Çok kriterli karar verme yöntemine dayali inşaat projelerinde sürdürülebilir malzeme seçimi
Sustainable material selection in construction projects based on multi-criteria decision-making method
Yazar: EBRAHIM AGHAZADEH
Danışman: PROF. DR. HASAN YILDIRIM
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
İnşaat projeleri için uygun bir yapı sisteminin seçilmesi, birden fazla kaynaktan gelen bilgilerin koordine edilmesini ve projeyle ilgili çeşitli faktörlerin dikkate alınmasını içeren etkileşimli bir süreçtir. Toplu konut gibi inşaat projeleri için tasarım sürecinin ilk aşaması, bina sistemleri için sürdürülebilir malzemelerin seçilmesini içerir. Bu, proje maliyetlerini, zamanı ve enerji tüketimini azaltmak amacıyla şekli, geometrisi ve bileşenleri de dahil olmak üzere genel yapının koordine edilmesini içerir. Bir sonraki aşama da aynı derecede önemlidir.  Bu nedenle, inşaat döneminde doğru malzeme seçimi, projelerin maliyet ve zaman açısından başarısında kilit bir faktördür. İnşaat sektöründe malzeme seçimi, çok sayıda malzeme ve farklı seçim parametreleri arasındaki karmaşık ilişkiler nedeniyle karmaşık bir sorun olabilir ve bu da genellikle karar verme sürecinde belirsizliklere yol açar. İnşaat sektöründe mühendislik amaçları için malzeme seçimi, birçok faktöre bağlı olan, zaman alıcı ve pahalı bir süreçtir. Bu faktörlerin çok kriterli karar verme yöntemleri kullanılarak belirlenmesi ve değerlendirilmesi, inşaat sektörünün hedeflerinin ilerletilmesinde olumlu sonuçlar doğurabilir. Başka bir deyişle, inşaat sektöründe malzeme seçimini etkileyen faktörleri belirlemek ve değerlendirmek için çok kriterli karar verme yöntemleri kullanılabilir. Bu yöntemler, karar verme sürecinde mevcut olan çeşitli seçenekleri birden fazla kritere göre sıralar.
Bu araştırmanın amacı, inşaat sektöründe sürdürülebilir malzemelerin seçimini etkileyen faktörleri değerlendirmek için bir karar destek sistemi sağlamaktır. Bunu başarmak için, İran'daki inşaat sektörünün mevcut koşullarına uygun bir destek sistemi oluşturmak amacıyla istatistiksel yaklaşımlar ve bulanık çok kriterli karar verme entegre edilmiştir. Bu hedefe ulaşmak için ilk adım, malzeme seçimini etkileyen en önemli faktörleri belirlemek olmuştur. Bu, kapsamlı literatür taraması ve inşaat sektöründeki uzmanlarla istişare yoluyla gerçekleştirilmiştir. Belirlenen faktörler daha sonra uzman görüşlerine dayalı olarak beş gruba ayrılmıştır: (1) teknik ve operasyonel, (2) ekonomik, (3) çevresel, (4) sosyo-kültürel ve (5) saha ile ilgili faktörler. İstatistiksel ve çıkarımsal analiz kullanılarak kriterler ölçülmüş ve en tercih edilebilir olanları belirlemek için taranmıştır. Çalışma, işverenler, danışmanlar, yükleniciler ve tedarikçiler de dahil olmak üzere inşaat projelerinde yer alan paydaşlar arasındaki alt kriterlere öncelik verme konusundaki görüş farklılığını ölçmüştür. Hipotez testi sonuçları, bu faktörlerin seçimi ile sürdürülebilir malzeme seçimi süreci üzerindeki etkileri arasında anlamlı bir ilişki olduğunu göstermektedir. Kendall'ın korelasyon testinin sonuçları, alt kriterlerin önceliklendirilmesinde farklı proje paydaşlarının görüşlerini belirlemek için kullanılmıştır. Test, sürdürülebilir malzemelerin seçiminde etkili kriterleri seçerken katılımcı gruplar arasında anlayış farklılığı olduğunu göstermiştir. Bulanık çok kriterli karar verme yaklaşımları daha sonra İran'daki toplu inşaat projelerinde sürdürülebilir malzemelerin seçilmesi için taranan alt kriterlere öncelik vermek için kullanılmıştır. Destek sistemi, İran'daki bir konut projesinde yapısal bir sistemin seçilmesine yönelik gerçekçi bir senaryoyu simüle etmek için uygulanmıştır. İnşaat malzemeleri şirketi, önerilen yapısal sistem perspektifinden bina stabilitesini etkileyen tüm potansiyel kriterleri dikkate almayı amaçlamaktadır. Bu amaca ulaşmak için, önerilen çerçeve AHP ve bulanık TOPSIS yöntemlerini (hibrit bulanık AHP- bulanık TOPSIS) birleştirmektedir. Çerçeve, İran'daki bir toplu konut projesinin vaka çalışmasında uygulanmıştır. FAHP kullanılarak yapılan sıralama kriterleri, söz konusu projede sürdürülebilir malzemelerin seçilmesi için en önemli alt kriterlerin çevresel etkilerin en aza indirilmesi, yaşam döngüsü maliyeti, enerji tüketiminin optimize edilmesi, sürdürülebilir kalkınma düzenlemeleriyle uyumluluk ve uzun vadeli yatırım maliyeti olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca, FTOPSIS yöntemi LSF, ICF ve 3DP sistemlerini en öncelikli yapısal sistemler olarak sıralamıştır.
Karar verme destek sistemi tarafından belirlenen en önemli faktör enerji verimliliğiydi. Sürdürülebilir malzemeler seçilirken enerji verimliliği ile ilgili ek parametreleri belirlemek için yeni bir model sunulmuştur. FAHP ve FTOPSIS dahil olmak üzere bulanık karar verme yöntemleri kullanılmıştır. Farklı karar verme seviyelerinde enerji verimli malzemelerin seçilmesi için etkili parametreler belirlenmiştir. Malzeme enerji verimliliği için üç ana süreç şunlardır: (1) yaşam döngüsü verimliliği (beşikten mezara), (2) inşaat ve işletme sırasındaki verimlilik ve (3) imha ve geri dönüşüm sırasındaki verimlilik ana faktörler olarak belirlenmiştir. Kriterler belirlenmiş ve bu ana faktörlerle ilgili 14 farklı alanda alt kriterler tespit edilmiştir. Alt kriterlerin etkinliği, ayrıştırılamamaları nedeniyle tüm ana faktörlerle ilişkili olarak ölçülmüştür. Karar verme modelinin üçüncü seviyesinde, bir binanın ana enerji tüketen bileşenleri dikkate alınır. Bunlar, karar verme alternatifleri olarak değerlendirilen çatı, iskelet, kabuk (cephe) ve duvarları içerir. Benzerlik endeksine dayalı nihai sıralama, malzeme seçimi ve enerji verimliliğinin son derece önemli olduğu bir binanın en önemli bileşenlerinin kabuk, tavan, duvar ve iskelet olduğunu ortaya koymuştur. Yapılara sırasıyla 0,5888, 0,4837, 0,4637 ve 0,3577'lik puanlarla daha yüksek öncelik verilmiştir. Bir binanın tasarımında, malzeme seçiminde enerji verimliliği çok önemli bir husustur. Her bileşen farklı bir rol oynar; kabuk veya cephe, çevresel parametrelere maruz kalması nedeniyle enerji taşınımını kontrol etmede daha büyük bir etkiye sahiptir. Bu nedenle, kabuk veya cephe için sürdürülebilir malzemelerin seçilmesi daha önemlidir. Tasarım sürecinde, kabuk (cephe) için sürdürülebilir malzemelerin seçimi ilk olarak düşünülmeli, bunu yapının çatısı, duvarı ve çerçevesinde takip etmelidir. Araştırmanın bu bölümünde yapılan analize dayanarak, enerji verimliliği göz önünde bulundurularak geleneksel binaların çeşitli bileşenleri için sürdürülebilir malzemelerin seçilmesine yönelik yeni bir model geliştirilmiştir. Sunulan model, inşaat projeleri için sürdürülebilir malzemelerin belirli koşullar altında enerji verimliliği performanslarına ve belirlenen faktörlere dikkat edilmesine dayalı olarak araştırılmasına ve karşılaştırılmasına yardımcı olabilir. Araştırma bulguları, inşaat projelerinde malzeme seçimi için sürdürülebilir önlemlerin değerlendirilmesinde karar vericilere rehberlik edebilir.

Abstract:
Construction projects require careful consideration of a variety of project-related criteria and the coordination of information from different sources to select a suitable building system. Choosing sustainable materials for building systems is the first step in the design process for public housing construction projects. To save project expenses, time, and energy usage, this duty entails coordinating the overall structure, including its shape, geometry, and constituent parts. The following stage is just as significant.  As a result, choosing the right materials for a project during construction is essential to its success in terms of both cost and schedule. The link between a large number of materials and various selection characteristics in the building sector can make material selection a complex task. This frequently causes uncertainty when making decisions. In the building industry, the process of choosing materials for engineering reasons is costly, time-consuming, and dependent on numerous variables. By identifying and evaluating components using multi-criteria decision-making techniques, the goals of the building industry can be advanced.  By identifying and evaluating components using multi-criteria decision-making techniques, the goals of the building industry can be advanced. These techniques, in particular, can help with material selection by assigning possibilities a score based on several factors. 
This study aims to create a decision-support framework for assessing the variables influencing the choice of sustainable building materials. To do this, fuzzy multi-criteria decision-making and statistical techniques are used to produce a support system that is appropriate for the Iranian construction industry's current circumstances. To start accomplishing this goal, the most crucial step was figuring out what influences people's material choices. To determine the elements influencing the construction process, this study reviewed a large body of literature and spoke with professionals in the field. Expert comments were then used to organize the identified factors into five categories: technical and operational, economic, environmental, socio-cultural, and site-related. To determine which factors were most preferred, the criteria were assessed and quantified using statistical and inferential analysis. The research assessed the disparities in viewpoints regarding the order of importance for sub-criteria among various parties engaged in building projects, such as suppliers, contractors, consultants, and employers. The outcomes of the hypothesis test show a strong correlation between these criteria' selection and their impact on the choice of sustainable materials. The opinions of different project stakeholders regarding the sub-criteria prioritizing sustainable materials in large-scale construction projects in Iran were ascertained using the results of Kendall's correlation test. The exam showed that participant groups differed in their comprehension of what constitutes useful criteria. We then employed fuzzy multi-criteria decision-making techniques to rank the screened sub-criteria. A realistic situation for choosing a structural system in an Iranian housing project was simulated using the support system. The building materials company endeavors to take into account every possible factor that could impact the stability of the structure from the standpoint of the suggested structural framework. The suggested framework uses a hybrid fuzzy AHP-fuzzy TOPSIS approach, combining AHP and fuzzy TOPSIS techniques, to accomplish this goal. 
An Iranian public housing project case study is used to apply the framework. According to the FAHP ranking criteria, minimizing environmental impacts, life cycle costs, optimizing energy usage, compliance with sustainable development legislation, and long-term investment costs are the most crucial sub-criteria for choosing sustainable materials for this project. Furthermore, the structural systems with the highest importance according to the FTOPSIS technique were the LSF, ICF, and 3DP systems.
Energy efficiency was determined to be the most significant aspect of the decision support system. When choosing sustainable materials, a new methodology is offered to find extra energy-efficiency-related characteristics. At various decision-making levels, efficient parameters for choosing energy-efficient materials were identified using fuzzy decision-making techniques, such as FTOPSIS and FAHP. There is no mention of the three primary methods for material energy efficiency. (1) Life cycle (cradle to grave), building and operation, and disposal and recycling are the primary efficiency-related aspects that have been discovered. (2) Based on the identification of fourteen distinct domains connected to these primary characteristics, criteria and sub-criteria were developed. (3) Since the primary determinants could not be divided, the efficacy of the sub-criteria was assessed for each of them individually. The building's primary energy-consuming elements, such as the walls, roof, frame, and shell (facade), are taken into account as decision-making options in the third level of the decision-making model. The shell, roof, wall, and frame are the most crucial parts of a building where material choice and energy efficiency are crucial, according to the final ranking based on the similarity score. The priority scores of 0.5888, 0.4837, 0.4637, and 0.3577, respectively, were higher for the structures. Energy efficiency is a major factor when choosing materials for a building's design. Because the shell or facade is exposed to environmental factors, it has stronger control over energy transport. As a result, it is crucial to give the adoption of sustainable materials for the facade or shell priority. Prioritizing the use of sustainable materials for the building's facade throughout the design phase is crucial. The roof, walls, and frame come after this. Based on our findings, we have created a new model that prioritizes energy efficiency when choosing sustainable materials for different parts of conventional structures. The approach that is being provided can help with the investigation and comparison of sustainable materials for building projects by focusing on aspects that have been found and evaluating how energy-efficient they are under particular conditions. Decision-makers can use the research findings as a guide for assessing sustainable metrics for material selection in building projects.