Is BIM an effective methodology to integrate LCA in the buildings' design?: case study: building of the University of Aveiro

Abstract

O setor de construção tem vindo a crescer consideravelmente desde a revolução industrial, contribuindo para o aumento dos impactes ambientais na Terra, tais como o aquecimento global, smog, e mudanças climáticas. Como tal, são necessários edifícios mais sustentáveis para reduzir esses impactes. De facto, como a indústria da construção se inicia com a escolha dos materiais a aplicar, a seleção de materiais com menores impactes ambientais e com uma elevada durabilidade são essenciais para alcançar uma construção mais sustentável, particularmente se integrados logo nas fases iniciais de projeto. Durante o século passado, o conceito de sustentabilidade e as suas estratégias desenvolveram-se significativamente, proporcionando à comunidade cientifica e técnica diversas metodologias e sistemas com o intuito de promover edifícios verdadeiramente sustentáveis, tais como ACV, e sistemas de avaliação da sustentabilidade como o BREEAM e o LEED. Por outro lado, o setor da construção assistiu nos últimos anos a uma revolução tecnológica com a introdução da metodologia Building Information Modelling - BIM. Com efeito, é uma metodologia na qual as especialidades de arquitetura e engenharia estão integradas, podendo ser modeladas e geridas ao mesmo tempo, no mesmo ficheiro e no mesmo ambiente, desde as fases iniciais do projeto. Assim, esta visão mais sistemática e organizada tem a potencialidade de diminuir os erros na fase da construção e da operação. Este trabalho analisou o edifício do Departamento de Comunicação e Arte da Universidade de Aveiro, que foi concebido como um edifício sustentável do ponto de vista energético. A ACV foi utilizada para calcular os impactes ambientais de três diferentes soluções estruturais (mista, metálica e betão armado), numa perspetiva Cradle-to-Cradle, considerando dois períodos de vida útil: 50 anos e 100 anos. Usaram-se ainda duas abordagens de cálculo: (i) a abordagem tradicional de ACV, usando o SimaPro baseado no modelo BIM-3D; e (ii) o BIM-ACV, usando o Tally e o modelo BIM-3D. Esta comparação concluiu que existem vários obstáculos na aplicação da ACV no setor da construção, particularmente no que respeita à (in)existência de bases de dados específicas que influenciam os resultados da ACV. Além disso, essas duas abordagens destacaram as potenciais vantagens que a integração da ACV no BIM poderia ter no setor da construção, em geral, e particularmente para a obtenção da construção sustentável. Concluiu-se, ainda, que a estrutura de betão armado tem menos impactes relativos ao aquecimento global do que as outras que foram também consideradas. Por fim, este trabalho permitiu evidenciar a necessidade e a potencialidade da integração da ACV no BIM no setor de construção. Adicionalmente, conclui-se que é necessário desenvolver uma base de dados nacional de materiais e de técnicas construtivas, de modo a minimizar os erros e a incerteza dos cálculos da ACV, quer usando a abordagem tradicional LCA ou o BIM-ACV.

The buildings’ sector has been growing since the industrial revolution and consequently it has been contributing increasingly to the world negative environmental impacts, such as global warming, smog emissions and climate changes. Thus, more sustainable buildings are needed, since it is essential to reduce the negative impacts of the construction sector. Indeed, since the construction process starts selecting construction materials with less environmental impacts and high durability that are essential to reach more sustainable constructions, particularly when applying it from the early stage of design phase. During the last century, sustainability concept and strategies have been developed significantly, providing the Scientific and Technical community with various methodologies and systems aiming to promote real sustainable buildings, such as LCA, and labelling and assessing systems like BREEAM and LEED. On the other hand, the construction and design sectors have recently been facing a new technology revolution with the Building Information Modelling – BIM, approach. In fact, BIM is a methodology in which the architectural and engineering areas can be modelled, cooperated and managed at the same time, in the same file and environment and since the early stages of the design. Thus, BIM provides less errors in the construction and operation phases in a much more organised and systematic approach. This work analyses the building of Communication and Art Department of the University of Aveiro, which was designed as a sustainable building according the energy efficiency. LCA methodology was used to calculate the environmental impacts of three different structural solutions (mixed, steel and concrete) in a Cradle-to-Cradle perspective, considering two life spans: a 50-year life span and a 100-year one. Throughout this case study, applying LCA in the construction sector was experienced using two approaches: (i) LCA traditional approach using SimaPro and BIM-3D model; and (ii) BIM-based LCA using Tally and BIM- 3D model. This comparison showed that there are various obstacles when applying LCA in the construction sector, particularly the (in)existence of specific database, since they influence LCA results. Moreover, those two approaches highlighted the potential advantages that LCA integration with BIM could add to the construction sector, in general, and particularly to sustainable construction. This study also concludes that the concrete structure has less global warming impacts than the others that were considered. Finally, this work showed the necessity and the potentiality of integrating LCA in BIM in the construction sector. In addition, it concludes the need to develop a national database of construction materials and techniques that could minimise the errors and the uncertainty of LCA calculations whether using LCA traditional approach or BIM-based approach.