Każdy etap procesu inwestycyjnego związanego z budynkami odgrywa ważną rolę. W fazie projektowania właściwa optymalizacja rozwiązań konstrukcyjnych i materiałowych pozwala zoptymalizować wbudowany ślad węglowy, zapewnić odpowiednią efektywność energetyczną budynku, a także wdrożyć innowacyjne rozwiązania. Efektywność tego etapu uzupełnia faza realizacji inwestycji, w której coraz większe znaczenie zyskuje prefabrykacja – rozwiązanie pozwalające ograniczyć zużycie surowców i ilość odpadów, a jednocześnie zmniejszyć nakłady pracy oraz koszty. Spójność działań na wszystkich etapach procesu budowlanego stanowi klucz do osiągnięcia wysokiej efektywności i minimalizacji wpływu inwestycji na środowisko.

W branży budowlanej obserwuje się rosnące wykorzystanie technologii prefabrykacji oraz budownictwa modułowego na placach budowy. Te nowoczesne i innowacyjne technologie redefiniują sposób projektowania, produkcji i montażu konstrukcji budowlanych. Budownictwo modułowe to metoda wznoszenia obiektów z gotowych elementów (modułów) produkowanych w fabryce, które następnie są transportowane na plac budowy i tam montowane. W fabryce powstają całe moduły (np. pokoje, mieszkania, segmenty budynku), a montaż na budowie polega na łączeniu gotowych modułów w całość, często z instalacjami i wykończeniem.

Budownictwo modułowe pozwala zredukować ilość odpadów nawet o 50% w porównaniu z budownictwem tradycyjnym [1]. Ma to istotne znaczenie w sytuacji, gdy odpady budowlane i rozbiórkowe stanowią ponad jedną trzecią wszystkich odpadów wytwarzanych w Unii Europejskiej [2]. Nowoczesne konstrukcje modułowe bazują na zaawansowanych technikach prefabrykacji, łącząc stalowe oraz drewniane ramy z innowacyjnymi materiałami izolacyjnymi. Budownictwo modułowe skraca czas budowy, co oznacza mniejsze zużycie maszyn i mediów oraz mniejsze zakłócenia na placu budowy (np. hałas, pył, zanieczyszczenie powietrza).

Prefabrykacja to proces, w którym pojedyncze elementy konstrukcyjne są produkowane w kontrolowanych warunkach fabrycznych, gdzie optymalny proces produkcyjny pozwala na zachowanie wysokiej jakości i precyzji wykonania prefabrykatu. Każdy etap produkcji podlega rygorystycznej kontroli jakości wykonanych komponentów pod względem parametrów technicznych, struktury powierzchni i wymiarów, co przekłada się na gwarancje niezawodności prefabrykatu. Większa kontrola i efektywne zarządzanie procesem produkcji wpływa na minimalizowanie powstawania odpadów. Elementy niewykorzystane w trakcie produkcji mogą zostać poddane recyklingowi lub ponownie włączone do procesu wytwórczego, co ogranicza straty materiałowe i zmniejsza obciążenie środowiska. Ponadto kontrolowane środowiska fabryczne są zazwyczaj bardziej energooszczędne niż procesy realizowane na placu budowy.

Dodatkowo wdrożenie odpowiednio zaplanowanej logistyki dostaw umożliwia sprawną organizację procesu budowy, co pozwala skrócić czas realizacji inwestycji, ograniczyć liczbę transportów oraz związane z nimi emisje.

Efektywne budownictwo wspierane jest przez będące podstawą procesu prefabrykacji projektowanie pod kątem produkcji i montażu (ang. Design for Manufacture and Assembly, DfMA). Standaryzacja i powtarzalność prefabrykatów nie tylko redukują koszty, ale także pozwalają na efektywniejsze gospodarowanie zasobami. To podejście projektowe koncentruje się na minimalizacji liczby komponentów i wykorzystaniu standardowych komponentów dostępnych na rynku. Prefabrykowane elementy konstrukcyjne, projektowane zgodnie z zasadami umożliwiającymi zarówno montaż, jak i demontaż, sprzyjają recyklingowi lub ponownemu wykorzystaniu po zakończeniu eksploatacji. Takie rozwiązania wpisują się w ideę gospodarki o obiegu zamkniętym, ograniczając ilość odpadów budowlanych i wydłużając cykl życia materiałów.

Projektowanie parametryczne to kolejny krok w kierunku innowacyjności w budownictwie wspierającym prefabrykację. Jest to proces, polegający na wprowadzaniu parametrów i tworzeniu zależności między poszczególnymi elementami projektu. Dzięki parametryzacji mogą w projektowaniu zostać wprowadzone dowolne modyfikacje, a wszystkie pozostałe parametry automatycznie ulegną zmianie w odpowiedni sposób. Parametryczne podejście wspiera optymalizację na każdym etapie produkcji i pozwala precyzyjnie dostosować geometrię elementów do wymagań produkcji prefabrykatów, co minimalizuje straty materiałowe i usprawnia proces montażu na placu budowy [3].

Produkcja cyfrowa integruje technologie cyfrowe z procesem produkcyjnym, wykorzystując zaawansowane oprogramowanie i narzędzia, które umożliwiają płynny przepływ informacji na wszystkich etapach produkcji. Od projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) po maszyny sterowane numerycznie (CNC) i druk 3D – produkcja cyfrowa pozwala przekształcać wirtualne projekty w precyzyjne elementy fizyczne przy minimalnej ilości odpadów. Na przykład routery CNC i wycinarki laserowe wytwarzają elementy z milimetrową dokładnością, a części są gotowe do montażu na miejscu. Inna technologia, druk 3D, wykorzystuje dokładne ilości materiału, tworząc złożone geometrie warstwa po warstwie. Zwiększona precyzja oznacza, że zasoby mogą być wykorzystywane bardziej efektywnie, a ilość odpadów może być zminimalizowana.

Od makroskali urbanistycznej po detale konstrukcyjne – prefabrykacja i powiązane z nią technologie otwierają szerokie możliwości zwiększania efektywności budownictwa. Dzięki standaryzacji, cyfryzacji i parametryzacji procesów możliwe jest ograniczenie odpadów, oszczędność zasobów oraz realizacja inwestycji zgodnie z zasadami gospodarki o obiegu zamkniętym. Prefabrykacja staje się zatem nie tylko technologią wspierającą nowoczesne budownictwo, lecz także istotnym narzędziem w dążeniu do neutralności klimatycznej.

TOP CLeveR (Training and Outreach Programmes for a Circular and Level(s) to projekt LIFE, którego celem jest wyposażenie specjalistów i pracowników budowlanych w umiejętności niezbędne do sprostania wyzwaniom związanym z redukcją emisji dwutlenku węgla w całym cyklu życia budynku oraz wdrożeniem podejścia opartego na gospodarce o obiegu zamkniętym. TOP CLeveR wspiera również wdrażanie systemu Level(s) przez wszystkie podmioty w łańcuchu wartości. Więcej informacji o projekcie można znaleźć tutaj.

Projekt otrzymał dofinansowanie z programu LIFE22-CET Unii Europejskiej na podstawie umowy o dotację nr 101121073.

1. 1. Loizou, L., Barati, K., Shen, X., & Li, B. (2021). Quantifying Advantages of Modular Construction: Waste Generation. Buildings, 11(12), 622. https://doi.org/10.3390/buildings11120622
   2. Construction and demolition waste – European Commission
   3. (Microsoft Word – ed. Red DU, 9.06. Seminarium Studenckich K\363\263 Naukowych druk2 \(Odzyskany\).doc)