DOI: https://doi.org/10.1007/s10669-025-10001-w
تاريخ النشر: 2025-01-21
المؤلف: Asad Ur Rehman Bajwa وآخرون
الموضوع الرئيسي: اختيار المواد وخصائصها
نظرة عامة
تؤكد ورقة البحث على أهمية اختيار المواد في تعزيز الاستدامة داخل صناعة البناء، مع تسليط الضوء على التأثير البيئي للمواد ذات الكربون العالي. تحدد الورقة تعقيد اختيار المواد المستدامة بسبب المعايير والمتغيرات المتعددة، وتقترح تقنيات اتخاذ القرار متعددة المعايير (MCDM) كحل قابل للتطبيق. تستعرض الدراسة بشكل منهجي طرق MCDM المستخدمة لاختيار المواد المستدامة من 2010 إلى 2023، باستخدام إطار عمل PRISMA وBibliometrix للتحليل التلوي ورسم الخرائط الموضوعية. تشير النتائج الرئيسية إلى أن عملية التحليل الهرمي (AHP) فعالة بشكل خاص في تصنيف معايير الاختيار وتخصيص الأوزان للمتغيرات المتعلقة بالنفايات والمواد المعاد تدويرها والمركبة. كما تشير الأبحاث إلى زيادة تعقيد اتخاذ القرار، مما أدى إلى اعتماد تقنيات MCDM الهجينة لتسهيل الخيارات المستنيرة.
في الختام، تقدم الدراسة منهجية شاملة لمعالجة تحديات اختيار المواد من خلال MCDM، مع عرض طرق متنوعة مثل AHP وVIKOR وTOPSIS. تسلط الضوء على الحاجة إلى نهج متعدد الأبعاد لحل النزاعات الناشئة عن نماذج التنبؤ المختلفة والقيود التنظيمية. ومع ذلك، تعترف المراجعة بالقيود، بما في ذلك نقص التركيز على قطاعات البناء المحددة مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد وغياب ملاحظات أصحاب المصلحة في الصناعة. بشكل عام، توضح النتائج من 23 دراسة مختارة العلاقة بين الخيارات المنهجية ونتائج اختيار المواد، مما يبرز مرونة MCDM في معالجة القضايا المتعلقة بالاستدامة. تعتبر هذه المراجعة مصدرًا قيمًا لعلماء البناء، ومهندسي المواد، وخبراء الاستدامة، وصانعي السياسات، مما يزودهم برؤى حول كل من طرق MCDM المستقلة والهجينة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الحاجة الملحة لممارسات مستدامة في صناعة البناء، مدفوعة بالتحضر السريع والتأثيرات البيئية المرتبطة به، مثل زيادة الانبعاثات البشرية والنفايات (Jie et al. 2023). تم تحديد اختيار المواد المستدامة كعامل حاسم في تحقيق أهداف الكربون الصفري، ومع ذلك، غالبًا ما تعطي الطرق التقليدية لاختيار المواد الأولوية للعوامل التقنية والاقتصادية على الاعتبارات البيئية (Alam Bhuiyan وHammad، 2023). يبرز هذا الفجوة ضرورة وجود نهج أكثر تطوراً، مثل أنظمة اتخاذ القرار متعددة المعايير (MCDM)، التي يمكن أن تشمل مجموعة أوسع من المعايير، بما في ذلك الاستدامة والعوامل الثقافية والاجتماعية (Mathiyazhagan et al. 2019).
على الرغم من إمكانيات MCDM في تحسين عمليات اختيار المواد، تكشف الأدبيات عن نقص في المراجعات الشاملة التي تتناول تطبيقها بشكل خاص في قطاع البناء. ركزت الدراسات الحالية بشكل أساسي على صناعات أخرى، مما ترك فجوة ملحوظة في فهم كيفية استخدام MCDM بشكل فعال للمواد الجديدة في البناء (Oliveira et al. 2019). تهدف هذه الورقة إلى سد هذه الفجوة من خلال تقديم مراجعة منهجية لطرق MCDM، وتقييم فوائدها، وفرصها، وحواجزها، وتقديم توصيات قابلة للتنفيذ لأصحاب المصلحة في صناعة البناء، بما في ذلك مهندسي المواد وعلماء الاستدامة. تشمل أهداف البحث مراجعة المعرفة الحالية حول MCDM وتحديد فرص البحث المستقبلية والقيود في تطبيقه.
طرق
تركز منهجية البحث على كل من طرق اتخاذ القرار متعددة المعايير (MCDM) المستقلة والهجينة لاختيار المواد، مع التأكيد على الاستدامة. تهدف الدراسة إلى تقديم فهم شامل لتشكيل وتنفيذ MCDM، مما يؤدي إلى خارطة طريق لتنفيذ التقنيات المناسبة. لتحقيق ذلك، استخدم فريق البحث مراجعة أدبية منهجية (SLR) تضمنت تحليل تلوي ورسم خرائط موضوعية، مع الالتزام بإطار عمل PRISMA واستخدام حزمة Bibliometrix R لفحص شامل للمعرفة الحالية حول MCDM، بما في ذلك الاتجاهات والاستكشافات الموضوعية.
تم اعتماد نهج بحث نوعي لتحديد المكونات الحرجة لكل طريقة MCDM، والتي تسهم في عمليات اختيار المواد الفعالة والموثوقة. لا تبرز هذه المنهجية فقط الكفاءات والآفاق لـ MCDM ولكنها تسعى أيضًا إلى تعزيز إطار اتخاذ القرار في سياق الاستدامة.
نتائج
يقدم قسم النتائج في الدراسة نتائج من كل من التحليل البيبليومتري ومراجعة الأدبيات المنهجية التي تركز على اتخاذ القرار متعدد المعايير (MCDM) في اختيار المواد داخل صناعة البناء. يكشف التحليل البيبليومتري عن اتجاه متزايد في الأبحاث المنشورة، حيث تتصدر الهند وماليزيا وإيران وتركيا المساهمات في المقالات. ومن الجدير بالذكر أن الدنمارك وماليزيا وصربيا تحتل أعلى المراتب في الاقتباسات. تحدد تحليل تكرار الكلمات الرئيسية “اتخاذ القرار” كأكثر المصطلحات شيوعًا، تليها “البناء” و”الصناعة”، مما يشير إلى تركيز كبير على اختيار المواد كأحد تحديات اتخاذ القرار التي تدعم التنمية المستدامة.
تسلط مزيد من التحليلات باستخدام أداة Bibliometrix الضوء على التزامن بين الكلمات الرئيسية، مما يوضح الترابط بين مصطلحات مثل “اتخاذ القرار” و”صناعة البناء” و”اختيار المواد” و”التنمية المستدامة”. تكشف شبكة التزامن أن “اتخاذ القرار” تعمل كنقطة مركزية، حيث يتم التعرف على عملية التحليل الهرمي (AHP) كطريقة بارزة في MCDM. تصنف الدراسة موضوعات البحث إلى موضوعات رئيسية، والتي تم تأسيسها جيدًا، وموضوعات متخصصة، والتي تكون أقل صلة ولكنها مرتبطة بمواضيع أخرى. تؤكد هذه التحليلات الشاملة على الدور الحاسم لـ MCDM في تعزيز ممارسات اختيار المواد في قطاع البناء.
مناقشة
تؤكد قسم المناقشة في ورقة البحث على الدور الحاسم للبناء المستدام في التخفيف من تغير المناخ من خلال اعتماد مواد بناء منخفضة الكربون. يتم تعريف البناء المستدام على أنه الإدارة المسؤولة لبيئة مبنية صحية تعتمد على كفاءة الموارد والمبادئ البيئية. يتم تسليط الضوء على اختيار المواد كجانب محوري في التصميم المستدام، حيث يمكن أن يقلل استخدام المواد ذات الطاقة المدمجة المنخفضة بشكل كبير من النفايات وبصمات الكربون. يتم الدعوة إلى دمج تقنيات اتخاذ القرار متعددة المعايير (MCDM) كنهج منهجي لتعزيز عمليات اختيار المواد، مما يمكّن من تحسين تقييمات التأثير البيئي والجدوى الاقتصادية.
تحدد الورقة فرعين رئيسيين من طرق MCDM في البناء: الطرق المستقلة والهجينة. تُستخدم الطرق المستقلة، وخاصة عملية التحليل الهرمي (AHP)، بشكل متكرر، بينما تجمع الطرق الهجينة، مثل TOPSIS، بين تقنيات متعددة لمعالجة سيناريوهات اتخاذ القرار المعقدة. على الرغم من مزايا MCDM، لا تزال التحديات مثل إدارة مجموعات البيانات الكبيرة وضمان إدخال الخبراء الفعال قائمة. تقدم الدراسة خارطة طريق لتجاوز هذه الحواجز، داعية إلى تنفيذ منظم لطرق MCDM لتحسين اختيار المواد في البناء المستدام. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية دمج مبادئ الاستدامة في اختيار المواد لتعزيز ممارسات البناء المسؤولة بيئيًا.
قيود
يسلط قسم قيود اتخاذ القرار متعدد المعايير (MCDM) الضوء على عدة تحديات متأصلة في المنهجية. واحدة من القيود الكبيرة هي إمكانية التحيز الذاتي في وزن المعايير، مما يمكن أن يؤثر بشكل كبير على نتائج اتخاذ القرار. قد تنشأ هذه الذاتية من تفضيلات صانعي القرار، مما يؤدي إلى عدم اتساق وتباين في النتائج عبر سياقات أو مقيمين مختلفين.
بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تتطلب طرق MCDM فهمًا شاملاً للمعايير والبدائل المعنية، وهو ما يمكن أن يكون من الصعب تحقيقه في السيناريوهات المعقدة. قد يؤدي تجميع معايير متنوعة في درجة واحدة إلى تبسيط مفرط لعملية اتخاذ القرار، مما قد يتجاهل الفروق الدقيقة الحرجة. علاوة على ذلك، يمكن أن تشكل التعقيدات الحسابية المرتبطة ببعض تقنيات MCDM تحديات عملية، خاصة عند التعامل مع مجموعات بيانات كبيرة أو بدائل عديدة. تؤكد هذه القيود على الحاجة إلى تطبيق دقيق واعتبار لطرق MCDM في الممارسة العملية.
DOI: https://doi.org/10.1007/s10669-025-10001-w
Publication Date: 2025-01-21
Author(s): Asad Ur Rehman Bajwa et al.
Primary Topic: Material Selection and Properties
Overview
The research paper emphasizes the significance of material selection in promoting sustainability within the construction industry, highlighting the environmental impact of high carbon embodiment materials. It identifies the complexity of choosing sustainable materials due to multiple criteria and variables, proposing Multi-Criteria Decision Making (MCDM) techniques as a viable solution. The study systematically reviews MCDM methods utilized for sustainable material selection from 2010 to 2023, employing the PRISMA framework and Bibliometrix for meta-analysis and thematic mapping. Key findings indicate that the Analytical Hierarchy Process (AHP) is particularly effective for ranking selection criteria and assigning weights to variables related to waste, recycled, and composite materials. The research also points to the increasing complexity of decision-making, which has led to the adoption of Hybrid MCDM techniques to facilitate informed choices.
In conclusion, the study presents a comprehensive methodology for addressing material selection challenges through MCDM, showcasing various methods such as AHP, VIKOR, and TOPSIS. It highlights the need for a multi-faceted approach to resolve conflicts arising from different prediction models and regulatory constraints. However, the review acknowledges limitations, including a lack of focus on specific construction segments like 3D printing and the absence of industry stakeholder feedback. Overall, the findings from 23 selected studies illustrate the relationship between methodological choices and material selection outcomes, underscoring the versatility of MCDM in addressing sustainability concerns. This review serves as a valuable resource for building scientists, material engineers, sustainability experts, and policymakers, equipping them with insights into both standalone and hybrid MCDM methods.
Introduction
The introduction highlights the urgent need for sustainable practices in the construction industry, driven by rapid urbanization and the associated environmental impacts, such as increased anthropogenic emissions and waste generation (Jie et al. 2023). The selection of sustainable materials is identified as a critical factor in achieving net-zero carbon goals, yet traditional methods of material selection often prioritize technical and economic factors over environmental considerations (Alam Bhuiyan and Hammad, 2023). This gap underscores the necessity for more sophisticated approaches, such as multi-criteria decision-making (MCDM) systems, which can incorporate a broader range of criteria, including sustainability, cultural, and social factors (Mathiyazhagan et al. 2019).
Despite the potential of MCDM to enhance material selection processes, the literature reveals a lack of comprehensive reviews specifically addressing its application within the construction sector. Existing studies have primarily focused on other industries, leaving a notable gap in understanding how MCDM can be effectively utilized for new materials in construction (Oliveira et al. 2019). This paper aims to bridge this gap by providing a systematic review of MCDM methods, assessing their benefits, opportunities, and barriers, and offering actionable recommendations for stakeholders in the construction industry, including material engineers and sustainability scientists. The research objectives include reviewing the current knowledge on MCDM and identifying future research opportunities and limitations in its application.
Methods
The research methodology focuses on both standalone and hybrid Multi-Criteria Decision-Making (MCDM) approaches for material selection, emphasizing sustainability. The study aims to provide a comprehensive understanding of MCDM formation and execution, culminating in a roadmap for implementing suitable techniques. To achieve this, the research team employed a systematic literature review (SLR) that included meta-analysis and thematic mapping, adhering to the PRISMA framework and utilizing the Bibliometrix R-package for an in-depth examination of existing knowledge on MCDM, including trends and thematic explorations.
A qualitative research approach was adopted to identify critical components of each MCDM method, which contribute to effective and robust material selection processes. This methodology not only highlights the competencies and prospects of MCDM but also seeks to enhance the decision-making framework in the context of sustainability.
Results
The results section of the study presents findings from both bibliometric analysis and a systematic literature review focused on Multi-Criteria Decision Making (MCDM) in material selection within the construction industry. The bibliometric analysis reveals a growing trend in published research, with India, Malaysia, Iran, and Turkey leading in article contributions. Notably, Denmark, Malaysia, and Serbia rank highest in citations. Keyword frequency analysis identifies “decision making” as the most prevalent term, followed by “construction” and “industry,” indicating a significant focus on material selection as a decision-making challenge that supports sustainable development.
Further analysis using the Bibliometrix tool highlights the co-occurrence of keywords, illustrating the interconnectedness of terms such as “decision making,” “construction industry,” “material selection,” and “sustainable development.” The co-occurrence network reveals that “decision making” serves as a central node, with the Analytical Hierarchy Process (AHP) recognized as a prominent MCDM method. The study categorizes research themes into motor themes, which are well-established, and niche themes, which are less relevant but connected to other topics. This comprehensive analysis underscores the critical role of MCDM in advancing material selection practices in the construction sector.
Discussion
The discussion section of the research paper emphasizes the critical role of sustainable construction in mitigating climate change through the adoption of low-carbon building materials. Sustainable construction is defined as the responsible management of a healthy built environment based on resource efficiency and ecological principles. Material selection is highlighted as a pivotal aspect of sustainable design, where the use of materials with low embodied energy can significantly reduce waste and carbon footprints. The integration of Multi-Criteria Decision Making (MCDM) techniques is advocated as a systematic approach to enhance material selection processes, enabling better environmental impact assessments and cost-effectiveness.
The paper identifies two main branches of MCDM approaches in construction: standalone and hybrid methods. Standalone methods, particularly the Analytical Hierarchy Process (AHP), are frequently utilized, while hybrid methods, such as TOPSIS, combine multiple techniques to address complex decision-making scenarios. Despite the advantages of MCDM, challenges such as managing large datasets and ensuring effective expert input remain prevalent. The study provides a roadmap for overcoming these barriers, advocating for a structured implementation of MCDM approaches to improve material selection in sustainable construction. Overall, the findings underscore the importance of integrating sustainability principles into material selection to foster environmentally responsible construction practices.
Limitations
The section on limitations of Multi-Criteria Decision Making (MCDM) highlights several challenges inherent to the methodology. One significant limitation is the potential for subjective bias in the weighting of criteria, which can significantly influence the decision-making outcomes. This subjectivity may arise from the preferences of decision-makers, leading to inconsistencies and variability in results across different contexts or evaluators.
Additionally, MCDM methods often require a comprehensive understanding of the criteria and alternatives involved, which can be difficult to achieve in complex scenarios. The aggregation of diverse criteria into a single score may oversimplify the decision-making process, potentially overlooking critical nuances. Furthermore, the computational complexity associated with certain MCDM techniques can pose practical challenges, particularly when dealing with large datasets or numerous alternatives. These limitations underscore the need for careful application and consideration of MCDM approaches in practice.