Optimizing Reuse for Sustainable Construction: An-IFC Based Approach for Comprehensive Mapping and Assessment of Multi-Linear Elements

Abstract

Produksjon og uthenting av byggematerialer er blant de mest energikrevende prosessene i byggebransjen, hvilket utgjør en stor del av byggesektorens allerede faretruende klimapåvirkning og utslipp. Ombruk av brukte bygningselementer representerer et lovende potensiale i kampen for å redusere bransjens klimautslipp. Imidlertid står det flere utfordringer knyttet til ombruk i byggebransjen, dette er blat annet kvalitetsbegrensninger, mangelfull dokumentasjon og spesifikasjoner, samt en kompleks og tidkrevende prosess med å anskaffe relevante data.

Denne oppgaven utforsker hvordan digitale løsninger kan bidra til å løse disse problemene. Dette gjøres ved å presentere og gjennomgå en helhetlig metode for å assistere beslutningstakere i å velge ombrukte bygningsdeler. Prosessen starter med uthenting av materialdata fra IFC-filer på eksisterende rivningsklare bygg. Denne dataen organiseres i en database, hvilket fungerer som en omfattende materialbank for de tilgjengelige byggematerialene. Dataen evalueres så opp mot forhåndsdefinerte krav, med mål om å finne den beste mulige fordelingen av ombrukte bygningsdeler. De utvalgte ombrukselementene implementeres så i et planlagt IFC-definert bygg.

Den utviklede "matchingsalgoritmen" tar hensyn til ulike krav gjennom brukerdefinerte parametere. Det nye bygget - med ombrukte elementer - vurderes så med hensyn på miljømessige og økonomiske faktorer, som legger til grunn for de "matches" som gjøres. En parametrisk kode utviklet i Grasshopper behandler og analyserer den nye konstruksjonen med implemenert ombruk, basert på den originale IFC-filen. Analysen verifiserer og sikrer konstruksjonsmessig integritet gjennom en elementmetode-analyse. Oppgaven er en videreutvkiling av Munch-Ellingsen og Berge sin "IFC-basert Elementkartlegging for Bærekraftig Konstruksjonpraksis: Optimalisering av Gjenbruk og Strukturell Integritetsvurdering" (2023). Arbeidet i denne oppgaven utvider metodene for en omfattende kartlegging og vurdering av ombruk av lineære elementer (bjelker og søyler) og multi-lineære elementer (vinduer, dører, dekker og vegger).

Case-studier har blitt gjennomført for å vurdere potensialet til den foreslåtte metoden samt å identifisere dens svakheter og mulige områder for videre utvikling. Resultatene viser at metoden har betydelig potensiale for å redusere byggesektorens miljøpåvirkning og bidra til en mer bærekraftig fremtid. Den utviklede metoden kan også bidra til å redusere miljøskader, oppnå betydelige kostnadsbesparelser, forbedre effektiviteten og styrke beslutningsprosesser.

The energy-intensive production and extraction of raw building materials are among the most energy demanding processes in the construction industry, leading to the industry's immense greenhouse gas emissions and environmental impact. The reuse of salvaged building elements offers a promising solution for reducing the environmental footprint. However, reuse of building faces several challenges tied up to quality limitations, predefined dimensions, lack of detailed inventories, documentation and technical standards and the cumbersome process of acquiring relevant data.

This thesis explores how digital solutions can help resolve some of these problems by presenting a comprehensive method to aid designers and decision-makers in the reuse process. Material data is extracted from IFC files of existing buildings into a database, working as a comprehensive material bank of building materials. This data is evaluated against predefined requirements to find the optimal assignment of available reuse elements to a new building, also defined by an IFC file.

The developed matching algorithm can consider various requirements through user defined input. The new structure is assessed in terms of environmental and financial impact through methods developed in the matching tool. A parametric script in Grasshopper processes the new reuse structure from its original IFC file, ensuring structural integrity through a FEM analysis. This thesis is a continuation on Munch-Ellingsen and Berge's "IFC-based Element Mapping for Sustainable Construction: ing Reuse and Structural Integrity Assessment" (2023). The work in this thesis expands the methods for a comprehensive mapping and assessment for reuse of linear elements (beams and columns) and multi-linear elements (windows, doors, slabs, and walls).

Case studies have been conducted to assess the proposed method's promise, and to evaluate its weaknesses and areas for further work. The proposed method shows promise for significantly reducing the construction industry's environmental impact and paving the way for a more sustainable future. The developed method has the promise to mitigate environmental harm and lead to significant cost savings, improved efficiency, and enhanced decision-making.