تقدم البناء المستدام من خلال التكنولوجيا

من البناء التقليدي إلى البناء الرقمي الصديق للبيئة

يُعد البناء عملاً كثيف الاستهلاك للطاقة والعمالة، كما يولّد تلوثاً كبيراً. ولا يزال نشاطاً يجري في الأساس خارج البيئة الرقمية، مع مستوى رقمنة محدود مقارنة بالأنشطة الاقتصادية الأخرى.

ورقة علمية نُشرت في مجلة Sustainable Futures¹ تدرس كيف يمكن أن تؤثر ظهور الذكاء الاصطناعي، وتكنولوجيا البلوك تشين، والتصنيع الرقمي، والاتجاه نحو الاستدامة على هذه الصناعة.

معًا، يمكن للتقنيات الرقمية والمواد الصديقة للبيئة أن تُسرّع بشكل كبير تقنيات البناء الصديق للبيئة وتقلل الأثر البيئي لصناعة البناء.

أجرى الدراسة باحثون ماليزيون من جامعة آسيا والمحيط الهادئ للتكنولوجيا والابتكار (APU) والجامعة الوطنية الماليزية (UKM)، ونُشرت بعنوان «Digital Integration in Eco-Construction 2.0: Advancing Sustainability Through Technology”.

طرق الإنتاج الجديدة

تاريخياً، أُنتجت مواد البناء بكميات كبيرة وأشكال موحّدة، وكان تجميعها يتطلب عمالة بشرية ماهرة. ومن المرجح أن تغيّر التقنيات الجديدة هذا الواقع في المستقبل القريب.

الأولى هي طرق الإنتاج التي تتجاوز الإنتاج الضخم في المصانع باستخدام التصنيعبالتحكم الرقميالحاسوبي (CNC)، والقطع بالليزر،والطباعة ثلاثية الأبعاد. ولكل منها مزاياها ونقاط ضعفها، وينبغي اختيارها وفق متطلبات المهمة المحددة.

المصدر: Sustainable Futures

تقلل هذه الطرق بشكل كبير كمية المادة المفقودة أثناء معالجة المواد الخام إلى منتجات نهائية للبناء.

كما أنها تسمح بمستوى أعلى بكثير من المرونة في التصميم النهائي، مما يجعل التصميم المخصص أكثر إتاحة.

وأخيراً، يمكن تنفيذها على نطاق أصغر وبالقرب من موقع الاستخدام، ما قد يقلل بصورة كبيرة بصمة نقل المواد من مصادرها إلى المصنع ثم إلى مواقع البناء.

“هذه المنهجية لا تقتصر فقط على تمكين استخدام المواد الصديقة للبيئة بل تتماشى أيضًا مع مبادئ البناء النحيف وأهداف صافي الصفر بفضل ملفها القليل النفايات.“

تستفيد طرق الإنتاج الجديدة هذه كثيراً من تطور التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) وانتشاره، ومن التبني الواسع لنمذجة معلومات البناء (BIM). ويشكّل CAD وBIM اليوم العمود الفقري الرقمي لمعظم مشاريع البناء.

المواد الصديقة للبيئة

ومن التحولات الأخرى التي تؤثر في قطاع البناء الانتقال إلى مواد أكثر مراعاة للبيئة.

ومن أبرز محركات هذا التحول الطابعات ثلاثية الأبعاد القادرة على استخدام مواد مثل البلاستيك المعاد تدويره والبوليمرات القابلة للتحلل والمواد المركبة التي تتضمن أليافاً طبيعية

على وجه الخصوص، البوليمرات الجيولوجية يمكن استخدامها في الطباعة ثلاثية الأبعاد. الجيوبوليمرات هي مواد غير عضوية، عادةً ما تشبه السيراميك، ويمكن تصنيعها من نواتج صناعية مثل رماد الطيران أو الخبث، وهي في الأصل نفايات من محطات الطاقة ومصانع الصلب. يمكن صياغتها من مواد محلية المصدر.

وبذلك يصبح قطاع البناء قادراً على إعادة تدوير النفايات الصناعية بدلاً من استهلاك موارد جديدة.

أتاح تطوير طابعات ثلاثية الأبعاد كبيرة الحجم تشييد هياكل مبانٍ كاملة مباشرة في الموقع، ما يقلل تكاليف النقل والانبعاثات الكربونية المرتبطة به.

ومع ذلك، تظل تكلفة الطابعات ثلاثية الأبعاد وسرعتها المنخفضة نسبياً من القيود المهمة التي تبطئ انتشارها على نطاق واسع.

كما يمكن للمواد البيئية المتجددة، مثل الأخشاب الكتلية المستخدمة في تشييد ناطحات السحاب الخشبية، أن تساعد أيضاً في خفض انبعاثات الكربون واستهلاك الموارد في قطاع البناء.

تصاميم جديدة

يمكن للمباني المطبوعة ثلاثية الأبعاد أن تتخذ أشكالاً مخصصة أكثر تعقيداً من المباني المصنوعة من عناصر منتجة بكميات كبيرة.

ويسهّل ذلك دمج الأشكال الطبيعية والمريحة في المباني، بما يعزز كفاءة الطاقة من خلال تحسين السلوك الحراري وتوزيع الضوء.

ويؤدي دمج أشكال العزل الطبيعية، مثل البنى الشبيهة بخلية النحل، إلى تحسين العزل وخفض تكلفة المواد وزيادة قيمة الطباعة ثلاثية الأبعاد في البناء.

وتتيح الطباعة ثلاثية الأبعاد أيضاً إنشاء «مواد متدرجة الخصائص»، تتغير خصائصها داخل الجسم الواحد لتلبية متطلبات وظيفية محددة دون استخدام مواد زائدة.

البلوك تشين لسلاسل إمداد البناء المستدام

من التحديات المتكررة في قطاع البناء تتبع مصدر المواد المستخدمة وخصائصها البيئية والاجتماعية والحوكمة.

ويمكن للسجلات الفعالة التي تتيحها تقنية البلوك تشين أن تساعد في ذلك.

ومن خلال أتمتة المعاملات وتأمينها عبر سلسلة التوريد، تعزز البلوك تشين الكفاءة التشغيلية وتبني الثقة بين الأطراف عبر سجل واضح وغير قابل للتغيير لمصادر المواد ومعالجتها ونقلها.

كما يمكن استخدام البلوك تشين لتمكين العقود الذكية وتيسير تنفيذها، وإدخال التقنية في كل مرحلة من مراحل البناء، من توريد المواد إلى التحقق من المبنى المكتمل واعتماده.

المصدر: Sustainable Futures

يساعد تتبع مصادر مواد البناء وإثباتها بواسطة البلوك تشين على استيفاء معايير الاستدامة المتقدمة مثل LEED وBREEAM وISO 21930، وإثبات الامتثال للوائح البيئية وحماية العمال ومتطلبات خفض الكربون.

أكبر عائق أمام نشر هذه التقنية ثقافي أكثر منه تقنياً، إذ يتردد قطاع البناء عموماً في تحديث ممارساته.

«يبدي قطاع البناء مقاومة هيكلية للشفافية الرقمية، ولا سيما في ممارسات المشتريات والتعاقد من الباطن التي تعتمد على إجراءات قديمة وعلاقات غير رسمية وأنظمة توثيق مجزأة.»

وقد يؤثر ذلك خصوصاً في هياكل النفوذ القائمة وممارسات السوق السوداء أو الرمادية المتجذرة في القطاع، ولا سيما في بعض البلدان أو المناطق.

«يرى كثير من أصحاب المصلحة أن الطبيعة اللامركزية وغير القابلة للتغيير للبلوك تشين ليست عاملاً مساعداً، بل قوة محدثة للاضطراب تهدد الأعراف التشغيلية القائمة.»

من المرجح أن ينتشر استخدام البلوك تشين وأدوات التتبع الرقمية سريعاً في مشاريع البنية التحتية الحيوية، حيث لا تمثل إمكانية التتبع مجرد شرط تنظيمي، بل أساساً لإدارة المسؤولية وضمان الجودة.

الذكاء الاصطناعي في البناء المستدام: التطبيقات والحدود

التطبيقات

مع ازدياد مرونة أنظمة الذكاء الاصطناعي، أصبح من الممكن استخدامها لتحسين مشاريع البناء.

يتمثل أحد التطبيقات في دمج الذكاء الاصطناعي في إجراءات تقييم الأثر البيئي (EIA). ويتيح ذلك تنبؤات دقيقة انطلاقاً من مجموعات بيانات ضخمة ومتنوعة تشمل المؤشرات البيئية الخاصة بالموقع وبيانات المشاريع السابقة والمعايير التنظيمية.

كما يمكن للمساعدة في الوثائق القانونية واللوائح أن تُحدث أثراً كبيراً.

«تستخرج تقنيات معالجة اللغة الطبيعية (NLP) معرفة منظمة من النصوص التنظيمية ووثائق تقييم الأثر البيئي السابقة، ما يسرّع تقييمات الامتثال ويبسط دورات المراجعة.»

المصدر: Sustainable Futures

ومن تطبيقات الذكاء الاصطناعي الأخرى التنبؤ بأداء المواد وفق معايير تشمل السلامة الإنشائية والعزل ومقاومة الماء والتحمل أمام الرطوبة واختراق الكلوريدات ودورات التجمد والذوبان والتدرجات الحرارية.

القيود

إلا أن انخفاض جودة بيانات الإدخال في القطاع عموماً يحد من نشر الذكاء الاصطناعي ويقلل قدرة النماذج ودقتها.

ومع ازدياد رقمنة المشاريع، يُتوقع أن يتراجع هذا القيد. وينطبق الأمر نفسه على تراكم البيانات حول أداء المواد المختلفة في الظروف الواقعية على مدى عقود.

وقد تنشأ مشكلة أخرى إذا تدربت النماذج على بيانات تعكس تفاوتات تاريخية أو لا تمثل المناطق البيئية الحساسة. ويصبح ذلك أكثر خطورة عندما يصعب فهم آلية عمل النموذج، فيتحول إلى نوع من «الصندوق الأسود».

«لذلك يجب موازنة الكفاءة والعمق التحليلي اللذين يوفرهما الذكاء الاصطناعي مع هذه المخاطر من خلال أطر نمذجة شفافة وقابلة للتدقيق ومراعية للسياق.»

التآزر بين المواد الصديقة للبيئة، البلوك تشين، والذكاء الاصطناعي

اسحب للتمرير →

تترابط كل ابتكارات البناء هذه مع غيرها، ما يجعلها أكثر فائدة مما لو طُبقت منفردة.

كلما زاد اعتماد المشاريع على البلوك تشين للتتبع، ازدادت كمية البيانات عالية الجودة المتاحة للذكاء الاصطناعي.

وتسهّل رقمنة مشاريع البناء دمج تقنيات CAD والطباعة ثلاثية الأبعاد في أعمال البناء الفعلية.

ويقلل استخدام مواد أكثر مراعاة للبيئة وتقنيات إعادة تدوير أفضل الأثر البيئي للبناء والهدم، كما يزيد قيمة البيانات التي تساعد على نيل شهادات بيئية مهمة ووضع معايير جديدة للقطاع.

المصدر: Sustainable Futures

تظهر أمثلة هذه الأوجه من التكامل بالفعل في مشاريع واقعية. فقد استخدمت سنغافورة تقنيات جديدة عديدة في بناء مساكن عامة صديقة للبيئة:

• أنظمة ذكاء اصطناعي متقدمة لتحليل البيانات البيئية، مثل تعرض الشمس، أنماط الرياح، وتأثيرات جزيرة الحرارة الحضرية، لتحسين توجيه المبنى واختيار المواد.
• مواد مستدامة مثل الخرسانة المعاد تدويرها والخشب المستخرج بشكل مستدام. تُوضع هذه المواد استراتيجيًا داخل هيكل المبنى لتعزيز التهوية الطبيعية والضوء.
• عزل ونوافذ عالية الأداء، بالإضافة إلى الألواح الشمسية والأسطح الخضراء، تُدمج مع أنظمة الذكاء الاصطناعي التي تراقب وتضبط استهلاك الطاقة باستمرار بناءً على الظروف البيئية في الوقت الفعلي.

أمثلة واقعية

وتعرض الدراسة أيضاً أمثلة واقعية لجهات بادرت بتبني هذه التقنيات، بما يبيّن أننا دخلنا فعلياً مرحلة التطبيق من الدورة التقنية.

ومن الأمثلة استخدام البلوك تشين لحل نزاعات الدفع مع المقاولين والموردين.

“مشروع بنية تحتية رائد في دبي استخدم البلوك تشين لتبسيط إدارة العقود وتطبيق دفعات مبنية على مراحل، مما أدى إلى تحسين ملحوظ في الكفاءة الإدارية وتقليل النفقات المالية.”

وساعدت البلوك تشين أيضاً في تتبع البصمة البيئية للمواد.

“في هولندا، تم تجربة البلوك تشين لتتبع الجودة الفورية، التسليم، والبصمة البيئية للمواد الأساسية مثل الفولاذ والخرسانة، لضمان مطابقة مواصفات المواد ومعايير الاستدامة دون عنق زجاجة الفحص اليدوي.”

وفي السويد، استُخدم الذكاء الاصطناعي لمساعدة المهندسين والمعماريين على اختيار مواد عزل متقدمة تحافظ على الطاقة شتاءً وتحد من اكتساب الحرارة صيفاً.

“أدى تطبيق هذه المواد المُحسّنة إلى خفض استهلاك الطاقة بنسبة تصل إلى 25 % في المباني السكنية الجديدة، مما قلل بشكل كبير من البصمة الكربونية المرتبطة بهذه المنازل.”

كما استُخدم الذكاء الاصطناعي في اليابان من أجل أتمتة عملية إعادة تدوير مخلفات البناء.

وتمكنت أنظمة فرز مدعومة بالذكاء الاصطناعي ومجهزة بتقنيات تصوير ومستشعرات متقدمة من تحديد أنواع مخلفات البناء المختلفة وتصنيفها بدقة.

“في مشروع تجريبي أُجري في موقع هدم، زاد نظام الذكاء الاصطناعي معدل إعادة التدوير بنسبة 30 % مقارنةً بطرق الفرز اليدوي التقليدية. كما أن كفاءة الفرز خفضت الوقت الإجمالي وتكاليف العمالة المرتبطة بإدارة النفايات، مما جعل عملية إعادة التدوير أكثر اقتصادًا واستدامة.”

التحديات التنظيمية في البناء المستدام

من المفارقات أن معظم لوائح البناء تهدف إلى تحسين السلامة والأداء البيئي، لكنها قد تعيق أيضاً نشر هذه التقنيات.

وينبع جانب كبير من المشكلات المحتملة من تراجع توحيد أساليب البناء. فقد يحسن التصميم المخصص الأداء الطاقي والبيئي، لكنه يصعب إدراجه ضمن الفئات الجامدة وطرق التقييم التي تفرضها اللوائح.

ومن الحلول ما يسمى «البيئة التنظيمية التجريبية»، التي تتيح للمشاريع التجريبية إثبات قيمتها برقابة أقل تشدداً.

«تتيح هذه الأطر لشركات البناء تجربة الأساليب الرقمية دون التعرض الكامل للمتطلبات التنظيمية، فتدعم الابتكار مع الحفاظ على الرقابة.»

ومن التحسينات الأخرى إدراج متطلبات البناء الرقمي في بروتوكولات المناقصات العامة. وبذلك لا تكتفي الحكومات بالتكيف، بل تقود الانتقال نحو قطاع بناء رقمي ومسؤول بيئياً.

ويجب إدارة هذه التغييرات التنظيمية على المستويات المحلية والوطنية والدولية.

المصدر: Sustainable Futures

كما يجب أن تتقدم بسرعة تكفي لمواكبة التحسينات التقنية، وإلا فقد تبطئ تبني تقنيات مثل الذكاء الاصطناعي والطباعة ثلاثية الأبعاد بسبب تردد الشركات في الاستثمار في حلول قد لا تتوافق مع اللوائح المستقبلية.

تقنيات البناء المستقبلية

قد تُدمج مستقبلاً مواد أكثر إثارة للإعجاب في مشاريع البناء. فعلى سبيل المثال، تتيح تقنية النانو في علوم المواد إنشاء مواد بناء فائقة القوة وخفيفة الوزن واقتصادية وصديقة للبيئة.

ومن الخيارات الأخرى المواد الذكية التي تتكيف مع التغيرات البيئية، مثل البوليمرات الحساسة للحرارة التي تعدّل خصائص العزل وفق الطقس.

ويمكن لهذه المواد أن ترفع كفاءة الطاقة والراحة في المباني بدرجة كبيرة من دون تدخل ميكانيكي إضافي.

تقنيات التصنيع الرقمي قد تصبح بدورها أكثر تطوراً، مع دمج أنظمة مراقبة جودة آنية ومستشعرات متقدمة وخوارزميات ذكاء اصطناعي تضبط معلمات الطباعة فورياً لضمان خصائص المواد والسلامة الإنشائية.

الروبوتات قد يكون لها أثر كبير أيضاً، مثل تنفيذ بناء الطوب أو التركيبات المعقدة للأنابيب والكابلات، بما يزيد السرعة والدقة ويقلل الأخطاء البشرية وتكاليف العمل.

وأخيراً، يمكن للذكاء الاصطناعي أن يحدث أثراً كبيراً في أبحاث المواد الجديدة، من التوأم الرقمي الذي يراقب تطور معلمات المبنى بمرور الوقت إلى تسريع اكتشاف المواد وإطالة عمرها وتحسين فهم أثرها البيئي طوال دورة حياة المبنى.

الخلاصة

كان البناء تاريخياً قطاعاً منخفض التقنية نسبياً، يتبنى المواد الجديدة ببطء ويحافظ على أساليب بناء شبه ثابتة.

وقد يغيّر النضج المتزامن لتقنيات CNC والطباعة ثلاثية الأبعاد وCAD والبصمة الرقمية والذكاء الاصطناعي ذلك قريباً، لا سيما مع السعي إلى خفض الأثر البيئي وزيادة التتبع وكفاءة الطاقة وتقليل استهلاك المواد.

لكن من غير المرجح، خلافاً لكثير من القطاعات الاقتصادية الأخرى، أن يؤدي ذلك إلى إخراج أعداد كبيرة من العمالة البشرية من قطاع البناء.

بل سيحسن الإنتاجية والسلامة والأداء البيئي للمباني الجديدة ويتيح تصاميم أفضل واستهلاكاً أقل للموارد، تحت إشراف البشر الذين سيواصلون التعامل مباشرة مع ظروف مواقع البناء المعقدة والمتغيرة.

شركة الطباعة ثلاثية الأبعاد

(بالإضافة إلى الشركات التي نوقشت أدناه، يمكنك قراءة عن أخرى في مقالتنا “أفضل 10 أسهم في التصنيع الإضافي والطباعة ثلاثية الأبعاد تستحق المتابعة”)

Nano Dimension

تركز معظم شركات التصنيع الإضافي على المعادن والبلاستيك، مع التركيز على الأجزاء الميكانيكية المعقدة. بينما تركز Nano Dimension (NNDM ) على الإلكترونيات المطبوعة ثلاثيًا. يشمل ذلك تقنيات متخصصة جدًا مثل الأحبار الموصلة أو العازلة والسيراميك. يمكن استخدامها، على سبيل المثال، في بناء مكونات بصرية أو راديوية.

هذا أحد التطبيقات المحتملة للطباعة ثلاثية الأبعاد على المستوى النانوي، والتي استكشفناها أكثر في “الطباعة ثلاثية الأبعاد على المقياس النانوي تقترب من التطبيق التجاري”.

نمت Nano Dimension من خلال مزيج من عمليات الاستحواذ والبحث والتطوير الداخلي.

المصدر: Nano Dimensions

تغيرت هذه الاستراتيجية مع الاستحواذ على Desktop Metal، المعلن عنه في 2024 واكتمل في 2025. معًا، ستحظى الشركتان بموقع أقوى بكثير في طباعة المعادن والسيراميك على جميع المستويات، من الإلكترونيات إلى المعدات الصناعية الكبيرة والفضاء، مع خطوة قوية نحو الإنتاج الصناعي.

كما يخلق ذلك اقتصاديات حجم من خلال دمج قاعدة العملاء التي تشمل SpaceX (SPCX ) ، Tesla (TSLA ) ، GE، Honeywell، Emerson، Raytheon، NASA، Medtronics، وغيرها.

أخيرًا، كانت الشركتان نشطتين في مناطق جغرافية مختلفة، حيث كانت Nano Dimension في أوروبا وDesktop Metal في الولايات المتحدة، مما يتيح تآزرًا من خلال دمج فرق المبيعات.

المصدر: Nano Dimension

تدعي الشركة أنها يمكن أن تقلل البصمة البيئية للتصنيع، مع انخفاض بنسبة 94 % في انبعاثات CO2، 100 % في استهلاك المياه، 98 % في المواد، و82 % في المواد الكيميائية. بشكل عام، يمكننا توقع أن تصبح Nano Dimension رائدة في التكنولوجيا.

المصدر: Nano Dimensions

الشركات المندمجة في موقع جيد للاستفادة من الاكتشافات الجديدة في الطباعة ثلاثية الأبعاد وتطوير سبائك ألمنيوم أقوى، ومن المرجح أن توسع هذه الابتكارات السوق القابل للاستهداف.

ومع ذلك، يجب على المستثمرين أن يكونوا على علم بأن كل من Nano Dimension وDesktop Metal قبل الاستحواذ كانا سالبين من حيث التدفق النقدي، لذا سيتعين على الشركة الناتجة خفض التكاليف أو النمو بشكل كافٍ لتحقيق الربح في المستقبل.

(يمكنك قراءة تحليل أعمق لـ Nano Dimension في تقرير الاستثمار المخصص)

آخر أخبار وتطورات سهم Nano Dimension (NNDM)