Lifecycle Environmental and Circular Assessment in Building Product Manufacturing: Systemic Approach for Data Optimization of Custom Prefabricated Façade Modules

Within a context marked by the pressing necessity for the construction sector to mitigate climate change and transform its production processes towards circular thinking, this study aims to develop an innovative approach to the design of advanced tools for supporting stakeholders in the construction value chain. These tools, customisable, interoperable, and automated, will enable an effective environmental assessment of products. The objective is to assist sector operators in addressing the critical challenges of our time, including making construction processes sustainable, complying with national and international regulations aligned with climate goals, and implementing alternative business models consistent with circular economy principles. The study outlines a systemic methodological approach aimed at optimising data management within the manufacturing sector for modular and custom prefabricated architectural façades. Its originality lies in leveraging foreground design and supply chain data—often already available within enterprise digital systems for management purposes—to guide environmentally informed strategic decisions across the entire lifecycle of the products. Integrating tools, such as Building Information Models and Computer-Aided Technologies, with digital frameworks enhances the accessibility, organisation, and utility of information, thereby promoting sustainable practices. The proposed methodology is structured into three main phases. The first entails a thorough observation and analysis of the reference context to identify the information required by designers and builders. Specifically, it defines the type of data needed based on a performance design perspective considering utter requirements, data typical location within current digital models, and the modalities for interrelating such data based on an meta-design inventory for façade modules. The second phase involves the development of a framework, grounded in semantic models such as Entity-Relationship schema, to optimise the processing of identified data for environmental and circular economy assessments during the most critical design phases. The final phase consists of validating the developed system through the implementation of an operational proof of concept. Despite the demonstrated advantages of module prefabrication—including design for disassembly capabilities and the achievable integration of low-impact components—their environmental assessment remains complex. Stakeholders require effective tools to support the entire product lifecycle, from design to decommissioning and reuse. Drawing on experimental activities conducted within interdisciplinary research initiatives addressing a wide range of objectives, this study demonstrates how optimising manufacturing and supply chain data can significantly innovate the design and production processes, particularly during the early design and end-of-life phases. These innovations can contribute to systematic performance monitoring and the mitigation of environmental impacts associated with industrialised building envelopes. In conclusion, this study lays the groundwork for the development of integrated, high-performance tools serving construction manufacturing. The application of the proposed approach, replicable across varying contexts and technological resources, has the potential to generate efficient systems that address the specific needs of the sector. Furthermore, in the longer term, such tools could foster ecosystem-wide collaboration along the entire value chain towards value networking, integrate social sustainability assessments, and support the formulation of more effective guidelines for implementing sustainable development models.

In un panorama caratterizzato dalla necessità impellente del settore delle costruzioni di mitigare il cambiamento climatico e di trasformare i propri processi in ottica circolare, il presente studio si propone di sviluppare un approccio innovativo per la progettazione di strumenti di supporto agli attori della filiera edilizia. Tali strumenti, personalizzabili, interoperabili e automatizzati, consentiranno una valutazione ecologica dei prodotti. L’obiettivo è quello di supportare gli operatori del settore nel rispondere alle urgenze del nostro tempo. Tra cui: rendere sostenibili i processi edilizi, conformarsi alle normative nazionali e internazionali orientate al raggiungimento degli obiettivi climatici, ed implementare modelli di business alternativi compatibili con i principi dell’economia circolare. Lo studio illustra un approccio metodologico sistemico, mirato all’ottimizzazione della gestione dei dati nell’industria manifatturiera di prodotti modulari e personalizzati per facciate architettoniche prefabbricate. L’originalità risiede nello sfruttamento dei dati progettuali e di filiera, spesso già disponibili nei sistemi aziendali per scopi gestionali, per guidare decisioni strategiche in ottica ambientale lungo il ciclo di vita dei prodotti. L’integrazione di strumenti informatici come i Building Information Models o Computer-aided Technologies con framework digitali consente di migliorare l’accessibilità, l’organizzazione e la valorizzazione delle informazioni, favorendo pratiche edilizie sostenibili. La metodologia proposta si articola in tre fasi principali. La prima consiste nell’osservazione e nell’analisi del contesto di riferimento, volta a identificare le informazioni necessarie per i progettisti e i costruttori. In particolare, si definiscono: il tipo di dati richiesti secondo un approccio esigenziale basato sulle prestazionali richieste, la loro tipica localizzazione nei modelli informatici attualmente in uso, e le modalità per correlare tali dati sulla base di un inventario meta-progettuale dei moduli di facciata. La seconda fase prevede la progettazione di un framework basato su modelli semantici del tipo Entity-Relationship che ottimizzi l’elaborazione dei dati individuati per la valutazione di impatto ambientale e di economia circolare nelle fasi progettuali più critiche. L’ultima fase consiste nella validazione del sistema sviluppato mediante l’implementazione di una prova di fattibilità operativa. Nonostante i vantaggi della prefabbricazione modulare, sia in termini di possibilità di progettazione per lo smontaggio sia di integrazione di componenti virtuosi, la valutazione del loro impatto rimane complessa. Le parti interessate necessitano di strumenti che supportino l’intero ciclo di vita del prodotto, dalla progettazione alla dismissione e riutilizzo. Anche attraverso attività sperimentali svolte nell’ambito di progetti di ricerca interdisciplinari e di larghi obiettivi, questo lavoro dimostra come l’ottimizzazione dei dati di filiera possa innovare i processi, in particolare nelle fasi iniziali di progettazione e di fine vita. Tali innovazioni possono contribuire al controllo sistematico e al mitigamento degli impatti degli involucri edilizi industrializzati. In conclusione, il presente lavoro pone le basi per lo sviluppo di strumenti integrati e ad alte prestazioni a servizio dell’industria manifatturiera per l’edilizia. L’applicazione dell’approccio proposto, replicabile nella sua essenza al variare dei contesti e delle risorse disponibili, ha il potenziale di generare sistemi performanti, rispondendo in modo puntuale alle esigenze della filiera. Inoltre, in prospettiva, tali strumenti potrebbero incentivare una collaborazione ecosistemica lungo l’intera catena del valore, integrare valutazioni di sostenibilità sociale e contribuire alla definizione di linee guida più efficaci per l’implementazione di modelli di sviluppo sostenibile.