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統合多目的最適化とライフサイクルアセスメントによる初期建築設計の統合

Integrating multi-objective optimisation and life-cycle assessment in early-stage building design (原題)

Mark Alegbe, John Kalu, Lawrence Chukwuemeka

Acta Structilia📚 査読済 / ジャーナル2026-06-29#炭素会計対象セクター: construction
DOI: 10.38140/as.v33i1.10376
原典: https://journals.ufs.ac.za/index.php/as/article/download/10376/5786
📄 PDF

🤖 gxceed AI 要約

日本語

本研究は、初期建築設計段階において多目的最適化とライフサイクルアセスメントを統合する手法を開発。熱帯地域のケーススタディを通して、材料選択と外皮構成がライフサイクル排出と熱的快適性に与える影響を評価。パレート最適化により複数の設計目標をバランスし、運用炭素が全体の87%を占めるなど、設計のトレードオフを明らかにした。

English

This study develops an integrated multi-objective optimisation and life-cycle assessment method for early-stage building design. Using a tropical case building, it evaluates how material and envelope choices affect lifecycle emissions and thermal comfort. Pareto-based optimisation reveals trade-offs, with operational carbon dominating up to 87% of total emissions despite embodied carbon reductions.

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

📝 gxceed 編集解説 — Why this matters

日本のGX文脈において

日本では、建築物のライフサイクル全体での炭素排出削減が求められており、特にSSBJや省エネ基準への対応が進む中で、初期設計段階でのLCA統合手法は実務上有用。ただし、本論文は熱帯気候が対象であり、日本の寒冷地や温暖地への直接適用には気候条件の調整が必要。

In the global GX context

This paper addresses a core GX challenge—integrating lifecycle carbon assessment into early building design—which is globally relevant under frameworks like the EU Taxonomy and ISSB. The finding that operational carbon dominates in tropical buildings highlights the need for climate-specific design strategies, contrasting with temperate climates where embodied carbon may weigh more.

👥 読者別の含意

🔬研究者:Provides a robust framework for multi-objective optimisation linked to LCA that can be adapted to different climates and building types.

🏢実務担当者:Offers a methodology to evaluate trade-offs between embodied and operational carbon during early design, aiding in material selection and envelope design decisions.

🏛政策担当者:The clear demonstration that operational carbon dominates in tropical buildings suggests building codes should prioritize energy efficiency measures over material substitution alone.

📄 抄録（日本語訳）

建築環境は世界の炭素排出量の約40%を占めており、建物のライフサイクル全体にわたる影響に対処するための的を絞った戦略が緊急に求められている。初期段階の建築設計には、材料選択と外皮構成がライフサイクル排出量と温熱快適性にどのように影響するかを定量化する統合最適化フレームワークが依然として欠如している。このギャップは、熱質量、外皮性能、運用負荷の間の相互作用が複雑である熱帯気候において決定的に重要である。建物のライフサイクルの各段階は異なる炭素プロファイルを生み出す。設計者はしばしば単一指標の評価に依存しており、その結果、持続可能に見えるもののライフサイクル全体ではパフォーマンスが低い設計判断につながっている。本研究は、複合多目的最適化（MOO）とライフサイクル評価（LCA）を組み合わせた手法を開発し、代替設計シナリオにわたってこれらの競合する目的を評価・バランスさせるものである。DesignBuilder（V6）のMOOアルゴリズムを、サンドクリートブロックで建設された既存の熱帯地域のケース建物に適用した。2つの最適化代替案が開発された。1つは焼成レンガ外壁と粘土スレート屋根を組み合わせたもの、もう1つは焼成レンガ外壁と緑化屋根を組み合わせたものである。予備シミュレーションでは、材料代替により体化炭素が削減されたものの、運用炭素が増加し、温熱不快感が悪化したことが示された。最適化プロセスでは626回の反復が生成され、57の非劣解が得られ、パレートフロント分析により設計変数と性能結果の間の複雑な相互作用が明らかになった。その後、OneClick LCAを用いた建物のLCAにより、水平構造要素がA1-A3（材料）段階における体化炭素の最大89%を占めることが明らかになった。体化炭素はケース建物の総ライフサイクル排出量の19%を占めた一方、運用炭素が全体の影響を支配し、2番目の最適化建物では87%に達した。本研究は、パレート基準の多目的最適化が、競合する設計目標をナビゲートするための堅牢なフレームワークを提示すると結論づけている。しかし、最大の環境的・熱的性能向上をもたらす設計介入を特定するためには、ライフサイクル評価と統合されなければならない。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

📄 Abstract（原文）

The built environment is responsible for roughly 40% of global carbon emissions, compelling the need for targeted strategies that address impacts across the building life cycle. Early-stage building design still lacks integrated optimisation frameworks that quantify how material choices and envelope configurations influence life-cycle emissions and thermal comfort. This gap is critical in tropical climates, where the interaction between thermal mass, envelope performance, and operational loads is complex. Each stage of a building’s life cycle generates different carbon profiles. Designers often rely on single-metric assessments, leading to design decisions that appear sustainable but perform poorly across the full life cycle. This study develops a combined multi-objective optimisation (MOO) and life-cycle assessment (LCA) method to evaluate and balance these competing objectives across alternative design scenarios. A DesignBuilder (V6) MOO algorithm was applied to an existing tropical case building constructed with sandcrete blocks. Two optimised substitutes were developed: one combining burnt brick external walls with a clay slate roof, and another with burnt brick external walls with a green roof. Preliminary simulations show that, although material substitution reduced embodied carbon, it increased operational carbon and worsened thermal discomfort. The optimisation processes generated 626 iterations and yielded 57 non-dominated solutions, with Pareto front analyses revealing a complex interplay between design variables and performance outcomes. Subsequent LCA of the buildings using OneClick LCA revealed that horizontal structural elements accounted for up to 89% of embodied carbon in the A1-A3 (materials) stages. While embodied carbon represented 19% of total life-cycle emissions in the case building, operational carbon dominated overall impacts, reaching 87% in the second optimised building. The study concludes that Pareto-based multi-objective optimisation presents a robust framework for navigating conflicting design goals. However, it must be integrated with life-cycle evaluation to identify design interventions that can deliver the greatest environmental and thermal performance gains.

🔗 Provenance — このレコードを発見したソース

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gxceed は公開メタデータに基づく研究支援データセットです。要約・翻訳・解説は AI 支援で生成されています。 最終的な解釈・検証は利用者が原典資料に基づいて行うことを前提とします。