From Linear Waste to Closed-Loop Value: A Digital Twin-Enabled Parametric Cost Architecture for Circular Construction in Peru

Resumen Técnico: Del Desperdicio Lineal al Valor de Ciclo Cerrado

Planteamiento del Problema
El sector de la construcción global genera aproximadamente un tercio de todos los residuos sólidos, operando principalmente bajo un modelo lineal de "extraer–construir–demoler–eliminar". Esto es particularmente agudo en economías emergentes como Perú, donde los Residuos de Construcción y Demolición (RCD) constituyen entre el 30 % y el 40 % del flujo nacional de residuos sólidos. Encuestas de campo en 265 sitios de construcción en el Área Metropolitana de Lima revelan que la mayoría de estos residuos se gestionan de manera informal y carecen de una valorización sistemática.

Si bien existen regulaciones (por ejemplo, el Decreto Supremo N.° 002-2022-VIVIENDA) y se ha estudiado la tecnología de Gemelos Digitales (DT, por sus siglas en inglés) para aplicaciones de economía circular (EC), persiste una brecha crítica: no existen modelos de ingeniería de costos verificables y auditables que conecten las capacidades de los DT con la toma de decisiones económicas en contextos latinoamericanos. La literatura existente suele reportar métricas ambientales sin fórmulas de costos estandarizadas, depende fuertemente de datos de países de ingresos altos y, con frecuencia, carece de un tratamiento explícito de la incertidumbre, lo que dificulta que los contratistas distingan entre estimaciones robustas y afirmaciones ilustrativas.

Metodología
Este estudio emplea un diseño de métodos mixtos estructurado bajo el formato IMRAD, adhiriéndose a estrictos protocolos de verificación:

1. Síntesis Sistemática de Literatura: Se construyó una matriz comparativa utilizando únicamente fuentes revisadas por pares con Identificadores de Objeto Digital (DOI) resolubles para eliminar referencias fabricadas o alucinadas. Se analizaron doce fuentes verificadas para extraer hallazgos cuantitativos específicos sobre la integración DT-EC.
2. Adaptación de la Ingeniería de Costos: Se adaptaron tres familias de fórmulas de costos para un entorno de DT:
   • Estimación de Costos Paramétricos: Reemplaza la estimación de tasas unitarias por una relación estadística entre costos históricos y parámetros del proyecto, incorporando un factor de reciclaje/reutilización ($F_{rec}$) derivado del pasaporte de materiales del Gemelo Digital.
   • Análisis de Costo de Ciclo de Vida (LCCA): Extiende el LCCA estándar reemplazando las suposiciones estáticas de valor de salvamento por un valor residual dinámico ($RV_{dt}$) pronosticado por el Gemelo Digital basado en datos de mercado y condiciones en tiempo real.
   • Índice de Valorización Económica de Residuos (WVEI): Una métrica propuesta que calcula la relación entre el valor recuperado (ingresos por reciclaje/reutilización menos costos de procesamiento) y los costos de disposición evitados.
3. Robustez Estadística: Para abordar la incertidumbre, se aplicó un procedimiento de sensibilidad de Monte Carlo (10,000 iteraciones con distribuciones de entrada triangulares) a la aplicación específica para Perú. Los resultados se reportan como medianas con intervalos del percentil 10 al 90 (P10–P90) en lugar de estimaciones puntuales deterministas.
4. Alcance: El estudio no involucra participantes humanos, sujetos animales ni experimentación de campo. Es un ejercicio de modelado computacional basado en datos secundarios y simulación matemática.

Contribuciones Clave
El artículo realiza tres contribuciones primarias al campo de la economía de la construcción y la circularidad:

1. Matriz Comparativa Verificada: Una síntesis de estudios documentados de DT-EC que reportan hallazgos cuantitativos específicos (por ejemplo, ganancias de recuperación de materiales del 25–45 % y reducciones de residuos del 27–38.7 %) en lugar de afirmaciones genéricas.
2. Arquitectura de Costos Auditable: El desarrollo de tres modelos basados en fórmulas (Costo Paramétrico, LCCA Dinámico y WVEI) diseñados explícitamente para ser embebidos dentro de un Gemelo Digital, permitiendo una auditoría económica trazable de las estrategias circulares.
3. Simulación Contextualizada: Una aplicación específica para Perú que etiqueta explícitamente sus salidas numéricas como "proyecciones simuladas" delimitadas por rangos derivados de la literatura, proporcionando un complemento técnicamente fundamentado a la política nacional sin presentar erróneamente datos no validados como resultados medidos en campo.

Resultados

• Síntesis de Literatura: El análisis comparativo confirma que las simulaciones de demolición impulsadas por DT pueden desplazar los proyectos de déficits financieros netos hacia beneficios sustanciales a medida que aumentan las tasas de reciclaje. Por ejemplo, una simulación citada mostró un cambio de un déficit neto de –£10,627.62 con un 50 % de reciclaje a un beneficio neto de £110,941.57 con un 95 % de reciclaje.
• Aplicación Simulada (Perú): La aplicación de la arquitectura propuesta a un proyecto residencial de mediana altura ilustrativo en Lima arrojó:
  • Índice de Valorización Económica de Residuos (WVEI): Una mediana de 145 (P10–P90: 118–172). Un valor >100 indica que la valorización es económicamente preferible a la disposición bajo las condiciones modeladas.
  • Reducción del Costo de Ciclo de Vida: La incorporación de valores residuales informados por el DT redujo los costos del ciclo de vida simulados entre un 8 % y un 15 % en comparación con una línea base de suposiciones estáticas.
• Estado de Validación: Los autores declaran explícitamente que estas cifras no son resultados medidos en campo. Representan proyecciones económicamente plausibles e internamente consistentes que requieren una futura validación contra sitios de construcción instrumentados.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo argumenta que los Gemelos Digitales pueden operacionalizar los principios de la economía circular en la construcción solo cuando se vinculan con una ingeniería de costos auditable basada en fórmulas, en lugar de afirmaciones cualitativas de sostenibilidad.

• Relevancia Política: Para Perú, el marco ofrece un mecanismo técnico para cumplir con la lógica económica detrás del Decreto Supremo N.° 002-2022-VIVIENDA y la Hoja de Ruta de la Economía Circular Nacional hacia 2030. Aborda la "restricción vinculante" identificada en las encuestas de Lima: la falta de instrumentos económicos verificables que hagan de la valorización de residuos una elección racional para los contratistas.
• Modestia de las Reivindicaciones: El estudio trata la falta de validación de campo no como una limitación a minimizar, sino como un hallazgo central. Postula que la arquitectura propuesta es una "señal de factibilidad" y un "complemento técnicamente fundamentado" a las regulaciones existentes. Los autores advierten que los resultados numéricos específicos (como el WVEI de 145) no deben utilizarse para decisiones regulatorias o de inversión hasta que sean validados por datos de campo de proyectos peruanos instrumentados.
• Dirección Futura: El artículo identifica los siguientes pasos necesarios como proyectos piloto instrumentados en Lima, protocolos estandarizados de intercambio de datos entre registros municipales y DT, e instrumentos de financiamiento para reducir la barrera tecnológica inicial para las pequeñas y medianas empresas (PYMES).