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Development of BIM-BEM framework to support the design process

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Farzaneh, Aida (2019). Development of BIM-BEM framework to support the design process. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

The research work in this thesis investigates the technical and process approaches to encourage the use of Building Information Modeling (BIM) for Building Energy Modeling (BEM) (refer to as BIM-BEM) to perform energy simulations during the design process. The research was motivated by the lack of the interoperability and integration of BIM model into the BEM tools and the adoption of BIM-BEM technology into the design process. Thus, there was a need to establish how BIM-BEM can be executed successfully and accurately to support the design process.

Therefore, the objectives were to combine appropriate technical and process approaches to develop an effective and holistic framework for BIM-BEM execution during the design process. This thesis was rooted based on Action Research (AR) methodology to address realistic perspective with real-practice issues. The methodology had five main steps including diagnosing, action planning, action tacking, and validating using various case studies.

The main gaps in this area were identified using a systematic literature review of technical and process aspects. Accordingly, a general template for BIM-BEM framework was developed considering all the requirements to correctly implement BIM-BEM within an efficient process that can be adopted for different project types. Regarding the proposed template, a generic BIM-BEM framework was developed in an easy to follow process map considering the identified requirements and various tested tools to support the modeling, model integration, and work/data flows during the design process. Finally, an innovative information protocol was developed in order to streamline the BIM-BEM framework to support accurate information sharing in an appropriate Level Of Development (LOD) for energy simulation at each design phase.

This thesis brings an original contribution to the practice and knowledge by providing a generic and reliable framework to streamline and systematize the use of BIM-BEM during the design process for high-performance buildings. The technical and process approaches proposed in the framework are operationalized by the advanced information protocol for a successful BIMBIM execution during the design process. Accordingly, using the BIM-BEM framework allows reducing the interoperability errors, saving the time of remodeling and troubleshooting, better data management and maximizing the accuracy of simulation results that in total evoke sustainable design evolution and optimization early by professionals.

The professionals can employ the BIM-BEM framework by following and adapting the proposed design activities, integration methods, work/data flow and the information protocol in their design process. For specific project types, the framework can be adjusted and advanced by identifing complementary requirements to each design activity. In addition, it can be upgraded and advanced by including other innovative model integration and process approaches as future work. In future work, the framework will be extended by advanced technical solutions that needs moving current industries toward using programming expertise in their process.

Titre traduit

Développement du cadre BIM-BEM pour soutenir le processus de conception

Résumé traduit

Les travaux de recherche de cette thèse abordent les approches techniques et le processus visant à encourager l'utilisation de la modélisation des informations du bâtiment (BIM) pour la modélisation énergétique des bâtiments (BEM) (appelé BIM-BEM) afin de réaliser des simulations énergétiques pendant le processus de conception. La recherche était motivée par le manque d'interopérabilité et d'intégration du modèle BIM dans les outils BEM et par l’intégration la technologie BIM-BEM au processus de conception. Il était donc nécessaire d’établir comment l’éxécution du BIM-BEM pouvait être complétée avec succès et avec précision pour faciliter le processus de conception.

Par conséquent, les objectifs étaient de combiner les approches techniques et le processus appropriées afin de développer un cadre efficace et holistique pour l'exécution BIM-BEM pendant le processus de conception. Cette thèse s’appuie sur la méthodologie Recherche-Action (AR) pour aborder une perspective réaliste à des problèmes concrets. La méthodologie qui a été suivie inclut un diagnostic, une planification d’action, une prise en charge des actions et une validation au moyen de diverses études de cas.

Les principales lacunes dans ce domaine ont été identifiées à l'aide d'une revue systématique de la littérature sur les aspects techniques et ceux liés aux processus. En conséquence, un modèle général pour le cadre BIM-BEM a été développé, prenant en compte toutes les exigences pour mettre correctement en oeuvre BIM-BEM dans le cadre d’un processus efficace pouvant être adopté pour différents types de projets. En ce qui concerne la proposition, un cadre BIM-BEM générique et avancé a été développé illustré à l’aide d’une carte de processus facile à suivre tenant compte des exigences identifiées et pour divers outils testés afin de prendre en charge la modélisation, l’intégration de modèles et le flux de travail / données pendant le processus de conception. Enfin, un protocole d’information novateur a été mis au point afin de simplifier et organiser le cadre BIM-BEM pour permettre un partage précis de l’information à un niveau de développement approprié pour la simulation énergétique à chaque phase de conception.

Cette thèse apporte une contribution originale à la pratique et aux connaissances en fournissant un cadre générique et fiable pour simplifier et systématiser l'utilisation du BIM-BEM lors du processus de conception de bâtiments à hautes performances. Les approches techniques et le processus proposées dans le cadre facilite leur opérationalisation par le protocole d’information avancé pour une exécution réussie du BIM-BIM pendant le processus de conception. En conséquence, l’utilisation du cadre BIM-BEM permet de réduire les erreurs d’interopérabilité, d’économiser du temps de remodelage et de dépannage, d’améliorer la gestion des données et de maximiser la précision des résultats de simulation qui évoquent au total une évolution et une optimisation durables de la conception par les professionnels.

Les professionnels peuvent utiliser le cadre BIM-BEM en suivant et en adaptant les activités de conception proposées, les méthodes d'intégration, le flux de travail / données et le protocole d'information dans leur processus de conception. Pour des types de projets spécifiques, le cadre peut être ajusté et avancé en identifiant des exigences complémentaires pour chaque activité de conception. En outre, il peut être mis à niveau et bonifié en intégrant d’autres approches novatrices d’intégration de modèles et de processus dans les travaux futurs. Dans les travaux ultérieurs, le cadre sera complété par des solutions techniques avancées pour encourager l’industries à déployer de l'expertise en programmation dans leur processus.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for the degree of doctor of philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 140-152).
Mots-clés libres: Building Information Modeling (BIM), modélisation énergétique du bâtiment (BEM), processus de conception, protocole d'information, niveau de développement (LOD)
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Monfet, Danielle
Codirecteur:
Codirecteur
Forgues, Daniel
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 18 févr. 2020 20:25
Dernière modification: 18 févr. 2020 20:25
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2449

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