瑞士建筑系统数字清单（DISCS）：推动建筑构件循环利用的精细数据库

《Scientific Data》：Digital Inventory of Swiss Construction Systems

本刊推荐：为克服建筑构件再利用中的数据鸿沟，研究人员开发了瑞士建筑系统数字清单（DISCS）。该数据库通过78个参数对102栋瑞士建筑的承重与保温层构件进行精细化建模，构建了基于"建筑DNA"系统的本体论。DISCS为预测可用构件的几何属性、材料性能及组装方式提供了结构化数据支持，显著降低了设计阶段的不确定性，对推动建筑行业循环经济规模化具有重要意义。

　　

在全球建筑环境面临资源可持续性挑战的背景下，建筑行业作为资源消耗大户，其向循环经济模式的转型显得尤为迫切。然而，当前阻碍建筑构件大规模再利用的关键瓶颈在于设计初期缺乏对可用构件的精准预测能力。设计师在规划新建筑时，往往无法准确了解即将拆除的"供体建筑"中究竟有哪些构件可供再利用，这种信息不对称导致了设计不确定性和采购风险。

传统上，建筑构件的库存评估主要采用自上而下和自下而上两种方法。自上而下方法依赖于全国性统计数据进行宏观估算，而自下而上方法则通过参数化建筑原型来描述材料特性。尽管现有数据库已在北美、欧洲和部分亚洲地区积累了建筑材料强度数据，但这些数据的精细度往往不足，缺乏构件尺寸、连接方式和详细材料属性等关键信息，难以满足构件级再利用的实际需求。

为解决这一数据缺口，洛桑联邦理工学院（EPFL）结构探索实验室的研究团队开发了瑞士建筑系统数字清单（DISCS）。这一创新性数据库结构专注于记录现有建筑中承重构件、建筑围护结构和内部装饰的详细属性，为建筑构件的"材料银行"概念提供了实践基础。该研究成果已发表于《Scientific Data》期刊。

研究团队采用了四个关键技术方法：首先建立了基于结构类型学（外墙、内墙、楼板和屋顶）的DISCS本体论系统，通过"建筑DNA"编码（如"A3"表示混凝土外墙）实现构件参数化；其次从瑞士大型房地产所有者和小型私人业主处收集了320栋建筑的设计图纸，并采用数据质量指标进行筛选；随后在建筑信息模型（BIM）环境中对102栋建筑进行三维数字化建模，达到LOD300行业标准；最后通过Grasshopper 3D进行后处理，导出构件属性到CSV文件，并计算材料数量进行验证。

建筑DNA系统与参数化框架

DISCS的核心创新在于其"建筑DNA"分类系统，将建筑构件按四种结构类型学（外墙、内墙、楼板和屋顶）及其子类型进行编码，并结合八种常见结构材料（如切割石材、现浇混凝土、木材等）。每个构件被赋予唯一的DNA编码（如"J3"代表钢筋混凝土平板楼盖系统），并通过78个属性参数详细描述其几何特征和材料组成。这种分类系统使得构件能够按标准化方式进行组织和查询，为库存预测提供了结构化基础。

数据收集与三维建模

研究团队从瑞士各地收集了320栋建筑的设计图纸，最终对102栋建筑完成了完整的数字化处理。这些建筑涵盖了住宅（单户住宅和多户住宅）、办公、商业和工业建筑等多种类型，建造年代从1919年前到2030年不等。建模过程中，每个承重构件被表示为二维元素，并分配至对应的BIM图层（如外围构件PER、开口FEN等），精确记录其表面积空间分布和连接关系。

数据质量与验证

技术验证表明，DISCS数据集中的102栋建筑平均数据质量指标为3.3（最高为4），表明数据源质量良好。DNA识别评分达到89%，表明大多数构件能够被准确分类。与现有数据集（如Ostermeyer等人开发的瑞士建筑数据集）的比较显示，DISCS在结构厚度和材料强度因子方面具有合理的一致性，同时揭示了实际建筑设计中存在的更大变异性，这为再利用评估提供了更真实的数据基础。

地理与时间代表性

DISCS数据集目前主要代表瑞士Espace Mitteland和日内瓦湖地区的建筑，其中88%的建筑位于这些区域。数据集在建筑类型和年代分布上存在一定偏差，多户住宅和1946年后建造的建筑占主导地位，而1946年前建造的单户住宅、办公和工业建筑数据相对较少。与瑞士联邦建筑与住宅登记册（RegBL）的比较显示，DISCS中的建筑在面积和高度上略大于瑞士建筑存量的平均水平，但仍处于合理范围内。

缺失数据处理策略

研究团队采用了透明的缺失数据处理方法。对于无法从图纸中确定的构件属性，明确标记为"缺失"或"0"，而非进行推测性填充。对于DNA和结构厚度（epstruct）等关键属性的缺失，按优先级采用连接构件值、建筑内同类构件最常见值或默认值进行补全，确保了数据的可靠性和可追溯性。

DISCS研究的结论部分强调了该数据库在推动建筑行业循环经济转型中的多重意义。首先，它为解决建筑构件再利用中的"信息不对称"问题提供了具体方案，使设计师能够在项目早期阶段更准确地预测可用构件资源。其次，通过提供构件级的详细属性数据，DISCS显著降低了再利用过程中的设计和采购风险，提高了构件匹配的精准度。此外，作为"材料银行"的数字化实现，DISCS为建筑存量研究、材料流分析和建筑碳足迹评估提供了高质量数据支持。

讨论部分指出，DISCS目前的局限性主要在于其专注于承重结构构件，非结构构件（如窗户和装饰层）尚未包含在数据集中。此外，数据集在地理和时间代表性上的偏差，以及部分属性（特别是钢筋细节）的高缺失率，提示了未来数据收集和扩充的方向。研究人员鼓励建筑师、工程师和研究者贡献新数据，共同推动DISCS数据库的扩展和完善。

DISCS数据库的创新价值不仅在于其技术实现，更在于它为建筑行业提供了一种可操作、可扩展的构件库存管理框架。随着循环经济理念在建筑行业的深入推广，此类精细化的数据基础设施将成为连接现有建筑存量与未来建筑项目的重要桥梁，为实现真正意义上的资源循环利用奠定坚实基础。

DISCS数据库已通过Zenodo平台公开提供，包含"DISCS建筑信息"和"DISCS属性"两个CSV文件，并附有详细的代码本说明。这种开放数据策略有望促进更广泛的研究合作和实践应用，加速建筑行业向循环经济模式的转型进程。