Desarrollo de un add-in en bim para la cuantificación y reducción de residuos de construcción en edificios residenciales en Andalucía

Abstract

La industria de la construcción es un sector económico clave en el desarrollo sostenible del modelo productivo mundial, cuya actividad representa, al mismo tiempo, una de las mayores amenazas para el medioambiente. En Europa, por ejemplo, es la principal fuente de residuos y la mayor consumidora de recursos. Por esta razón la Unión Europea (UE) ha establecido un nuevo Plan de Acción para mejorar el uso eficiente de recursos y convertirse en una Economía Circular en la que se reduzca, entre otros, la generación de Residuos de Construcción y Demolición (RCD).

Existe consenso en la literatura en que la fase de diseño del proyecto de un edificio o una infraestructura es crucial para reducir los Residuos de Construcción (RC), para eliminar las causas fundamentales de su generación. Modelos de producción como los del “lean construction”, “zero waste”, o “economía circular”, destacan la importancia de reducir los RC en su origen, en lugar de reciclarlos y recuperarlos. Sin embargo, uno de los principales problemas para lograr modelos de construcción de baja generación de residuos es la falta de instrumentos eficaces integrados en las propias herramientas de diseño, que permitan la estimación precisa de los RC durante las fases iniciales del proyecto.

En este sentido, en los últimos años, la metodología BIM (Building Information Modelling) ha ganado relevancia en los procesos de digitalización del ciclo de vida de un edificio. Con gran capacidad para manejar y compartir datos, BIM se ha convertido en una herramienta eficaz para la simulación del comportamiento ambiental del edificio durante la fase de diseño, brindando así una oportunidad para evaluar los RC a nivel de proyecto.

La principal hipótesis de esta Tesis doctoral se fundamenta en que la arquitectura debe constituir un activo ambiental ante el cambio climático. Por tanto, el objetivo principal de esta investigación es dotar a los diseñadores de una herramienta tecnológica digital implementada en la metodología BIM, que les permita tomar decisiones basadas en el conocimiento detallado de la cantidad de RC que produce el diseño ideado en una fase temprana del desarrollo de un proyecto.

Para ello, se propone integrar un modelo matemático de cuantificación de RCD, validado, en el entorno de la metodología BIM. En ese sentido, la Tesis realiza un recorrido metodológico de complejidad creciente en relación con: el nivel de automatismo de los procesos de cálculo, las opciones de análisis de resultados, el empleo de entornos de trabajo BIM y el desarrollo de la arquitectura informática; a medida que la intervención del usuario-diseñador se va reduciendo en cuanto a la introducción de datos y el conocimiento específico en la gestión de los RC y su impacto ambiental obtenido a partir del Análisis del Ciclo de Vida (ACV) de un edificio.

Mediante este recorrido metodológico se constata la capacidad de implementación que tiene el modelo de cuantificación de RCD seleccionado en la metodología BIM. Los resultados proporcionan evidencia de que los métodos propuestos permiten la identificación y cuantificación automática de los RC generados por cada elemento del edificio durante la etapa de diseño, así como el conocimiento del impacto ambiental causado por su gestión. Disponer de información fiable, comparable y verificable resulta fundamental para que el diseñador pueda tomar decisiones más sostenibles acordes con las directrices de la economía circular.

Construction is an important economic sector for the sustainable development of the global production model, and its activities are also one of the most serious environmental threats. For example, in Europe, it is the main source of waste and the main consumer of resources. Therefore, the European Union (EU) has developed a new Action Plan to improve resource efficiency and to become a circular economy, including reducing the production of Construction and Demolition Waste (CDW). The literature consensus has been that the design stage of building or infrastructure projects is crucial to reducing Construction Waste (CW) by eliminating the basic causes of its production. Production models such as “lean construction”, “zero waste”, or “circular economy”, highlight the importance of reducing CW at its source, instead of recycling and recovering it. However, one of the main problems in achieving low waste construction models is the lack of effective instruments integrated into the design tools, which allow accurate estimation of the CW during the initial phases of the project. In this respect, in recent years, the BIM methodology (Building Information Modelling) methodology has gained relevance in the digitisation processes of the life cycle of a building. Given its ability to handle data, BIM has become an effective tool for simulating the environmental behaviour of the building during the design phase, thus providing an opportunity to assess CW at the project level. The main hypothesis of this Thesis is that architecture should be an environmental asset facing climate change. Therefore, the main objective of this research is to provide designers with a digital technological tool implemented in the BIM methodology, which allows them to make decisions based on detailed knowledge of the amount of CW produced by the design developed in an early stage of the project. For this, a validated CDW quantification mathematical model is proposed in the context of the BIM methodology. In this regard, the Thesis carries out a methodological journey of increasing complexity in relation to the level of automation of the calculation processes, the options for analysis of results, the use of BIM work environments, and the development of computer architecture; as the intervention of the user-designer is reduced in terms of data entry and specific knowledge in the management of CW and its environmental impact obtained from the Life Cycle Analysis (LCA) of a building. Through this methodological journey, the implementation capacity of the CDW quantification model selected in the BIM methodology is verified. The results provide evidence that the proposed methods allow the identification and automatic quantification of the RC generated by each element of the building during the design stage, as well as the knowledge of the environmental impact caused by its management. Having reliable, comparable, and verifiable information is essential for the designer to make more sustainable decisions according to the guidelines of the circular economy.