Investigation of Building Envelope Retrofitting: A Comparative Analysis of Traditional and BIM-enhanced Approaches in Hot Climate. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Master_Thesis_202313710..pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 25 December 2026. Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives. Download (4MB)

Arabic Abstract

إعادة تأهيل غلاف المبنى (BER) تُعَدُّ إستراتيجيةً حاسمة للحد من الطلب على الطاقة وانبعاثات الكربون، لا سيما في المناخات الحارة التي تهيمن فيها أحمال التبريد على الاستهلاك. في المملكة العربية السعودية، يساهم قطاع المباني بحوالي 80٪ من استهلاك الكهرباء على المستوى الوطني، ومع ذلك تعاني كثير من المباني القائمة من أداء حراري متدنٍّ، وغالباً ما تُصمَّم أعمال إعادة التأهيل اعتماداً على أساليب تقريبية وخبرة شخصية. تهدف هذه الدراسة إلى تحقيق ثلاثة أهداف رئيسية: (1) التعرف المنهجي على معوّقات إعادة تأهيل غلاف المبنى على المستوى العالمي وتصنيفها، (2) التحقق من هذه المعوّقات وترتيبها حسب الأولوية ضمن قطاع الإنشاءات السعودي، و(3) مقارنة الممارسة التقليدية المحلية في تصميم وتنفيذ إعادة التأهيل مع نهج معزَّز بنمذجة معلومات البناء (BIM) قائم على التحسين في حالة دراسية فعلية لمبنى غير سكني. أسفر الاستعراض المنهجي للأدبيات عن تحديد 29 معوّقاً جرى تجميعها في تسع فئات تغطي الجوانب الاقتصادية والفنية والمادية والمعلوماتية والتنظيمية وتلك المرتبطة بشاغلي المبنى. وقد جرى التحقق من هذه المعوّقات من خلال استبانة إلكترونية شملت 51 ممارساً ومقابلات شبه مهيكلة مع تسعة خبراء، مما أسفر عن إطار خاص بالسياق السعودي يسلّط الضوء على مخاطر التنفيذ العملي، واختيار المواد ومواءمتها، وأداء المبنى بعد إعادة التأهيل، وفجوات المعلومات، والمواقف المتحفظة تجاه المواد المتقدمة بوصفها عوائق حرجة. في المرحلة الثالثة، يُطبَّق إطار عمل يعتمد BIM–Dynamo–Python (خوارزمية NSGA-II) على سقف مبنى أكاديمي في الظهران أُعيد تأهيله مؤخراً، لتوليد تركيبات مثلى وفق مفهوم باريتو تقلل في الوقت نفسه من قيمة انتقال الحرارة عبر السقف (RTTV) ومن تكلفة مواد إعادة التأهيل، باستخدام أنظمة متاحة محلياً فقط. تُظهر النتائج أن سير العمل المعتمد على BIM يمكن أن يحقق قيمة RTTV أقل عند تكلفة مساوية أو أقل مقارنة بالسقف القائم المصمم بالأساليب التقليدية، مع معالجة مباشرة لأهم معوّقات إعادة تأهيل غلاف المبنى في السياق السعودي، ولا سيما تلك المرتبطة بإدارة المعلومات والموثوقية الفنية واختيار الموا

English Abstract

Building envelope retrofitting (BER) is a critical strategy for reducing energy demand and carbon emissions, particularly in hot climates where cooling loads dominate consumption. In Saudi Arabia, the building sector accounts for approximately 80% of national electricity use, yet existing structures often suffer from poor thermal performance and retrofits are often designed using rule-of-thumb methods. The study has three objectives: (i) to systematically identify and classify global BER barriers, (ii) to validate and prioritize these barriers within the Saudi construction sector, and (iii) to compare conventional, locally executed retrofit practice with a BIM-enhanced, optimization-based approach in a real non-residential case study. A systematic literature review yields 29 barriers grouped into nine categories, covering economic, technical, material, informational, regulatory and occupant-related constraints. These are validated through an online questionnaire of 51 practitioners and semi-structured interviews with nine experts, resulting in a Saudi-specific framework that highlights practical execution risks, material selection and compatibility, post-retrofit performance, information gaps and cautious attitudes toward advanced materials as critical obstacles. In Phase III, a BIM–Dynamo–Python (NSGA-II) framework is applied to the roof of a recently retrofitted academic building in Dhahran, generating Pareto-optimal configurations that simultaneously minimize Roof thermal transfer value (RTTV) and retrofit material cost using only locally available systems. The results show that the BIM-enabled workflow can deliver lower RTTV at equal or reduced cost compared with the existing conventionally designed roof, while directly addressing high-priority Saudi BER barriers related to information management, technical reliability and material choice.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Architectural Construction Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Architectural Engineering and Construction Management
Committee Advisor:	ASIF, MUHAMMAD
Committee Members:	KHWAJA, MATEEN MAZHER and MOHAMMED, MOHAMMED ALHAJI
Depositing User:	GULAB JAN (g202313710)
Date Deposited:	28 Dec 2025 05:06
Last Modified:	28 Dec 2025 05:06
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143897