循環型建設を実現する有望なデジタル技術4選

• 建設業界は、膨大な規模と速度で資源を枯渇させ、廃棄物を生み、温室効果ガスを排出しています。

• 分断され、リスクを避ける傾向の強い建設セクターでは、デジタルイノベーションの導入が遅れています。

• デジタル技術は、建材を再利用する循環型建設への移行に欠かせない前提条件です。

2060年までに増加する人口に十分な住宅を供給するには、今後40年間、毎月ニューヨーク市の建築物の床面積に相当する規模の建設が必要だと、近年の研究は示しています。このプロジェクトは規模の大きさだけでなく、建設セクターの環境負荷も大きな課題です。現在、建設セクターは世界の温室効果ガス排出量の約40%を占めています。

たとえば、線形経済の原則は、建材のライフサイクル全体を通じて膨大な廃棄物を生み出します。地球から資源を採取し、建設資材を製造し、建築プロジェクトで使用し、耐用期間の終わりに処分します。しかし、常にそうだったわけではありません。100年前までは、建材の再利用が一般的でした。たとえば1348年に大地震がローマのコロッセオを襲った際、がれきは宮殿、教会、病院の建設に再利用されました。

最近、私は次の問いを突きつけられました。「今日の複雑な世界で、循環型建設をどう促進し、収益性を高められるでしょうか？」エンジニアリング事務所Eliothは、パリのポンピドゥー・センター旧ファサードに使われていた、使用されなくなった湾曲ガラスに第二の命を与え、先例を示しました。ガラスはまだ良好な状態でしたが、新しい規格と安全ガイドラインにより交換が必要でした。私はチームがガラスパネルをMaximum Architectureに引き渡す機会を見つけました。同建築事務所はポンピドゥー・センターのガラスを使い、見事な有機的形状のオフィス用間仕切り壁を製作しました。

残念ながら、建設セクターは非常に分断されているため、こうしたアップサイクルのプロセスは決して円滑ではありません。私は自問しました。「このプロセスをどうすれば簡単にできるだろうか。再利用可能な建材を持つ人と、これからプロジェクトを始める人をつなぐために、デジタル技術をどう活用できるだろうか。建築部材版のTinderのようなものだろうか？」

循環型建設を可能にするデジタル技術

再利用を自動化する新技術を探す中で、循環性のためのデジタル化を専門とするナンシー・ボッケン氏とスルタン・チェティン氏に連絡を取りました。共に、建設セクターの循環経済への移行に役立つ、最も有望なデジタルイノベーションを4つに絞り込みました。

1. デジタルモデルとプラットフォーム

循環型建設を自動化するには、建物に保管されている資材に関するデータを収集、整理し、追跡する必要があります。それによって初めて、地球から原材料を調達するのではなく、建物を資源として活用できます。再利用可能な地域の資材を掲載するデジタルプラットフォームはすでにいくつかあります。こうしたプラットフォームでは、ビルディング・インフォメーション・モデリング（BIM）やマテリアル・パスポートを用いて、個々の建築部材に関する情報を記録します。パスポートには、形状、特性、数量、所在地、所有状況など、資材に関する関連データが含まれます。供給側と需要側を結び付けることで、Excess Materials Exchangeなどのデジタルプラットフォームは、循環型市場を創出し、バリューチェーンの関係者間の意思疎通と協働を促進できます。

2. AIとビッグデータ

以前使われた資材を用いて建築する場合、入手可能な資材が設計に大きく影響します。そのため、特定の資材がいつ、どこで入手可能になるかを予測することが重要です。人工知能とビッグデータ分析を組み合わせることで、画像からリサイクル可能、再利用可能な資材や廃棄物の量を予測できます。チューリッヒ工科大学（ETH Zurich）やカタルーニャ先端建築研究所などの大学は、Google ストリートビューの画像から再利用可能な窓を検出する機械学習アルゴリズムを開発しました。さらに、地理情報システム（GIS）のデータを使えば、建築物ストックにある資源を特定、地図化、管理し、将来のアップサイクルやリサイクルのプロジェクトに役立て、循環型建設の手法を発展させることができます。

3. ブロックチェーン技術とIoT

建設業界のサプライチェーンでは、複雑な下請け構造と責任関係があるため、価値の移転を透明化する必要があります。ブロックチェーン技術は、資材を追跡する安全な手段となります。また、クイックレスポンス（QR）コードや無線周波数識別（RFID）チップなどのタグ付け技術も、資材の追跡に有用です。私の研究グループと建設した「ETH Reuse Dome」では、すべての建築部材にQRコードを刻印し、マテリアル・パスポートに直接アクセスできるようにしました。タグ付けの手法により、クラウドコンピューティングやワイヤレスセンサーネットワークを使って、資材の状態や入手可能性に関するデータを収集、保存、送信するIoT（モノのインターネット）の活用も可能になります。

4. デジタル製造

資材を再利用するには、建物を慎重に解体する必要があります。現在、この作業の大半は手作業で行われており、困難で時間がかかるうえ、危険を伴うこともあります。自動車業界でよく知られるロボット製造技術は、建物の解体や、回収した資材の選別工程を効率化できる可能性があります。デジタル製造は再建にも役立ちます。3Dプリンティングなどの付加製造や、コンピューター数値制御（CNC）フライス加工などの除去加工により、回収した部材の独特な形状に必要な複雑な接合部を製造できます。

長寿命の建物は多くの部材から成り、多様な資源を使います。その結果、多くの関係者が関わり、業界は極めて細分化され、デジタルイノベーションの導入も遅れています。潜在的なトレードオフやリバウンド効果（エネルギー集約型のブロックチェーン技術を使う場合など）に注意する必要はありますが、デジタル技術は循環型建設経済へのパラダイムシフトに欠かせない前提条件です。さらに、デジタルツールは協働を簡素化し、コミュニケーションを改善して、関係者が一丸となって気候変動に取り組む助けとなります。

オランダを拠点とするスルタン・チェティン氏（TU Delft）との協力により執筆、教授のナンシー・ボッケン氏（マーストリヒト大学）、およびスイスを拠点とするステファニー・ヘーゲルバッハ氏（ETH Zurich）。