Tools for sustainable design strategies: optimization of integrated BIM-Blockchain technologies and protocols for the application of minimum environmental criteria

The research project, funded under the PON “Research and Innovation” 2014–2020 program, explores the convergence between digital technologies and the construction sector, with a particular focus on data management through Building Information Modeling (BIM) and blockchain. This process falls within the scope of the “Fourth Industrial Revolution,” also referred to in the specialized literature as “Industry 4.0,”1 addressing one of the most significant challenges of the digital era: the transformation of construction processes through the adoption of innovative methodologies, the project aims to optimize the management of existing built assets and develop new digital tools that facilitate the integration of emerging technologies. The construction sector, traditionally among the least digitized and least open to ICT 2 (Information and Communication Technologies), is undergoing a transformation prompted by the need to increase productivity, efficiency, and sustainability. Despite the possibility of adopting technological solutions, the construction sector remains significantly under- digitalized compared to other industrial fields. This is largely due to its fragmented, relatively impermeable nature, characterized by lengthy supply chains and a lack of standardized information. The use of new digital tools is now becoming essential in a context where projects and contracts are increasingly complex, demanding a level of coordination unattainable through traditional methods. The main objective of the research is to define a methodological framework that integrates, in a single workflow, the creation of BIM models and the management of information through blockchain, thereby optimizing the entire construction project life cycle. As suggested by recent studies in the AEC3 field, the adoption of digital platforms capable of transparently and collectively recording every phase of the process fosters increased efficiency and reduces the risk of errors. International institutions such as the European Construction Technology 4Platform underscore the need to enhance traceability and collaboration among various stakeholders, highlighting the importance of shared standards and procedures. From this perspective, the proposed framework relies on the integration of BIM tools, already acknowledged as key for design, and on the adoption of distributed ledgers (blockchain) to guarantee security, immutability, and transparency in data exchange. This synergy makes information management more reliable in terms of accountability and document validation. Looking ahead, combining these tools simplifies operational workflows and promotes greater sustainability, in line with the recommendations of the European Commission on circular economy and digital innovation. At the methodological level, the project involves the definition of shared protocols for structuring BIM data and the implementation of smart contracts on the blockchain, aimed at automating certain core procedures. This approach promises to create an integrated digital ecosystem in which all stakeholders can collaborate on a single platform, reducing costs and time while ensuring the transparency needed to certify the quality and sustainability of constructions. The project not only highlights the potential of digital technologies in renewing the construction sector but also provides practical insights on how to adapt to new digital tools. Initially, the research was based on a limited bibliography; however, recent years have witnessed a significant increase in publications, helping delineate the state of the art and identify the knowledge gaps that still need addressing. The results have been tested on various case studies, involving different building types and purposes, to ensure the continuity and progress of the research, further contributing to the development of procedures and the application of integrated digital tools.

Il progetto di ricerca, finanziato nell’ambito del programma PON “Ricerca e Innovazione” 2014-2020, esplora la convergenza tra tecnologie digitali e settore delle costruzioni, con un focus sulla gestione dei dati tramite Building Information Modeling (BIM) e blockchain. Tale processo si inserisce nel contesto della “Quarta rivoluzione industriale”, definita anche come “Industria 4.0”, e affronta una delle sfide cruciali dell’era digitale: trasformare i processi edilizi attraverso metodologie innovative. L’obiettivo è ottimizzare la gestione del costruito esistente e sviluppare strumenti digitali per l’integrazione delle tecnologie emergenti. Il settore delle costruzioni, storicamente tra i meno digitalizzati e più resistenti all’introduzione di tecnologie ICT (Information and Communication Technologies), sta attraversando una fase di cambiamento spinta dalla necessità di migliorare produttività, efficienza e sostenibilità. Tuttavia, permane un ampio divario rispetto ad altri settori industriali, dovuto alla natura frammentata del comparto, caratterizzato da lunghe filiere e scarsa standardizzazione informativa. In un contesto dove progetti e appalti diventano sempre più complessi, il ricorso a strumenti digitali è ormai imprescindibile per garantire coordinamento e tracciabilità, superando i limiti delle pratiche tradizionali. La ricerca mira a definire un framework metodologico che integri, in un flusso unico, la modellazione BIM e la gestione informativa mediante blockchain, ottimizzando l’intero ciclo di vita del progetto costruttivo. Come dimostrano recenti studi nel settore AEC (Architecture, Engineering and Construction), l’impiego di piattaforme digitali che registrano ogni fase del processo in modo trasparente e condiviso consente di aumentare l’efficienza e ridurre gli errori. Organismi internazionali come la European Construction Technology Platform ribadiscono l’urgenza di migliorare la collaborazione tra stakeholder, promuovendo l’adozione di standard e procedure comuni. In questa prospettiva, il framework proposto combina strumenti BIM – già riconosciuti come fondamentali nella progettazione – con l’uso di registri distribuiti (blockchain), in grado di garantire sicurezza, immutabilità e trasparenza nello scambio dei dati. Questa integrazione rende più affidabile la gestione delle informazioni, potenziando i processi di verifica e responsabilità documentale. Inoltre, la sinergia tra le due tecnologie permette di semplificare i flussi operativi, promuovendo la sostenibilità in linea con le strategie dell’Unione Europea su economia circolare e innovazione digitale. A livello operativo, il progetto prevede la definizione di protocolli condivisi per la strutturazione dei dati BIM e l’implementazione di smart contract su blockchain, al fine di automatizzare alcune procedure centrali. Questo approccio mira a creare un ecosistema digitale integrato in cui tutti gli attori della filiera possano operare su una piattaforma unica, con benefici in termini di riduzione dei costi, dei tempi e maggiore trasparenza nei processi decisionali e certificativi. Il progetto, oltre a evidenziare il potenziale trasformativo delle tecnologie digitali nel settore edilizio, fornisce indicazioni operative su come adattarsi ai nuovi strumenti. Se inizialmente la ricerca si basava su una letteratura limitata, negli ultimi anni la crescita delle pubblicazioni ha consentito di definire meglio lo stato dell’arte e di individuare le principali lacune da colmare. I risultati ottenuti sono stati testati su casi studio differenziati per tipologia edilizia e finalità, garantendo la validazione delle ipotesi e favorendo l’evoluzione di procedure e strumenti digitali integrati.