Real-time energy and CO₂ optimization in construction cranes through digital twins and lean construction

El sector de la construcción se encuentra bajo una creciente presión para reducir el consumo de energía y las emisiones de carbono, manteniendo al mismo tiempo la eficiencia operativa. Este estudio desarrolla y valida un marco integrado para la optimización en tiempo real del rendimiento energético de las grúas combinando la tecnología de gemelos digitales con los principios de la Construcción Esbelta. Se monitorizaron tres grúas (dos grúas torre [C1, C2] y una grúa móvil [MC]) en una gran obra en Billund, Dinamarca, utilizando sensores habilitados para IoT durante siete semanas, generando más de 16.000 registros de diez minutos. Se definieron indicadores clave de rendimiento (factor de inactividad, tiempo de inactividad e índice de carga base nocturna) para capturar el uso de energía no productiva y se vincularon a los conceptos Lean de eliminación de desperdicios y mejora continua. Los resultados revelaron que los períodos de inactividad dominaron los perfiles de energía de las grúas, representando la energía inactiva casi el 100% de la etapa preparatoria de C1, el 52% del consumo de C2 y el 42% de MC. Las emisiones inactivas agregadas totalizaron 126 kgCO₂e, lo que representa aproximadamente el 55% de las emisiones totales relacionadas con las grúas. Al integrar análisis predictivos e indicadores clave de rendimiento (KPI) basados ​​en Lean en una plataforma de gemelos digitales, el marco ofrece visibilidad en tiempo real, alertas automatizadas e información práctica para políticas de parada y secuenciación de tareas. Esta investigación proporciona uno de los primeros enfoques que conecta explícitamente los gemelos digitales y la Construcción Lean para reducir el desperdicio de energía inactiva, impulsando una gestión de obra sostenible y basada en datos.