テクノロジーで持続可能な建設を推進する

従来の建設からデジタルエコ建設へ

建設は一般に、多くのエネルギーと労働力を必要とし、大量の汚染を生む活動です。他の経済活動と比べてデジタル化が進んでおらず、今なお主として『オフライン』で行われています。

Sustainable Futures¹ に掲載された科学論文は、AI、ブロックチェーン技術、デジタルファブリケーション、そして持続可能性へのトレンドがこの産業にどのような影響を与えるかを検討しています。

デジタル技術とエコ素材が組み合わさることで、エコ建設技術の大幅な加速と建設業界の環境影響の削減が期待できます。

この研究は、マレーシアのアジア太平洋工科イノベーション大学（APU）とマレーシア国民大学（UKM）の研究者が実施し、『Digital Integration in Eco-Construction 2.0: Advancing Sustainability Through Technology”.

新しい生産方法

建設資材は歴史的に規格化された形で大量生産され、組み立てには熟練した人手が必要でした。新しい技術は近い将来、この状況を変える可能性があります。

最初のものは、工場での大量生産を超える生産方法であり、コンピューター数値制御（CNC）加工、レーザー切断、3Dプリントです。各々に利点と弱点があり、タスクの要件に応じて選択すべきです。

出典: Sustainable Futures

これらの方法は、原材料を加工して完成品にする際に失われる材料量を大幅に削減します。

また、最終設計に対する柔軟性が大幅に向上し、カスタムデザインがより手軽になります。

さらに、これらは小規模かつ利用地の近くで製造できるため、原材料を工場へ運び、完成品を建設現場へ届けるまでの輸送負荷を大幅に削減できる可能性があります。

「この手法はエコ素材の活用に適しているだけでなく、低廃棄物特性によりリーン建設の原則やネットゼロ目標とも密接に合致します。」

これらの新しい製造方法は、コンピューター支援設計（CAD）の進歩と普及、そしてビルディング・インフォメーション・モデリング（BIM）の広範な導入から大きな恩恵を受けます。現在、CADとBIMは多くの建設プロジェクトのデジタル基盤となっています。

エコ素材

建設業界を変えるもう一つの動きは、より環境負荷の小さい材料への移行です。

変化を促す大きな要因は、再生プラスチック、生分解性ポリマー、天然繊維を含む複合材料などを使用できる3Dプリンターです。

特に、ジオポリマーは 3D プリントに使用可能です。ジオポリマーは無機で、通常はセラミックに似た素材で、フライアッシュやスラグなどの産業副産物から作られます。これらは発電所や製鉄所の廃棄物です。地域で調達できる材料から配合可能です。

これにより建設業界は、新たな資源を消費する代わりに産業廃棄物を再利用できるようになります。

大規模な 3D プリンタの開発により、現場で建物全体を直接構築できるようになり、輸送コストとそれに伴う炭素排出が削減されます。

ただし、3Dプリンターの価格と比較的遅い造形速度は、依然として大きな制約であり、大規模導入を遅らせています。

また、再生可能な環境配慮型材料、たとえば 木造超高層ビルに使用されるマスティンバーも、建設業界の炭素排出量と資源消費を減らすのに役立ちます。

新しいデザイン

3Dプリント建築は、大量生産部材で造る建物よりも複雑な特注形状を採用できます。

その結果、自然で人間工学に基づく形状を建物に統合しやすくなり、熱力学や光分布の改善によりエネルギー効率が向上します。

ハニカム構造などの自然な断熱形状を統合することで、材料コストを削減しつつ断熱性能を高め、3D プリントの価値を高めることができます。

3Dプリントでは、一つの部材の内部で材料特性を変化させ、余分な材料を使わずに特定の機能要件を満たす『傾斜機能材料』も作れます。

持続可能な建設サプライチェーンのためのブロックチェーン

建設業界で繰り返し生じる課題の一つは、使用材料の出所とESG特性を追跡することです。

この分野では、ブロックチェーン技術が可能にする効率的な記録が役立ちます。

サプライチェーン全体で取引を自動化・保護することで、ブロックチェーンは運用効率を高めるだけでなく、材料の出所、加工、輸送の明確で不変な記録を提供し、ステークホルダー間の信頼を構築します。

ブロックチェーンはスマートコントラクトにも利用でき、契約の実行を円滑にします。材料調達から完成した建物の検証・認証まで、建設工程のあらゆる段階に導入できる可能性があります。

出典: Sustainable Futures

材料の調達と環境フットプリントを追跡・証明することで、ブロックチェーンは LEED、BREEAM、ISO 21930 などの高度な持続可能性基準に適合し、環境規制、労働保護、炭素削減要件を満たすことを支援します。

この技術の普及を妨げる最大の要因は技術面より文化面にあり、建設業界は一般に慣行の近代化に消極的です。

「建設セクターは、レガシーワークフロー、非公式な関係、断片的な文書システムに依存する調達や下請け慣行において、デジタル透明性に対して構造的な抵抗を示しています。」

とりわけ、既存の権力構造や、特定の国・地域の業界に根付いた闇市場・グレー市場の慣行に影響を与える可能性があります。

「多くのステークホルダーにとって、ブロックチェーンの分散型・不変性は促進者ではなく、既存の運用規範を脅かす破壊的要因と見なされています。」

ブロックチェーンやその他のデジタル追跡ツールは、重要インフラ事業で早期に導入される可能性が高いでしょう。そこではトレーサビリティが単なる規制要件ではなく、責任管理と品質保証の条件だからです。

持続可能な建設におけるAI：応用と限界

応用

AIの汎用性が高まるにつれ、建設プロジェクトの改善にも活用できるようになっています。

1 つの応用は、環境影響評価（EIA）ワークフローへの AI の統合です。これにより、現場固有の環境指標、過去のプロジェクトデータ、規制パラメータなど、膨大かつ多様なデータセットから正確な予測が可能になります。

法的文書や規制への支援 も大きなインパクトをもたらします。

「自然言語処理（NLP）技術は規制文書や過去の EIA ドキュメントから構造化された知識を抽出し、コンプライアンス評価を加速し、レビューサイクルを効率化します。」

出典: Sustainable Futures

AIのもう一つの用途は、構造健全性、断熱性、耐水性、さらに湿気、塩化物浸透、凍結融解サイクル、温度勾配など各種負荷への耐久性といった多様な基準に基づき、材料性能を予測することです。

限界

ただし、業界で入力に使えるデータの品質が総じて低いことが、AI導入を制限し、モデルの能力と精度を下げます。

プロジェクトのデジタル化が進むにつれ、この制約は徐々に解消されるとみられます。数十年にわたる実環境での各種材料の性能データが蓄積されることも、同じ効果をもたらします。

モデルが過去の不平等を反映したデータセットで学習したり、生態学的に脆弱な地域を十分に表現していなかったりすることも問題です。内部の仕組みを理解しにくいAIモデルでは『ブラックボックス』化するため、問題がさらに深刻になります。

「AI が提供する効率性と分析深度は、透明性が確保された監査可能で文脈に応じたモデリングフレームワークの実装によって、これらのリスクとバランスを取る必要があります。」

エコ素材、ブロックチェーン、AIのシナジー

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建設分野のこれらの革新は互いに連動しており、個別に導入するよりも大きな効果を発揮します。

ブロックチェーン技術をトレーサビリティに導入するプロジェクトが増えるほど、AI が利用できる高品質データの量が増加します。

建設プロジェクトのデジタル化が進むことで、CAD と 3D プリント技術の実際の建設への統合が促進されます。

よりエコフレンドリーな素材を使用し、リサイクル技術を向上させることで、建設・解体の環境影響が低減し、高品質データの価値が高まり、環境認証取得や業界新基準の設定に貢献します。

出典: Sustainable Futures

こうした相乗効果は実際のプロジェクトですでに確認されています。たとえばシンガポールは、環境配慮型の公営住宅建設に多くの新技術を導入しました。

• 日照、風向、都市ヒートアイランド効果などの環境データを分析し、建物の向きや素材選定を最適化する高度な AI システム。
• リサイクルコンクリートや持続可能に伐採された木材などの持続可能素材。これらは建物構造内に戦略的に配置され、自然換気と採光を最大化します。
• 高性能断熱材と窓、太陽光パネル、グリーンルーフを組み合わせ、AI システムがリアルタイムの環境条件に基づきエネルギー使用を継続的に監視・調整します。

実例

この研究は、技術サイクルがすでに本格的な実装段階に入ったことを示すため、現実の先行導入事例も紹介しています。

1 つの例は、ブロックチェーンを使用して請負業者やサプライヤーとの支払い紛争を解決したケースです。

「ドバイの旗艦インフラプロジェクトは、ブロックチェーンを導入して契約管理を合理化し、マイルストーンベースの支払いを強制し、管理効率の向上と財務オーバーヘッドの削減を実現しました。」

ブロックチェーンは、材料の環境フットプリントの追跡にも役立ちました。

「オランダでは、ブロックチェーンを活用して鋼材やコンクリートなどの主要素材のリアルタイム品質、納入、環境フットプリントを追跡し、手作業による検査ボトルネックなしで素材仕様と持続可能性基準を満たすことが確認されました。」

スウェーデンでは、建築家と技術者が冬の保温性を高め、夏の熱流入を抑える高性能断熱材を選定するAI活用事例が実証されました。

「これらの最適化素材の導入により、新築住宅のエネルギー消費が最大 25% 削減され、住宅の炭素フットプリントが大幅に低減されました。」

日本では、AIを使って 自動化 した 建設廃棄物のリサイクル。

高度な画像処理技術とセンサーを備えたAI分別システムが、さまざまな建設廃棄物を正確に識別・分類しました。

「解体現場で実施されたパイロットプロジェクトでは、AI システムが従来の手作業分別に比べてリサイクル率を 30% 向上させました。分別効率の向上は、廃棄物管理に伴う全体の時間と労働コストを削減し、リサイクルプロセスをより経済的かつ持続可能にしました。」

持続可能な建設における規制上の課題

逆説的ですが、建設規制の多くは安全性と環境性能の向上を目的としている一方、これらの技術の普及を妨げる場合もあります。

潜在的な問題の多くは、建設手法の標準化が弱まることから生じます。特注設計はエネルギー・環境性能を改善できますが、規制が定める固定的な区分や評価方法には当てはめにくくなります。

解決策の一つが、パイロット事業に過度な規制を課さず価値を実証させる『規制サンドボックス』です。

「これらのフレームワークは、建設企業が完全な規制適用を受けずにデジタル手法を試験できるようにし、イノベーションを促進しつつ監督を維持します。」

公共調達の手続きにデジタル建設の要件を組み込むことも有効です。これにより政府は変化に適応するだけでなく、デジタル化され環境に配慮した建設業界への移行を積極的に導けます。

こうした規制変更は、地方、国、国際の各レベルで管理する必要があります。

出典: Sustainable Futures

規制は技術進歩に対応できる速さで更新する必要もあります。そうでなければ、将来の規制に適合しない恐れのある技術への大規模投資を企業がためらい、AIや3Dプリントなど革新的技術の普及が遅れる可能性があります。

将来の建設技術

将来は、さらに優れた材料が建設プロジェクトに導入されるかもしれません。たとえば、 ナノテクノロジー を材料科学に応用すれば、超高強度かつ軽量で、費用対効果と環境性能にも優れた建設材料を生み出せる可能性があります。

もう一つの選択肢は、 スマート材料 です。たとえば、天候に応じて断熱特性を変える温度応答性ポリマーのように、環境変化へ適応できます。

これらの材料は、追加の機械設備を使わずに建物のエネルギー効率と快適性を大幅に高める可能性があります。

デジタルファブリケーション技術 もさらに高度化し、先進センサーやAIアルゴリズムを用いたリアルタイム品質管理を組み込む可能性があります。造形条件をその場で調整し、最適な材料特性と構造健全性を確保できます。

ロボティクス も大きな効果をもたらします。たとえば、ロボットがれんが積みや配管・ケーブルの複雑な敷設を行えば、速度と精度を高めながら人的ミスと人件費を削減できます。

最後に、 AI は新材料の研究にも大きな影響を与えます。建物のデジタルツインで各種指標の経時変化を観察することから、新材料の発見促進、材料寿命の改善、建物の全ライフサイクルにわたる環境影響の理解向上まで幅広く活用できます。

結論

建設は歴史的に比較的『ローテク』な産業で、新材料の導入が遅く、工法もほとんど変化してきませんでした。

CNC、3Dプリント、CAD、デジタルフットプリント、AIが同時に成熟することで、近くこの状況は変わるかもしれません。環境負荷の低減、トレーサビリティとエネルギー効率の向上、材料消費の削減を求める動きと組み合わされれば、なおさらです。

ただし、他の多くの産業とは異なり、この変化によって建設業界から大量の人手が失われる可能性は低いでしょう。

むしろ生産性と安全性、新築建物の環境性能を高め、より良い設計と資源消費の削減を可能にします。現場の複雑で変化し続ける状況には、引き続き人が直接対応し監督します。

3Dプリンティング会社

（以下で紹介する企業以外については、当社の記事『注目すべきアディティブ・マニュファクチャリングおよび3Dプリント関連株トップ10』もご覧ください）

Nano Dimension

多くのアディティブ・マニュファクチャリング企業は金属やプラスチックに焦点を当て、複雑な機械部品の製造を目指していますが、Nano Dimension (NNDM ) は 3D プリントされたエレクトロニクスに特化しています。これには導電性や誘電性インク、セラミックなどの高度に専門化された技術が含まれ、光学部品や無線部品の製造に利用できます。

これはナノスケールでの 3D プリントの可能な応用例の一つであり、詳細は「ナノスケール3Dプリント、商業化への準備が整う」でさらに検討しています。

Nano Dimension は買収と社内 R&D の組み合わせで成長してきました。

出典: Nano Dimensions

この戦略は、 Desktop Metalの買収によって変化しました。買収は 2024年に 発表され 、2025年に完了しました。両社は統合により、電子部品から大型産業機器、航空宇宙まで、あらゆる規模の金属・セラミック3Dプリントで大幅に強い地位を築き、工業生産への進出を加速します。

また、SpaceX (SPCX ), Tesla (TSLA ), GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronics, etc.

さらに、Nano Dimensionは欧州、Desktop Metalは米国を中心に活動していたため、営業チームの統合によって地域面の相乗効果も得られます。

出典: Nano Dimension

同社は、製造時の環境負荷を削減できると主張しています。CO2排出量を94%、水使用量を100%、材料使用量を98%、化学物質使用量を82%削減でき、Nano Dimensionは技術分野のリーダーへ成長する可能性があります。

出典: Nano Dimensions

統合会社は、3Dプリントの新たな発見を活用して、より強度の高いアルミニウム合金を開発できる有利な立場にあります。こうした革新は、対象市場の拡大につながる可能性があります。

ただし投資家は、買収前のNano DimensionとDesktop Metalがともにキャッシュフロー赤字だった点に注意が必要です。統合会社が将来黒字化するには、コスト削減または十分な成長が求められます。

（ Nano Dimensionの詳細な分析は、専用の投資レポートをご覧ください）

最新の Nano Dimension (NNDM) 株式ニュースと開発