Digital-Twin-Oriented Surrogate Modelling of Architectural Identity and Thermal Performance in Benghazi A Semi-Physical, Evidence-Informed Framework for Multi-Objective Design-Space Exploration

Eman Salem Elmathkour; Gebril Farag K. Ahmeida; Fouad Faraj Altrshani; Ibtisam Ali  AbdalsalamAlsahati

doi:10.65405/wtr3w927

المؤلفون

Eman Salem Elmathkour Department of Computer Science, High Institute For Engineering Technologies – AlMajouri, Benghazi, Libya; University of Benghazi, Libya Author
Gebril Farag K. Ahmeida Department of Engineering, High Institute For Engineering Technologies – AlMajouri, Benghazi, Libya Author
Fouad Faraj Altrshani Department of Computer Science, High Institute For Engineering Technologies – AlMajouri, Benghazi, Libya; Author
Ibtisam Ali AbdalsalamAlsahati Department of Engineering, High Institute For Engineering Technologies – AlMajouri, Benghazi, Libya Author

DOI:

https://doi.org/10.65405/wtr3w927

الكلمات المفتاحية:

التوأم الرقمي؛ النمذجة شبه الفيزيائية؛ تعلم الآلة؛ HistGradientBoosting؛ SHAP؛ Permutation Importance؛ AIPI؛ الهوية المعمارية؛ بنغازي؛ Monte Carlo؛ Pareto؛ Golden Ratio.

الملخص

تهدف هذه الدراسة إلى تطوير إطار حسابي موجّه نحو التوأم الرقمي لاستكشاف العلاقة بين بعض الخصائص الهندسية للغلاف المعماري والأداء الحراري ومؤشر وكيل محدود للهوية المعمارية في بنغازي يدمج الإطار الأدلة الهندسية التاريخية المتاحة مع نموذج حراري شبه فيزيائي، ونماذج تعلم آلة شجرية ، وتحليل تفسيري باستخدام Permutation Importance وSHAP، ثم يستكشف فضاء تصميم افتراضي يضم 50,000 حالة باستخدام Monte Carlo و تحليل Pareto, حقق HistGradientBoosting على مجموعة الاختبار المستقلة R² = 0.98940 وRMSE = 0.29227 °C وMAE = 0.23646 °C، بينما بلغ متوسط R² في التحقق المتقاطع الخماسي 0.98815 ± 0.00116. أظهر تحليل الأهمية أن سماكة الجدار ودرجة الحرارة الخارجية هما المتغيران الأكثر تأثيرًا في الاستجابة الحرارية ضمن الصياغة الحالية ، كما أظهرت الأدلة الهندسية الموثقة في سياق Sidi Khrebish/Berenice تباينًا واضحًا في النسب، بمتوسط تجريبي موزون قدره 1.37453، ولذلك تم فصل Golden Ratio (φ ≈ 1.618) باعتبارها مرجعًا هندسيًا مقارنًا مستقلًا عن AIPI. وأسفر التحليل متعدد الأهداف عن مجموعة حلول Pareto، ثم تم اختيار حل توافقي حسابي بلغت فيه سماكة الجدار 0.592982 m، وWWR = 0.104893، ونسبة القوس 1.415982، ودرجة الحرارة الداخلية المتوقعة 26.546933 °C، وAIPI = 98.604171/100، والتقارب المستقل مع النسبة الذهبية 87.512504/100. وتبقى هذه النتائج استكشافية ومقيدة ببنية النموذج والبيانات شبه الفيزيائية ، ولا تمثل تحققًا ميدانيًا لمبانٍ حقيقية.

التنزيلات

تنزيل البيانات ليس متاحًا بعد.

المراجع

Historical visual and archival sources are additionally documented in Sections 12.1–12.4 so that image ownership, licensing, attribution, and evidentiary use remain traceable.

Michaelides, D. (1998). Excavations at Sidi Khrebish Benghazi (Berenice), Volume IV, Part 1: The Mosaics and Marble Floors. Tripoli: Department of Antiquities, in collaboration with the Society for Libyan Studies. Supplements to Libya Antiqua, 5. Open-access edition: https://www.jstor.org/stable/jj.14962420. DOI: 10.2307/jj.14962420.

Pye, E. (1974). The painted wallplaster from House H, Sidi Khrebish. Libyan Studies, 6, 10–12. https://www.cambridge.org/core/services/aop-cambridge-core/content/view/F5C7023E2C5FF7A37BB467ACBA8A22EF/S0263718900000546a.pdf.

Safour, A. A., & Elmazek, E. M. (2024). Architectural Identity of Benghazi City Between Tradition and Modernity: Case Study—Urban Centre of Benghazi. In Urban Narratives: Exploring Identity, Heritage, and Sustainable Development in Cities (pp. 47–57). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-031-48517-6_5.

Safour, A. A., Elmazek, E. M., Benmoussa, Z. A., & Alteer, N. A. (2025). Potential of Rehabilitating Benghazi Historical Buildings—Challenges and Strategies. ARCHive-SR, 9(4), 1–24. https://doi.org/10.21625/archive-sr.v9i4.1180.

Coccoli, C., Arenghi, A., Tanghetti, F., & El-Rida, A. (2024). Knowing is Saving: The Italian Architecture in Libya and the Case of Benghazi Cathedral. In Conservation of Architectural Heritage (CAH): Developing Sustainable Practices (Vol. 1, pp. 391–402). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-031-33222-7_32.

Shahzad, M., Shafiq, M. T., Douglas, D., & Kassem, M. (2022). Digital Twins in Built Environments: An Investigation of the Characteristics, Applications, and Challenges. Buildings, 12(2), 120. https://doi.org/10.3390/buildings12020120.

Mousavi, Y., Gharineiat, Z., Karimi, A. A., McDougall, K., Rossi, A., & Gonizzi Barsanti, S. (2024). Digital Twin Technology in Built Environment: A Review of Applications, Capabilities and Challenges. Smart Cities, 7(5), 2594–2615. https://doi.org/10.3390/smartcities7050101.

AlBalkhy, W., Karmaoui, D., Ducoulombier, L., Lafhaj, Z., & Linner, T. (2024). Digital twins in the built environment: Definition, applications, and challenges. Automation in Construction, 162, 105368. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2024.105368.

Pedregosa, F., Varoquaux, G., Gramfort, A., Michel, V., Thirion, B., Grisel, O., Blondel, M., Prettenhofer, P., Weiss, R., Dubourg, V., Vanderplas, J., Passos, A., Cournapeau, D., Brucher, M., Perrot, M., & Duchesnay, E. (2011). Scikit-learn: Machine Learning in Python. Journal of Machine Learning Research, 12, 2825–2830.

Lundberg, S. M., & Lee, S. I. (2017). A Unified Approach to Interpreting Model Predictions. Advances in Neural Information Processing Systems, 30, 4765–4774.

American Society of Overseas Research (ASOR) Cultural Heritage Initiatives. (2017). Incident Report LHI 17-0013: Ottoman Municipal Building, Souq al-Hout, Benghazi, Cyrenaica, Libya. In ASOR CHI Appendices. https://www.asor.org/wp-content/uploads/2019/09/ASOR_CHI_July17_Appendices.pdf.

World Monuments Fund. (2022). Benghazi Historic City Center. https://www.wmf.org/monuments/benghazi-historic-city-center.

Media and web sources are documented separately in Sections 14.1–14.3 to distinguish archival/visual evidence from peer-reviewed and scholarly references.

Gad, A. F. (2021). PyGAD: An intuitive Python library for building the genetic algorithm and training machine learning algorithms. arXiv preprint arXiv:2106.06158.