LIFE CYCLE COST OPTIMIZATION OF 3D PRINTED CONSTRUCTION. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Thesis e-print) MS -Thesis -Abdul Bashir Wadood Oghlo-g202319770.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 21 December 2026. Download (4MB)

Arabic Abstract

تشهد صناعة البناء تحولًا تكنولوجيًا من خلال البناء باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد (3DPC)، الذي يوفر الأتمتة ومرونة التصميم وكفاءة المواد. ومع ذلك، لا يزال اعتماد هذه التقنية محدودًا بسبب ارتفاع تكاليف دورة الحياة وغياب إطار عمل متكامل لتحسين التكلفة. تطور هذه الدراسة نموذج البرمجة الخطية المختلطة الصحيحة (MILP) لتقليل تكلفة دورة الحياة (LCC) للبناء بالطباعة ثلاثية الأبعاد من خلال دمج مكونات التكلفة الرئيسية مثل الإعداد والمواد والطباعة والنقل والتخزين والتجميع والصيانة والتأخير والفرص والعوامل البيئية. يقوم إطار العمل بتقييم أنظمة الطباعة ثلاثية الأبعاد في الموقع وخارجه لتحديد التكوين الأكثر اقتصادية في ظل اختلاف أحجام المشاريع ومسافات النقل ومعدلات المعالجة. تم استخدام دراسة حالة اصطناعية، تم تنفيذها باستخدام Python و Gurobi Optimizer، للتحقق من أداء النموذج وقابليته للتوسع. كشفت تحليلات الحساسية أن الطباعة ثلاثية الأبعاد في الموقع يمكن أن تقلل التكلفة الإجمالية بنسبة تصل إلى 30-40٪ للمشاريع الكبيرة أو بعيدة المدى بسبب الإنتاج المحلي واللوجستيات المبسطة، في حين أن الإنتاج خارج الموقع أكثر عملية للمشاريع الصغيرة حيث تعوض المرافق المركزية تكاليف الإعداد والتعبئة. أكد النموذج أيضًا أن النقل والتخزين هما العوامل الرئيسية للتكلفة في الأنظمة خارج الموقع، في حين أن تكاليف التأجير والإعداد هي التي تحكم العمليات في الموقع. يعمل الإطار المقترح كأداة لدعم اتخاذ القرار من أجل تحسين التكلفة واللوجستيات وتخطيط الموارد، مما يوفر أساسًا قائمًا على البيانات للبناء المستدام والفعال اقتصاديًا باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد.

English Abstract

The construction industry is witnessing a technological transformation through 3D-printed construction (3DPC), offering automation, design flexibility, and material efficiency. However, adoption remains limited by high life-cycle costs and the absence of integrated cost optimization frameworks. This study develops a Mixed-Integer Linear Programming (MILP) model to minimize the life-cycle cost (LCC) of 3D-printed construction by incorporating major cost components such as preparation, material, printing, transportation, warehousing, assembly, maintenance, delay, opportunity, and environmental factors. The framework evaluates both on-site and off-site 3D printing systems to identify the most economical configuration under varying project scales, transportation distances, and process rates. A Synthetic case study, implemented using Python and Gurobi Optimizer, was used to validate the model’s performance and scalability. Sensitivity analyses revealed that on-site 3D printing can reduce total cost by up to 30–40% for large-scale or remote projects due to localized production and simplified logistics, whereas off-site production is more practical for smaller projects where centralized facilities offset setup and mobilization costs. The model also confirmed transportation and warehousing as dominant cost drivers in off-site systems, while leasing and setup costs govern on-site operations. The proposed framework serves as a decision-support tool for optimizing cost, logistics, and resource planning, providing a data-driven foundation for sustainable and economically efficient 3D-printed construction.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Management and Marketing Environmental Construction Civil Engineering Civil Engineering > Transportation Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Architectural Engineering and Construction Management
Committee Advisor:	AlTurki, Ibrahim
Committee Members:	Mohammed, Awsan Mohammed and Ameyaw, Ernest Effah
Depositing User:	ABDUL BASH WADOOD OGHLO (g202319770)
Date Deposited:	23 Dec 2025 07:25
Last Modified:	23 Dec 2025 07:25
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143810