Semi-automated BIM workflow for early facade design in residential buildings : dashboard for energy-based decisions in modern methods of construction

The primary objective of this thesis is to establish a semi-automated Building Information Modeling (BIM) workflow that enhances collaboration between prefabrication contractors and designers during the early design phase of facade systems. This research addresses the critical need for an integrated approach to managing and processing design data, ensuring efficient, energy-based decision-making within modern construction methods. The methodology is structured into five key stages: Data Collection, Data Integration, Information Analysis, Optimization, and Knowledge Reporting. Each stage is designed to address specific aspects of the construction process, from initial data gathering to the final reporting of insights. Critical performance indicators (KPIs) are established at each stage to monitor and improve process effectiveness. This research introduces an innovative method requiring a predefined Level of Detail (LOD) for facade panels, ensuring all parties have a clear and consistent understanding of design elements from the outset. By leveraging the capabilities of Rhino Inside and Revit, the thesis demonstrates a seamless integration where data is processed semi-automatically within Grasshopper. This integration streamlines the workflow and reduces potential errors and discrepancies arising from manual data handling. A standout feature of this workflow is its ability to generate insightful graphs and visualizations in Revit, depicting material properties and energy performance metrics. These visual aids are crucial for informed decision-making, enabling stakeholders to comprehensively assess the implications of various design options on energy efficiency and sustainability. The thesis presents a robust case study focusing on a social residential building, "ALER buildings" in Milan. It highlights the application of EASEE and TES technologies for facade retrofitting. The case study demonstrates the practical application of the semi-automated workflow in real-world scenarios, showing its potential to significantly improve facade design processes. Moreover, the research emphasizes the importance of collaboration and data sharing in the construction industry. The proposed dashboard acts as a common ground for prefabrication contractors and designers, facilitating a more cohesive and coordinated approach to early-stage design. This aspect addresses the communication challenges that often hinder project efficiency and success. In conclusion, this thesis makes a significant contribution to the field of Building Information Modeling (BIM) by offering a practical, semi-automated solution for early facade design in ALER buildings case. The integration of Rhino, Revit, and Grasshopper within this workflow showcases the potential of digital tools to enhance design accuracy, energy efficiency, and collaboration in the construction industry. This research sets a solid foundation for future advancements in BIM workflows, promoting a more sustainable and streamlined approach to modern methods of construction.

L'obiettivo principale di questa tesi è stabilire un flusso di lavoro semi-automatizzato per il Building Information Modeling (BIM) che migliori la collaborazione tra i contraenti della prefabbricazione e i progettisti durante la fase iniziale di progettazione dei sistemi di facciata. Questa ricerca affronta la necessità critica di un approccio integrato alla gestione e al trattamento dei dati di progettazione, garantendo decisioni efficienti basate sull'energia nei metodi di costruzione moderni. La metodologia è strutturata in cinque fasi chiave: Raccolta Dati, Integrazione Dati, Analisi delle Informazioni, Ottimizzazione e Reportistica delle Conoscenze. Ogni fase è progettata per affrontare aspetti specifici del processo di costruzione, dalla raccolta iniziale dei dati fino alla reportistica finale delle intuizioni. Indicatori chiave di prestazione (KPI) sono stabiliti in ogni fase per monitorare e migliorare l'efficacia del processo. Questa ricerca introduce un metodo innovativo che richiede un Livello di Dettaglio (LOD) predefinito per i pannelli di facciata, assicurando che tutte le parti abbiano una comprensione chiara e coerente degli elementi di progettazione fin dall'inizio. Sfruttando le capacità di Rhino Inside e Revit, la tesi dimostra un'integrazione senza soluzione di continuità in cui i dati vengono elaborati in modo semi-automatico all'interno di Grasshopper. Questa integrazione semplifica il flusso di lavoro e riduce potenziali errori e discrepanze derivanti dalla gestione manuale dei dati. Una caratteristica distintiva di questo flusso di lavoro è la sua capacità di generare grafici e visualizzazioni perspicaci in Revit, rappresentando le proprietà dei materiali e i parametri di prestazione energetica. Questi strumenti visivi sono cruciali per decisioni informate, consentendo alle parti interessate di valutare comprensivamente le implicazioni di varie opzioni di progettazione sull'efficienza energetica e la sostenibilità. La tesi presenta un caso di studio robusto focalizzato su un edificio residenziale sociale, "edifici ALER," a Milano. Sottolinea l'applicazione delle tecnologie EASEE e TES per il retrofit delle facciate. Il caso di studio dimostra l'applicazione pratica del flusso di lavoro semi-automatizzato in scenari reali, mostrando il suo potenziale per migliorare significativamente i processi di progettazione delle facciate. Inoltre, la ricerca sottolinea l'importanza della collaborazione e della condivisione dei dati nell'industria delle costruzioni. Il dashboard proposto funge da terreno comune per i contraenti della prefabbricazione e i progettisti, facilitando un approccio più coeso e coordinato alla progettazione in fase iniziale. Questo aspetto affronta le sfide comunicative che spesso ostacolano l'efficienza e il successo del progetto. In conclusione, questa tesi offre un contributo significativo al campo del Building Information Modeling (BIM) proponendo una soluzione pratica e semi-automatizzata per la progettazione iniziale delle facciate nel caso degli edifici ALER. L'integrazione di Rhino, Revit e Grasshopper all'interno di questo flusso di lavoro dimostra il potenziale degli strumenti digitali per migliorare l'accuratezza della progettazione, l'efficienza energetica e la collaborazione nell'industria delle costruzioni. Questa ricerca stabilisce una solida base per futuri progressi nei flussi di lavoro BIM, promuovendo un approccio più sostenibile e ottimizzato ai metodi di costruzione moderni.