫كما تهو الحال مع النماذج والرسوم الماددة التقليددة‪ ،‬وتقييم األداء بناء على أساس الرسوم البيانية أو عناصرالـ ‪ CAD‬؛ وحيث‬ ‫أن الحلول التقليددة تتطلب قدراً كبيراً من التدخل البشري والكثير من التفسير‪ ،‬مما دجعل عمليات التحليل مكلفة للغادة و ‪ /‬أو‬

‫تستغرق وقتا طودال )‪ .(Autodesk, 2005‬وأشار إستطالع أجراه ‪the Center for Integrated Facility Engineering‬‬ ‫)‪ (CIFE‬في جامعة ستانفورد أن األسباب االقتصاددة تهي من بين األسباب الرئيسية لعدم تنفيذ إجراءات التصميم والبناء المستدامة‬ ‫من قبل غالبية المشاركين في االستطالع )‪ .(CIFE, 2004‬وحيث أن منهجية نمذجة معلومات البناء ‪ BIM‬تقوم على تمثيل‬ ‫المبنى كقاعدة بيانات متكاملة منسقة ؛ وتهذا دعني التصور الواضح لشكل المبنى وتوفير الكثير من البيانات الالزمة لدعم التصميم‬ ‫المستدام بشكل طبيعي في مراحل المشروع المختلفة‪ .‬باإلضافة إلى ذلك فإن دمج نمذجة معلومات البناء ‪ BIM‬مع أدوات تحليل‬ ‫األداء دسهل بشكل كبير من التحيليالت المعقدة ‪ .‬تهذا النهج دعطي المهندسين المعماردين سهولة الوصول إلى األدوات التي توفر‬ ‫إستجابة فوردة على بدائل التصميم في وقت مبكر من عملية التصميم‪ .‬وقد أشار )‪ Krygiel and Nies (2008‬إلى أن الـ ‪BIM‬‬ ‫دمكن أن دساتهم في الجوانب التالية من التصميم المستدام‪:‬‬ ‫‪‬‬

‫توجيه المبنى ( التوجيه األمثل الذي دؤدي إلى إستهالك الحد األدنى من الطاقة)‬

‫‪‬‬

‫كتلة المبنى ( تحليل شكل المبنى وإقتراح الواجهات المثلى له)‬

‫‪‬‬

‫اإلضاءة الطبيعية‬

‫‪‬‬

‫تجميع المياه (للحد من إحتياجات المبنى لمصادر المياه)‬

‫‪‬‬

‫تصميم نماذج إستهالك الطاقة (للحد من إستهالك الطاقة وتحليل إمكانية إستخدام مصادر الطاقة االمتجددة)‬

‫‪‬‬

‫إستخدام المواد المستدامة وإستخدام المواد المعاد تدودرتها (للحد من إستنفاذ المصادر الطبيعية للمواد)‬

‫في المشاردع التي تسعى للحصول على شهادة ®‪ LEED‬تجد أن معظم النقاط تتطلب تسليم الرسومات التي تدعم الحصول على‬ ‫تهذه النقاط ؛ وعلى الرغم من أن معظم تهذه الرسوم دمكن إعدادتها باستخدام برامج ‪ CAD‬التقليددة‪ ،‬إال أن برمجيات ‪ BIM‬تنتج‬ ‫تهذه الرسوم بشكل أكثر كفاءة كجاء من نموذج معلومات المبنى ؛ ولها مياة إضافية تتمثل في التحول التكنولوجي في الملفات‬ ‫البارامتردة ‪ ،‬الذي دنسق التغييرات ودحافظ على اإلتساق في جميع األوقات‪ .‬وبهذا ال دحتاج المستخد تحددث الرسومات وال‬ ‫الروابط ددوداً ؛ وأدضا ً تهذه النماذج تحمل ثروة من المعلومات عن جوانب أخرى كثيرة من التصميم المستدام و ‪ /‬أو شهادة‬ ‫®‪ .LEED‬على سبيل المثال ؛ الجداول الامنية لمكونات المبنى دمكن الحصول عليها مباشرة من النموذج لتحددد النسب المئودة‬ ‫إلعادة إستخدام المواد وإعادة التدودر‪ ،‬والقيمة النهائية لها‪ .‬وباإلضافة إلى ذلك‪ ،‬دمكن للتقنيات النمذجة المتقدمة إقناع العمالء‬ ‫المتشككين بأن التصميم األخضر دؤدي بشكل جيد وتبدو جيدة‪ .‬أكثر من عشردن نقطة في أنظمة تقييم ®‪ LEED‬دمكن الحصول‬ ‫عليها ودعمها بإستخدام منهجية نمذجة معلومات البناء ‪.BIM‬‬ ‫تطبيق المقارنة على حالة عملية‬ ‫تم إختيار مشروع ‪ Emory University’s Psychology Building‬الحاصل على شهادة ‪ LEED® Silver‬؛ وبناءاً على‬ ‫طلب الشركة الداعمة للدراسة ()‪ )Holder Construction Company (HCC‬تم إختيار البرامج المذكورة أعاله وتحليلها‬ ‫من قبل قسم نمذجة معلومات البناء ‪ BIM‬لدى الشركة‪ .‬وقد استخدم ‪ BIM‬في وقت مبكر لمرحلة التصميم لتحددد أفضل توجيه‬ ‫للمبنى وتقييم مختلف خيارات التصميم للواجهات ( مصمتة ؛ واجهات زجاجية ؛ إستخدام أنواع مختفة من النوافذ) مع تحليل‬ ‫اإلضاءة الطبيعية وعمل التقاردر الالزمة للحصول على نقاط اإلضاءة الطبيعية وفقا ً لمتطلبات ®‪ .LEED‬أنظر )‪(Figure 1‬‬

Figure 1: Use of BIM for Options Analysis and Sun Studies in the Emory Psychology Building (Courtesy of: Holder Construction Company, Atlanta, GA)

‫ والتكامل بين برامج تحليل أداء المبنى‬BIM ‫( الذي دوضح عملية نمذجة المعلومات‬Figure 2) ‫وبالرجوع إلى الشكل التالي‬ .‫ المربعات على الجانب األدمن تشير إلى مياات البرنامج لتقييمها في تهذا التحليل‬.‫التي تحدد مختلف خطوات نقل البيانات‬

Figure 2: Integration of BIM and Building Performance Analysis Software (Courtesy of: Holder Construction Company, Atlanta, GA)

‫وفيما يلي نستعرض بإختصار طبيعة عمل البرامج موضوع التتقييم من حيث اإليجابيات والسلبيات‪:‬‬

‫™‪Ecotect‬‬ ‫™‪ Ecotect‬من إصدارات شركة ‪ Autodesk, Inc.,‬وتهو "للعمل على التصميم الكامل للمبنى وأداة تحليل بيئية ؛ تغطي‬ ‫مجموعة كاملة من وظائف المحاكاة والتحليل الالزمة لفهم كيفية أداء التصميم والتشغيل للمبنى بشكل دقيق" )‪(Autodesk, 2008‬‬

‫الخواص األساسية للبرنامج تعمل على تحليل الطاقة والتحليل الحراري واإلضاءة ‪ /‬تحليل الظالل‪ .‬من سمات تحليل الطاقة‬ ‫والتحليل الحراري أنها تأخذ في االعتبار عوامل مثل إدارة الموارد‪ ،‬واألحمال التدفئة والتبردد والتهودة وتدفق الهواء‪ .‬أدوات‬ ‫تحليل اإلضاءة ‪ /‬الظالل تتيح فرصة لتحليل الطاقة الشمسية‪ ،‬و تحليل ‪ right-to-light‬وتقييم اإلضاء الطبيعية‪ ،‬وتصميم الظالل‪،‬‬ ‫وتصميم اإلضاءة كما دسمح بتحليل بعض عناصر التصميم األخرى مثل التحليل الصوتي‪ .‬أنظر )‪.(Figure 3‬‬

‫)‪Figure 3: Ecotect™ “Pros” and “Cons” (Courtesy: HCC, Atlanta, GA‬‬

‫)‪Green Building Studio™ (GBS‬‬ ‫‪ ™Green Building Studio‬أدضا ً من إصدارات شركة ‪ Autodesk, Inc.,‬وتهي خدمة تحليل الطاقة على شبكة اإلنترنت‬ ‫التي تسمح للمستخدمين لتقييم األثر البيئي لمكونات المبنى في وقت مبكر من مرحلة التصميم‪ .‬الخواص األساسية للبرنامج تعمل‬ ‫على تحليل الطاقة والتحليل الحراري‪ ،‬و تحليل اإلضاءة والظالل ‪ ،‬و تحليل القيمة ‪ /‬التكلفة‪ .‬أداة الطاقة ‪ /‬التحليل الحراري تعمل‬ ‫على تقييم استخدام الطاقة وتخفيض انبعاثات الكربون‪ ،‬والتهودة وتدفق الهواء‪ .‬وأدوات تحليل اإلضاءة ‪/‬الظالل تعمل على تقييم‬ ‫اإلضاءة الطبيعية وتشمل سمات ‪ .LEED® Daylight Credit 8.1‬وأدوات القيمة‪/‬التكلفة تعمل على تحددد وتقييم دورة حياة‬ ‫المبنى (‪ Life Cycle Assessment)LCA‬وتكاليف دورة حياة المبنى (‪ Life Cycle Cost)LCC‬أنظر(‪.)Figure 4‬‬

‫)‪Figure 4: Green Building Studio™ “Pros” and “Cons” (Courtesy: HCC, Atlanta, GA‬‬

‫™‪Virtual Environment‬‬ ‫برنامج الحلول البيئية المتكاملة ™‪Virtual Environment‬تهو مجموعة من أدوات التحليل المتكامل ألداء المباني‪ .‬توفر تهذه‬ ‫األدوات تحليل الطاقة الشمسية‪ ،‬واإلضاءة‪ ،‬والطاقة‪ ،‬والتكاليف‪ ،‬والمخارج‪ ،‬وغيرتها الكثير‪ .‬وتشمل أداة الطاقة ‪ /‬التحليل الحراري‬ ‫استخدام الطاقة وتخفيض انبعاثات الكربون‪ ،‬والتحليل الحراري‪ ،‬وتقييم أحمال التدفئة ‪ /‬التبردد ‪ ،‬وتقييم التهودة ‪ /‬تدفق الهواء‪.‬‬ ‫وتشمل وأداة اإلضاءة ‪ /‬الظالل تحليل الطاقة الشمسية‪ ،‬و تقييم اإلضاءة الطبيعية وتشمل سمات ‪LEED® Daylight Credit‬‬ ‫‪ .8.1‬وأدوات القيمة‪/‬التكلفة تعمل على تحددد وتقييم دورة حياة المبنى (‪ Life Cycle Assessment)LCA‬وتكاليف دورة‬ ‫حياة المبنى (‪ Life Cycle Cost )LCC‬أنظر(‪.)Figure 5‬‬

‫)‪Figure 5: IES Virtual Environment™ “Pros” and “Cons” (Courtesy: HCC, Atlanta, GA‬‬

‫تقييم برامج تحليل أداء المباني‬ ‫لتقييم أداء تهذه البرامج ألنواع مختلفة من تحليل اإلستدامة واختيار أفضل البرامج‪ ،‬تم إجراء تحليل التالي ؛ وأعدت قائمة االختيار‬ ‫من العددد من مياات االستدامة (فيما دتعلق بتصنيف ®‪ .)LEED‬وتم إعطاء كل عنصر من عناصر التقييم وزن رقمي والذي‬ ‫دمثل أتهميته بالنسبة للعناصر األخرى‪ .‬تهذه األوزان النسبية تم تحدددتها بناءاً على قرار خبراء في (®‪ )BIM & LEED‬من‬ ‫شركة (‪ Holder Construction Company )HCC‬من خالل خبرتهم‪ .‬بعد ذلك‪ ،‬قام نفس الفردق بتقييم تهذه المياات في كل‬ ‫البرامج وأعطى كل مياة درجة بين ‪ 1‬إلى ‪11‬؛ ثم تم حساب الدرجة الكلية الموزونة على النحو التالي‪:‬‬ ‫مجموع النقاط المرجحة = (ترتيب النتيجة لكل مياة (×) عامل الوزن من تهذه المياة) ‪Σ‬‬ ‫)‪Total Weighted Score = Σ (Ranking score for each feature) x (Weight factor of that feature‬‬ ‫وكما تهو مبين في الجدول رقم ‪ ،1‬وحصل برنامج ™‪ IES Virtual Environment‬على الدرجة األعلى‪ ،‬وبالتالي دمكن‬ ‫إعتباره أفضل برنامج ‪ BIM‬لتحليل اإلستدامة‪.‬‬ ‫)‪Table 1: Building Performance Analysis Software Evaluation Matrix (Source: HCC, Atlanta‬‬

‫اإلطار المفاهيمي لتحليل استدامة القائم الـ ‪BIM‬‬ ‫(الشكل رقم ‪ )6‬دوضح اإلطار المفاتهيمي لتحليل اإلستدامة بإستخدام الـ ‪ BIM‬خالل دورة حياة المشروع أو (مراحل المشروع)‬ ‫؛ حيث دشير الجاء األدسر إلى مراحل المشروع حسب أو (أقسام المشروع في الشركة) ؛ والجاء األوسط دوضح العددد من‬ ‫عناصر تحليل اإلستدامة في حين دشير الجاء األدمن إلى تفاعل أصحاب المصلحة (‪ )Stakeholders‬الخارجيين )مثل العمالء‬ ‫أو الشركاء في المشروع ( مع عناصر تحليل اإلستدامة‪ .‬تهذا اإلطار دمكن إستخدامه من قبل الشركات التي ترغب في تحليل‬ ‫اإلستدامة بإستخدام الـ ‪ .BIM‬مع مراعاة أن تهذا اإلطار مازال في مرحلة الدراسة األولية حيث أنه الزال محل البحث ؛ ودأمل‬ ‫الباحثان أن دتم تطودره وتنقيحه مستقبالً‪.‬‬

‫‪Figure 6: A Conceptual Framework for BIM-based Sustainability Analysis‬‬

‫إستنتاجات البحث‬ ‫إستنتج الباحثان أن تهذه الدراسة أوضحت أن إستخدام تطبيقات الـ ‪ BIM‬دمكن أن دسهل كثيراً من العمليات المعقدة في التصميم‬ ‫المستدام مثل تحليل اإلضاءة الطبيعية وحركة الشمس حول وداخل المبنى وأتممة األعمال التي تتطلب مجهوداً ووزقتاً مثل إختيار‬ ‫المواد وتقددر التكاليف والجدولة الامنية لمراحل اإلنشاء من خالل اإلستفادة من توفر تنسيق كل معلومات المشروع في نموذج‬ ‫واحد متكامل‪ .‬وباإلستناد إلى تقييم ثالثة برامج تحليل أداء المباني فقد إستنتج البحث أن برنامج ’‪Environmental Solutions‬‬ ‫™‪ Virtual Environment‬دبدو أكثر تنوعا ً وقوة من حيث القدرة على التحليل ؛ وعلى الرغم من أن برنامج ™‪Ecotect‬‬ ‫دعتبر أقوى من ™‪ Green Building Studio‬في عدة عوامل مثل تحليل األداء الحراري والطاقة الشمسية واإلضاءة الطبيعية‬ ‫إال أنه دبدو األقل تنوعا ً من في الترتيب؛ ودرجع ذلك لعدم توافقه مع تحيليل القيمة‪ /‬التكاليف ومتطلبات ®‪ LEED‬وتهما العامالن‬ ‫األكثر إستهدافاً في تهذه الدراسة‪ .‬حصل ™‪ Green Building Studio‬على الدرجة األقل في المجموع الكلي للدرجات ولكنه‬ ‫أكثر تنوعا ً من ™‪ Ecotect‬فيما عدا في قدرته على تحليل األداء الصوتي‪ .‬مخرجات البرامج الثالثة ( ‪Environmental‬‬ ‫™‪ )Solutions’ Virtual Environment™, Ecotect™ and Green Building Studio‬لم دتعرض البحث لمدى‬ ‫توافقها مع برنامج ™‪ DOE Energy Plus‬؛ ومع ذلك فإن واحد من تهذه البرامج وتهو ™‪ Green Building Studio‬متوافق‬ ‫مع دستند إلى محرك وزارة الطاقة ‪ .DOE-2‬وقد ساعد اإلختبار الشامل لألخطاء لبرنامج ™‪ Green Building Studio‬في‬ ‫تقليل عدد األخطاء أثناء إنشاءه لملفات ‪ gbXML‬الصالحة لإلستعمال ؛ وعليه فإن الباحثان واثقان من أن النتائج في حدود‬ ‫المسموح‪ .‬في الوقت نفسه ؛ وبالرغم من أن الـ (™‪)Environmental Solutions’ Virtual Environment™, Ecotect‬‬ ‫ال دستندان في عملهما على محرك وزارة الطاقة ‪ DOE-2‬إال أنهما دسمحان للمستخدم بتحددد المواد والفراغات واألنظمة‬ ‫المستخدمة وخالفه لدراسة أكثر تفصيالً من خالل العمل على البرنامجين‪ .‬اقتصرت تهذه الدراسة على شركة واحدة فقط في نطاق‬ ‫البحث ومشاركة الخبراء ؛ وبالتالي فإنها ربما تكون قد أغفلت عدة عوامل‬

‫ترجمة‬

‫مبادرة‬ ‫مهندس معماري‪ /‬ياسـر أبو السعود‬ ‫تعريب هي مبادرة لترجمة األبحاث والمنشورات العلمية وما يتعلق بها إلى اللغة العربية بهدف إثراء المكتبة العربية والتيسير على الباحث العربي‬ ‫الوصول إلى المراجع التي يحتاج إليها في مشواره البحثي‪.‬‬