ارزیابی چرخه حیات (LCA) و بهینه سازی چندهدفه سازه های بتنی پیش ساخته در پروژه های عمرانی شهری با رویکرد کاهش انتشار کربن

هدف: پژوهش حاضر با هدف ارزیابی چرخه حیات (LCA) و بهینه سازی چندهدفه سازه های بتنی پیش ساخته در پروژه های عمرانی شهری با رویکرد کاهش انتشار کربن انجام شده است. صنعت ساختمان به ویژه در بخش تولید بتن، از منابع اصلی انتشار کربن محسوب می گردد و استفاده از روش های ساخت صنعتی به دلیل مزایای زیست محیطی، به عنوان یک راهکار موثر مطرح شده است. با این حال، ارزیابی کمی این مزایا در کل چرخه عمر و در شرایط بومی ایران، همچنان به عنوان یک خلا پژوهشی اساسی مطرح است. روش تحقیق: این پژوهش از نظر هدف، کاربردی-توسعه ای و از نظر ماهیت و روش اجرا، در زمره پژوهش های تحلیلی-عددی با رویکرد مدل سازی ریاضی و بهینه سازی چندهدفه قرار دارد. ارزیابی چرخه حیات بر اساس استاندارد ISO ۱۴۰۴۰ در چهار مرحله (تعیین هدف و محدوده، تحلیل موجودی، ارزیابی اثرات و تفسیر نتایج) انجام شده است. برای محاسبه شاخص پتانسیل گرمایش جهانی (GWP)، از رابطه E = Σ (ADᵢ × EFᵢ) استفاده گردیده است. بهینه سازی چندهدفه با استفاده از الگوریتم ژنتیک با مرتب سازی نامغلوب (NSGA-II) با سه تابع هدف شامل کاهش انتشار کربن، کاهش هزینه های ساخت و تامین الزامات مقاومتی صورت گرفته است. یافته ها: نتایج ارزیابی چرخه حیات نشان می دهد که شاخص GWP برای سیستم پیش ساخته در کل چرخه عمر، معادل kg CO₂-eq ۲۸۵ به ازای هر متر مکعب بتن است که در مقایسه با سیستم بتن درجا (kg CO₂-eq ۳۸۵)، کاهشی حدود ۲۶ درصد را نشان می دهد. بیشترین سهم انتشار کربن در هر دو سیستم، مربوط به مرحله تولید سیمان (حدود ۶۰ تا ۷۰ درصد کل انتشار) است. نتایج بهینه سازی با الگوریتم NSGA-II نشان می دهد که بهترین ترکیب شامل استفاده از ۱۵ درصد وزنی پوزولان (ترکیب ۱۰ درصد خاکستر بادی و ۵ درصد دوده سیلیس) به عنوان جایگزین سیمان، نسبت آب به سیمان ۰.۴۰ و مقاومت بتن C۳۵ است. این ترکیب منجر به کاهش ۱۲.۵ درصدی انتشار کربن و کاهش ۸.۳ درصدی هزینه های ساخت در مقایسه با طرح اختلاط مرجع می شود. نتیجه گیری: صنعت ساخت وساز و نظام مدیریت پروژه های عمرانی شهری ایران برای کاهش انتشار کربن و دستیابی به توسعه پایدار، نیازمند اتخاذ رویکردی گام به گام در پیاده سازی ارزیابی چرخه حیات و بهینه سازی چندهدفه است. چارچوب چهارمرحله ای پیشنهادی این پژوهش (شامل تعریف اهداف و شاخص های زیست محیطی، جمع آوری داده های موجودی چرخه حیات، مدل سازی و تحلیل کمی انتشار کربن، و بهینه سازی چندهدفه با الگوریتم NSGA-II) می تواند الگویی کارآمد برای طراحی پایدار و کاهش ردپای کربن در پروژه های عمرانی شهری ایران فراهم آورد.