前言
从1900年到2010年，全世界建筑物和基础设施中累积的材料数量增加了23倍。我们正在以前所未有的速度消耗资源。现在不是开始以越来越高的成本从自然界中提取日益减少的原材料，而是时候开始重新利用我们城市中建筑物和基础设施中的原材料了。
我们一直在努力寻找城市中可以“开采”用于再利用的物质资源。在案例研究中，我们为澳大利亚墨尔本中部的13,000多个建筑物建模。我们估算了建筑材料的数量，以及与建造这些建筑物（如果今天建造的建筑物）相关的具体的能源，水和温室气体排放量。我们还模拟了随着时间的推移以及将来的材料更换。
资源的开采和转化具有广泛的环境影响。其中包括资源枯竭，生物多样性丧失，土壤和水污染以及温室气体排放，这些因素推动了气候变化。
除了这些挑战之外，还有大量的废物产生，特别是由于建筑，翻新和拆除活动而导致的建筑部门产生的废物。每次丢弃建筑材料时，所产生的所有体现的能量，水和排放物也会浪费掉。
在我们最近的两项研究中，我们提出了一个模型，该模型可以帮助我们“挖掘”我们的城市并量化这种城市采矿的环境效益。
建模城市中的所有建筑物
我们以墨尔本市为例，该市代表了中央商务区和周边地区。这是因为墨尔本市提供开放源代码和高分辨率数据，使我们可以对单个建筑物中的材料进行建模。
通过将土地使用和就业人口普查数据库与建筑足迹数据库相结合，我们可以在2015年获得该地区14385座建筑物中每座建筑物的基本几何和与建筑相关的数据。其中，我们对13,075座的模型进行了建模，或独特的建筑物（体育场，火车站等）必须丢弃。我们根据建筑物类型（例如办公室），建造年份（例如1987）和高度（例如25米）使用了48种建筑原型来代表城市中的不同建筑物。
结果表明，墨尔本市每平方公里有150万吨的材料库存。仅更换磨损的材料来维持这种建筑的存货估计每年就需要26,000吨的材料。如今，重建墨尔本市将使用约10石油当量的能源和1770万立方米的水。该建筑每平方公里将排放605,000吨温室气体。这些资源需求简直是巨大的。例如，每建造一平方公里所消耗的能量足以驱动700,000辆汽车从墨尔本驶向悉尼。想像一下全球所有城市发展情况，然后试着想象所需的所有资源。
除了产生这些总体估算值之外，我们模型的真正价值还在于它提供了有关城市中材料使用的详细信息。它可以回答诸如何时何地需要建筑材料以及数量等问题。以及相关的环境影响是什么？
可视化物流
对于建模的13,075座建筑物，我们最终获得了超过5亿个数据点。我们需要提供有效的数据可视化，以告知决策者如何开采城市。我们发现的最重要结果显示在地图中，该地图显示了每栋建筑物内每种材料的数量。我们可以在任何给定的年份或时期内做到这一点。这使我们能够跟踪预计将要替换的材料数量和数量。
这些地图使我们可以开始将城市视为城市的矿山和物质生产（供应）的地方，而不仅仅是消费（需求）。我们可以想象一个新的建筑项目如何在开始时就调查哪些材料可用，以及如何最好地重复使用这些材料并将其纳入设计中。这将节省大量的能源和水，同时避免了温室气体排放和原料提取（通常远离城市）造成的进一步生态系统退化。我们从人口研究中借用了年龄金字塔的概念，以代表该城市建筑物中的材料库存。这使我们能够了解库存中保留了哪些物料以及保留了多长时间。
它还可以帮助我们更好地预测何时需要更换大量材料，从而导致建筑垃圾和对新材料的需求。这些地图显示了将在何处进行。
循环经济的漫长旅程
尽管我们已经开发出可以帮助城市采矿的工具，但对于建筑行业而言，我们还远未达到真正的循环经济。
首先，我们的模型存在很大的不确定性：它仅与我们提供的数据一样好。尽管墨尔本市拥有其建筑物的高质量数据，但我们确实很难估算出材料可以使用多长时间，尤其是在建筑物规模上。我们需要更多的研究和数据，以更好地估算建筑物的材料组成，材料更换或建筑物翻新的周期以及已释放并可供重新使用的材料。
其次，我们需要更好地设计用于拆卸的建筑物。在大多数情况下，由于磨损或损坏（可能在拆除过程中），被替换的材料不能直接重复使用。
如果我们设计和预制可轻松拆卸的模块化建筑，则可以大大提高重复使用和回收的潜力。这将帮助我们迈向零废物城市。
前进的第三种方式是重新考虑建筑材料和系统的设计方式以及目的。公司无需为办公室购买地毯，而可以为“地毯覆盖的地面区域”服务付费。这会将地毯的所有权转移给供应商。
反过来，这将激励人们生产耐用，高质量的材料，这些材料可以重复使用和回收，而不是按计划淘汰。这种商业模式已经开始出现。
随着全球人口的增长，有限的资源和气候变化，我们需要快速朝着更加循环的建筑行业迈进，以帮助缓解对地球资源和生态系统的压力。诸如我们正在开发的模型之类的模型是长途跋涉的一步。
