Budapest University of Technology and EconomicsFaculty of Civil Engineering - Since 1782

Közép-Európában az építőipar és épületeink üzemeltetése egyaránt felelős az energiafogyasztás, a szén-dioxid kibocsátás, valamint a hulladéktermelés közel 40%-áért. A meglévő épületállományunk számottevő részét a XX. században elterjedt hagyományos technológiákkal készült épületek alkotják, melyek üzemeltetése számottevő környezetterheléssel és üzemeltetési költséggel jár, valamint alacsony komfortfokozatot biztosít az épületeket használóknak. Ezen épületek mélyfelújítása korszerű technológiák alkalmazásával elengedhetetlen az európai dekarbonizációs és fenntarthatósági törekvések teljesítéséhez. 

A meglévő, illetve történeti épületek felújítása során is alapul vehetjük az építmény-információs modellezés és menedzsmenten (BIM) alapuló technológiákat és munkafolyamatokat, mint például az épületek dinamikus energetikai szimulációját és környezeti terhelését, életciklusköltség-elemzését, beltéri termikus és vizuális komfort elemzését is. A szimulációkkal kapott eredmények pontosításához bementi adatként használhatók helyszíni proptech megoldásokkal (pl. IoT  alapú szenzorhálózatok a valós idejű környezeti tényezők és komfort mérésére) nyert épületadatok. Ezen munkafolyamatok alkalmazása és integrálása egy többcélú, genetikus algoritmusokon alapuló optimalizációs keretrendszerbe lehetővé teszi az épületek valós méréseken és tapasztalatokon alapúló virtuális, digitális iker modelljének létrehozását, illetve üzemeltetését, így megvizsgálva a használati tapasztalatokból fakadó szcenáriókat és fejlesztési lehetőségeket.  A mélyfelújítási javaslatok és szcenáriók kidolgozása során továbbá szükséges vizsgálni az Európában elérhető hagyományosabb (pl. Ásványgyapot, szalma vagy fagyapot) és modernebb (pl. aerogél, vákuumpanel) építő- és hőszigetelőanyagok, valamint épületelemek környezetterhelését, épületfizikai teljesítőképességét, és építéstechnológiai kialakíthatóságát is.

A PhD kutatás elsődleges célja tehát megalkotni egy olyan BIM alapú komplex munkafolyamatot, mely a meglévő, illetve történeti épületek kapcsán képes vizsgálni és többcélú optimalizálással robusztus optimumot találni az épületek mélyfelújítási kialakítási változatai között az épületfizikai megfelelőség, energiafogyasztás, az életciklusköltség, a beltéri komfort és a környezeti hatások figyelembevételével és ehhez integrálni az épületekben elhelyezett proptech eszközöket is. A létrehozott keretrendszert és annak lehetőségeit a BME kampuszán található történeti épületek felújítási alternatíváinak vizsgálatával szükséges vizsgálni. A szimulációkhoz és vizsgálatokhoz szükséges kulcsfontosságú építő- és hőszigetelőanyagok tulajdonságainak és beépíthetőségének meghatározása, valamint az épületadatokat gyűjtő szenzorrendszer kidolgozása, telepítése és az adatok felhasználása egyaránt a kutatás célját képezi.  

A kutatás eredményei hozzájárulhatnak a fenntarthatóbb, gazdaságosabb és nedvességtechnikai-állagvédelmi szempontból is optimális rekonstrukciós, illetve felújítási munkálatok elvégzéséhez. A kutatás támogatja az energiahatékonyságnövelést és a fenntartható BME campus törekvéseit, valamint a fenntartható fejlődési célok teljesítéséhez is hozzájárulhat.

Kutatási feladatok:

- A BIM, életciklusköltség, környezeti terhelés, komfort és a többcélú robusztus optimalizációs eljárások alkalmazhatóságának elemzése, szakirodalom áttekintése.

- Épületek valós használati profilját és környezeti állapotjellemzőit monitorozni képes IoT szenzorhálózat és építményinformatikai megoldás kidolgozása, alkalmazhatóságának vizsgálata a felújítások tervezésében és az épületek üzemeltetése során, szenzoradatok elemzése

- BIM alapú komplex munkafolyamat létrehozása a szenzoradatok integrálásával, majd a folyamat tesztelése, érzékenység- és robusztusságvizsgálata történeti épületek mélyfelújítási alternatíváinak elemzése során

- A létrehozott munkafolyamat alkalmazása a BME kampusz kiválasztott épületeire alkalmazva, az épületek mélyfelújítása során figyelembe vehető hagyományos és modern építő- és hőszigetelőanyagok méréseken alapuló épületfizikai vizsgálati eredményeinek figyelembevételével

 

***

 

In Central Europe, the construction industry and the operation of our buildings are responsible for nearly 40% of energy consumption, carbon emissions and waste generation. A significant part of our existing building stock is made up of buildings built using traditional technologies prevalent in the 20th century, which have a significant environmental impact and operating costs and provide a low level of comfort for the users. Deep renovating these buildings using modern technologies is essential to meet Europe's decarbonisation and sustainability ambitions.

The renovation of existing or historic buildings can also be based on Building Information Modelling and Management (BIM) technologies and workflows, such as dynamic energy performance simulation and environmental analysis, life cycle cost analysis, and indoor thermal and visual comfort analysis. Building data obtained with on-site proptech solutions (e.g. IoT-based sensor networks for real-time measurement of environmental factors and comfort) can be used as input data to refine the simulation results. The application and integration of these workflows into a multi-purpose, genetic algorithm-based optimisation framework allows the creation and operation of virtual, digital twin models of buildings based on actual measurements and experiences, thus exploring scenarios and improvement opportunities arising from user experiences. In addition, when developing deep renovation proposals and scenarios, it is also necessary to investigate the environmental performance, building physics performance and architectural design feasibility of more traditional (e.g. mineral wool, straw or wood wool) and modern (e.g. aerogel, vacuum panels) building and thermal insulation materials and building elements available in Europe.

The primary objective of the PhD research is, therefore, to create a BIM-based complex workflow that can investigate and, through multi-objective optimisation, find a robust optimum between building deep renovation design options for existing and historical buildings, considering building physical performance, energy consumption, life cycle cost, indoor comfort, and environmental impact, and integrating proptech devices in buildings. The framework established and its potential should be explored by examining alternatives for renovating historic buildings on the BME campus. The research will aim to determine the properties and installation possibilities of key building and insulation materials for simulations and testing, as well as the development, deployment, and use of a sensor system to collect building data. 

The results of this research could contribute to more sustainable, economical, and optimised reconstruction and renovation works in terms of moisture and stability. The research will support energy efficiency improvements and sustainable BME campus efforts and may also contribute to achieving the Sustainable Development Goals.

Research tasks:

- To analyse the applicability of BIM, life cycle cost, environmental load, comfort and multi-purpose robust optimisation techniques, literature review.

- Development of an IoT sensor network and building information technology solution capable of monitoring the real-life occupancy profile and environmental condition characteristics of buildings, assessment of its applicability to the design of renovations and the operation of buildings, analysis of sensor data

- Creation of a BIM-based complex workflow integrating sensor data, followed by process testing, sensitivity and robustness analysis of alternatives for deep renovation of historic buildings

- Application of the established workflow to selected buildings on the BME campus, taking into account building physical performance results based on measurements of traditional and modern building and thermal insulation materials that can be considered for deep renovation of buildings