《Developments in the Built Environment》：The interoperability of digital technologies for the reuse of the building stock: A systematic literature review
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在循环建造中，数据稀缺阻碍了关于再利用潜力的决策以及房地产的价值。数字技术可以提取用于建筑构件和材料再利用的数据。然而，研究人员对它们如何广泛支持建筑元素再利用的数据管理理解有限。本文通过系统性文献综述，遵循系统综述和荟萃分析优先报告条目（PRISMA）技术，
在循环建造中，数据稀缺阻碍了关于再利用潜力的决策以及房地产的价值。数字技术可以提取用于建筑构件和材料再利用的数据。然而，研究人员对它们如何广泛支持建筑元素再利用的数据管理理解有限。本文通过系统性文献综述，遵循系统综述和荟萃分析优先报告条目（PRISMA）技术，研究了目前如何利用数字技术来收集、处理、存储和共享建筑存量再利用的数据。分析识别了数字技术在不同互操作性水平上的使用方式，并讨论了观察到的技术集群和特定材料工作流。研究结果揭示了当前用于建筑数据管理的数字工作流的局限性。这些知识空白可能为开发覆盖建筑存量再利用整个数据管理价值链的数字系统提供研究依据。研究结果对于有兴趣在建筑存量的估值、再利用和维护中利用数字技术的建筑环境利益相关者具有重要意义。
**论文解读文章**
**研究背景与问题**
在建造行业中，信息缺口限制了建筑构件和材料的再利用。具体而言，再利用利益相关者评估建筑元素可再利用性所需的六类关键数据（物理、经济、环境、力学、化学和时间）普遍缺乏。物理数据包括几何和热导率等形态信息；经济数据涉及维护和施工成本等市场信息；环境数据涵盖隐含碳和隐含能量等可持续性指标；力学数据包括强度和弹性等结构性能；化学数据涉及毒性和分子组成等材料成分；时间数据则定义使用时长和寿命等时间相关信息。这些关键数据的缺失使建造行业无法获得关于回收或可回收建筑元素潜在再利用的详细可靠信息，进而阻碍供应链调整，限制了循环经济的规模化。据统计，2022年欧洲建造行业产生的总材料废弃物中仅1%–7%被再利用，而约75%建于1978年之前的现有建筑存量几乎没有数字或模拟数据可用。因此，迫切需要探索改进的数据提取和保存方法，以支持建筑存量再利用潜力和市场价值的评估。
数字技术被视为从建筑存量中提取数据的可行工具，在管理数字信息、简化建筑构件和材料再利用流程方面发挥关键作用。然而，数字技术对再利用的影响尚未量化，采用率因自动化不足而受限。手动收集和处理数据的方法缓慢且昂贵，而循环建造中的数字技术常相互孤立，产生互操作性问题，需手动数据传输。互操作性指系统基于对其含义的共同理解来交换数据的技术和实施方面，可防止系统孤立、支持集成和自动化数据共享、减少转录错误。在建筑、工程和建造（AEC）行业中，价值链上的互操作性一直是价值创造的障碍。一项开创性研究估计，2002年美国AEC行业互操作性问题的成本达158亿美元，且随着应用和文件格式激增，成本不断上升，全球影响可能数倍于此。重用相关的高成本阻碍了建筑存量再利用的规模化。因此，解决这一关键障碍是当前紧迫优先事项。
**研究内容与结论**
本文通过系统性文献综述，遵循系统综述和荟萃分析优先报告条目（PRISMA）技术，调查了数字技术如何用于收集、处理、存储和共享建筑存量再利用数据，以关闭知识空白。研究采用概念互操作性水平模型（LCIM）评估观察到的互操作性水平，揭示数据如何支持再利用决策。研究绘制并综合了现有知识，提供了数字技术如何管理建筑存量数据的概览，但不开发数字工作流，而是揭示未来技术研究的空白。
**意义**：研究结果对有兴趣在建筑存量估值、再利用和维护中利用数字技术的建筑环境利益相关者具有重要意义，可能为开发帮助再利用专家高效管理整个价值链数据的工作流提供依据。论文发表在《Developments in the Built Environment》。
**主要关键技术方法**
研究人员采用系统性文献综述方法，遵循PRISMA技术进行文献检索、筛选和分析。搜索字符串涵盖循环经济与再利用范围、建造行业应用领域及特定技术关键词，最终从Scopus数据库筛选出241篇英文期刊论文和会议论文。研究使用LCIM框架，将数字工作流按技术互操作性、语法互操作性和语义互操作性三个水平分类，并利用OpenAI GPT 5.2大语言模型结合人工判断进行基于规则的AI辅助聚类，将工作流分组为7个集群。
**研究结果**
**3.1. 水平0：无互操作性**
该水平描述技术孤立使用或仅用于单一价值链步骤，占41篇论文（17%）。沿价值链，16篇聚焦收集，7篇聚焦处理，18篇聚焦存储与共享。收集阶段主要使用无损检测技术（NDT）、摄影测量和激光扫描；处理阶段全部研究机器学习；存储与共享阶段以建筑信息模型（BIM）为主。研究发现，这些研究虽在材料再利用检测方面先进，但缺乏与下游系统集成的结构化方法，限制了互操作性。
**3.2. 水平1：技术互操作性**
该水平描述使系统能沿建筑存量再利用数据价值链交换数据的连接。价值链分为收集、处理和存储与共享三个阶段。激光扫描是最常用的收集技术，手动处理占75次中的57次；摄影测量其次，AI辅助处理占19%，显示自动化潜力；NDT材料测试技术使用38次，手动处理13次，AI辅助仅2次。处理阶段数据主要流向BIM、地理信息系统（GIS）和CAD等创作工具，但仅37%文献明确处理数据如何存储与共享。AI辅助处理在BIM工作流中成熟度低，仅21次，而手动处理68次。研究还识别出7个数字工作流集群：调查驱动扫描到BIM、BIM链接材料库存、AI辅助处理、网络集成技术、CAD链接调查与创作、AI辅助GIS、AI辅助扫描到BIM。
**3.3. 水平2：语法互操作性**
该水平分析数据交换格式。5类格式中，3D语义模型（如IFC）使用69次，3D表示仅57次，元数据29次，2D表示20次，地理数据13次。IFC是主要格式，但缺乏连续性，导致语义断裂和碎片化。集群1和2中IFC常与辅助格式结合，显示高度碎片化；集群3（AI辅助处理）格式有限，缺乏标准，阻碍下游数据利用；集群4（网络集成技术）语义最成熟，使用RDF、OWL、TTL等格式。
**3.4. 水平3：语义互操作性**
该水平分析工作流产生的语义数据。共257个数据实例，分为构件（188次）、材料（148次）和数据属性类（物理、环境、力学、时间、经济）。物理属性占主导（65%），其中几何数据占56%，力学、时间和经济属性代表性不足。集群1（扫描到BIM）主要依赖物理属性（几何），用于砌体墙；集群2（BIM链接材料库存）展示物理和环境属性（如隐含碳）；集群3（AI辅助处理）聚焦砌体墙语义分割，缺少环境、经济和时间数据；集群4（网络集成技术）最成熟，包含时间和经济数据；集群5（CAD链接调查）仅物理属性；集群6（AI辅助GIS）关注城市尺度，包含物理、环境和化学属性；集群7（AI辅助扫描到BIM）主要自动化几何属性，力学和时间属性极少。数据不平衡限制再利用决策。
**讨论与结论**
**讨论**：研究发现互操作工作流存在，但三个关键问题限制其用于收集、处理、存储和共享数据：1) 当前方法主要依赖手动或半自动化，限制可扩展性；2) 语义输出偏向物理数据（尤其是几何），缺乏力学、经济、环境、化学和时间数据；3) 数据格式碎片化，不支持系统间充分交换。LCIM解释显示，水平0仅占14%，表明互操作性受重视；水平1中数据交换从收集到处理最强，但存储与共享阶段薄弱；水平2中IFC为主但语义成熟度有限；水平3中数据属性不平衡。研究启示指出，未来需关注：1) 扩展交换模式以纳入结构化机器可读再利用属性；2) 全价值链语义互操作性；3) 定义最小数据要求；4) 自动化属性提取与富集。
**研究局限性**：搜索字符串可能遗漏GIS和语义网技术关键词；仅使用Scopus数据库和英文文献；省略手动工作流；聚类基于AI辅助分析，可能存在其他结构。
**结论**：现有建筑存量的再利用和估值决策受碎片化数据和低互操作性限制。通过系统性文献综述，本文调查了数字技术如何用于收集、处理、存储和共享建筑存量再利用数据，揭示了数据管理中的互操作性空白。研究形式化了一个面向再利用的数据管理价值链，将工作流分为收集、处理和存储与共享阶段。应用LCIM评估互操作性成熟度，得出7个工作流集群。结果表明，互操作性普遍不成熟，主要依赖手动或半自动化处理，处理阶段是主要瓶颈；数据交换在语法层面碎片化，语义层面仅产生几何数据，物理属性占主导，且构件和材料尺度偏向砌体墙元素。网络集成语义技术在文献中代表性不足，表明重要知识空白。解决语法和语义层面的互操作性问题是建筑存量估值和系统应用循环方法的关键。未来研究应调查建筑存量数据富集的自动化，以支持数据驱动的再利用决策，降低不良信息管理和互操作性带来的成本。
