Multi-criteria decision making for sustainable engineering systems : Application for the energy renovation of buildings
Prise de décision multicritère pour les systèmes d'ingénierie durable : Application à la rénovation énergétique des bâtiments
Abstract
The trend towards sustainability in the building sector is gaining momentum, driven by environmental regulations and societal will. Although new building projects adhere to established standards, they replace only 1-3% of existing buildings annually. Renovation projects often present challenges such as the presence of uncertain data, varied stakeholder’s interests, and complex sustainability factors. To address these limitations, this thesis aims to integrate uncertainty into the decision-making process. The thesis develops a multi-criteria decision-making (MCDM) framework based on sustainability factors encompassing economic, environmental, social, and technical aspects for energy renovation of existing buildings. In contrast to existing deterministic MCDM methods, this framework incorporates uncertain data, yielding more realistic outcomes. A review of established MCDM methods was conducted, followed by a SWOT analysis to select a suitable method for the research problem. The application of MCDM methods in building energy renovations was examined to understand sustainability factors comprehensively. To address uncertainty, probability distribution and Monte Carlo simulation are integrated with MCDM methods. These tools represent uncertainty, simulate decision-making, and handle ambiguity. The novel MCDM framework, probabilistic ELECTRE Tri, has been developed based on the ELECTRE Tri method, probability distribution, revised Simos method, and Monte Carlo simulation. This framework was specifically developed for the classification of scenarios for building energy renovation. It was validated through a case study of a social housing project in Lyon, France. The results from the probabilistic ELECTRE Tri method were compared with those from ELECTRE Tri, underscoring the significance of incorporating uncertainty in decision-making. The developed framework enhances transparency, adaptability, flexibility, and user understanding, benefiting stakeholders. It is generic and can improve the objectivity and consistency of decision-making. Additionally, it advances sustainable building renovation and aligns with global environmental and energy efficiency goals.
La tendance à la durabilité dans le secteur du bâtiment prend de l'ampleur, sous l'impulsion des réglementations environnementales et de la volonté sociétale. Bien que les nouveaux projets de construction respectent les normes établies, ils ne remplacent que 1 à 3 % des bâtiments existants chaque année. Les projets de rénovation présentent souvent des défis tels que la présence de données incertaines, d'intérêts variés des parties prenantes et de facteurs de durabilité complexes. Pour répondre à ces limitations, cette thèse vise à intégrer l'incertitude dans le processus de prise de décision. La thèse développe un cadre de prise de décision multicritère (MCDM) basé sur des facteurs de durabilité englobant les aspects économiques, environnementaux, sociaux et techniques pour la rénovation énergétique des bâtiments existants. Contrairement aux méthodes MCDM déterministes existantes, ce cadre intègre des données incertaines, ce qui permet d'obtenir des résultats plus réalistes. Un examen des méthodes MCDM établies a été effectué, suivi d'une analyse SWOT afin de sélectionner une méthode adaptée au problème de la recherche. L'application des méthodes MCDM à la rénovation énergétique des bâtiments a été examinée afin de comprendre les facteurs de durabilité dans leur globalité. Pour tenir compte de l'incertitude, la distribution des probabilités et la simulation de Monte Carlo sont intégrées aux méthodes MCDM. Ces outils représentent l'incertitude, simulent la prise de décision et gèrent l'ambiguïté. Le nouveau cadre MCDM, ELECTRE Tri probabiliste, a été développé sur la base de la méthode ELECTRE Tri, de la distribution des probabilités, de la méthode Simos révisée et de la simulation de Monte Carlo. Ce cadre a été spécifiquement développé pour la classification des scénarios de rénovation énergétique des bâtiments. Il a été validé par une étude de cas portant sur un projet de logement social à Lyon, en France. Les résultats de la méthode probabiliste ELECTRE Tri ont été comparés à ceux d'ELECTRE Tri, soulignant l'importance de l'intégration de l'incertitude dans la prise de décision. Le cadre développé améliore la transparence, l'adaptabilité, la flexibilité et la compréhension de l'utilisateur, au bénéfice des parties prenantes. Il est générique et peut améliorer l'objectivité et la cohérence de la prise de décision. En outre, il fait progresser la rénovation durable des bâtiments et s'aligne sur les objectifs mondiaux en matière d'environnement et d'efficacité énergétique.
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