Impulsando la construcción sostenible mediante la tecnología

De la construcción tradicional a la ecoconstrucción digital

La construcción es, por lo general, una actividad que consume mucha energía y mano de obra, lo que genera una contaminación considerable. Sigue siendo principalmente una actividad "offline", con poca digitalización en comparación con otras actividades económicas.

Un artículo científico publicado en Sustainable Futures¹ Está analizando cómo la aparición de la IA, la tecnología blockchain, la fabricación digital y la tendencia hacia la sostenibilidad podrían afectar a esta industria.

Juntos, las tecnologías digitales y los materiales ecológicos podrían acelerar significativamente las tecnologías de ecoconstrucción y reducir el impacto ambiental de la industria de la construcción.

El estudio fue realizado por investigadores malasios de la Universidad de Tecnología e Innovación de Asia Pacífico (APU) y la Universidad Nacional de Malasia (UKM), publicado bajo el título “Integración digital en la ecoconstrucción 2.0: Impulsando la sostenibilidad a través de la tecnología.

Nuevos métodos de producción

Históricamente, los materiales de construcción se han producido en masa en formas estandarizadas, y cualquier ensamblaje requería mano de obra cualificada. Es probable que las nuevas tecnologías cambien esta situación en un futuro próximo.

Los primeros son métodos de producción que van más allá de la producción en masa en fábrica con cOmputer nnumérico cMecanizado CNC, corte por láser e impresión 3DCada uno tiene sus propias ventajas y debilidades, y debe elegirse dependiendo de los requisitos de una tarea determinada.

Fuente: Futuros sostenibles

Estos métodos reducen significativamente la cantidad de material perdido durante el procesamiento de la materia prima para convertirla en productos terminados para la construcción.

También permiten un nivel mucho mayor de flexibilidad sobre el diseño final, haciendo que el diseño personalizado sea más accesible.

Por último, se pueden fabricar a una escala mucho menor y de forma más local, lo que potencialmente puede conducir a una reducción drástica de la huella de transporte de material desde las materias primas hasta la fábrica y luego a los sitios de construcción.

“Esta metodología no solo favorece el uso de materiales ecológicos, sino que también se alinea estrechamente con los principios de construcción eficiente y los objetivos de cero emisiones netas debido a su perfil de residuos inherentemente bajo”.

Todos estos nuevos métodos de producción se benefician enormemente de la mejora y la democratización del diseño asistido por computadora (CAD) y la adopción generalizada del Modelado de Información de Construcción (BIM). CAD y BIM constituyen hoy la columna vertebral digital de la mayoría de los proyectos de construcción.

Eco-Materiales

Otro cambio que afecta a la industria de la construcción es el paso a materiales más respetuosos con el medio ambiente.

Un importante impulsor del cambio son las impresoras 3D capaces de utilizar materiales como plásticos reciclados, polímeros biodegradables y materiales compuestos que incorporan fibras naturales.

En particular, geopolímeros utilizar en la impresión 3DLos geopolímeros son materiales inorgánicos, típicamente cerámicos, que pueden fabricarse a partir de subproductos industriales como cenizas volantes o escorias, que normalmente son residuos de centrales eléctricas y acerías. Pueden formularse a partir de materiales de origen local.

De esta manera, la industria de la construcción puede reciclar residuos industriales en lugar de consumir recursos.

El desarrollo de impresoras 3D a gran escala ha permitido la construcción de estructuras de edificios enteras directamente en el lugar, reduciendo los costos de transporte y las emisiones de carbono asociadas.

Sin embargo, el coste de las impresoras 3D y su velocidad relativamente baja deben tenerse en cuenta como limitaciones aún graves de esta tecnología y que ralentizan su implementación a gran escala.

Ecomateriales renovables, como Madera maciza utilizada para construir rascacielos de madera, también podría ayudar a reducir las emisiones de carbono y el consumo de recursos de la industria de la construcción.

Nuevos diseños

Los edificios impresos en 3D también pueden adoptar formas personalizadas más complejas que los edificios hechos con elementos producidos en masa.

Como resultado, puede facilitar la integración de formas naturales y ergonómicas en los edificios, lo que puede mejorar la eficiencia energética a través de una mejor dinámica térmica y distribución de la luz.

La integración de formas de aislamiento naturales, como las estructuras de panal, mejora el aislamiento al tiempo que reduce los costos de material y también puede aumentar el valor de la impresión 3D en la construcción.

La impresión 3D también permite la creación de “materiales de gradiente”, donde las propiedades del material varían en un solo objeto para cumplir con requisitos funcionales específicos sin un uso excesivo de material.

Blockchain para cadenas de suministro de construcción sostenible

Otro desafío recurrente de la industria de la construcción es probablemente el seguimiento del origen de los materiales utilizados y su perfil ESG.

Este es un campo en el que los registros eficientes que permite la tecnología blockchain pueden ayudar.

Al automatizar y proteger las transacciones en toda la cadena de suministro, blockchain no solo mejora la eficiencia operativa sino que también genera confianza entre las partes interesadas al proporcionar un registro claro e inmutable de los orígenes, el procesamiento y el transporte de los materiales.

Blockchain también se puede utilizar para habilitar contratos inteligentes, haciendo más fluida la ejecución de los contratos y poniendo potencialmente la tecnología en cada paso del proceso de construcción, desde la obtención de materiales hasta la verificación y certificación del edificio terminado.

Fuente: Futuros sostenibles

Al ayudar a rastrear y demostrar el origen de los materiales utilizados en la construcción, blockchain puede ayudar a cumplir con los requisitos de puntos de referencia de sostenibilidad avanzados como LEED, BREEAM o ISO 21930, demostrando que cumplen con las regulaciones ambientales, las protecciones laborales y los mandatos de reducción de carbono.

La mayor limitación al despliegue de esta tecnología no es tanto técnica como cultural, ya que la industria de la construcción generalmente se muestra reacia a modernizar sus prácticas.

“El sector de la construcción muestra una resistencia estructural a la transparencia digital, particularmente en prácticas de adquisiciones y subcontratación que se basan en flujos de trabajo heredados, relaciones informales y sistemas de documentación fragmentados”.

Lo más notable es que esto puede tener un impacto en las estructuras de poder existentes y en las prácticas del mercado negro o gris endémicas en la industria, especialmente en algunos países o regiones.

“Para muchas partes interesadas, la naturaleza descentralizada e inmutable de la cadena de bloques se percibe no como un facilitador, sino como una fuerza disruptiva que amenaza las normas operativas existentes”.

Lo más probable es que la implementación de cadenas de bloques y otras herramientas de seguimiento digital se produzca rápidamente en proyectos de infraestructura críticos, donde la trazabilidad no es simplemente un requisito regulatorio sino una condición para la gestión de responsabilidades y el aseguramiento de la calidad.

IA en la construcción sostenible: aplicaciones y límites

Aplicaciones

A medida que las IA se vuelven más versátiles, ahora se pueden implementar para mejorar los proyectos de construcción.

Una aplicación es la Integración de IA en flujos de trabajo de evaluación de impacto ambiental (EIA)Permite realizar predicciones precisas a partir de conjuntos de datos voluminosos y heterogéneos, incluidos indicadores ambientales específicos del sitio, datos históricos de proyectos y parámetros regulatorios.

Asistencia con documentos legales y reglamentaciones También puede tener un impacto importante.

“Las técnicas de procesamiento del lenguaje natural (PLN) extraen conocimiento estructurado de textos regulatorios y documentación histórica de EIA, acelerando las evaluaciones de cumplimiento y agilizando los ciclos de revisión”.

Fuente: Futuros sostenibles

Otra aplicación de la IA es predecir el rendimiento de los materiales para criterios tan variados como la integridad estructural, el aislamiento, la resistencia al agua o la durabilidad ante diversas tensiones (humedad, entrada de cloruros, ciclos de congelación y descongelación, gradientes térmicos, etc.).

Limitaciones

Sin embargo, un límite para la implementación de la IA será la calidad generalmente baja de los datos para ingresar a la industria, lo que reduce la capacidad de los modelos y su precisión.

A medida que más proyectos se digitalizan, se espera que esta limitación desaparezca con el tiempo. Lo mismo ocurre con el creciente volumen de datos sobre el rendimiento de diversos materiales en condiciones reales a lo largo de varias décadas.

Otro problema potencial es si los modelos se entrenan con conjuntos de datos que reflejan desigualdades históricas o no representan zonas ecológicas sensibles. Esto puede ser especialmente problemático con los modelos de IA, cuyo funcionamiento interno puede ser difícil de comprender, convirtiéndolos en una especie de "caja negra".

“Por lo tanto, la eficiencia y la profundidad analítica que ofrece la IA deben equilibrarse con estos riesgos mediante la implementación de marcos de modelado transparentes, auditables y sensibles al contexto”.

Sinergia entre ecomateriales, blockchain e IA

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Cada una de estas innovaciones en construcción se entrelaza con las demás, lo que las hace más útiles que si se implementaran por separado.

A medida que más proyectos integran la tecnología blockchain para la trazabilidad, aumenta la cantidad de datos de alta calidad que puede utilizar la IA.

A medida que aumenta la digitalización de los proyectos de construcción, se facilita la integración de la tecnología CAD e impresión 3D en la construcción real.

El uso de materiales más ecológicos y la implementación de mejores técnicas de reciclaje reducen el impacto ecológico de la construcción y la demolición, aumentando así el valor de los datos de alta calidad que pueden utilizarse para adquirir valiosas certificaciones ambientales y establecer nuevos estándares para la industria.

Fuente: Futuros sostenibles

Ya se observan ejemplos de estas sinergias en proyectos reales. Por ejemplo, Singapur empleó numerosas tecnologías nuevas para la construcción de viviendas públicas ecológicas:

• Sistemas de inteligencia artificial avanzados para analizar datos ambientales, como la exposición a la luz solar, los patrones de viento y los efectos de isla de calor urbana, para optimizar la orientación de los edificios y la selección de materiales.
• Materiales sostenibles como hormigón reciclado y madera de cosecha sostenible. Estos materiales se ubican estratégicamente en la estructura del edificio para maximizar la ventilación y la iluminación natural.
• El aislamiento y las ventanas de alto rendimiento, así como los paneles solares y los techos verdes, se combinan con sistemas de IA que monitorean y ajustan continuamente el uso de energía en función de las condiciones ambientales en tiempo real.

Ejemplos del mundo real

El estudio también presenta a usuarios reales de estas tecnologías en sus inicios para demostrar que ahora estamos firmemente en la etapa de implementación del ciclo tecnológico.

Un ejemplo es el uso de blockchain para resolver disputas de pago con contratistas y proveedores.

“Un proyecto emblemático de infraestructura en Dubái implementó blockchain para agilizar la gestión de contratos y hacer cumplir los desembolsos basados ​​en hitos, lo que resultó en mejoras mensurables en la eficiencia administrativa y una reducción de los gastos financieros generales”.

Blockchain también ayudó al seguimiento de la huella ambiental de los materiales.

En los Países Bajos, se ha probado la tecnología blockchain para rastrear en tiempo real la calidad, la entrega y la huella ambiental de materiales esenciales como el acero y el hormigón, garantizando así que se cumplan las especificaciones de los materiales y los umbrales de sostenibilidad sin cuellos de botella en la inspección manual.

En Suecia se demostró un caso de uso de IA, donde arquitectos e ingenieros seleccionaron materiales aislantes avanzados que optimizaron la retención de energía durante el invierno y minimizaron la absorción de calor durante el verano.

“La implementación de estos materiales optimizados condujo a una reducción en el consumo de energía de hasta un 25 % en edificios residenciales de nueva construcción, disminuyendo significativamente la huella de carbono asociada a estas viviendas”.

La IA también se implementó en Japón para automatizado la reciclaje de residuos de construcción.

Los sistemas de clasificación impulsados ​​por inteligencia artificial equipados con tecnologías avanzadas de imágenes y sensores identificaron y categorizaron con precisión diferentes tipos de desechos de construcción.

“En un proyecto piloto realizado en un sitio de demolición, el sistema de IA aumentó la tasa de reciclaje en un 30 % en comparación con los métodos de clasificación manual tradicionales.

La eficiencia de la clasificación también redujo el tiempo total y los costos laborales asociados con la gestión de residuos, haciendo que el proceso de reciclaje sea más económico y sostenible”.

Desafíos regulatorios en la construcción sostenible

Paradójicamente, si bien la mayoría de las regulaciones en construcción están orientadas a mejorar los perfiles de seguridad y ambientales, también podrían ser un obstáculo para el despliegue de estas tecnologías.

Gran parte de los problemas potenciales se derivan de la disminución de la estandarización de los métodos de construcción. El diseño a medida puede mejorar el perfil energético y ambiental, pero también es difícil de integrar en las rígidas categorías y métodos de evaluación que exige la normativa.

Un elemento que puede ayudar es el llamado “sandbox regulatorio”, que permite que los proyectos piloto demuestren su valor con un control menos autoritario.

“Estos marcos permiten a las empresas constructoras probar métodos digitales sin exposición regulatoria total, lo que facilita la innovación y preserva la supervisión”.

Otra mejora puede ser la integración de requisitos de construcción digital en los protocolos de licitación pública. De esta manera, los gobiernos no solo se adaptan, sino que impulsan activamente la transición hacia un sector de la construcción digital y responsable con el medio ambiente.

Estos cambios regulatorios deberán gestionarse a nivel local, nacional e internacional.

Fuente: Futuros sostenibles

También necesitan actuar con la suficiente rapidez para adaptarse a las mejoras tecnológicas. De lo contrario, esto podría ralentizar la adopción de tecnologías innovadoras como la IA y la impresión 3D en la construcción, ya que las empresas podrían mostrarse reacias a realizar grandes inversiones en tecnologías que podrían no cumplir con las futuras regulaciones.

Tecnologías de construcción del futuro

Materiales aún más impresionantes podrían algún día integrarse en proyectos de construcción. Por ejemplo, nanotecnología En la ciencia de los materiales se ofrece el potencial de crear materiales de construcción ultrarresistentes y ligeros que sean rentables y respetuosos con el medio ambiente.

Otra opción es materiales inteligentes que pueden adaptarse a los cambios ambientales, como los polímeros sensibles a la temperatura que ajustan sus propiedades aislantes en función de las condiciones climáticas.

Estos materiales podrían aumentar drásticamente la eficiencia energética y el confort en los edificios sin intervención mecánica adicional.

Dtecnologías de fabricación digital También podría volverse aún más sofisticado, probablemente incorporando sistemas de control de calidad en tiempo real, como sensores avanzados y algoritmos de IA para ajustar los parámetros de impresión sobre la marcha, asegurando propiedades óptimas del material y la integridad estructural.

Robótica También podría tener un impacto importante, por ejemplo, con robots realizando trabajos de albañilería o instalaciones complejas de tuberías y cables, mejorando la velocidad y la precisión y reduciendo al mismo tiempo el error humano y los costos laborales.

Y por último, AI Podría tener un impacto importante en la investigación de nuevos materiales, desde un gemelo digital de un edificio que observe la evolución de los parámetros a lo largo del tiempo hasta impulsar el descubrimiento de nuevos materiales, mejorar la vida útil de los materiales y mejorar la comprensión del impacto ambiental a lo largo de todo el ciclo de vida de un edificio.

Conclusión

Históricamente, la construcción ha sido una industria relativamente “de baja tecnología”, que sólo integraba nuevos materiales lentamente y mantenía los métodos de construcción relativamente sin cambios.

La maduración simultánea del CNC, la impresión 3D, el CAD, la huella digital y la IA podría cambiar esto pronto. Especialmente si se combina con el impulso hacia un menor impacto ambiental, mayor trazabilidad, mayor eficiencia energética y menor consumo de materiales.

Sin embargo, a diferencia de muchos otros sectores económicos, es poco probable que esto expulse mucha mano de obra de la industria de la construcción.

En cambio, mejorará la productividad, la seguridad y los perfiles ecológicos de los nuevos edificios, al tiempo que permitirá mejores diseños y un menor consumo de recursos, todo bajo la supervisión de personas que aún manejan directamente las condiciones desordenadas y cambiantes de un sitio de construcción.

Empresa de impresión 3D

(Además de las empresas que se analizan a continuación, puede leer sobre otras en nuestro artículo “Los 10 principales productos de fabricación aditiva e impresión 3D a tener en cuenta")

Dimensión Nano

La mayoría de las empresas de fabricación aditiva se centran en el metal y el plástico, con especial atención a las piezas mecánicas complejas. En cambio, Nano Dimension se centró en la electrónica impresa en 3D. Esto incluye tecnologías muy especializadas como tintas y cerámicas conductoras o dieléctricas. Estas pueden utilizarse, por ejemplo, en la construcción de componentes ópticos o de radio.

Esta es una de las posibles aplicaciones de la impresión 3D a nanoescala, que exploramos más a fondo en "La impresión 3D a nanoescala parece preparada para su comercialización.

Nano Dimension ha crecido a través de una combinación de adquisiciones e investigación y desarrollo interno.

Fuente: Nanodimensiones

Esta estrategia cambió con la adquisición de Desktop Metal, anunció en 2024 y finalizará en 2025. Juntas, las dos empresas tendrán una posición mucho más fuerte en la impresión 3D de metal y cerámica en todas las escalas, desde la electrónica hasta los grandes equipos industriales y la industria aeroespacial, con un fuerte avance hacia la producción industrial.

Esto también crea economías de escala al fusionar la base de clientes que incluye SpaceX, Tesla, GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronics, etc.

Por último, las dos empresas operaban principalmente en diferentes áreas geográficas, con Nano Dimension en Europa y Desktop Metal en EE. UU., lo que permitió sinergias al fusionar sus equipos de ventas.

Fuente: Dimensión Nano

La empresa afirma que puede reducir la huella ecológica de su fabricación, con una reducción del 94 % en emisiones de CO2, del 100 % en agua, del 98 % en materiales y del 82 % en productos químicos. En resumen, podemos esperar que Nano Dimension se convierta en un líder tecnológico.

Fuente: Nanodimensiones

Las empresas fusionadas están bien posicionadas para aprovechar los nuevos descubrimientos en impresión 3D y desarrollar aleaciones de aluminio más fuertes; es probable que estas innovaciones amplíen el mercado potencial.

Sin embargo, los inversores deben ser conscientes de que tanto Nano Dimension como Desktop Metal tuvieron un flujo de caja negativo por adquisición, por lo que la empresa resultante deberá reducir costos o crecer lo suficiente para obtener ganancias en el futuro.

(Puedes leer Un análisis más profundo de Nanodimension en el informe de inversión dedicado)

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