Розвиток сталого будівництва за допомогою технологій

Від традиційного будівництва до цифрового екобудівництва

Будівництво, як правило, є дуже енерго- та трудомісткою діяльністю, що призводить до значного забруднення. Воно все ще переважно є «офлайн» діяльністю з низьким рівнем цифровізації порівняно з іншими видами економічної діяльності.

Наукова стаття, опублікована в журналі Sustainable Futures¹ досліджує, як поява штучного інтелекту, технології блокчейн, цифрового виробництва та тенденції до сталого розвитку можуть вплинути на цю галузь.

Разом цифрові технології та екоматеріали можуть значно прискорити розвиток технологій еко-будівництва та зменшити вплив будівельної галузі на навколишнє середовище.

Дослідження було проведене малайзійськими дослідниками з Азіатсько-Тихоокеанського університету технологій та інновацій (APU) та Національного університету Малайзії (UKM) та опубліковане під назвою «Цифрова інтеграція в еко-будівництві 2.0: просування сталого розвитку за допомогою технологій".

Нові методи виробництва

Матеріали в будівництві історично вироблялися масово у стандартизованих формах, і будь-яке складання вимагало кваліфікованої людської праці. Нові технології, ймовірно, змінять цей статус-кво найближчим часом.

Перші з них – це методи виробництва, що виходять за рамки масового заводського виробництва, cомпут nнумерічний cобробка на ЧПК, лазерне різання та 3D-друкКожен з них має свої переваги та слабкі сторони, і його слід вибирати залежно від вимог певного завдання.

джерело: Стале майбутнє

Ці методи значно зменшують втрати матеріалу під час переробки сировини на готову продукцію для будівництва.

Вони також забезпечують набагато вищий рівень гнучкості щодо остаточного дизайну, що робить індивідуальний дизайн більш доступним.

Зрештою, їх можна виробляти в набагато менших масштабах і більш локально, що потенційно може призвести до різкого зменшення площі транспортування матеріалів від сировини до заводу та на будівельні майданчики.

«Ця методологія не лише сприяє використанню екологічних матеріалів, але й тісно узгоджується з принципами бережливого будівництва та цілями нульового рівня викидів завдяки своєму низькому профілі відходів».

Усі ці нові методи виробництва значно виграють від удосконалення та демократизації систем автоматизованого проектування (САПР) та широкого впровадження інформаційного моделювання будівель (БІМ). САПР та БІМ сьогодні утворюють цифрову основу більшості будівельних проектів.

Екоматеріали

Ще однією зміною, що впливає на будівельну галузь, є перехід на більш екологічно чисті матеріали.

Головним рушієм змін є 3D-принтери, здатні використовувати такі матеріали, як перероблений пластик, біорозкладні полімери та композитні матеріали, що містять натуральні волокна.

Зокрема, геополімери може бути використаний у 3D-друкуГеополімери – це неорганічні, зазвичай керамоподібні матеріали, які можна виготовляти з промислових побічних продуктів, таких як зола або шлак, що в іншому випадку є відходами електростанцій та сталеливарних заводів. Їх можна формулювати з місцевих матеріалів.

Таким чином, будівельна галузь має можливість переробляти промислові відходи замість споживання ресурсів.

Розробка великомасштабних 3D-принтерів дозволила будівництво цілих будівельних конструкцій безпосередньо на місці, що зменшило транспортні витрати та пов'язані з цим викиди вуглецю.

Однак, варто зазначити, що вартість 3D-принтерів та їхня відносно низька швидкість все ще є серйозними обмеженнями цієї технології та уповільнюють її масштабне впровадження.

Відновлювані екоматеріали, такі як масив деревини, що використовується для будівництва дерев'яних хмарочосів, також може допомогти зменшити викиди вуглецю та споживання ресурсів у будівельній галузі.

Нові конструкції

Будівлі, надруковані на 3D-принтері, також можуть приймати складніші форми, ніж будівлі, виготовлені з елементів масового виробництва.

Як результат, це може сприяти інтеграції природних та ергономічних форм у будівлі, що може підвищити енергоефективність завдяки кращій тепловій динаміці та розподілу світла.

Інтеграція природних форм ізоляції, таких як стільникові структури, покращує ізоляцію, одночасно зменшуючи витрати на матеріали, а також може підвищити цінність 3D-друку в будівництві.

3D-друк також дозволяє створювати «градієнтні матеріали», де властивості матеріалів змінюються в межах одного об'єкта для задоволення певних функціональних вимог без надмірного використання матеріалів.

Блокчейн для ланцюгів поставок сталого будівництва

Ще однією постійною проблемою будівельної галузі, ймовірно, є відстеження джерела використаних матеріалів та їхнього ESG-профілю.

Це та галузь, де може допомогти ефективний облік, що дозволяє технологія блокчейн.

Автоматизуючи та захищаючи транзакції по всьому ланцюжку поставок, блокчейн не лише підвищує операційну ефективність, але й зміцнює довіру між зацікавленими сторонами, забезпечуючи чіткий та незмінний запис про походження, обробку та транспортування матеріалів.

Блокчейн також можна використовувати для забезпечення можливості укладання смарт-контрактів, що робить їх виконання більш плавним, потенційно використовуючи цю технологію на кожному етапі будівельного процесу, від пошуку матеріалів до перевірки та сертифікації готової будівлі.

джерело: Стале майбутнє

Допомагаючи відстежувати та доводити джерела матеріалів, що використовуються в будівництві, блокчейн може допомогти відповідати вимогам передових стандартів сталого розвитку, таких як LEED, BREEAM або ISO 21930, доводячи їх відповідність екологічним нормам, вимогам щодо охорони праці та скорочення викидів вуглецю.

Найбільшим обмеженням для впровадження цієї технології є не стільки технічне, скільки культурне, оскільки будівельна галузь загалом неохоче модернізує свої методи.

«Будівельний сектор демонструє структурний опір цифровій прозорості, особливо в практиці закупівель та субпідрядів, яка спирається на застарілі робочі процеси, неформальні стосунки та фрагментовані системи документації».

Найбільш помітним є вплив на існуючі структури влади та практику чорного або сірого ринку, поширену в галузі, особливо в деяких країнах або регіонах.

«Багато зацікавлених сторін сприймають децентралізовану та незмінну природу блокчейну не як фактор, що сприяє розвитку, а як руйнівну силу, що загрожує існуючим операційним нормам».

Найімовірніше, впровадження блокчейнів та інших інструментів цифрового відстеження відбудеться швидко в проектах критичної інфраструктури, де відстежуваність є не просто нормативною вимогою, а умовою управління відповідальністю та забезпечення якості.

Штучний інтелект у сталому будівництві: застосування та обмеження

додатків

Оскільки штучний інтелект стає більш універсальним, його тепер можна використовувати для покращення будівельних проектів.

Одне застосування - це інтеграція штучного інтелекту в робочі процеси оцінки впливу на навколишнє середовище (ОВНС)Це дозволяє робити точні прогнози на основі об'ємних та різнорідних наборів даних, включаючи специфічні для ділянки екологічні показники, історичні дані проекту та регуляторні параметри.

Допомога з юридичними документами та нормативними актами також може мати значний вплив.

«Методи обробки природної мови NLP витягують структуровані знання з нормативних текстів та історичної документації щодо ОВНС, пришвидшуючи оцінку відповідності та оптимізуючи цикли перегляду».

джерело: Стале майбутнє

Ще одним застосуванням штучного інтелекту є прогнозування характеристик матеріалів за такими різноманітними критеріями, як структурна цілісність, ізоляція, водонепроникність або довговічність до різних навантажень (волога, проникнення хлоридів, цикли замерзання-відтавання, температурні градієнти тощо).

Недоліки

Однак обмеженням для впровадження штучного інтелекту буде загалом низька якість даних для вхідних даних у галузі, що зменшить можливості моделей та їхню точність.

Оскільки все більше проектів стають дедалі більш цифровими, очікується, що це обмеження з часом зникне. Те саме стосується зростаючого обсягу даних про характеристики різноманітних матеріалів у реальних умовах протягом кількох десятиліть.

Ще однією потенційною проблемою є навчання моделей на наборах даних, які відображають історичну нерівність або не відображають чутливі екологічні зони. Це може бути особливо проблематичним для моделей штучного інтелекту, внутрішню роботу яких важко зрозуміти, що робить їх своєрідною «чорною скринькою».

«Ефективність та аналітична глибина, що пропонуються штучним інтелектом, повинні бути збалансовані з цими ризиками шляхом впровадження прозорих, аудитованих та контекстно-залежних структур моделювання».

Синергія між екоматеріалами, блокчейном та штучним інтелектом

Проведіть пальцем, щоб прокрутити →

Кожна з цих інновацій у будівництві взаємопов'язана з іншими, що робить їх кориснішими, ніж якби вони застосовувалися окремо.

Оскільки все більше проектів інтегрують технологію блокчейн для відстеження, обсяг високоякісних даних, які можна використовувати за допомогою штучного інтелекту, збільшується.

Зі зростанням цифровізації будівельних проектів, це сприяє інтеграції технологій САПР та 3D-друку в реальне будівництво.

Використання більш екологічно чистих матеріалів та впровадження кращих методів переробки зменшує екологічний вплив будівництва та знесення, тим самим підвищуючи цінність високоякісних даних, які можна використовувати для отримання цінних екологічних сертифікатів та встановлення нових стандартів для галузі.

джерело: Стале майбутнє

Приклади такої синергії вже можна спостерігати в реальних проектах. Наприклад, Сінгапур використав багато нових технологій для будівництва екологічно чистого державного житла:

• Передові системи штучного інтелекту для аналізу даних про навколишнє середовище, таких як вплив сонячного світла, характер вітру та ефекти міського теплового острова, для оптимізації орієнтації будівлі та вибору матеріалів.
• Екологічні матеріали, такі як перероблений бетон та деревина, заготовлена ​​екологічно. Ці матеріали стратегічно розміщені в конструкції будівлі для максимізації природної вентиляції та освітлення.
• Високоефективна ізоляція та вікна, а також сонячні панелі та зелені дахи поєднуються із системами штучного інтелекту, які постійно контролюють та регулюють споживання енергії на основі умов навколишнього середовища в режимі реального часу.

Приклади з реального світу

У дослідженні також представлені реальні випадки перших користувачів цих технологій, щоб продемонструвати, що ми зараз міцно перебуваємо на стадії впровадження технологічного циклу.

Одним із прикладів є використання блокчейну для вирішення платіжних спорів з підрядниками та постачальниками.

«Флагманський інфраструктурний проект у Дубаї впровадив блокчейн для оптимізації управління контрактами та забезпечення виплат на основі етапів, що призвело до помітних покращень адміністративної ефективності та зменшення фінансових накладних витрат».

Блокчейн також допоміг відстежувати вплив матеріалів на навколишнє середовище.

«У Нідерландах блокчейн було випробувано для відстеження якості, доставки та впливу на навколишнє середовище основних матеріалів, таких як сталь і бетон, у режимі реального часу, забезпечуючи дотримання як специфікацій матеріалів, так і порогових значень стійкості без перешкод під час ручної перевірки».

Приклад використання ізоляційної архітектури був продемонстрований у Швеції, де архітектори та інженери обрали передові ізоляційні матеріали, які оптимізували збереження енергії взимку та мінімізували споживання тепла влітку.

«Впровадження цих оптимізованих матеріалів призвело до скорочення споживання енергії до 25% у новозбудованих житлових будинках, що значно зменшило вуглецевий слід, пов’язаний з цими будинками».

Штучний інтелект також був розгорнутий у Японії для автоматизувати   переробка будівельних відходів.

Системи сортування на базі штучного інтелекту, оснащені передовими технологіями візуалізації та датчиків, точно ідентифікували та класифікували різні типи будівельних відходів.

«У пілотному проєкті, проведеному на місці знесення, система штучного інтелекту збільшила коефіцієнт переробки на 30% порівняно з традиційними методами ручного сортування».

Ефективність сортування також зменшила загальні витрати часу та праці, пов’язані з управлінням відходами, зробивши процес переробки більш економічним та сталим».

Регуляторні проблеми у сталому будівництві

Парадоксально, але хоча більшість нормативних актів у будівництві спрямовані на покращення безпеки та екологічності, вони також можуть бути перешкодою для впровадження цих технологій.

Значна частина потенційних проблем пов'язана зі зниженням стандартизації методів будівництва. Індивідуальне проектування може покращити енергетичний та екологічний профіль, але його також важко вписати в жорсткі категорії та методи оцінки, передбачені нормативними актами.

Одним із елементів, який може допомогти, є так звана «регуляторна пісочниця», яка дозволяє пілотним проектам довести свою цінність з менш надмірним контролем.

«Ці рамки дозволяють будівельним фірмам пілотувати цифрові методи без повного контролю над регуляторними органами, сприяючи інноваціям, зберігаючи при цьому контроль».

Ще одним покращенням може бути впровадження вимог до цифрового будівництва в протоколи державних тендерів. Таким чином, уряди не лише адаптуються, а й активно спрямовують перехід до цифрового та екологічно відповідального будівельного сектору.

Ці регуляторні зміни необхідно буде врегулювати на місцевому, національному та міжнародному рівнях.

джерело: Стале майбутнє

Їм також потрібно достатньо швидко адаптуватися до технологічних удосконалень. В іншому випадку це може уповільнити впровадження інноваційних технологій, таких як штучний інтелект та 3D-друк, у будівництві, оскільки компанії можуть неохоче інвестувати значні кошти в технології, які можуть не відповідати майбутнім нормам.

Технології майбутнього будівництва

Ще більш вражаючі матеріали одного дня можуть бути інтегровані в будівельні проекти. Наприклад нанотехнології у матеріалознавстві пропонує потенціал для створення надміцних, легких будівельних матеріалів, які є одночасно економічно ефективними та екологічно чистими.

Інший варіант - це розумні матеріали які можуть адаптуватися до змін навколишнього середовища, такі як термочутливі полімери, що регулюють свої ізоляційні властивості залежно від погодних умов.

Ці матеріали можуть значно підвищити енергоефективність та комфорт у будівлях без додаткового механічного втручання.

Dцифрові технології виготовлення також може стати ще складнішим, ймовірно, включаючи системи контролю якості в режимі реального часу, такі як вдосконалені датчики та алгоритми штучного інтелекту для коригування параметрів друку на льоту, забезпечуючи оптимальні властивості матеріалу та структурну цілісність.

Робототехніка також може мати значний вплив, наприклад, оскільки роботи виконуватимуть кладку цегли або складний монтаж труб і кабелів, підвищуючи швидкість і точність, одночасно зменшуючи людські помилки та витрати на робочу силу.

Нарешті, AI може мати значний вплив на дослідження нових матеріалів, від цифрового двійника будівлі, що спостерігає за еволюцією параметрів з часом, до стимулювання відкриття нових матеріалів, збільшення терміну служби матеріалів та покращення розуміння впливу на навколишнє середовище протягом усього життєвого циклу будівлі.

Висновок

Будівництво історично було відносно «низькотехнологічною» галуззю, яка лише повільно впроваджувала нові матеріали та зберігала методи будівництва відносно незмінними.

Одночасний розвиток ЧПК, 3D-друку, САПР, цифрового сліду та штучного інтелекту може незабаром це змінити. Особливо в поєднанні з прагненням до зменшення впливу на навколишнє середовище, кращої відстежуваності, більшої енергоефективності та меншого споживання матеріалів.

Однак, на відміну від багатьох інших секторів економіки, малоймовірно, що це призведе до значного скорочення людської праці в будівельній галузі.

Натомість це покращить продуктивність, безпеку та екологічний профіль нових будівель, водночас забезпечуючи кращі проекти та зменшення споживання ресурсів, і все це під наглядом людей, які все ще безпосередньо справляються з брудними та мінливими умовами будівельного майданчика.

Компанія 3D друку

(Крім компаній, розглянутих нижче, ви можете прочитати про інші в нашій статті «10 найпопулярніших матеріалів для адитивного виробництва та 3D-друку»)

Нановимір

Більшість компаній, що займаються адитивним виробництвом, зосереджуються на металі та пластику, з особливим акцентом на складні механічні деталі. Nano Dimension натомість зосередилася на електроніці, виготовленій за допомогою 3D-друку. Це включає дуже спеціалізовані технології, такі як провідні або діелектричні чорнила та кераміка. Їх, наприклад, можна використовувати у виробництві оптичних або радіокомпонентів.

Це одне з можливих застосувань 3D-друку в нанорозмірі, яке ми досліджували далі в «Нанорозмірний 3D-друк виглядає готовим до комерціалізації".

Nano Dimension зросла завдяки поєднанню придбань і внутрішніх досліджень і розробок.

джерело: Нанорозміри

Ця стратегія змінилася з придбання Desktop Metal, оголошений У 2024 та буде завершено у 2025 році. Разом ці дві компанії матимуть набагато сильніші позиції у сфері 3D-друку металом та керамікою на всіх рівнях, від електроніки до великого промислового обладнання та аерокосмічної галузі, з активним просуванням у промислове виробництво.

Це також створює економію за рахунок масштабу завдяки об’єднанню клієнтської бази, яка включає SpaceX, Tesla, GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronics тощо.

Нарешті, дві компанії були в основному активні в різних географічних областях, з Nano Dimension в Європі та Desktop Metal в США, що дозволило досягти синергії шляхом злиття їхніх відділів продажів.

джерело: Нановимір

Компанія стверджує, що може зменшити екологічний слід виробництва, скоротивши викиди CO2 на 94%, воду на 100%, матеріали на 98% та хімікати на 82%. Загалом, можна очікувати, що Nano Dimension стане лідером у сфері технологій.

джерело: Нанорозміри

Об'єднані компанії мають гарні можливості для використання нових відкриттів у 3D-друку та розробки міцніших алюмінієвих сплавів, і ці інновації, ймовірно, розширять ринок, на який вони орієнтовані.

Однак інвестори повинні знати, що і Nano Dimension, і Desktop Metal за кожне придбання мали від’ємний грошовий потік, тож створеній компанії потрібно буде скоротити витрати або достатньо розвиватися, щоб отримати прибуток у майбутньому.

(Ви можете прочитати більш глибокий аналіз Nanodimension у спеціальному інвестиційному звіті)

Останні новини та події щодо акцій Nano Dimension (NNDM)