建筑材料在戰爭中的應用研究

張志剛（中共中央黨校研究生院，北京 100091）

建筑材料在戰爭中的應用研究

張志剛（中共中央黨校研究生院，北京 100091）

文章以戰爭形態演變為主線，研究了建筑材料在戰爭中的應用，并對未來戰爭中的建筑材料應用作了探討。

建筑材料；戰爭；應用研究

隨著人類的進化,科學技術取得了長足進步，建筑材料技術也隨之發展，因而建筑材料和人類文明之間有著極其緊密的的關系，但對于人類而言，發展史本身就是一部戰爭史，可以說戰爭推進了人類文明的進步與發展。人類發明的很多東西都和戰爭相關，建筑材料也不例外。人類文明先后經歷了原始文明、農業文明、工業文明和信息文明幾個階段。戰爭形態演變主要有冷兵器時代，熱兵器時代，核武器時代，信息化作戰時代。人類文明發展階段與戰爭形態演變歷程有大致對應的關系,在戰爭形態演變的各個階段，建筑材料在戰爭中的應用都有其顯著的特征。

1 冷兵器時代戰爭中的建筑材料

從科學技術發展階段看，石器時代、青銅時代和鐵器時代是冷兵器時代經歷的三個技術階段；從社會發展歷史階段看，原始社會、奴隸社會、封建社會是冷兵器時代經歷的三個時間階段。冷兵器時代建筑材料的發展是一個悠久而又緩慢的過程。冷兵器時代使用的建筑材料主要是石、土、木、磚，具體表現為壘石、筑土、構木、砌磚。

1.1 壘石

石材是冷兵器時代防御中最早使用的建筑材料。遠古人類為了避免蛇蟲、野獸、具有威脅部落的襲擊等，找到了適合居住的洞穴，這就是它們加以利用的天造地設的安居之所。大約在公元前15000年左右，遠古人類在長期的生存實踐中，在應對外物的侵襲中，逐漸產生了原始的防御觀念，開始利用洞穴附近撿來的石頭、木棍等，通過碼放、堆垛等方式壘石來遮掩洞穴出入口，以防御野獸或具有威脅部落的攻擊。在冷兵器時代的戰爭中，對于石材運用最好的當屬古羅馬。由于古羅馬石材資源豐富，因而古羅馬人對于石頭的利用經驗相當豐富，當時他們已經能夠修整出規則的石塊。古羅馬城池的構筑主要以石頭為主，他們通常在需要加以保衛的區域周圍挖溝，溝通常為正方形或長方形，在溝的內側四周用石頭構筑起來的城墻，構筑過程中輔以泥土和土磚，這樣的城池在當時是非常堅固的。從當時的戰略成本看，進攻的成本遠遠大于防御，戰略手段非常有限，因而戰爭雙方總是愿意修筑堅固的堡壘、城池。早在大約3000年以前的時候，在尼羅河、地中海、里海、黑海以及紅海、波斯灣這一廣闊地區，沿河或海岸線一帶的筑城技術已經十分發達。古代亞述國的首都尼尼微就是古城池建筑中的聞名遐邇之作，城池的內部城墻主要用石塊壘成，總長度約有十二點五公里，外城墻為了防范來自水路底格里斯河的偷襲，修筑了長達四公里的高大石墻。

1.2 筑土

中國明代以前的軍事防御城池，絕大多數是土筑的，當然秦代的長城是個例外。城墻是城市的主要防御線，也界定出城市的范圍。材料大多就地取材，初期以竹、木柵為主；發展到一定程度后，改為土石或磚等材料為筑墻。因此在中國古代城池往往是一副土黃色的模樣。早在公元前1200年的殷商時代，中國已經出現了版筑的技術。版筑技術使用的工具是兩塊平直的木板、支撐木柱和夯土木杵，所使用的建筑材料就是要修筑城墻所在位置外圍的泥土。到了春秋戰國時代，頻繁的戰爭使得筑城技術催生了懸版夯筑法，這種方法所使用的建筑材料依然是要修筑城墻所在位置外圍的泥土。自春秋以降，中國的城防建筑設施一直采用這種就地取土的修筑辦法。到元朝時，由劉秉忠負責營建的元大都，其城墻依然是由土夯筑而成。這些城池大多不太堅固，當然也有例外。東晉時夏國采用“蒸土筑城”法修建的統萬城便堅固無比，抗損毀、侵蝕能力強。此方法的關鍵是“蒸土”。據考古專家根據遺址分析，所謂“蒸土”就是將要用來筑墻的泥土用鍋蒸熟，或用太陽曝曬，一來可以高溫殺死如白蟻等蛀墻蟲卵，二來可以高溫殺死草籽等，三來可以烘干水份。然后把“蒸”過的土、沙子和熟石灰、糯米粉摻和在一起杵筑成墻，這樣的城墻堅硬無比，據說城墻建成時連鐵錐都刺不進去。

1.3 構木

在戰爭中,對于建筑木材的使用主要是依附城墻而展開的。中國古代城池的城門大多由木頭構造，并在墻頭上設置了木柵欄。城墻上間隔一定的距離還用木材構筑了許多更高的城樓，以便觀察或攻擊。古羅馬軍隊在戰爭中對建筑木材的一項重大創新型應用就是安營扎寨技術。當時古羅馬軍隊，只要在野外過夜，都要安扎設防的兵營。早期他們主要依靠在戰斗現場來尋找木材和雜料，由于建筑材料的制約，兵營的構筑相當緩慢。經過一段時間的實踐摸索，他們掌握了一套與建筑材料相配合的安營扎營方法，搭建起來相當迅速。每個士兵都分配有一項專門的工作，每人攜帶的行軍裝備中包括兩根木柵柱，用于構筑木柵欄。圍繞兵營的四周挖有壕溝，挖出的泥土堆放在緊靠柵柱的地方，以增加柵欄的厚度和牢固度。另外羅馬軍隊進入作戰區域后，總指揮官在下級指揮官和參謀人員的協助下，首先對敵城堡防御設施及周圍地域實施全面偵察，查清當地的木材、糧食、人口等資源的狀況，作為全面估計形勢的基礎[1]。可見作為建筑材料的木材在當時的戰爭中具有十分重要的地位。

1.4 砌磚

在我國秦代即已出現通過陶磚來修建軍事防御的城墻，那就是聞名于世的秦代萬里長城修筑工程(城墻的平均高度為22英尺)，《史記·蒙恬傳》 載：“始皇二十六年，使蒙恬將三萬眾，北逐戎狄，收河南，筑長城，因地形，用險制塞，起臨洮，至遼東。延袤萬余里，于是渡至陽山，透蛇而北。”在崇山峻嶺之巔修建氣勢宏偉、逶迤蔓延的萬里長城，其工程規模之大，用陶磚數量之巨，舉世罕見。長城在修筑過程中，采用糯米汁砌筑磚石，但主要以陶磚為主，也就地取用了石材。可見秦代時陶磚的燒制技術已經相當成熟，與之相匹配的是漢代的陶瓦燒制技術也已經相當成熟，因而后世有“秦磚漢瓦”的說法。同時期的西方也開始使用磚、石砌筑城堡，但他們主要以石材為主。由于攻防相長的結果，隨著攻城技術的進步，以及攻城手段的多樣化，守城技術也得以提高。這一時期出現了更高更寬的磚石結構的城墻，而且出現了磚石結構的雙層護墻，或者在城墻的內外兩面都包上磚石，從而有效地防御了敵人的進攻。

冷兵器時代在戰爭中除了就地取材之外，還注意了因時取材，如北魏太武帝時晉將司馬楚之冰墻退敵及元代時蒙古人冰河行軍等等。

2 熱兵器時代戰爭中的建筑材料

熱兵器最早出現在12世紀時的中國南宋時期，盡管此時它還沒有來得及制造威力巨大的火器，熱兵器隨后首先在歐洲普及，16世紀到 18世紀，隨著軍工技術的進步，出現了來復槍、自動步槍、自動機槍等的輕武器，同時滑膛炮、榴彈炮、迫擊炮等自動化重武器相也繼出現，以武器用火藥燃爆為動力來發射子彈或炮彈為標志，人類進入了熱兵器時代。

由于熱兵器的出現，特別是各種威力巨大的火炮的使用，使得原有的城池逐漸在防御上不占優勢，于是筑城技術引起了大家的關注。設計一種堅固、御敵的城堡成了一門頗有學問的藝術，需要具備相當廣博的數學和建筑學知識。那個時代的一些一流科學家堪稱這門新應用科學的專家。意大利數學家尼科洛·塔爾塔利亞和荷蘭大科學家西蒙·斯泰芬作為工程師在那個時代所享有的知名度，就如他們在我們時代因其數學和力學貢獻而有的知名度。甚至伽利略也在帕多瓦大學教授過筑城。這個時期的筑城術主要是加高、加厚、土城墻包磚、制造各種幾何外形的城墻等等。

金屬材料作為建筑材料最早出現在作為軍事防御城池的城門上。由于受建筑物結構功能的影響，城門成了一座城池最薄弱的環節，它常常成為軍事進攻的突破點。為了便于經常開關，城門不可能建造的太厚重，更不可能固定不動。厚而笨，守衛不能靈活開關；厚而重，門軸無法承受。如此，則城門相較于城墻而言顯得非常薄弱。古代軍事工程上，為了解決這個問題通常有三種辦法，一是護城河加吊橋，二是城門外建甕城，三是加固門體，也有兩種或三種方法兼而用之的。一、城墻外挖護城河的，一般在護城河上設置懸門或吊橋，門、橋平時懸吊起來，僅使用時搭接河兩岸。二、城池的城門處設置甕城。甕城是專為保衛城門而設的小城，位于城門之外。甕城易守難攻，一旦攻破甕城城門進入甕城，則有“甕中捉鱉”之險。三、把城墻城門的門體建造得更堅固。在城門上施用門釘之舉，最早出現于隋唐時期。最初是出于構造的需要，在木板和穿帶部位，釘上鐵釘以防止門板松散。另外門板用堅厚大木制作，并蒙以金屬外皮使之堅固難破。這時，金屬材料作為建筑材料的一種在戰爭中最早出現。

在熱兵器時代戰爭中，防御工事對于初級膠凝材料的使用。公元前2000年左右，羅馬人用石灰和火山灰的混合物做膠結材料，制成了天然混凝土，這就是最初的水泥。水泥從出現之日起，就對整個羅馬的軍事防御建筑發展起了不可忽視的作用。考古學家在曾經古羅馬帝國的城堡外圍的城墻處發現了大量的石灰再加上其他材料如磚塊、沙子和大理石等，這可以充分說明其在當時是一棟非常堅固的防御工事。我國秦代在修筑長城中，采用糯米汁砌筑磚石；明代修筑的南京城城墻，所用建筑材料有：長條石（地基），上筑夯土，陶土磚（砌筑城墻內外兩面），泥土（夯筑城墻中間部分），用石灰作膠凝材料砌磚，在射擊垛口則用石灰加糯米汁灌漿，城墻上部用桐油和土拌勻夯實，以防雨水下滲，侵蝕墻磚；北京盧溝橋南北岸，用糯米汁拌“三合土”建筑河堤數里。在我國的建筑史中記載，用糯米粉和動物血拌泥土、沙子、石灰砌筑石橋，膠凝材料凝固硬化后象石頭一樣堅固。其中動物血起促凝劑的作用。這些初級的膠凝材料在熱兵器時代的戰爭中都有大量使用來砌筑防御工事，盡管有些初級的膠凝材料在冷兵器時代就已經存在。

紙面石膏板在第二次世界大戰中得到廣泛運用。紙面石膏板是一種新型的輕質墻體板材，它是以建筑石膏為原料制成的一種材料，其主要優點為重量輕、隔聲、隔熱、加工性能強、施工方法簡便。相對于紙面石膏板的廣泛應用，其發展歷史卻是極為短暫的。紙面石膏板誕生于1890年，由兩位美國人發明，1902年由美國石膏公司（USG）正式投入生產。但紙面石膏板在其發明之初只是被認為是一種廉價、粗制濫造的建筑材料，并未受到廣泛的應用和認可。直到美國參加第二次世界大戰，國家的勞動力專注于戰爭工業，擁有快速和廉價特點的建筑材料被需要，紙面石膏板才以其廉價、高效的特點被廣泛應用。在當時滿足了作戰部隊機動性的需要，在需要的地方、需要的地點能夠快速構筑營房設施。在1945年第二次世界大戰結束時，紙面石膏板已成為在美國占主導地位的建材。隨著時間的推移，石膏板已經在世界各地被廣泛使用。

3 核武器時代戰爭中的建筑材料

在核戰爭中作為防御核打擊的建筑材料主要是混凝土或者鋼筋混凝土。1945年8月，美國先后向日本的廣島和長崎各投下一枚原子彈，標志著人類進入了核武器時代，為了防御核攻擊，人們發明了抗核攻擊的人防工程，主要使用的建筑材料為混凝土或鋼筋混凝土。這些特殊的混凝土有防輻射混凝土、 高強混凝土及超高強混凝土、重混凝土等等。所謂重混凝土通常是采用如重晶石、鐵礦石、鋼屑等高密度集料或同時采用鋇水泥、鍶水泥等制成的混凝土。通常重混凝土干密度≥2800kg／m3。它又稱為屏蔽混凝土和防輻射混凝土，主要用作原子能反應堆、粒子加速器及其他含放射源裝置常用的一種有效屏蔽輻射的防護建筑材料。

防御核打擊的人防工程的設計質量是人防工程建設質量的關鍵環節，其中重要一環就是建筑材料的選用，選用材料的正確與否直接關系到人防工程的建設質量，所以在設計時就得把好材料選用關，以免一旦實施后再返工，將造成巨大的損失。其次要加強現場建筑材料的管理，對于關鍵建筑材料進場必須嚴格把關，入場建筑材料必須隨附合格證、出廠檢驗報告等，對于進場混凝土核對標號，符合設計強度要求，同時進行混凝土試塊見證取樣送檢。所有關鍵建筑材料見證取樣，業主方、施工方、監理方，三方必須同時在場封樣。我國人防規范有對于抵抗核武器和常規武器的相關標準，一般抵抗核武6級的地下室，混凝土墻板厚度至少在300-400mm，5級的話更厚一些。

混領土結構置于適當的地下深度可以有效防御核攻擊。地鐵建設工程屬于地下掩蔽工程，人防工程也屬于地下掩蔽工程，因而地鐵工程建設時，常常綜合考慮配套人防工程。平時以交通運營為主，急時以搶運、保護人民生命、財產免遭侵害為主，戰時則起人員轉運、軍用物資輸送的地下戰略通道的作用。例如在北京地鐵成壽寺站和分鐘寺站之間的隧道里，有一道鋼制的“隔斷防護門”能夠根據指令自動移動至閉合。這樣的大門在地鐵隧道內的每個區間里都有。一旦需要，一個區間兩頭的“隔斷防護門”閉合，通風裝置開啟后，一座地鐵站就變成了一個與世隔絕、單獨密閉的安全避難所。此外，北京市“設防”的地鐵站的孔口均設計了可實現平戰轉換的防護設備，戰時可有效抵御包括核武器在內的各種襲擊和城市次生災害。

4 建筑材料在信息化作戰時代的軍事應用

到了20世紀80年代隨著信息技術、航空航天技術的快速發展，人類戰爭形態開始向信息化戰爭發展。

為了防止紅外激光竊聽，在建筑物的玻璃窗外加一層能阻擋激光的物體，如百葉窗、板柵等等；窗戶玻璃改用異形玻璃，異形玻璃表面不平滑，不影響透光，但能使散射回去的激光無法接收；把窗戶配上足夠厚的玻璃，使之難于與聲音共振。美、英、日、法駐外使館里都裝有防竊聽的玻璃球狀的房子，玻璃是透明的，但是經過了特殊工藝處理。這種玻璃的表面覆有特制的涂層，目前尚不知道這種玻璃的表面涂層和美國“安全帳篷”篷布的表面涂層是否為同一種特殊物質。這種玻璃不僅能夠阻擋計算機工作時發出的電磁波通過窗子和玻璃泄露出去，也能阻擋外面的電磁波輻射進入玻璃房。據說防竊聽功能相當好。

為了防止微波竊聽，美國駐某國大使館大樓采取了一系列防御技術措施。例如在美國大使館大樓的窗戶上裝置了象雞蛋盒子塑料那樣分格排列的塑料板柵和特制的金屬網，以便把微波反射掉一部分。根據美國安保方面人員講：“安裝了金屬網以后，美國大使館內遭受微波輻射的電平已經由原來的每平方厘米18毫瓦下降到了每平方厘米1毫瓦以下”。此外，美國還在他們的大使館樓前種植了不少樹木，修筑了高墻，設置了自然環境屏障。并且對一些具有戰略性的保密會議室加裝了防護金屬板，甚至在墻壁里還灌了鉛，以防微波輻射。

基于軍用設備及軍事通訊系統級TEMPEST防護需要，人們使用了吊頂、隔音墻瓦、隔音墻板、計算機地板、屏蔽的射頻門等建筑材料。TEMPEST是研究和控制從信息處理設備中泄露輻射出來的雜散電子信號，因此它涉及的范圍不僅包括計算機，而且也包括其它類型的數據處理系統，諸如武器控制和軍事通信系統。TEMPEST防護技術就是用抑制和屏蔽的方法來防止無線電信號泄密。TEMPEST防護可在設備級實施，也可以在系統級實施，或在這兩級同時實施。系統級TEMPEST防護的傳統做法是將整個系統置放在一個大型屏蔽室內，這種大型屏蔽室內很寬敞，除能容納多個機柜外還留有足夠的工作空間。這種系統的優點是大型屏蔽室的質量很好，成本最經濟；缺點是不能移動，一旦搬遷，費錢、費時，而且系統防護質量下降。在系統級提供TEMPEST防護的第二種方法是根據所要防護的設備和機柜的體積和形狀來設計緊湊型屏蔽室，這種小型屏蔽室所使用的建筑材料及性能與大型屏蔽室相同，優點是體積小，重量輕，便于搬遷，而且搬遷后的屏蔽質量也不會下降。[2]

然而TEMPEST防護屏蔽室安裝比較麻煩、笨重，不易移動，更無法攜帶，難于適應戰爭的機動性。基于系統級TEMPEST防護屏蔽室，美國人又發明了一種新的秘密的建筑材料“篷布”，該篷布的詳細參數屬于絕密信息，該材料可防止室內的輻射被室外的竊聽裝備收到，外界稱之為“安全帳篷”，其全稱為“敏感情報隔絕設施”，簡稱SCIF。SCIF不僅具有隔聲性能，而且其材料能夠阻止內部信號外泄和也能阻擋外面的電磁波輻射進入。能夠離開SCIF的唯一信號是安全加密的通信信號。例如在2011年，奧巴馬出訪巴西里約熱內盧時，就在“安全帳篷”內打機密電話了解利比亞的軍事行動進展，這儼然是一個移動的作戰室。由于十分便于攜帶和部署，通常用一個長約60公分的箱子就能裝下移動式SCIF的所有部件。因此，它成為美國總統出訪行李中最重要的組成部分。同樣美軍指揮官在海外作戰時也要使用性能類似，只不過尺寸更小的裝置。他們外出時一般會使用類似“電話亭”尺寸大小的“安全帳篷”，所有材料可以裝進一個普通的行李箱里，攜帶起來更方便，能夠有效適應戰爭的機動性。

5 建筑材料在未來戰爭中的應用

隨著科學技術的發展，未來戰爭的某些方面肯定會有別于今天，如核生化戰爭、信息戰等仍將進一步發展、甚至出現新的戰爭形態。但至少有一點可以肯定，人們仍然需要棲息之所，城市戰仍將無法避免。在這里，我們只討論和建筑材料相關的未來戰爭中的城市戰，城市戰即在城市中作戰，在城市復雜地形的戰爭。對一個漫不經意的人來說，這些詞似乎是孤立的，幾乎是原始的。然而，這些詞對職業軍人來說卻是那樣的實實在在。他們看到過發生在柏林、斯大林格勒、順化以及貝魯特等城市中的大破壞和大屠殺的景象。城市戰，許多軍事專家都寧愿盡量避開的戰爭形式，仍然迫使我們不能不正視它。而且，它或許將是未來拖垮強敵最好的一種途徑。美國軍方戰略智庫機構曾經非常細致地研究未來城市戰中如何爭奪每一條街道和每一幢房屋的戰斗所需要的武器和戰術。

作為戰略應對，由特殊建筑材料構筑的城市建筑物、城市巷戰、城市地道戰將是我們在未來城市戰中必須考慮的內容。一個巨大的城市中心是立體的。敵人必須與來自地下和高樓的威脅進行斗爭。每一幢建筑都應該是一個挨一個的掩蔽體，成為我們加固陣地的掩蔽工事，它們大多由鋼筋混凝土建造。在交通、運輸等戰略要塞關鍵點，有我們使用特殊建筑材料所建造的和普通建筑外表類似的戰略性建筑物。在城市的秘密地點，有我們用特殊建筑材料修建的永久性的TEMPEST系統防護建筑。而且，我們在自己熟悉的區域非常容易地在各個建筑物之間建立互相聯通的地下陣地。由于機動空間有限，當射擊距離縮到最小范圍時，城市環境妨礙機動作戰，并在很大程度上削弱了武器的效果。密集的建筑群引起通訊大混亂，而且增加了指揮和控制的困難。最后，戰斗對敵人所產生的心理影響是巨大的。當一系列立體的威脅產生削弱敵人戰斗力的效果時，將進一步加劇陷入城市戰的敵人部隊所害怕的崩潰過程。

除了陸地城市戰，我們還必須考慮海洋城市戰。由于陸地資源有限，未來人們很可能居住到海上，甚至海底。隨著人們對海洋資源的爭奪，海洋城市戰，無可避免，甚至可能發生海洋游擊戰。因此，我們必須大力研發海洋建筑材料，以便我們有合適的建筑材料在海面及海底建筑房屋、堡壘、防御工事或其他軍事建筑物。

未來的建材行業應該針對未來戰爭以創新為驅動，發揮競爭優勢，跟上軍事形態演變步伐和新的軍工應用需要，研發、生產未來戰爭急需的高端精品和附加值高的軍工產品。目前的狀況堪憂。例如，2015年高標號的、用于隱蔽工程等特殊需要的、用于海洋工程等各種特種水泥，只占水泥總量的2%。平板玻璃，能夠用于電子、國防和高檔汽車的優質玻璃雖然也有，但只占2015年平板玻璃總量的約10%[3]。同樣國內的建材行業目前還無法系統提供系統級TEMPEST防護屏蔽室建筑材料、SCIF建筑材料、武器庫隱身材料、深海空間站材料等等，還需要進一步完善野戰時快速安營扎寨的建筑材料等等。當然這些建筑材料大多數是復合材料。建材行業已經進入國防軍工領域，用于電子、交通、運輸與能源領域，應該進一步延伸產業鏈、增加深加工、開發新產品、滿足新需求，使建材行業迎接在未來戰爭中特殊建筑材料供給不足的挑戰。

[1]（美）杜普伊著.嚴瑞池等譯.武器和戰爭的演變[M].北京：軍事科學出版社，1985.(來自互聯網：http://warstudy.com/history/general_history/weapon_war/index.xml，2017-02-18)

[2]沈鴻英著.國外竊密與國外防竊密技術[M].北京：金城出版社，1994. P150、151

[3]喬龍德.深刻認識形勢正確把握機遇--靠創新驅動把建材行業推向新的發展時期.建材發展導向[J].2016年第4期 P6

Research on the application of building materials in war

The article takes the war form as the main line,studies the application of the building materials in the war,and discusses the application of the building materials in the future war.

building materials；war；research on the application

TU5

：B

：1003-8965（2017）02-0057-04