Meningkatkan Konstruksi Berkelanjutan Melalui Teknologi

Dari Konstruksi Tradisional ke Konstruksi Ekologi Digital

Konstruksi umumnya merupakan kegiatan yang sangat intensif energi dan tenaga kerja, menghasilkan polusi yang signifikan. Ini masih sebagian besar merupakan kegiatan “offline”, dengan sedikit digitalisasi dibandingkan dengan kegiatan ekonomi lainnya.

Sebuah makalah ilmiah yang diterbitkan di Sustainable Futures¹ sedang mempelajari bagaimana munculnya AI, teknologi blockchain, fabrikasi digital, dan tren menuju keberlanjutan mungkin mempengaruhi industri ini.

Bersama-sama, teknologi digital dan bahan ekologi dapat membawa percepatan yang signifikan pada teknologi konstruksi ekologi dan mengurangi dampak lingkungan dari industri konstruksi.

Studi ini dilakukan oleh peneliti Malaysia di Asia Pacific University of Technology & Innovation (APU) dan National University of Malaysia (UKM), dipublikasikan dengan judul “Integrasi Digital dalam Konstruksi Ekologi 2.0: Meningkatkan Keberlanjutan melalui Teknologi”.

Metode Produksi Baru

Bahan dalam konstruksi telah secara historis diproduksi massal dalam bentuk standar, dan perakitan apa pun memerlukan tenaga kerja terampil. Teknologi baru kemungkinan akan mengubah status quo ini di masa depan.

Yang pertama adalah metode produksi di luar produksi massal pabrik dengan komputernumerikkontrol (CNC) machining, laser cutting, dan 3D printing. Masing-masing memiliki kelebihan dan kelemahan, dan harus dipilih tergantung pada kebutuhan tugas tertentu.

Sumber: Sustainable Futures

Metode-metode ini secara signifikan mengurangi jumlah bahan yang hilang selama pemrosesan bahan baku menjadi barang jadi untuk konstruksi.

Mereka juga memungkinkan tingkat fleksibilitas yang jauh lebih tinggi atas desain akhir, membuat desain kustom lebih mudah diakses.

Terakhir, mereka dapat diproduksi pada skala yang jauh lebih kecil dan lebih lokal, berpotensi mengarah pada pengurangan dramatis dari jejak transportasi bahan dari bahan baku ke pabrik ke lokasi konstruksi.

“Metodologi ini tidak hanya menguntungkan untuk menggunakan bahan ekologi tetapi juga sejalan dengan prinsip konstruksi ramping dan tujuan nol bersih karena profil limbah yang rendah secara inheren.”

Semua metode produksi baru ini sangat diuntungkan oleh perbaikan dan demokratisasi desain yang dibantu komputer (CAD) dan adopsi luas Model Informasi Bangunan (BIM). CAD dan BIM membentuk tulang punggung digital dari sebagian besar proyek konstruksi.

Bahan Ekologi

Perubahan lain yang mempengaruhi industri konstruksi adalah peralihan ke bahan yang lebih ramah lingkungan.

Penggerak perubahan utama adalah 3D printer yang dapat menggunakan bahan seperti plastik daur ulang, polimer yang dapat diuraikan, dan bahan komposit yang menggabungkan serat alami

Khususnya, geopolimer dapat digunakan dalam 3D printing. Geopolimer adalah bahan seperti keramik yang tidak organik, yang dapat dibuat dari produk sampingan industri seperti abu terbang atau terak, yang merupakan produk limbah dari pembangkit listrik dan pabrik baja. Ini dapat diformulasikan dari bahan lokal.

Dengan melakukan hal ini, hal ini menempatkan industri konstruksi dalam posisi untuk mendaur ulang limbah industri bukan mengonsumsi sumber daya.

Pengembangan 3D printer skala besar telah memungkinkan konstruksi struktur bangunan secara langsung di lokasi, mengurangi biaya transportasi dan emisi karbon yang terkait.

Namun, biaya 3D printer dan kecepatan pencetakan yang relatif lambat harus dicatat sebagai keterbatasan serius dari teknologi ini dan memperlambatkan penerapannya dalam skala besar.

Bahan ekologi yang dapat diperbarui, seperti kayu massal yang digunakan untuk membangun gedung pencakar langit kayu, juga dapat membantu mengurangi emisi karbon dan konsumsi sumber daya dari industri konstruksi.

Desain Baru

Bangunan 3D yang dicetak juga dapat mengadopsi bentuk kustom yang lebih kompleks daripada bangunan yang dibuat dari elemen massal.

Sebagai hasilnya, hal ini dapat memfasilitasi integrasi bentuk alami dan ergonomis ke dalam bangunan, yang dapat meningkatkan efisiensi energi melalui dinamika termal dan distribusi cahaya yang lebih baik.

Integrasi bentuk isolasi alami, seperti struktur sarang lebah, meningkatkan isolasi sambil mengurangi biaya bahan dan juga dapat meningkatkan nilai 3D printing dalam konstruksi.

3D printing juga memungkinkan penciptaan “bahan gradien”, di mana sifat bahan bervariasi di seluruh objek untuk memenuhi persyaratan fungsional tertentu tanpa penggunaan bahan yang berlebihan.

Blockchain untuk Rantai Pasokan Konstruksi Berkelanjutan

Tantangan lain yang berulang dalam industri konstruksi adalah kemungkinan melacak sumber bahan yang digunakan dan profil ESG-nya.

Ini adalah bidang di mana catatan yang efisien yang diizinkan oleh teknologi blockchain dapat membantu.

Dengan mengotomatisasi dan mengamankan transaksi di seluruh rantai pasokan, blockchain tidak hanya meningkatkan efisiensi operasional tetapi juga membangun kepercayaan di antara para pemangku kepentingan dengan menyediakan catatan yang jelas dan tidak dapat diubah tentang asal-usul bahan, pengolahan, dan transportasi.

Blockchain juga dapat digunakan untuk memungkinkan kontrak pintar, membuat eksekusi kontrak lebih lancar, menempatkan teknologi ini secara potensial di setiap tahap proses konstruksi, dari sumber bahan ke verifikasi dan sertifikasi bangunan yang selesai.

Sumber: Sustainable Futures

Dengan membantu melacak dan membuktikan sumber bahan yang digunakan dalam konstruksi, blockchain dapat membantu memenuhi persyaratan benchmark keberlanjutan yang maju seperti LEED, BREEAM, atau ISO 21930, membuktikan bahwa mereka memenuhi peraturan lingkungan, perlindungan tenaga kerja, dan mandat pengurangan karbon.

Keterbatasan terbesar untuk penerapan teknologi ini bukanlah teknis, tetapi budaya, dengan industri konstruksi umumnya enggan memodernisasi praktiknya.

“Sektor konstruksi menunjukkan resistensi struktural terhadap transparansi digital, terutama dalam praktik pengadaan dan subcontracting yang bergantung pada aliran kerja warisan, hubungan tidak formal, dan sistem dokumen yang terfragmentasi.”

Yang paling mencolok, ini dapat mempengaruhi struktur kekuasaan yang ada dan praktik pasar gelap atau abu-abu yang endemik di industri, terutama di beberapa negara atau wilayah.

“Bagi banyak pemangku kepentingan, sifat desentralisasi dan tidak dapat diubah dari blockchain tidak dipandang sebagai fasilitator tetapi sebagai kekuatan yang mengganggu yang mengancam norma operasional yang ada.”

Paling mungkin, penerapan blockchain dan alat pelacakan digital lainnya akan terjadi dengan cepat dalam proyek infrastruktur kritis, di mana kemampuan pelacakan tidak hanya merupakan persyaratan regulasi tetapi juga kondisi untuk manajemen kewajiban dan jaminan kualitas.

AI dalam Konstruksi Berkelanjutan: Aplikasi dan Batasan

Aplikasi

Karena AI menjadi lebih serbaguna, mereka sekarang dapat diterapkan untuk meningkatkan proyek konstruksi.

Salah satu aplikasi adalah integrasi AI dalampenilaian dampak lingkungan (EIA) alur kerja. Ini memungkinkan prediksi yang akurat dari dataset yang besar dan heterogen, termasuk indikator lingkungan spesifik lokasi, data proyek historis, dan parameter regulasi.

Bantuan dengan dokumen hukum dan peraturan juga dapat memiliki dampak besar.

“Teknik NLP (Natural Language Processing) mengekstrak pengetahuan terstruktur dari teks regulasi dan dokumentasi EIA historis, mempercepat penilaian kepatuhan dan mempercepat siklus tinjauan.”

Sumber: Sustainable Futures

Aplikasi lain dari AI adalah memprediksi kinerja bahan, untuk kriteria yang beragam seperti integritas struktural, isolasi, ketahanan air, atau daya tahan terhadap stres yang beragam (kelembaban, serangan klorida, siklus pembekuan-pengeringan, gradien termal, dll.).

Batasan

Batasan untuk penerapan AI akan, bagaimanapun, menjadi kualitas data yang umumnya rendah untuk input di industri, mengurangi kapasitas model dan akurasinya.

Ketika lebih banyak proyek menjadi semakin digital, keterbatasan ini diharapkan akan memudar seiring waktu. Hal yang sama berlaku untuk tubuh data yang berkembang tentang kinerja bahan yang beragam dalam kondisi dunia nyata selama beberapa dekade.

Masalah potensial lainnya adalah jika model dilatih pada dataset yang mencerminkan ketidakadilan sejarah atau gagal mewakili zona ekologi yang sensitif. Ini dapat menjadi sangat problematis dengan model AI yang internal kerjanya dapat sulit dipahami, membuatnya menjadi semacam “kotak hitam”.

“Efisiensi dan kedalaman analitis yang ditawarkan oleh AI harus seimbang dengan risiko ini melalui implementasi kerangka model yang transparan, dapat diaudit, dan peka konteks.”

Sinergi Antara Bahan Ekologi, Blockchain, Dan AI

Swipe to scroll →

Masing-masing dari inovasi ini dalam konstruksi saling terkait, membuatnya lebih berguna daripada jika diterapkan secara terpisah.

Ketika lebih banyak proyek mengintegrasikan teknologi blockchain untuk kemampuan pelacakan, jumlah data berkualitas tinggi yang dapat digunakan oleh AI meningkat.

Ketika digitalisasi proyek konstruksi meningkat, hal ini memfasilitasi integrasi teknologi CAD dan 3D printing ke dalam konstruksi yang sebenarnya.

Menggunakan bahan yang lebih ramah lingkungan dan menerapkan teknik daur ulang yang lebih baik mengurangi dampak ekologis dari konstruksi dan pembongkaran, sehingga meningkatkan nilai data berkualitas tinggi yang dapat digunakan untuk memperoleh sertifikasi lingkungan yang berharga dan menetapkan standar baru untuk industri.

Sumber: Sustainable Futures

Contoh dari sinergi ini sudah dapat diamati dalam proyek dunia nyata. Misalnya, Singapura menggunakan banyak teknologi baru untuk konstruksi perumahan publik yang ramah lingkungan:

• Sistem AI canggih untuk menganalisis data lingkungan, seperti paparan sinar matahari, pola angin, dan efek pulau panas perkotaan, untuk mengoptimalkan orientasi bangunan dan pemilihan bahan.
• Bahan yang berkelanjutan seperti beton daur ulang dan kayu yang ditebang secara berkelanjutan. Bahan-bahan ini secara strategis ditempatkan dalam struktur bangunan untuk memaksimalkan ventilasi alami dan cahaya.
• Isolasi dan jendela dengan kinerja tinggi, serta panel surya dan atap hijau, digabungkan dengan sistem AI yang terus-menerus memantau dan menyesuaikan penggunaan energi berdasarkan kondisi lingkungan waktu nyata.

Contoh Dunia Nyata

Studi ini juga menyajikan contoh dunia nyata dari pengadopsi awal teknologi ini untuk menunjukkan bahwa kita sekarang secara kuat berada dalam tahap implementasi dari siklus teknologi.

Salah satu contoh adalah penggunaan blockchain untuk memecahkan sengketa pembayaran dengan kontraktor dan pemasok.

“Sebuah proyek infrastruktur utama di Dubai menerapkan blockchain untuk merampingkan manajemen kontrak dan menegakkan pembayaran berbasis tonggak, menghasilkan perbaikan yang dapat diukur dalam efisiensi administratif dan pengurangan biaya keuangan.”

Blockchain juga membantu pelacakan jejak lingkungan bahan.

“Di Belanda, blockchain telah dicoba untuk melacak kualitas, pengiriman, dan jejak lingkungan bahan inti seperti baja dan beton, memastikan bahwa spesifikasi bahan dan ambang batas keberlanjutan dipenuhi tanpa hambatan inspeksi manual.”

Sebuah kasus penggunaan IA ditunjukkan di Swedia, di mana arsitek dan insinyur memilih bahan isolasi canggih yang mengoptimalkan retensi energi selama musim dingin dan meminimalkan penyerapan panas selama musim panas.

“Implementasi bahan yang dioptimalkan ini menghasilkan pengurangan konsumsi energi hingga 25% dalam bangunan perumahan yang baru dibangun, secara signifikan mengurangi jejak karbon yang terkait dengan rumah-rumah ini.”

AI juga diterapkan di Jepang untuk otomatisasi daur ulang limbah konstruksi.

Sistem pemilahan AI yang dilengkapi dengan teknologi pengimajan dan sensor canggih secara akurat mengidentifikasi dan mengategorikan berbagai jenis limbah konstruksi.

“Dalam proyek pilot yang dilakukan di lokasi pembongkaran, sistem AI meningkatkan tingkat daur ulang sebesar 30% dibandingkan dengan metode pemilahan manual tradisional.

Efisiensi pemilahan juga mengurangi waktu dan biaya tenaga kerja yang terkait dengan pengelolaan limbah, membuat proses daur ulang lebih ekonomis dan berkelanjutan.”

Tantangan Regulasi dalam Konstruksi Berkelanjutan

Secara paradoks, sementara sebagian besar peraturan dalam konstruksi diarahkan untuk meningkatkan profil keselamatan dan lingkungan, mereka juga mungkin menjadi hambatan untuk penerapan teknologi ini.

Sebagian besar masalah potensial berasal dari penurunan standarisasi dalam metode konstruksi. Desain kustom mungkin meningkatkan profil energi dan lingkungan, tetapi mereka juga sulit untuk dimasukkan ke dalam kategori dan metode penilaian yang kaku yang diberlakukan oleh peraturan.

Satu elemen yang dapat membantu adalah apa yang disebut “regulasi sandbox”, yang memungkinkan proyek pilot untuk membuktikan nilainya dengan kontrol yang kurang mengikat.

“Kerangka kerja ini memungkinkan perusahaan konstruksi untuk memiloti metode digital tanpa paparan regulasi penuh, memfasilitasi inovasi sambil melestarikan pengawasan.”

Perbaikan lainnya dapat dilakukan dengan memasukkan persyaratan konstruksi digital ke dalam protokol pengadaan publik. Dengan cara ini, pemerintah tidak hanya beradaptasi, tetapi juga secara aktif mengarahkan transisi menuju sektor konstruksi yang digital dan ramah lingkungan.

Perubahan regulasi ini perlu dikelola pada tingkat lokal, nasional, dan internasional.

Sumber: Sustainable Futures

Mereka juga perlu bergerak cukup cepat untuk beradaptasi dengan perbaikan teknologi. Jika tidak, ini dapat memperlambat adopsi teknologi inovatif seperti AI dan 3D printing dalam konstruksi, karena perusahaan mungkin enggan berinvestasi besar dalam teknologi yang mungkin tidak memenuhi regulasi di masa depan.

Teknologi Konstruksi Masa Depan

Bahan yang lebih mengesankan mungkin suatu hari nanti diintegrasikan ke dalam proyek konstruksi. Misalnya, nanoteknologi dalam ilmu bahan menawarkan potensi untuk menciptakan bahan konstruksi yang sangat kuat, ringan, dan ramah lingkungan.

Opsi lainnya adalah bahan pintar yang dapat beradaptasi dengan perubahan lingkungan, seperti polimer yang responsif terhadap suhu yang menyesuaikan sifat isolasi berdasarkan kondisi cuaca.

Bahan-bahan ini dapat secara dramatis meningkatkan efisiensi energi dan kenyamanan di bangunan tanpa intervensi mekanis tambahan.

Teknologi fabrikasi digital juga dapat menjadi lebih canggih, kemungkinan menggabungkan sistem kontrol kualitas waktu nyata, seperti sensor canggih dan algoritma AI untuk menyesuaikan parameter pencetakan secara langsung, memastikan sifat bahan dan integritas struktural yang optimal.

Robotik juga dapat memiliki dampak besar, dengan contoh robot yang melakukan pekerjaan batu bata atau pemasangan pipa dan kabel yang kompleks, meningkatkan kecepatan dan presisi sambil mengurangi kesalahan manusia dan biaya tenaga kerja.

Terakhir, AI dapat memiliki dampak besar pada penelitian bahan baru, dari kembar digital bangunan yang mengamati evolusi parameter selama waktu hingga meningkatkan penemuan bahan baru, memperbaiki umur bahan, dan meningkatkan pemahaman dampak lingkungan sepanjang seluruh siklus hidup bangunan.

Kesimpulan

Konstruksi telah secara historis menjadi industri yang relatif “rendah-teknologi”, hanya mengintegrasikan bahan baru secara perlahan dan menjaga metode konstruksi relatif tidak berubah.

Pematangan simultan CNC, 3D printing, CAD, jejak digital, dan AI mungkin akan mengubah hal ini segera. Terutama ketika digabungkan dengan dorongan untuk dampak lingkungan yang lebih rendah, kemampuan pelacakan yang lebih baik, efisiensi energi yang lebih baik, dan konsumsi bahan yang lebih rendah.

Namun, berbeda dengan banyak sektor ekonomi lain, kemungkinan ini akan mendorong banyak tenaga kerja manusia keluar dari industri konstruksi.

Sebaliknya, hal ini akan meningkatkan produktivitas, keselamatan, dan profil hijau bangunan baru, sambil memungkinkan desain yang lebih baik dan konsumsi sumber daya yang lebih rendah, semua di bawah pengawasan manusia yang masih secara langsung menangani kondisi yang berubah-ubah dari lokasi konstruksi.

Perusahaan 3D Printing

(Selain perusahaan yang dibahas di bawah, Anda dapat membaca tentang yang lain dalam artikel “Top 10 Additive Manufacturing And 3D Printing Stock to Watch”)

Nano Dimension

Sebagian besar perusahaan manufaktur aditif fokus pada logam dan plastik, dengan fokus pada bagian mekanis yang kompleks. Nano Dimension sebaliknya fokus pada elektronik 3D yang dicetak. Ini termasuk teknologi khusus seperti tinta konduktif atau keramik & tinta yang dapat diuraikan. Ini dapat, misalnya, digunakan dalam konstruksi komponen optik atau radio.

Ini adalah salah satu aplikasi 3D printing ke skala nano, yang kami jelajahi lebih lanjut dalam “3D Printing Skala Nano Terlihat Siap untuk Komersialisasi”.

Nano Dimension tumbuh melalui kombinasi akuisisi dan R&D internal.

Sumber: Nano Dimensions

Strategi ini berubah dengan akuisisi Desktop Metal, yang diumumkan pada 2024 dan finalisasi pada 2025. Bersama, kedua perusahaan akan memiliki posisi yang jauh lebih kuat dalam 3D printing logam dan keramik pada semua skala, dari elektronik hingga peralatan industri besar dan aerospace, dengan langkah besar ke produksi industri.

Ini juga menciptakan skala ekonomi dengan menggabungkan basis pelanggan yang mencakup SpaceX, Tesla, GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronics, dll.

Terakhir, kedua perusahaan sebagian besar aktif di area geografis yang berbeda, dengan Nano Dimension di Eropa dan Desktop Metal di AS, memungkinkan sinergi dengan menggabungkan tim penjualan mereka.

Sumber: Nano Dimension

Perusahaan ini mengklaim dapat mengurangi jejak ekologi manufaktur, dengan pengurangan 94% dalam emisi CO2, 100% dalam air, 98% dalam bahan, dan 82% dalam bahan kimia. Secara keseluruhan, kita dapat mengharapkan Nano Dimension muncul sebagai pemimpin dalam teknologi.

Sumber: Nano Dimensions

Perusahaan yang digabungkan ini berada dalam posisi yang baik untuk memanfaatkan penemuan baru dalam 3D printing dan mengembangkan paduan aluminium yang lebih kuat, dengan inovasi ini kemungkinan akan memperluas pasar yang dapat diakses.

Namun, investor perlu menyadari bahwa baik perusahaan pra-akuisisi Nano Dimension maupun perusahaan pra-akuisisi Desktop Metal adalah negatif arus kas, sehingga perusahaan yang dihasilkan akan perlu mengurangi biaya atau tumbuh cukup untuk menghasilkan keuntungan di masa depan.

(Anda dapat membaca analisis yang lebih mendalam tentang Nanodimension dalam laporan investasi khusus)

Terbaru Berita dan Pengembangan Saham Nano Dimension (NNDM)