A meta-protocol for sustainable Circular Building design enabling the Construction sector’s transition towards a Circular Economy

The Construction sector is one of the main contributors to climate change and resource scarcity we are facing today. The transition towards Circular Economy (CE) models and its interpretation at the building level with the “Circular Building” concept represents a possible solution. However, there are several barriers to Circular Buildings, i.e., buildings systematically integrating CE principles in their design, construction, and use logic. For instance, previous research has reported the lack of a uniform and well-established performance assessment scheme to define and measure Circular Buildings. Many building-specific circular metrics are available, but they are immature. Moreover, the scholarly literature highlighted the failure to properly investigate and represent the correlation between Circularity and Sustainability measurements; that relationship can be useful in explaining the advantages of CE strategies for buildings. Considering the ability to influence the functional capabilities of a project in a cost-efficient way is higher during the first phases, the design stage’s stakeholders are drivers boosting innovation in the building sector. Consequently, the following research project estimates opportunities for integrating circularity principles into the building design process and, on that basis, defines a meta-protocol (BUILD.CycleS) for supporting clients and designers in planning sustainable Circular Buildings. BUILD.CycleS is the outcome of a detailed study on available Sustainable Building Rating Systems, a critical review of “meso-”/micro-circularity indicators for the built environment, and significant inputs from targeted groups of the local Construction sector. The meta-protocol also relies on lifecycle perspective evaluations (Life Cycle Assessment - LCA, Life Cycle Costing -LCC) while exploiting operational and organizational advantages of digital tools and Building Information Modelling (BIM). It supports stakeholders involved during the decision-making of the design process in selecting the most suitable sustainable Circular Building option through a series of “substage-specific” evaluations with defined criteria, indications, and methods that allow integration of CE without compromising Sustainability concerns. Furthermore, the research project verifies the applicability and usefulness of the proposed meta-protocol by applying it to four case studies. In this sense, satisfactory results are obtained, which can also support future upgrades to the proposed tool. To conclude, in the transition towards CE, the building sector needs accessible working tools to make it logical and straightforward, for stakeholders involved during the design stage, the idea of thinking “circularly” and Sustainability can be used as a reference paradigm to demonstrate the advantages of this approach. Therefore, the following dissertation reports on the development of a novel meta-protocol that supports the design of sustainable Circular buildings while leading to the fulfillment of the Sustainable Building Rating System’s requirements. BUILD.CycleS will help designers and clients understand CE potential for buildings and its actual correlation to accredited sustainability metrics, thus supporting CE promotion in the Construction sector.

Il settore delle costruzioni rappresenta uno dei principali fattori che contribuiscono al cambiamento climatico e alla crescente scarsità di risorse. La transizione verso modelli di Economia Circolare (EC) e la loro declinazione a scala edilizia attraverso il concetto di “Edificio Circolare” costituiscono una possibile risposta a tali criticità. Tuttavia, l’implementazione di edifici che integrino sistematicamente i principi dell’EC nelle fasi di progettazione, costruzione e uso è ostacolata da numerose barriere. Tra queste, la letteratura segnala l’assenza di un quadro valutativo uniforme e consolidato per definire e misurare la circolarità degli edifici. Sebbene esistano molte metriche specifiche per questo ambito, esse risultano ancora immature. Inoltre, gli studi accademici evidenziano una carente esplorazione della relazione tra misurazioni di circolarità e indicatori di sostenibilità, relazione che potrebbe invece contribuire a chiarire i benefici derivanti dall’adozione di strategie circolari nel settore edilizio. Poiché la capacità di influenzare in modo economicamente efficiente le prestazioni funzionali di un progetto è massima nelle fasi iniziali, gli attori coinvolti nella progettazione assumono un ruolo determinante nel promuovere l’innovazione nell’industria delle costruzioni. In tale prospettiva, il presente progetto di ricerca individua le opportunità di integrazione dei principi di circolarità nel processo progettuale e, sulla base di tali evidenze, sviluppa un meta‑protocollo (BUILD.CycleS) volto a supportare committenti e progettisti nella pianificazione di Edifici Circolari sostenibili. BUILD.CycleS è il risultato di un’analisi approfondita dei principali sistemi di certificazione per edifici sostenibili, di una revisione critica degli indicatori di circolarità (a "meso‑" e micro‑scala) applicabili all’ambiente costruito e di un processo di consultazione con gruppi selezionati di stakeholder del settore delle costruzioni. Il meta‑protocollo integra valutazioni basate su una visione orientata al ciclo di vita (Life Cycle Assessment – LCA; Life Cycle Costing – LCC) e sfrutta i vantaggi operativi e organizzativi offerti da strumenti digitali e dal Building Information Modelling (BIM). Lo strumento proposto fornisce un supporto decisionale ai soggetti coinvolti nella fase progettuale, guidandoli nella selezione dell’opzione di Edificio Circolare sostenibile più adeguata attraverso una serie di valutazioni specifiche per "sottofase" progettuale, caratterizzate da criteri, indicazioni e metodi definiti, che consentono l’integrazione dei principi dell’EC senza compromettere gli obiettivi di sostenibilità. La ricerca verifica inoltre l’applicabilità e l’efficacia del meta‑protocollo mediante la sua sperimentazione su quattro casi studio, dai quali emergono risultati soddisfacenti che orientano futuri sviluppi dello strumento. In conclusione, nel percorso di transizione verso l’EC, il settore edilizio necessita di strumenti operativi accessibili che rendano intuitiva e sistematica, per gli attori coinvolti nella progettazione, l’adozione di un approccio circolare. La sostenibilità può fungere da paradigma di riferimento per dimostrare i vantaggi di tale approccio. La presente dissertazione illustra pertanto lo sviluppo di un meta‑protocollo innovativo che supporta la progettazione di Edifici Circolari sostenibili, contribuendo al contempo al soddisfacimento dei requisiti previsti dai principali sistemi di valutazione della sostenibilità edilizia. BUILD.CycleS si propone di facilitare la comprensione del potenziale dell’EC nel settore edilizio e della sua correlazione con metriche di sostenibilità accreditate, favorendo così la diffusione e l’adozione di strategie circolari in edilizia.