《Sustainable Production and Consumption》：Additive manufacturing for circular construction - a review of design strategies and their assessment
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本研究系统分析216个增材制造（AM）建筑案例，发现AM在减少材料用量（尤其是水平结构）、促进材料再利用方面贡献显著，但环境效益评估存在局限性。未来需结合全生命周期评估、多策略协同及真实场景验证提升AM的循环经济价值。
海蒂·西尔维诺宁（Heidi Silvennoinen）| 梅利哈·霍尼克（Meliha Honic）| 卡塔琳娜·斯拉夫科维奇（Katarina Slavkovic）| 菲利普·布洛克（Philippe Block）| 凯瑟琳·德沃尔夫（Catherine De Wolf）
苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich），建筑与基础设施管理研究所，Stefano-Franscini-Platz 5，苏黎世，8093，瑞士
摘要
现有研究表明，增材制造（AM）可以促进建筑领域的循环经济，但大多数研究主要集中在减少新组件的前期环境影响上，而非提高整个生命周期的可持续性。本综述综合分析了增材制造在建筑循环经济中的贡献及其评估方式。共分析了216个独特的增材制造案例，从循环经济策略、环境评估、组件类型、材料以及技术成熟度（TRL）等方面进行了探讨。增材制造在减少材料使用方面表现出显著效果，尤其是在水平结构中；同时，提高材料循环利用的策略也日益受到关注。在这方面，增材制造在改造现有组件以适应新用途方面具有特别大的潜力。然而，关于增材制造在循环经济中的环境效益的证据仍然有限，因为相关评估较少，生命周期覆盖范围和评估指标较为狭窄，且缺乏与传统制造方法的比较。未来的增材制造研究应探索现有组件的再利用和修复方法，结合多种策略，评估整个生命周期的影响，并在实际应用条件下验证其性能。这些发现有助于研究人员和从业者推动建筑领域的增材制造与循环经济的发展。
引言
由于建筑行业对资源的大量消耗、废物的产生以及温室气体的排放，实现可持续的生产和消费是一个重大挑战。循环经济原则（如减少、再利用和回收材料）为建筑资产的全生命周期环境可持续性提供了路径（Kirchherr等人，2017年；Harris等人，2023年）。尽管有许多框架、指南和政策倡议旨在促进建筑领域的循环经济（Khadim等人，2022年；Ellen MacArthur基金会和Arup，2000年；Dodd等人，2020年），但由于需要协调材料、设计流程、供应链和法规方面的变化，其实施仍受到限制（Ossio等人，2023年；Mu?oz等人，2023年）。
增材制造（AM）可以为建筑领域的循环经济做出贡献。增材制造技术能够根据数字模型逐层制造物体（ISO，2023年），从而无需额外成本即可制造出几何形状复杂且定制化的部件。这有助于实现材料高效利用、现有材料的再利用以及可修复性的设计（Tavares等人，2023年；Shah等人，2024年）。
尽管具有这种潜力，但增材制造对建筑循环经济的贡献仍缺乏深入分析。现有的关于增材制造与可持续性的研究主要集中在通过材料效率、低环境影响材料和节能来减少生产和施工阶段的排放（Dixit等人，2019年；Khan等人，2021年；Liu等人，2022年）。这些研究并未涵盖组件层面的关键可持续性方面，如再利用、可拆卸性、可修复性和可回收性（Khadim等人，2022年；Attia等人，2024年）。虽然有关数字技术在循环经济中应用的综述较为广泛，但专门探讨增材制造贡献的文献较少（?etin等人，2021年；Albsoul等人，2024年；Setaki和Van Timmeren，2022年；Graziosi等人，2024年）。
因此，本文综述了现有文献，以明确增材制造如何促进建筑领域的循环经济，并从环境可持续性的角度评估了这些贡献。通过将增材制造项目与循环经济策略和评估方法进行对应分析，本文指出了研究空白，并为增材制造研究人员和从业者提供了评估其在可持续建筑中可行性的指导。研究范围包括建筑和桥梁领域的增材制造应用，这些领域在建筑和结构设计中得到了最广泛的研究。
以下部分将介绍研究方法（第2节），分析216个增材制造案例（第3节），讨论主要发现和局限性（第4节），并提出未来研究的建议（第5节）。
方法
本研究采用了一种“全景”证据综合方法——映射综述。映射综述基于预定义的编码方案，有助于覆盖广泛的研究领域并识别其中的空白（Campbell等人，2023年）。本节详细介绍了这种基于PRISMA-ScR指南的方法（Peters等人，2021年；Tricco等人，2018年）。该方法分为六个子部分：定义循环经济概念、搜索策略等。
结果
结果分为四个部分：224篇文献中的空间和时间趋势（第3.1节）；216个增材制造案例的统计摘要（第3.2节）；案例特征与各种循环经济策略之间的对应关系（第3.3节）；以及不同策略之间的共现模式（第3.4节）。
讨论
本节首先基于研究结果评估了增材制造对循环经济的贡献，其次结合现有文献探讨了其在建筑领域的可行性。同时，也讨论了该领域的知识空白，特别是增材制造相比传统制造方法所具有的优势。
结论
本研究分析了224篇文献中的216个增材制造案例，研究了它们的地理和时间分布、循环经济策略、组件类型、技术成熟度（TRL）以及环境影响评估。结果显示，自2019年以来，增材制造案例的数量和应用的循环经济策略范围均呈快速增长。分析表明，增材制造能够显著减少材料使用量。
作者贡献声明
海蒂·西尔维诺宁（Heidi Silvennoinen）：撰写初稿、可视化设计、方法论制定、数据整理、软件应用、验证工作；审稿与编辑。
梅利哈·霍尼克（Meliha Honic）：审稿与编辑、监督工作。
卡塔琳娜·斯拉夫科维奇（Katarina Slavkovic）：审稿与编辑、监督工作。
菲利普·布洛克（Philippe Block）：监督工作、项目协调、资金筹集、概念构思、审稿与编辑。
凯瑟琳·德沃尔夫（Catherine De Wolf）：审稿与编辑、监督工作、项目统筹。
写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本稿时，作者使用了OpenAI的ChatGPT工具来提升文本的可读性。使用该工具后，作者对内容进行了必要的修改，并对最终发表的文章内容负全责。
资金声明
作者感谢瑞士国家科学基金会（Swiss National Science Foundation，项目编号：51NF40-141853）对本研究的资助。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢Roxanne Goldberg博士在编辑工作上的支持。M.H.获得了苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的博士后奖学金（项目编号：21-2 FEL-06）的资助。K.S.获得了“Horizon Europe创新行动”（Urban Planning and Design Ready for 2030，项目编号：101096405）的资助。
