循环建筑的4项前景广阔的数字技术

• 建筑业以惊人的规模和速度消耗资源、产生废弃物并排放温室气体。

• 建筑业支离破碎且规避风险，采用数字创新的步伐缓慢。

• 数字技术是转向循环建筑的先决条件，在这种模式下，建筑材料可以得到再利用。

为确保到2060年不断增长的人口有足够住房，近期研究指出，未来40年里，我们每个月都需要建造相当于纽约市建筑面积总和的空间。这项工程规模巨大，极具挑战性；建筑业的生态足迹同样如此。目前，该行业约占全球温室气体排放量的40%。

首先，线性经济原则会在建筑材料的整个生命周期中产生大量废弃物。我们从地球提取资源，生产建筑材料，将其用于建筑项目，并在其使用寿命结束时将其弃置。然而，情况并非一直如此。直到一百年前，再利用建筑材料还是标准做法。例如，1348年罗马斗兽场遭遇强烈地震后，废墟材料被重新用于建造宫殿、教堂和医院。

最近，我遇到了这样一个问题：“在当今复杂的世界中，我们如何推动循环建筑并使其盈利？”工程事务所 Elioth 树立了标杆：他们让巴黎蓬皮杜中心原外立面上废弃的弯曲玻璃重获新生。尽管这些玻璃状况仍然良好，但由于新标准和安全准则的要求，必须予以更换。我为团队找到了一个机会，将玻璃板交给 Maximum Architecture。这家建筑事务所利用蓬皮杜中心的玻璃，建造了造型有机、令人惊叹的办公室隔断墙。

遗憾的是，由于建筑业的运作方式支离破碎，这类升级再造流程远非一帆风顺。我不禁自问：“怎样才能让这一流程更简单？怎样利用数字技术，把拥有可再利用建筑材料的人与即将开展项目的人联系起来？或许可以打造一个建筑构件版的 Tinder？”

推动循环建筑的数字技术

为了寻找能够自动化再利用流程的新技术，我联系了南希·博肯（Nancy Bocken）和苏丹·切廷（Sultan Çetin），两位同样专注于循环经济数字化的专家。我们共同聚焦于四项最有前景的数字创新，它们有助于建筑业向循环经济转型。

1. 数字模型与平台

要推动循环建筑流程自动化，我们需要收集、编目并监测建筑中所储存材料的数据。只有这样，我们才能将建筑本身用作资源，而不必从地球获取原材料。现有的多个数字平台列出了当地可供再利用的材料。在这些平台上，每个建筑构件的信息都通过建筑信息模型（BIM）和材料护照记录下来。材料护照包含材料的相关数据，例如几何形状、属性、数量、位置和所有权状态。数字平台通过连接供需双方，例如Excess Materials Exchange，可以创建循环市场，并促进价值链参与者之间的沟通与合作。

2. 人工智能与大数据

使用过的材料会在很大程度上影响建筑设计。因此，预测特定材料何时、何地可供使用至关重要。人工智能结合大数据分析，可以通过图像预测可回收、可再利用和废弃材料的数量。苏黎世联邦理工学院和加泰罗尼亚高等建筑研究所等高校已开发出用于从 Google 街景图像中识别可再利用窗户的机器学习算法。此外，地理信息系统（GIS）数据可用于识别、绘制并管理建筑存量中的资源，以支持未来的升级再造或回收项目，并推动循环建筑方法不断发展。

3. 区块链技术与物联网

建筑业供应链涉及复杂的分包关系和责任归属，因此有必要提供透明的价值交易。区块链技术为材料追踪提供了一种安全方式。此外，快速响应（QR）码和射频识别（RFID）芯片等标记技术，也有助于追踪材料。在我与研究团队共同建造的“ETH Reuse Dome”中，我们在每个建筑构件上刻制了二维码，可直接链接至其材料护照。标记方法还使我们能够借助物联网（IoT），利用云计算和无线传感器网络收集、存储和传输有关材料状况及可用性的数据。

4. 数字化制造

要保留材料以供再利用，就需要谨慎拆解建筑。目前，这一流程大多依靠人工完成，既困难又耗时，甚至可能十分危险。机器人制造技术在汽车行业已广为人知，它可以助力建筑拆解以及回收材料的分类流程。数字化制造甚至还能改进建筑重建：增材制造（如3D打印）和减材制造（如计算机数控（CNC）铣削）能够制造复杂连接件，以适应回收构件的独特形状。

使用寿命长的建筑由许多部分组成，并消耗多种资源。因此，众多利益相关方参与其中，使这个行业极其分散，采用数字创新的速度也很慢。我们需要认识到潜在的权衡取舍和反弹效应（例如，使用能耗密集型区块链技术时），但数字技术仍是建筑业向循环经济实现范式转变的先决条件。此外，数字工具有助于简化协作、改善沟通，让利益相关方更紧密地携手应对气候变化。

本文与常驻荷兰的苏丹·切廷（代尔夫特理工大学）合作撰写、教授 南希·博肯（马斯特里赫特大学）以及常驻瑞士的斯蒂芬妮·黑格尔巴赫（苏黎世联邦理工学院）。