Προώθηση της Βιώσιμης Κατασκευής μέσω της Τεχνολογίας

Από την Παραδοσιακή Κατασκευή στην Ψηφιακή Οικο-Κατασκευή

Construction is generally a very energy- and labor-intensive activity, generating significant pollution. It is still primarily an “offline” activity, with little digitalization compared to other economic activities.

Μια επιστημονική εργασία που δημοσιεύτηκε στο Sustainable Futures¹ εξετάζει πώς η εμφάνιση της τεχνητής νοημοσύνης, της τεχνολογίας blockchain, της ψηφιακής κατασκευής και η τάση προς τη βιωσιμότητα μπορεί να επηρεάσει αυτή τη βιομηχανία.

Μαζί, οι ψηφιακές τεχνολογίες και τα οικο-υλικά θα μπορούσαν να επιφέρουν σημαντική επιτάχυνση στις τεχνολογίες οικο-κατασκευής και να μειώσουν το περιβαλλοντικό αποτύπωμα της κατασκευαστικής βιομηχανίας.

The study was done by Malaysian researchers at the Asia Pacific University of Technology & Innovation (APU) and the National University of Malaysia (UKM), published under the title “Ψηφιακή ενσωμάτωση στην οικο-κατασκευή 2.0: Προώθηση της βιωσιμότητας μέσω της τεχνολογίας”.

Νέες Μέθοδοι Παραγωγής

Materials in construction have been historically mass-produced in standardized forms, and any assembly required skilled human labor. New technologies are likely to change this status quo in the near future.

The first ones are production methods beyond factory mass production withυπολογιστικό αριθμητικό έλεγχο (CNC) μηχανική επεξεργασία, laser cutting, και 3D printing. Each has its own advantages and weaknesses, and should be picked depending on the requirements of a given task.

Πηγή: Sustainable Futures

These methods significantly reduce the amount of material lost during the processing of raw material into finished goods for construction.

They also allow a much higher level of flexibility over the final design, making custom design more accessible.

Lastly, they can be manufactured at a much smaller scale and more locally, potentially leading to a drastic reduction of the footprint of transport of material from raw materials to the factory to construction sites.

«Αυτή η μεθοδολογία δεν είναι μόνο ευνοϊκή για τη χρήση οικο-υλικών, αλλά επίσης ευθυγραμμίζεται στενά με τις αρχές της λεπτής κατασκευής και τους στόχους μηδενικού εκπομπών, λόγω του εγγενώς χαμηλού προφίλ αποβλήτων.»

All these new production methods benefit greatly from the improvement and democratization of computer-aided design (CAD) and the widespread adoption of Building Information Modeling (BIM). CAD and BIM form today the digital backbone of most construction projects.

Οικο-Υλικά

Another change affecting the construction industry is the shift to more environmentally friendly materials.

Ένας κύριος παράγοντας αλλαγής είναι οι 3D εκτυπωτές που μπορούν να χρησιμοποιούν υλικά όπως ανακυκλωμένα πλαστικά, βιοδιασπώμενα πολυμερή και σύνθετα υλικά που ενσωματώνουν φυσικές ίνες

In particular, γεωπολύμερα μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην 3D εκτύπωση. Τα γεωπολύμερα είναι ανόργανα, συνήθως κεραμικά υλικά που μπορούν να παραχθούν από βιομηχανικά παραπροϊόντα όπως η αιθέρια σκόνη ή η σκόνη, τα οποία είναι κατά τα άλλα απόβλητα από σταθμούς παραγωγής ενέργειας και χυτήρες χάλυβα. Μπορούν να παρασκευαστούν από τοπικά προμηθευμένα υλικά.

By doing so, it puts the construction industry in a position to recycle industrial waste instead of consuming resources.

«Η ανάπτυξη μεγάλων κλιμάκων 3D εκτυπωτών έχει καταστήσει δυνατή την κατασκευή ολόκληρων κτιριακών δομών απευθείας στον χώρο, μειώνοντας το κόστος μεταφοράς και τις σχετικές εκπομπές άνθρακα.»

However, the cost of 3D printers and their relatively low speed should be noted as still serious limitations of this technology and slowing down its deployment at scale.

Renewable ecomaterials, like μαζικό ξυλεία που χρησιμοποιείται για την κατασκευή ξύλινων ουρανοξυστών, could also help reduce the carbon emissions and resource consumption of the construction industry.

Νέοι Σχεδιασμοί

3D printed buildings can also adopt more complex custom shapes than buildings made from mass-produced elements.

As a result, it can facilitate the integration of natural and ergonomic forms into buildings, which can enhance energy efficiency through better thermal dynamics and light distribution.

The integration of natural isolation forms, such as honeycomb structures, enhances isolation while reducing material costs and can also increase the value of 3D printing in construction.

3D printing also enables the creation of “gradient materials,” where material properties vary across a single object to meet specific functional requirements without excess material use.

Blockchain για Αειφόρους Αλυσίδες Εφοδιασμού στην Κατασκευή

Another recurring challenge of the construction industry is probably tracking the source of the materials used and their ESG profile.

This is a field where the efficient records allowed by blockchain technology can help.

«Αυτοματοποιώντας και ασφαλίζοντας τις συναλλαγές σε όλη την αλυσίδα εφοδιασμού, το blockchain όχι μόνο ενισχύει την επιχειρησιακή αποδοτικότητα, αλλά και δημιουργεί εμπιστοσύνη μεταξύ των ενδιαφερομένων παρέχοντας ένα σαφές και αμετάβλητο αρχείο προελεύσεων υλικών, επεξεργασίας και μεταφοράς.»

Blockchain can also be used to enable smart contracts, making execution of contracts smoother, putting the technology potentially at every step of the construction process, from sourcing materials to verification and certification of the finished building.

Πηγή: Sustainable Futures

By helping track and prove the sourcing of materials used in construction, blockchain can help match the requirements of advanced sustainability benchmarks such as LEED, BREEAM, or ISO 21930, proving they comply with environmental regulations, labor protections, and carbon reduction mandates.

The largest limitation to the deployment of this technology is not so much technical as cultural, with the construction industry generally reluctant to modernize its practices.

«Ο τομέας της κατασκευής παρουσιάζει δομική αντίσταση στην ψηφιακή διαφάνεια, ιδιαίτερα στις πρακτικές προμηθειών και υπεργολαβιών που βασίζονται σε παλαιές ροές εργασίας, ανεπίσημες σχέσεις και κατακερματισμένα συστήματα τεκμηρίωσης.»

Most notably, this can impact existing power structures and black or gray market practices endemic in the industry, especially in some countries or regions.

«Για πολλούς ενδιαφερόμενους, η αποκεντρωμένη και αμετάβλητη φύση του blockchain θεωρείται όχι ως διευκολυντής, αλλά ως ανατρεπτική δύναμη που απειλεί τις υπάρχουσες λειτουργικές νόρμες.»

Most likely, deployment of blockchains and other digital tracking tools will happen quickly in critical infrastructure projects, where traceability is not merely a regulatory requirement but a condition for liability management and quality assurance.

Τεχνητή Νοημοσύνη στην Αειφόρο Κατασκευή: Εφαρμογές και Όρια

Εφαρμογές

As AIs become more versatile, they can now be deployed to improve construction projects.

One application is the integration of AI in environmental impact assessment (EIA) workflows. It allows for accurate prediction from voluminous and heterogeneous datasets, including site-specific environmental indicators, historical project data, and regulatory parameters.

Assistance with legal documents and regulations can have a major impact as well.

«Οι τεχνικές επεξεργασίας φυσικής γλώσσας (NLP) εξάγουν δομημένη γνώση από κανονιστικά κείμενα και ιστορική τεκμηρίωση EIA, επιταχύνοντας τις αξιολογήσεις συμμόρφωσης και απλοποιώντας τους κύκλους ελέγχου.»

Πηγή: Sustainable Futures

Another application of AI is predicting material performances, for criteria as varied as structural integrity, isolation, water resistance, or durability to various stresses (moisture, chloride ingress, freeze-thaw cycles, thermal gradients, etc.).

Περιορισμοί

A limit to AI deployment will, however, be the generally low quality of data for input in the industry, reducing the capacity of models and their accuracy.

As more projects become increasingly digitalized, this limitation is expected to fade over time. The same applies to the growing body of data about diverse materials’ performances in real-world conditions over several decades.

Another potential issue is if models are trained on datasets that reflect historical inequities or fail to represent sensitive ecological zones. This can be extra-problematic with AI models whose internal workings can be hard to understand, making it a sort of “black box”.

«Η αποδοτικότητα και το αναλυτικό βάθος που προσφέρει η AI πρέπει επομένως να εξισορροπηθούν με αυτούς τους κινδύνους μέσω της υλοποίησης διαφανών, ελεγχόμενων και ευαίσθητων στο πλαίσιο μοντελοποιήσεων πλαισίων.»

Συνεργασία μεταξύ Οικο-Υλικών, Blockchain και AI

Swipe to scroll →

Each of these innovations in construction interlocks with the others, making them more useful than if deployed separately.

As more projects integrate blockchain technology for traceability, the amount of high-quality data usable by AI increases.

As digitalization of construction projects increases, it facilitates the integration of CAD and 3D printing technology into actual construction.

Using more eco-friendly materials and implementing better recycling techniques reduces the ecological impact of construction and demolition, thereby increasing the value of high-quality data that can be used to acquire valuable environmental certifications and set new standards for the industry.

Πηγή: Sustainable Futures

Examples of such synergies are already observable in real-world projects. For example, Singapore used many new technologies for the construction of eco-friendly public housing:

• Προηγμένα συστήματα AI για ανάλυση περιβαλλοντικών δεδομένων, όπως η έκθεση στον ήλιο, τα πρότυπα ανέμου και τα φαινόμενα αστικού θερμικού νησί, προκειμένου να βελτιστοποιηθεί ο προσανατολισμός του κτιρίου και η επιλογή υλικών.
• Βιώσιμα υλικά όπως ανακυκλωμένο σκυρόδεμα και ξύλο που συλλέγεται βιώσιμα. Αυτά τα υλικά τοποθετούνται στρατηγικά στη δομή του κτιρίου για μέγιστη φυσική αερισμό και φωτισμό.
• Υψηλής απόδοσης μόνωση και παράθυρα, καθώς και ηλιακούς συλλέκτες και πράσινες στέγες, συνδυάζονται με συστήματα AI που παρακολουθούν συνεχώς και προσαρμόζουν τη χρήση ενέργειας βάσει των πραγματικών περιβαλλοντικών συνθηκών.

Πραγματικά Παραδείγματα

The study also presents real-world early adopters of these technologies to demonstrate that we are now firmly in the implementation stage of the technology cycle.

One example is the use of blockchain to solve payment disputes with contractors and suppliers.

«Ένα κορυφαίο έργο υποδομής στο Ντουμπάι υλοποίησε το blockchain για να απλοποιήσει τη διαχείριση συμβάσεων και να επιβάλει πληρωμές βάσει ορόσημων, οδηγώντας σε μετρήσιμες βελτιώσεις στην διοικητική αποδοτικότητα και μείωση των οικονομικών εξόδων.»

Blockchain also helped the tracking of materials’ environmental footprint.

«Στις Κάτω Χώρες, το blockchain δοκιμάστηκε για την παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο της ποιότητας, της παράδοσης και του περιβαλλοντικού αποτυπώματος βασικών υλικών όπως ο χάλυβας και το σκυρόδεμα, διασφαλίζοντας ότι τόσο οι προδιαγραφές των υλικών όσο και τα όρια βιωσιμότητας τηρούνται χωρίς εμπόδια χειροκίνητης επιθεώρησης.»

A use case of IA was demonstrated in Sweden, where architects and engineers selected advanced insulating materials that optimized energy retention during the winter and minimized heat intake during the summer.

«Η υλοποίηση αυτών των βελτιστοποιημένων υλικών οδήγησε σε μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης έως και 25% σε νεοκατασκευασμένα κατοικίες, μειώνοντας σημαντικά το ανθρακικό αποτύπωμα που σχετίζεται με αυτά τα σπίτια.»

AI was also deployed in Japan to automate the recycling of construction waste.

AI-powered sorting systems equipped with advanced imaging and sensor technologies accurately identified and categorized different types of construction waste.

«Σε ένα πιλοτικό έργο που διεξήχθη σε χώρο κατεδάφισης, το σύστημα AI αύξησε το ποσοστό ανακύκλωσης κατά 30% σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους χειροκίνητης ταξινόμησης.

Η αποδοτικότητα της ταξινόμησης μείωσε επίσης το συνολικό χρόνο και το κόστος εργασίας που σχετίζονται με τη διαχείριση αποβλήτων, καθιστώντας τη διαδικασία ανακύκλωσης πιο οικονομική και βιώσιμη.»

Κανονιστικές Προκλήσεις στην Αειφόρο Κατασκευή

Paradoxically, while most regulations in construction are oriented toward improving safety and environmental profiles, they might also be a hindrance to the deployment of these technologies.

A large part of the potential problems stems from the decline in standardization in construction methods. Custom design might improve the energetic and environmental profile, but they are also hard to fit into the rigid categories and assessment methods mandated by regulations.

One element that can help is the so-called “regulatory sandbox”, allowing for pilot projects to prove their value with less overbearing control.

«These frameworks allow construction firms to pilot digital methods without full regulatory exposure, facilitating innovation while preserving oversight.»

Another improvement can be embedding digital construction requirements within public tendering protocols. This way, governments are not only adapting to, but actively steering the transition toward a digitally-enabled &  environmentally-responsible construction sector.

These regulatory changes will need to be managed at the local, national, and international levels.

Πηγή: Sustainable Futures

They also need to move quickly enough to adapt to technological improvements. Otherwise, this could slow down the adoption of innovative technologies like AI and 3D printing in construction, as companies may be reluctant to invest heavily in technologies that might not comply with future regulations.

Τεχνολογίες Κατασκευής του Μέλλοντος

Even more impressive materials might one day be integrated into construction projects. For example, nanotechnology in material science offers the potential to create ultra-strong, lightweight construction materials that are both cost-effective and environmentally friendly.

Another option is smart materials that can adapt to environmental changes, such as temperature-responsive polymers that adjust their insulating properties based on weather conditions.

These materials could dramatically increase energy efficiency and comfort in buildings without additional mechanical intervention.

Digital fabrication technologies could also become even more sophisticated, likely incorporating real-time quality control systems, like advanced sensors and AI algorithms to adjust printing parameters on the fly, ensuring optimal material properties and structural integrity.

Robotics could also have a major impact, with, for example, robots performing bricklaying or complex installations of pipes and cables, improving speed and precision while reducing human error and labor costs.

Lastly, AI could have a major impact on research into new materials, from a digital twin of a building observing the evolution of parameters over time to boosting the discovery of new materials, improving material lifespans, and enhancing the understanding of environmental impact throughout a building’s entire life cycle.

Συμπέρασμα

Construction has been historically a relatively “low-tech” industry, only integrating new materials slowly and keeping construction methods relatively unchanged.

The simultaneous maturation of CNC, 3D printing, CAD, digital footprint, and AI might change that soon. Especially when combined with a push for lower environmental impact, more traceability, more energy efficiency, and less material consumption.

However, contrary to many other economic sectors, it is unlikely that this will push much human labor out of the construction industry.

Instead, it will improve productivity, safety, and green profiles of new buildings, while enabling better designs and lower resource consumption, all under the supervision of humans still directly handling the messy and changing conditions of a construction site.

Εταιρεία 3D Εκτύπωσης

(Besides the companies discussed below, you can read about others in our article “Top 10 Εταιρείες Προσθετικής Κατασκευής και 3D Εκτύπωσης προς Παρακολούθηση”)

Nano Dimension

Οι περισσότερες εταιρείες προσθετικής κατασκευής εστιάζουν σε μέταλλο και πλαστικό, με στόχο πολύπλοκα μηχανικά εξαρτήματα. Η Nano Dimension, αντίθετα, εστιάζει στην 3D-εκτύπωση ηλεκτρονικών. Αυτό περιλαμβάνει πολύ εξειδικευμένες τεχνολογίες όπως αγώγιμα ή διηλεκτρικά μελάνια & κεραμικά. Αυτά μπορούν, για παράδειγμα, να χρησιμοποιηθούν στην κατασκευή οπτικών ή ραδιοσυχνικών εξαρτημάτων.

Αυτή είναι μία από τις πιθανές εφαρμογές της 3D εκτύπωσης σε νανοκλίμακα, την οποία εξετάσαμε περαιτέρω στο «Nanoscale 3D Printing Looks Primed for Commercialization».

Η Nano Dimension έχει αναπτυχθεί μέσω μίξης εξαγορών και εσωτερικής Έρευνας & Ανάπτυξης.

Πηγή: Nano Dimensions

Αυτή η στρατηγική άλλαξε με την εξαγορά της Desktop Metal, ανακοινωμένη το 2024 και ολοκληρωμένη το 2025. Μαζί, οι 2 εταιρείες θα έχουν πολύ ισχυρότερη θέση στην εκτύπωση μετάλλων και κεραμικών σε όλες τις κλίμακες, από ηλεκτρονικά μέχρι μεγάλα βιομηχανικά εξαρτήματα και αεροδιαστημική, με ισχυρή κίνηση προς τη βιομηχανική παραγωγή.

Αυτό επίσης δημιουργεί οικονομίες κλίμακας συγχωνεύοντας τη βάση πελατών που περιλαμβάνει SpaceX, Tesla, GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronics κ.λπ.

Τέλος, οι δύο εταιρείες ήταν κυρίως ενεργές σε διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές, με τη Nano Dimension στην Ευρώπη και τη Desktop Metal στις ΗΠΑ, επιτρέποντας συνεργασία μέσω συγχώνευσης των ομάδων πωλήσεων.

Πηγή: Nano Dimension

Η εταιρεία ισχυρίζεται ότι μπορεί να μειώσει το οικολογικό αποτύπωμα της παραγωγής, με μείωση 94% στις εκπομπές CO2, 100% στο νερό, 98% στα υλικά και 82% στα χημικά. Συνολικά, μπορούμε να περιμένουμε ότι η Nano Dimension θα αναδειχθεί ως ηγέτης στην τεχνολογία.

Πηγή: Nano Dimensions

Οι συγχωνευμένες εταιρείες είναι καλά τοποθετημένες για να αξιοποιήσουν νέες ανακαλύψεις στην 3D εκτύπωση και να αναπτύξουν ισχυρότερες αλουμινένιες κράματα, με αυτές τις καινοτομίες να επεκτείνουν πιθανώς την εφικτή αγορά.

Ωστόσο, οι επενδυτές πρέπει να γνωρίζουν ότι τόσο η Nano Dimension όσο και η Desktop Metal, μετά τις εξαγορές, είχαν αρνητική ταμειακή ροή, οπότε η προκύπτουσα εταιρεία θα χρειαστεί να μειώσει τα κόστη ή να αναπτυχθεί επαρκώς για να κερδίσει κέρδος στο μέλλον.

(Μπορείτε να διαβάσετε μια πιο λεπτομερή ανάλυση της Nano Dimension στην αφιερωμένη επενδυτική αναφορά)

Τελευταία Νέα και Ανάπτυξη Μετοχών Nano Dimension (NNDM)