Date of Award

11-2023

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Architectural Engineering

Department

Architectural Engineering

First Advisor

Dr. Lindita Bande

Abstract

Artificial intelligence is a phenomenon that influences every aspect of our lives. AI applications have already started to change the methods in different disciplines. Architecture is one of the disciplines that is highly affected by the developments of AI technologies. With the United Arab Emirates heading to employ new technology to lead the country and region development, it is important to explore and develop the application of AI in the strategic disciplines of the country in which the built environment is essential. This study aimed to develop and evaluate an advanced model script (to be used as a tool) using Artificial intelligence tools methods and platforms. This model is to be used to Optimize an X parametric shading structure (As a midrise building façade retrofitting strategy in Downtown Abu Dhabi) to reach the most energy–efficient design based on the building parameters. Mixed qualitative, quantitative, and experimental methods were applied in the different stages of this study. The study is divided into four stages: started with exploring AI progress in architecture to define the tools methods, and platforms used to develop the advanced model script, At the second stage the midrise building stock in downtown Abu Dhabi investigated to define the needed parameters, in addition to that, an energy simulation model including Energy plus engine created and validated, to be utilized on the optimization script evaluation .Also at this stage the variable parameter defined based on the related literature, the defied parameters are the perforation area and depth ratio . At the third stage the advanced model script was developed using the Grasshopper plug–in for Rhino software, which is based on Python language. Three trials for developing the optimization script were conducted to define the objective function of the optimization process. Finally, the tool was validated and tested using midrise building case studies, the energy consumption for the case study was reduced by 26.2%–30% when the generated optimum structure was applied as a shading structure to the southwest façade. An advanced tool that can be applied to different midrise buildings and automatically recognize its parameters and optimize a parametric shading structure for the building based on its parameter resulted from this study. The parametric pattern optimization process includes minimization of the total radiation on the building envelop cooling loads and increasing the energy efficiency, while ensuring adequate values for the daylighting and visual connection.

Arabic Abstract


تطبيقات الذكاء الاصطناعي في الهندسة المعمارية في دولة الإمارات العربية المتحدة: تطوير واختبار نموذج متقدم لإيجاد التصميم الأمثل لمظلة بارومتريه كاستراتيجية تحسينية لواجهة مبنى سكني متوسط الارتفاع في وسط مدينة أبوظبي

الذكاء الاصطناعي بات ظاهرة بدأت تؤثر على جميع جوانب الحياة. حيث بدأت تطبيقات الذكاء الاصطناعي بتغيير الأساليب والممارسات في مختلف المجالات. تعد الهندسة المعمارية واحدة من المجالات التي تتأثر بشكل كبير بالتطور المستمر لتقنيات الذكاء الاصطناعي. تماشيا مع توجه دولة الإمارات العربية المتحدة إلى توظيف التكنولوجيا الحديثة في العملية التنموية للدولة، أصبح من المهم استكشاف وتطوير تطبيقات الذكاء الاصطناعي في المجالات الاستراتيجية في الدولة حيث تعتبر كفاءة البيئة المبنية واحدة من أهم هذه المجالات. هدفت هذه الدراسة إلى تطوير واختبار نموذج متقدم باستخدام أدوات الذكاء الاصطناعي. يستخدم هذا النموذج كإستراتيجية تحديث لواجهة مبنى متوسط الارتفاع في وسط مدينة أبو ظبي، حيث يقوم النموذج بناءً على خصائص المبنى بإيجاد التصميم الأمثل لمظلة بارومتريه (مشربية) لواجهة المبنى، حيث تقوم المظلة المذكورة بتحسين كفاءة الطاقة للمبنى عن طرق تقليل الاشعاع الشمسي الساقط على واجهة المبنى. تم تقسيم الدراسة إلى أربع مراحل، بدءاً من استكشاف تقدم الذكاء الاصطناعي في الهندسة المعمارية. في هذه المرحلة تم تحديد الأدوات المعتمدة على أساليب الذكاء الاصطناعي والتي استخدمت لتطوير النموذج المتقدم. في المرحلة الثانية، تم دراسة محيط البحث بما في ذلك المباني السكنية متوسطة الارتفاع في أبوظبي وخصائص المناخ المحيط واستهلاك الطاقة، والقوانين واللوائح ذات الصلة، وبالتالي، تم اختيار المبنى الذي ستطبق عليه الدراسة، وتحديد الخصائص المطلوبة لأغراض الدراسة، وإنشاء نموذج محاكاة للطاقة باستخدام الأدوات Honeybee، Openstudio وتم التحقق من صحته باستخدام البيانات الفعلية للمبنى الذي أجريت عليه دراسة الحالة. في المرحلة الثالثة، تم تطوير النص البرمجي المرئي لنموذج التحسين المتقدم باستخدام Grasshopper المكون الإضافة لبرنامج Rhino. تم اختبار البرنامج النصي للنموذج المتقدم والتحقق من صحة نتائجه باستخدام المبنى الذي تم اختياره حيث انخفض استهلاك الطاقة للمبنى بنسبة ٢٦.٢٪ عندما تم تطبيق تصميم المظلة الأمثل الناتج عن النموذج الذي تم إنشاؤه كهيكل تظليل على الواجهة الجنوبية الغربية. وفي المرحلة الأخيرة، تم إجراء اختبار قدرة النموذج على التكيف مع تغير خصائص المبنى من خلال تطبيق النموذج على حالة أخرى لمبنى متوسط الارتفاع، حيث تم تقليل استهلاك الطاقة للحالة الثانية بنسبة ٣٠٪. نتج هذه الدراسة نموذج متقدم يمكن تطبيقه على المباني متوسطة الارتفاع المختلفة في أبو ظبي حيث يتكيف النموذج تلقائياً مع خصائصها ويقوم بتصميم المظلة البارومتري الأمثل للمبنى. تتضمن عملية إيجاد للتصميم الأمثل للنمط البارومتري تقليل إجمالي الإشعاع الشمسي على غلاف المبنى لزيادة كفاءة الطاقة مع ضمان القيم الكافية لضوء النهار والاتصال البصري.

Download

Included in

Architecture Commons

COinS