MCDM approach for sustainability assessment of high-rise residential buildings

Abstract

(English) The construction of high-rise buildings has become a necessity due to limited land availability, population growth, and the demand for urban development. However, the cultural background and diverse needs of residents should be considered in the design process. Previous research has shown that the social dimension of sustainability has often been overlooked compared to economic and environmental factors. This thesis introduces a comprehensive approach to assessing the sustainability indicators of high-rise residential buildings. The approach includes environmental, economic, and social requirements, along with 8 criteria and 14 indicators. The Integrated Value Model for Sustainable Assessment (MIVES) is utilized as a multi-criteria decision-making model in this research. The MIVES model incorporates sustainability requirements and employs value functions as an assessment tool. Nine case studies in Dubai and two in London were evaluated using the MIVES model. Dubai case studies were assessed based on 14 indicators, while London case studies were assessed based on 16 indicators, encompassing the three dimensions of sustainability. The sustainability index (SI) was calculated, resulting in a range of 0.29 ≤ SI ≤ 0.62 for Dubai buildings and 0.70 ≤ SI ≤ 0.75 for London buildings. The findings indicate that the modular construction approach adopted in London allowed for a more comprehensive sustainability assessment, leading to higher sustainability index scores. Both London case studies were also evaluated using the Building Research Establishment Environmental Assessment Method (BREEAM), achieving excellent sustainability ratings ranging from 70% to 84%. The SI results for the Ten Degree Croydon case study were 0.75, and for Apex House, the SI was 0.70, further validating the MIVES model. The MIVES model has facilitated the identification of strengths and weaknesses in high-rise residential buildings and the effectiveness of design parameters for future similar projects. The model enables comparison and prioritization of alternative solutions while minimizing subjectivity in decision-making. The approach aims to inform the best decisions regarding sustainability aspects in the design of high-rise buildings and can be applied in various regions, taking into account local regulations. The focus of this thesis is on the evaluation of HRBs and as there is a fundamental difference in the definition of tall buildings. The main objective of this thesis is to develop a method for analysing the sustainability of HRBs that allows considering the three dimensions of sustainability. In this regard and according to the abovementioned, research about the design and construction of HRB have shown that environmental and economic aspects have been given more focus than the social aspect of sustainability. The specific objectives of this research are as follows: • To carry out a comprehensive research on the existing sustainability assessment methods. • To identify sustainability assessment method which can be applied to HRBs. • To identify relevant indicators of sustainability for HRBs in order to quantify indicators, which will help, establish MIVES based model. • To make comparison and to use the most suitable design and construction method for other projects in the future. In order to achieve the specific objective, it is necessary to have a methodology as below: • To analyze the multi-criteria decision-making approach based on the most appropriate method in the design and construction of HRBs. • The specific characteristics of the methodology. • To identify a decision-making tree which involves the requirements, criteria and indicators with relative assigned weights. • To select the method of assigning weights, which is considered most appropriate for the case studies. • To establish indicators based on the reviews of the relevant technical guides, publications considering legislations in Dubai and in London.

(Català) La construcció d'edificis de gran altura s'ha convertit en una necessitat a causa de la limitada disponibilitat de sòl, el creixement de la població i la demanda de desenvolupament urbà. No obstant això, el rerefons cultural i les diverses necessitats dels residents han de ser considerats en el procés de disseny. Recerques anteriors han demostrat que la dimensió social de la sostenibilitat sovint s'ha passat per alt en comparació amb els factors econòmics i ambientals. Aquesta tesi presenta un enfocament integral per a avaluar els indicadors de sostenibilitat dels edificis residencials de gran altura. L'enfocament inclou requisits ambientals, econòmics i socials, juntament amb 8 criteris i 14 indicadors. El Model de valor integrat per a l'avaluació sostenible (MIVES) s'utilitza com un model de presa de decisions de criteris múltiples en aquesta recerca. El model MIVES incorpora requisits de sostenibilitat i empra funcions de valor com a eina d'avaluació. Es van avaluar nou estudis de cas en Dubái i dos a Londres utilitzant el model MIVES. Els estudis de cas de Dubái es van avaluar amb base en 14 indicadors, mentre que els estudis de cas de Londres es van avaluar amb base en 16 indicadors, que abasten les tres dimensions de la sostenibilitat. Es va calcular l'índex de sostenibilitat (SI), resultant en un rang de 0,29 ≤ SI ≤ 0,62 per als edificis de Dubái i 0,70 ≤ SI ≤ 0,75 per als edificis de Londres. Les troballes indiquen que l'enfocament de construcció modular adoptat a Londres va permetre una avaluació de sostenibilitat més completa, la qual cosa va portar a puntuacions més altes en l'índex de sostenibilitat. Tots dos estudis de cas de Londres també es van avaluar utilitzant el Mètode d'Avaluació Ambiental de l'Establiment de Recerca d'Edificis (BREEAM), aconseguint excel·lents qualificacions de sostenibilitat que van del 70% al 84%. Els resultats del SI per al cas d'estudi de Ten Degree Croydon van ser 0,75, i per a Apex House, el SI va ser 0,70, la qual cosa va validar encara més el model MIVES. El model MIVES ha facilitat la identificació de fortaleses i febleses en edificis residencials de gran altura i l'efectivitat dels paràmetres de disseny per a futurs projectes similars. El model permet la comparació i priorització de solucions alternatives mentre minimitza la subjectivitat en la presa de decisions. L'enfocament té com a objectiu informar les millors decisions respecte als aspectes de sostenibilitat en el disseny d'edificis de gran altura i es pot aplicar en diverses regions, tenint en compte les regulacions locals. L'enfocament d'aquesta tesi està en l'avaluació d'edificis de gran altura i hi ha una diferència fonamental en la definició d'edificis alts. El principal objectiu d'aquesta tesi és desenvolupar un mètode per a analitzar la sostenibilitat d'edificis de gran altura que permeti considerar les tres dimensions de la sostenibilitat. En aquest sentit i d'acord amb l'anterior, les recerques sobre el disseny i construcció d'edificis de gran altura han demostrat que s'ha donat més importància als aspectes ambientals i econòmics que a l'aspecte social de la sostenibilitat. Els objectius específics d'aquesta recerca són els següents: • Dur a terme una recerca exhaustiva sobre els mètodes d'avaluació de la sostenibilitat existents. • Identificar el mètode d'avaluació de la sostenibilitat que es pot aplicar als edificis de gran altura. • Identificar indicadors de sostenibilitat rellevants per als edificis de gran altura amb la finalitat de quantificar indicadors que ajudin a establir el model basat en MIVES. • Comparar i utilitzar el mètode de disseny i construcció més adequat per a altres projectes en el futur.

(Español) La construcción de edificios de gran altura se ha convertido en una necesidad debido a la limitada disponibilidad de suelo, el crecimiento de la población y la demanda de desarrollo urbano. Sin embargo, el trasfondo cultural y las diversas necesidades de los residentes deben ser considerados en el proceso de diseño. Investigaciones anteriores han demostrado que la dimensión social de la sostenibilidad a menudo se ha pasado por alto en comparación con los factores económicos y ambientales. Esta tesis presenta un enfoque integral para evaluar los indicadores de sostenibilidad de los edificios residenciales de gran altura. El enfoque incluye requisitos ambientales, económicos y sociales, junto con 8 criterios y 14 indicadores. El Modelo de valor integrado para la evaluación sostenible (MIVES) se utiliza como un modelo de toma de decisiones de criterios múltiples en esta investigación. El modelo MIVES incorpora requisitos de sostenibilidad y emplea funciones de valor como herramienta de evaluación. Se evaluaron nueve estudios de caso en Dubái y dos en Londres utilizando el modelo MIVES. Los estudios de caso de Dubái se evaluaron con base en 14 indicadores, mientras que los estudios de caso de Londres se evaluaron con base en 16 indicadores, que abarcan las tres dimensiones de la sostenibilidad. Se calculó el índice de sostenibilidad (SI), resultando en un rango de 0,29 ≤ SI ≤ 0,62 para los edificios de Dubái y 0,70 ≤ SI ≤ 0,75 para los edificios de Londres. Los hallazgos indican que el enfoque de construcción modular adoptado en Londres permitió una evaluación de sostenibilidad más completa, lo que llevó a puntuaciones más altas en el índice de sostenibilidad. Ambos estudios de caso de Londres también se evaluaron utilizando el Método de Evaluación Ambiental del Establecimiento de Investigación de Edificios (BREEAM), logrando excelentes calificaciones de sostenibilidad que van del 70% al 84%. Los resultados del SI para el caso de estudio de Ten Degree Croydon fueron 0,75, y para Apex House, el SI fue 0,70, lo que validó aún más el modelo MIVES. El modelo MIVES ha facilitado la identificación de fortalezas y debilidades en edificios residenciales de gran altura y la efectividad de los parámetros de diseño para futuros proyectos similares. El modelo permite la comparación y priorización de soluciones alternativas mientras minimiza la subjetividad en la toma de decisiones. El enfoque tiene como objetivo informar las mejores decisiones con respecto a los aspectos de sostenibilidad en el diseño de edificios de gran altura y se puede aplicar en varias regiones, teniendo en cuenta las regulaciones locales. El enfoque de esta tesis está en la evaluación de edificios de gran altura y hay una diferencia fundamental en la definición de edificios altos. El principal objetivo de esta tesis es desarrollar un método para analizar la sostenibilidad de edificios de gran altura que permita considerar las tres dimensiones de la sostenibilidad. En este sentido y de acuerdo con lo anterior, las investigaciones sobre el diseño y construcción de edificios de gran altura han demostrado que se ha dado más importancia a los aspectos ambientales y económicos que al aspecto social de la sustentabilidad. Los objetivos específicos de esta investigación son los siguientes: • Llevar a cabo una investigación exhaustiva sobre los métodos de evaluación de la sostenibilidad existentes. • Identificar el método de evaluación de la sostenibilidad que se puede aplicar a los edificios de gran altura. • Identificar indicadores de sustentabilidad relevantes para los edificios de gran altura con el fin de cuantificar indicadores que ayuden a establecer el modelo basado en MIVES. • Comparar y utilizar el método de diseño y construcción más adecuado para otros proyectos en el futuro.