Kestävyys

Kestävän rakentamisen edistäminen teknologian avulla

mm
Julkaistu
Päivitetty
Lisää Securities.io suosikkilähteisiisi Google-palvelussa
Ilmoitus: Securities.io voi saada korvauksen, kun käytät arvioimiemme tuotteiden linkkejä. Tämä ei vaikuta toimituksellisiin arvioihimme. Emme ole rekisteröity sijoitusneuvoja; tämä ei ole sijoitusneuvontaa. Lue kumppanuusilmoituksemme.

Perinteisestä rakentamisesta digitaaliseen ekorakentamiseen

Rakentaminen kuluttaa yleensä paljon energiaa ja työvoimaa sekä aiheuttaa merkittävää saastumista. Se on edelleen pääosin digitaalisten järjestelmien ulkopuolella tapahtuvaa toimintaa, ja sen digitalisaatio on vähäistä muihin talouden aloihin verrattuna.

Tieteellinen artikkeli, julkaistu Sustainable Futures1, tarkastelee, miten tekoälyn, lohkoketjuteknologian, digitaalisen valmistuksen ja kestävyystrendin nousu voivat vaikuttaa tähän alaan.

Yhdessä digitaaliset teknologiat ja ekomateriaalit voivat merkittävästi nopeuttaa ekorakentamisteknologioita ja vähentää rakennusalan ympäristövaikutuksia.

Tutkimuksen toteuttivat malesialaiset tutkijat Asia Pacific University of Technology & Innovationista (APU) ja National University of Malaysiasta (UKM), ja se julkaistiin nimellä ”Digital Integration in Eco-Construction 2.0: Advancing Sustainability Through Technology”.

Uudet tuotantomenetelmät

Rakennusmateriaaleja on perinteisesti massatuotettu vakiomuodoissa, ja niiden kokoaminen on vaatinut ammattitaitoista työvoimaa. Uudet teknologiat muuttavat tätä tilannetta todennäköisesti jo lähitulevaisuudessa.

Ensimmäisiä uudistuksia ovat tehdasmassatuotannosta poikkeavat valmistusmenetelmät, kuten tietokoneohjattu numeerinentyöstö (CNC), laserleikkaus ja 3D-tulostus. Jokaisella menetelmällä on omat vahvuutensa ja heikkoutensa, joten valinta on tehtävä tehtävän vaatimusten mukaan.

Nämä menetelmät vähentävät merkittävästi raaka-aineiden jalostuksessa valmiiksi rakennustuotteiksi hukkuvan materiaalin määrää.

Ne mahdollistavat myös huomattavasti joustavamman lopputuloksen, jolloin yksilöllinen suunnittelu on helpommin saavutettavissa.

Lisäksi niitä voidaan valmistaa pienemmässä mittakaavassa ja lähempänä käyttöpaikkaa, mikä voi pienentää huomattavasti raaka-aineiden, tehtaan ja rakennustyömaan välisten kuljetusten jalanjälkeä.

“Tämä menetelmä ei ainoastaan edistä ekomateriaalien käyttöä, vaan se on myös tiiviisti linjassa lean-rakentamisen periaatteiden ja net-zero -tavoitteiden kanssa sen luontaisesti alhaisen jätteen profiilin vuoksi.“

Kaikki nämä uudet valmistusmenetelmät hyötyvät suuresti tietokoneavusteisen suunnittelun (CAD) kehityksestä ja yleistymisestä sekä rakennuksen tietomallinnuksen (BIM) laajasta käyttöönotosta. CAD ja BIM muodostavat nykyään useimpien rakennushankkeiden digitaalisen perustan.

Ekomaateriaalit

Toinen rakennusalaan vaikuttava muutos on siirtyminen ympäristöystävällisempiin materiaaleihin.

Muutoksen merkittävä ajuri ovat 3D-tulostimet, jotka voivat käyttää kierrätysmuoveja, biohajoavia polymeerejä ja luonnonkuituja sisältäviä komposiitteja

Erityisesti geopolymeerit voidaan käyttää 3D-tulostuksessa. Geopolymeerit ovat epäorgaanisia, tyypillisesti keramiikkamaisia materiaaleja, jotka voidaan valmistaa teollisuuden sivutuotteista, kuten lentotuhkasta tai kuonasta, jotka muuten ovat voimalaitosten ja terästehtaiden jätevirtoja. Niitä voidaan valmistaa paikallisesti hankituista materiaaleista.

Näin rakennusala voi kierrättää teollisuusjätettä uusien luonnonvarojen kuluttamisen sijasta.

Suurikokoisten 3D-tulostimien kehitys on mahdollistanut kokonaisten rakennusrakenteiden valmistamisen suoraan työmaalla, mikä vähentää kuljetuskustannuksia ja niihin liittyviä hiilipäästöjä.

3D-tulostimien kustannukset ja verrattain hidas tulostusnopeus ovat kuitenkin edelleen vakavia rajoitteita, jotka hidastavat tekniikan laajamittaista käyttöönottoa.

Uusiutuvat ympäristöystävälliset materiaalit, kuten massipuuta, jota käytetään puukorkeakorkeiden rakennusten rakentamiseen, voivat myös pienentää rakennusalan hiilipäästöjä ja luonnonvarojen kulutusta.

Uudet suunnittelut

3D-tulostetut rakennukset voivat saada monimutkaisempia yksilöllisiä muotoja kuin massatuotetuista osista tehdyt rakennukset.

Tämä helpottaa luonnollisten ja ergonomisten muotojen hyödyntämistä rakennuksissa ja voi parantaa energiatehokkuutta lämpökäyttäytymisen ja valon jakautumisen kautta.

Luonnollisten eristysmuotojen, kuten hunajakennorakenteiden, käyttö parantaa eristystä, vähentää materiaalikustannuksia ja voi lisätä 3D-tulostuksen arvoa rakentamisessa.

3D-tulostus mahdollistaa myös asteittain muuttuvien materiaalien valmistamisen: materiaalin ominaisuudet vaihtelevat yhden kappaleen sisällä toiminnallisten vaatimusten täyttämiseksi ilman ylimääräistä materiaalinkulutusta.

Lohkoketju kestävien rakennusketjujen hallinnassa

Rakennusalan toistuva haaste on käytettyjen materiaalien alkuperän ja ESG-profiilin jäljittäminen.

Lohkoketjuteknologian mahdollistamat tehokkaat tietueet voivat auttaa tässä.

Automatisoimalla ja suojaamalla toimitusketjun tapahtumat lohkoketju parantaa toiminnan tehokkuutta ja rakentaa luottamusta tarjoamalla selkeän ja muuttumattoman tiedon materiaalien alkuperästä, käsittelystä ja kuljetuksesta.

Lohkoketjua voidaan käyttää myös älysopimuksiin, jolloin sopimusten toteutus sujuu helpommin ja teknologia voidaan ulottaa materiaalihankinnoista valmiin rakennuksen tarkastukseen ja sertifiointiin.

Materiaalien alkuperän jäljittäminen ja todentaminen lohkoketjulla auttaa täyttämään kehittyneiden kestävyysstandardien, kuten LEEDin, BREEAMin ja ISO 21930:n, vaatimukset sekä osoittamaan ympäristömääräysten, työntekijöiden suojan ja hiilidioksidipäästöjen vähennystavoitteiden noudattamisen.

Teknologian käyttöönoton suurin rajoite ei ole niinkään tekninen kuin kulttuurinen, sillä rakennusala suhtautuu yleensä pidättyvästi toimintatapojensa uudistamiseen.

”Rakennusalalla esiintyy rakenteellista vastustusta digitaalista läpinäkyvyyttä kohtaan, etenkin hankinnassa ja alihankinnassa, joissa tukeudutaan vanhoihin työnkulkuihin, epävirallisiin suhteisiin ja hajanaisiin dokumentointijärjestelmiin.”

Tämä voi vaikuttaa erityisesti olemassa oleviin valtarakenteisiin sekä alalle juurtuneisiin harmaan ja mustan talouden käytäntöihin joissakin maissa tai alueilla.

”Monet sidosryhmät eivät pidä lohkoketjun hajautettua ja muuttumatonta luonnetta mahdollistajana vaan toimintatapoja uhkaavana murrosvoimana.”

Lohkoketjujen ja muiden digitaalisten seurantatyökalujen käyttöönotto etenee todennäköisesti nopeasti kriittisen infrastruktuurin hankkeissa, joissa jäljitettävyys ei ole vain sääntelyvaatimus vaan vastuunhallinnan ja laadunvarmistuksen edellytys.

Tekoäly kestävissä rakennuksissa: Sovellukset ja rajoitukset

Sovellukset

Tekoälyjärjestelmien monipuolistuessa niitä voidaan käyttää rakennushankkeiden parantamiseen.

Yksi käyttökohde on tekoälyn integrointi ympäristövaikutusten arvioinnin (EIA) työnkulkuihin. Se mahdollistaa tarkat ennusteet suurista ja erilaisista aineistoista, joihin kuuluvat paikkakohtaiset ympäristöindikaattorit, hankkeiden historiatiedot ja sääntelyparametrit.

Apua oikeudellisten asiakirjojen ja säädösten kanssa voi myös vaikuttaa merkittävästi.

“Luonnollisen kielen prosessoinnin (NLP) tekniikat poimivat rakenteellista tietoa säädösteksteistä ja historiallisesta EIA-dokumentaatiosta, nopeuttaen vaatimustenmukaisuuden arviointia ja virtaviivaistaen tarkastusjaksoja.”

Toinen tekoälyn käyttökohde on materiaalien suorituskyvyn ennustaminen esimerkiksi rakenteellisen eheyden, eristyksen, vedenkestävyyden sekä kosteuden, kloridien tunkeutumisen, jäätymis-sulamissyklien ja lämpötilavaihtelujen kestävyyden perusteella.

Rajoitukset

Tekoälyn käyttöönottoa rajoittaa kuitenkin alan lähtötietojen yleisesti heikko laatu, joka vähentää mallien kykyä ja tarkkuutta.

Rajoitteen odotetaan lievenevän hankkeiden digitalisoituessa. Sama koskee vuosikymmenten aikana kertyvää tietoa erilaisten materiaalien toiminnasta todellisissa olosuhteissa.

Ongelmia voi syntyä myös silloin, jos mallit koulutetaan historiallisia eriarvoisuuksia heijastavilla aineistoilla tai aineistoilla, jotka eivät edusta herkkiä ekologisia alueita. Vaikeasti ymmärrettävissä tekoälymalleissa tästä voi muodostua eräänlainen ”musta laatikko”.

“Tekoälyn tarjoama tehokkuus ja analyyttinen syvyys on siis tasapainotettava näiden riskien kanssa toteuttamalla läpinäkyviä, auditoitavia ja kontekstisidonnaisia mallinnuskehyksiä.”

Ekomaateriaalien, lohkoketjun ja tekoälyn synergian

Pyyhkäise vierittääksesi →

Teknologia Pääedut Keskeiset rajoitukset
3D‑tulostus Räätälöity suunnittelu, paikallinen rakentaminen, jätteen vähentäminen Korkeat kustannukset, hidas tulostusnopeus
Ekomaateriaalit Alhaisemmat päästöt, jätteen kierrätys ja uusiutuvat lähteet Kustannus, skaalautuvuus ja sääntelyn hyväksyntä
Lohkoketju Jäljitettävyys, älykkäät sopimukset, ESG‑vaatimusten noudattaminen Alan vastahakuisuus, kulttuurinen vastarinta
Tekoäly Vaikutusten ennustaminen, säädösten noudattaminen, materiaalien optimointi Datan laatu, vinouma ja läpinäkyvyysongelmat

Rakentamisen innovaatiot kytkeytyvät toisiinsa ja ovat yhdessä hyödyllisempiä kuin erikseen käyttöönotettuina.

Mitä useammissa hankkeissa lohkoketjua käytetään jäljitettävyyteen, sitä enemmän tekoälylle kertyy laadukasta käyttökelpoista dataa.

Rakennushankkeiden digitalisaatio helpottaa CAD- ja 3D-tulostusteknologian tuomista varsinaiseen rakentamiseen.

Ympäristöystävällisempien materiaalien ja parempien kierrätystekniikoiden käyttö pienentää rakentamisen ja purkamisen ympäristövaikutuksia. Samalla laadukkaan datan arvo kasvaa, kun sitä voidaan käyttää ympäristösertifikaattien hankkimiseen ja alan uusien standardien luomiseen.

Tällaista yhteisvaikutusta näkyy jo todellisissa hankkeissa. Esimerkiksi Singapore käytti useita uusia teknologioita ympäristöystävällisten julkisten asuntojen rakentamiseen:

  • Edistyneet tekoälyjärjestelmät, jotka analysoivat ympäristötietoja, kuten auringonvalon altistumista, tuulisuuksia ja kaupunkialueen lämpösaarekeilmiöitä, optimoiden rakennuksen suuntausta ja materiaalivalintaa.
  • Kestävät materiaalit, kuten kierrätetty betoni ja kestävästi hankittu puu. Nämä materiaalit sijoitetaan strategisesti rakennuksen rakenteeseen maksimoimaan luonnollinen ilmanvaihto ja valon määrä.
  • Korkean suorituskyvyn eristys ja ikkunat sekä aurinkopaneelit ja vihreät katot yhdistetään tekoälyjärjestelmiin, jotka jatkuvasti seuraavat ja säätävät energian käyttöä reaaliaikaisten ympäristöolosuhteiden perusteella.

Käytännön esimerkit

Tutkimus esittelee myös teknologioiden varhaisia käyttäjiä todellisissa hankkeissa osoittaakseen, että teknologiakierrossa on siirrytty selvästi toteutusvaiheeseen.

Yksi esimerkki on lohkoketjun käyttö urakoitsijoiden ja toimittajien maksukiistojen ratkaisemiseen.

“Dubaissa toteutettu lippulaivainfrastruktuurihanke otti käyttöön lohkoketjun sopimushallinnan virtaviivaistamiseksi ja vaihepohjaisten maksujen toteuttamiseksi, mikä johti mitattaviin parannuksiin hallinnollisessa tehokkuudessa ja pienempiin taloudellisiin kustannuksiin.”

Lohkoketju auttoi myös materiaalien ympäristöjalanjäljen seurannassa.

“Alankomaissa lohkoketjua on kokeiltu seuraamaan teräksen ja betonin kaltaisten keskimateriaaleiden reaaliaikaista laatua, toimitusta ja ympäristöjalanjälkeä, varmistaen, että sekä materiaalin tekniset vaatimukset että kestävyyskynnykset täyttyvät ilman manuaalisia tarkastuspullonkauloja.”

Ruotsissa tekoälyä käytettiin auttamaan arkkitehteja ja insinöörejä valitsemaan edistyneitä eristemateriaaleja, jotka paransivat lämmön säilymistä talvella ja vähensivät lämmön pääsyä sisään kesällä.

“Näiden optimoitujen materiaalien käyttöönotto johti energian kulutuksen vähenemiseen jopa 25 % uusissa asuinrakennuksissa, mikä merkittävästi alensi näiden asuntojen hiilijalanjälkeä.”

Tekoälyä käytettiin Japanissa myös automatisoimaan  rakennusjätteen kierrätystä.

Edistyneellä kuvantamisella ja antureilla varustetut tekoälypohjaiset lajittelujärjestelmät tunnistivat ja luokittelivat erilaiset rakennusjätteet tarkasti.

“Pilottihankkeessa, joka toteutettiin purkualueella, tekoälyjärjestelmä nosti kierrätysasteen 30 % perinteisiin manuaalisiin lajittelumenetelmiin verrattuna.

Lajittelun tehokkuus myös vähensi kokonaisaikaa ja työvoimakustannuksia, jotka liittyvät jätehuoltoon, tehden kierrätysprosessista taloudellisemman ja kestävämmän.”

Sääntelyhaasteet kestävissä rakennuksissa

Vaikka useimmat rakennusmääräykset tähtäävät turvallisuuden ja ympäristöominaisuuksien parantamiseen, ne voivat paradoksaalisesti myös hidastaa näiden teknologioiden käyttöönottoa.

Suuri osa mahdollisista ongelmista johtuu rakennusmenetelmien standardoinnin vähenemisestä. Yksilöllinen suunnittelu voi parantaa energia- ja ympäristöominaisuuksia, mutta sitä on vaikea sovittaa määräysten jäykkiin luokkiin ja arviointitapoihin.

Yksi mahdollinen ratkaisu on niin sanottu sääntelyn kokeiluympäristö, jossa pilottihankkeet voivat osoittaa arvonsa kevyemmällä valvonnalla.

”Näissä puitteissa rakennusyritykset voivat kokeilla digitaalisia menetelmiä ilman täyttä sääntelyrasitetta, mikä edistää innovointia valvonnasta tinkimättä.”

Julkisiin tarjousmenettelyihin voidaan myös sisällyttää digitaalisen rakentamisen vaatimuksia. Näin hallitukset eivät ainoastaan sopeudu muutokseen vaan ohjaavat aktiivisesti siirtymää kohti digitaalista ja ympäristövastuullista rakennusalaa.

Sääntelymuutoksia on hallittava paikallisella, kansallisella ja kansainvälisellä tasolla.

Niiden on myös edettävä riittävän nopeasti teknologian kehityksen mukana. Muuten tekoälyn ja 3D-tulostuksen kaltaisten innovaatioiden käyttöönotto voi hidastua, sillä yritykset voivat epäröidä investoida teknologiaan, joka ei ehkä täytä tulevia määräyksiä.

Tulevaisuuden rakennusteknologiat

Rakennushankkeissa voidaan tulevaisuudessa käyttää vielä vaikuttavampia materiaaleja. Esimerkiksi nanoteknologia materiaalitieteen nanoteknologia mahdollistaa erittäin lujien ja kevyiden rakennusmateriaalien valmistamisen kustannustehokkaasti ja ympäristöystävällisesti.

Toinen vaihtoehto ovat älymateriaalit jotka mukautuvat ympäristön muutoksiin, kuten lämpötilaan reagoivat polymeerit, jotka säätävät eristysominaisuuksiaan sään mukaan.

Tällaiset materiaalit voivat parantaa rakennusten energiatehokkuutta ja mukavuutta huomattavasti ilman mekaanisia lisäjärjestelmiä.

Digitaaliset valmistusteknologiat voivat kehittyä vielä pidemmälle ja hyödyntää reaaliaikaista laadunvalvontaa, kuten antureita ja tekoälyalgoritmeja, jotka säätävät tulostusparametreja lennossa materiaalien optimaalisten ominaisuuksien ja rakenteellisen eheyden varmistamiseksi.

Robotiikka voi myös vaikuttaa merkittävästi: robotit voivat esimerkiksi muurata tai asentaa monimutkaisia putki- ja kaapelijärjestelmiä, mikä lisää nopeutta ja tarkkuutta sekä vähentää virheitä ja työvoimakustannuksia.

Lopuksi Tekoäly voi vaikuttaa merkittävästi uusien materiaalien tutkimukseen aina rakennuksen parametrien kehitystä seuraavista digitaalisista kaksosista uusien materiaalien löytämisen nopeuttamiseen, käyttöiän pidentämiseen ja koko elinkaaren ympäristövaikutusten ymmärtämiseen.

Yhteenveto

Rakentaminen on ollut historiallisesti verrattain matalan teknologian ala, joka ottaa uusia materiaaleja käyttöön hitaasti ja säilyttää rakennusmenetelmät suhteellisen muuttumattomina.

CNC:n, 3D-tulostuksen, CAD:n, digitaalisen jalanjäljen ja tekoälyn samanaikainen kypsyminen voi muuttaa tilanteen pian, varsinkin kun tavoitteena ovat pienemmät ympäristövaikutukset, parempi jäljitettävyys ja energiatehokkuus sekä vähäisempi materiaalinkulutus.

Toisin kuin monilla muilla talouden aloilla, tämä ei kuitenkaan todennäköisesti syrjäytä suurta määrää ihmistyötä rakentamisesta.

Sen sijaan se parantaa uusien rakennusten tuottavuutta, turvallisuutta ja ympäristöominaisuuksia, mahdollistaa paremmat suunnitelmat ja vähentää luonnonvarojen kulutusta. Ihmiset valvovat silti työmaiden monimutkaisia ja muuttuvia olosuhteita.

3D‑tulostusyritys

(Alla käsiteltyjen yritysten lisäksi voit lukea muista artikkelissamme ”10 seurattavaa lisäainevalmistuksen ja 3D-tulostuksen osaketta”)

Nano Dimension

NNDM Hintakaavio

Useimmat lisävalmistusyritykset keskittyvät metalliin ja muoviin, tavoitteena monimutkaiset mekaaniset osat. Nano Dimension (NNDM ) sen sijaan keskittyi 3D‑tulostettuun elektroniikkaan. Tämä sisältää erittäin erikoistuneita teknologioita, kuten johtavia tai dielektrisiä musteita ja keramiikkaa. Näitä voidaan esimerkiksi käyttää optisten tai radiokomponenttien rakentamiseen.

Tämä on yksi nanomittakaavan 3D-tulostuksen mahdollisista käyttökohteista, jota tarkastelimme lähemmin artikkelissa ”Nanomittakaavan 3D-tulostus näyttää olevan valmis kaupallistamiseen”.

Nano Dimension on kasvanut yhdistelmällä yritysostoja ja sisäistä T&K:ta.

Strategia muuttui Desktop Metalin yritysoston myötä, josta ilmoitettiin vuonna 2024 joka saatettiin päätökseen vuonna 2025. Yhdessä yritykset ovat paljon vahvemmassa asemassa metallien ja keramiikan 3D-tulostuksessa kaikissa mittakaavoissa elektroniikasta suuriin teollisuus- ja ilmailusovelluksiin, ja ne etenevät vahvasti kohti teollista tuotantoa.

Yrityskauppa luo myös mittakaavaetuja yhdistämällä asiakaskannat, joihin kuuluu SpaceX (SPCX ), Tesla (TSLA ), GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronics, etc.

Yritykset toimivat lisäksi pääasiassa eri alueilla: Nano Dimension Euroopassa ja Desktop Metal Yhdysvalloissa. Myyntitiimien yhdistäminen luo näin synergiaa.

Yhtiö kertoo voivansa pienentää valmistuksen ympäristöjalanjälkeä vähentämällä hiilidioksidipäästöjä 94 %, vedenkulutusta 100 %, materiaalien käyttöä 98 % ja kemikaalien käyttöä 82 %. Kokonaisuutena Nano Dimensionista voi kehittyä teknologiajohtaja.

Yhdistynyt yritys pystyy hyödyntämään 3D-tulostuksen uusia läpimurtoja ja kehittämään vahvempia alumiiniseoksia, mikä todennäköisesti laajentaa sen tavoitettavissa olevaa markkinaa.

Sijoittajien on kuitenkin huomioitava, että sekä Nano Dimension että Desktop Metal olivat ennen yrityskauppaa kassavirtanegatiivisia. Uuden yhtiön on pienennettävä kustannuksia tai kasvettava riittävästi päästäkseen voitolliseksi.

(Voit lukea syvällisemmän analyysin Nano Dimensionista omassa sijoitusraportissamme)

Uusimmat Nano Dimension (NNDM) osakeuutiset ja kehitykset

mm

Jonathan on entinen biokemian tutkija, joka on työskennellyt geneettisen analyysin ja kliinisten kokeiden parissa. Hän on nyt osakeanalyytikko ja rahoituskirjoittaja, jonka keskittyminen on innovaatioihin, markkisykleihin ja geopoliittisiin asioihin julkaisussaan 'The Eurasian Century'.