Optimizing Envelope Insulation Materials Configuration Using MILP for Circular Construction. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Master's Thesis) Thesis- Saalim Javid -g202390190 pdf.pdf - Submitted Version Restricted to Repository staff only until 3 June 2027. Download (3MB)

Arabic Abstract

ملخص الرسالة الاسم الكامل: سالم جاويد عنوان الرسالة : تحسين تكوين مواد عزل غلاف المبنى باستخدام البرمجة الخطية المختلطة بالأعداد الصحيحة (MILP) لتحقيق البناء الدائري التخصص: هندسة وإدارة التشييد تاريخ الدرجة العلمية : مايو2026, إليك ترجمة النص إلى اللغة العربية بأسلوب أكاديمي رصين يتناسب مع أطروحة الماجستير الخاصة بك، مع الاستناد إلى المصطلحات المستخدمة في ملخص رسالتك: تواجه صناعة التشييد ضغوطاً متزايدة للحد من استهلاك الموارد، وتوليد النفايات، والأثر البيئي، مع الحفاظ في الوقت نفسه على الأداءين الفني والاقتصادي. وفي هذا السياق، أصبح تطبيق مبادئ الاقتصاد الدائري في اختيار المواد ذا أهمية متزايدة، ولا سيما في مواد عزل الجدران، نظرًا لتأثيرها الكبير في الأداء الحراري، والكربون المتجسد، والسلامة من الحريق، ودائرية المواد. ومع ذلك، فإن اختيار مواد عزل الجدران يُعد مشكلة قرار معقدة، لأن العديد من المتطلبات الفنية والبيئية والاقتصادية والمتعلقة بالدائرية يجب أن تتحقق في الوقت نفسه. تطوّر هذه الدراسة نموذجاً للبرمجة الخطية الصحيحة المختلطة (MILP) لاختيار وتحسين مواد عزل الجدران في البناء الدائري. ويحدد النموذج تكوينات عزل ممكنة ومثلى عبر طبقات الجدار، مع مراعاة تكلفة الشراء، وقيمة إعادة الاستخدام، وقيمة إعادة التدوير، ونسب المواد القابلة لإعادة الاستخدام وإعادة التدوير، والتوصيل الحراري، والسمك الأدنى، ومقاومة الحريق، والأداء الميكانيكي، والكربون المتجسد، والتوافق بين الطبقات المتجاورة. وقد تم تمثيل نظام عزل الجدار على هيئة تكوين طبقي يتضمن قرارات منفصلة لاختيار المواد ضمن إطار تحسين موحد. تم تنفيذ النموذج باستخدام لغة بايثون بالاعتماد على مكتبة PuLP، وجرى تقييمه من خلال سيناريوهات لجدران تتراوح من طبقة عزل واحدة إلى ست طبقات. كما أُجريت تحليلات إضافية شملت تحليل المفاضلة، وتحليل سعر القيد، وتحليل الحساسية، وتحليل الخطأ، وذلك لتقييم سلوك النموذج في ظل المتطلبات المتنافسة وتغير المعلمات. وأظهرت النتائج أن النموذج يولد حلولاً مميزة وقابلة للتطبيق عبر تكوينات الجدران المختلفة، ويكشف بفاعلية عن المفاضلات بين التكلفة، والأداء الحراري، والكربون المتجسد، والنتائج المرتبطة بالدائرية. ومن بين السيناريوهات التي تم تقييمها، قدّم تكوين الجدار المكوّن من ثلاث طبقات الحل الأكثر توازناً من حيث الأداء الاقتصادي، والمقاومة الحرارية، والأثر البيئي. وتبيّن الدراسة أن نموذج البرمجة الخطية الصحيحة المختلطة يمكن أن يشكّل أداة منظمة وشفافة لدعم اتخاذ القرار في اختيار مواد عزل الجدران في البناء الدائري. ومن خلال دمج الخصائص المرتبطة بالدائرية مع الاعتبارات الحرارية والبيئية والسلامة والميكانيكية والاقتصادية، يسهم النموذج المقترح في دعم اتخاذ القرار القائم على التحسين من أجل اختيار مواد مستدامة في البيئة المبنية.

English Abstract

ABSTRACT Full Name : [Saalem Javid] Thesis Title : [Optimizing Envelope Insulation Materials Configuration Using MILP for Circular Construction ] Major Field : [Construction Engineering And Management] Date of Degree : [May,2026] The construction industry is under increasing pressure to reduce resource consumption, waste generation, and environmental impact while maintaining technical and economic performance. In this context, the application of circular economy principles to material selection has become increasingly important, particularly for wall insulation materials, which significantly influence thermal performance, embodied carbon, fire safety, and material circularity. However, selecting wall insulation materials is a complex decision problem because multiple technical, environmental, economic, and circularity-related requirements must be satisfied simultaneously. This study develops a Mixed Integer Linear Programming (MILP) model for the selection and optimization of wall insulation materials in circular construction. The model identifies feasible and optimal insulation configurations across wall layers while considering procurement cost, reuse value, recycling value, reusable and recyclable fractions, thermal conductivity, minimum thickness, fire resistance, mechanical performance, embodied carbon, and compatibility between adjacent layers. The wall insulation system is represented as a layered configuration with discrete material selection decisions integrated into a single optimization framework. The model was implemented in Python using the PuLP optimization library and evaluated through wall-layer scenarios ranging from one to six insulation layers. Additional analyses, including trade-off analysis, price-of-constraint analysis, sensitivity analysis, and error analysis, were conducted to assess model behavior under competing requirements and parameter variation. The results show that the model generates distinct and feasible solutions across wall configurations and effectively reveals trade-offs among cost, thermal performance, embodied carbon, and circularity-related outcomes. Among the evaluated scenarios, the three-layer configuration provided the most balanced overall solution in terms of economic performance, thermal resistance, and environmental impact. The study demonstrates that MILP can serve as a structured and transparent decision-support tool for wall insulation material selection in circular construction. By integrating circularity-related attributes with thermal, environmental, safety, mechanical, and economic considerations, the proposed model contributes to optimization-based decision-making for sustainable material selection in the built environment. Keywords: Circular Economy, Circular Construction, Wall Insulation, Material Selection, MILP, Optimization

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Architectural Construction Civil Engineering Research Research > Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Architectural Engineering and Construction Management
Thesis Advisor:	Ibrahim Al Turki,
Thesis Committee Members:	Ahmed Ghaithan, Ibrahim Wuni,
Depositing User:	SAALEM JAVID
Date Deposited:	04 Jun 2026 05:12
Last Modified:	04 Jun 2026 05:12
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144473