建筑創作中的綠色材料

劉松臣 中鐵房地產集團西南有限公司高級經理

我國二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值，爭取2060 年前實現碳中和，這既是我國履行大國責任、推動構建人類命運共同體的重要歷史擔當，又是我國進一步加快形成綠色發展方式和生活方式，大力建設生態文明和美麗中國的重要標志和最新舉措[1]。建材行業是國內碳排放量較大的行業之一，需要采取強有力措施，大力促進碳減排工作，為中國總體實現碳達峰目標和碳中和目標做出貢獻，是建材行業應該履行的責任和應該盡的義務。

傳統材料在建筑創作中具有一定的局限性，已經不能滿足創作的要求，科學技術的發展促使新的材料不斷產生，為建筑創作帶來更為廣闊的空間。結合實際建成的建筑作品，論述了建筑創作中的綠色材料。當前從建造過程中材料的選擇角度，可以將綠色材料分為創新性材料利用、廢舊材料利用和生態材料利用3個方向。以下結合實際案例，論述建筑創作中的綠色材料的應用。

1 創新性材料利用

建筑材料領域的創新一直是建筑師和工程師不斷探索的重點，如混凝土空心磚、加氣混凝土、石膏板、玻璃纖維增強水泥制品等，也有一些隔熱保溫材料及制品，如礦棉、玻璃棉、膨脹珍珠巖等，還有將其他領域的材料用在建筑領域，如紙等。然而，以上都沒有從根本上改變建筑材料的物理性能，達到“綠色材料”的要求，直到ETFE 薄膜的出現。ETFE薄膜不僅有很好的節能效果，還具有良好的藝術表現，特別是以ETFE 氣枕式膜結構為代表的充氣式膜結構體系，其通透、輕盈、具有可持續性等特點在眾多建筑材料中大放異彩。

ETFE 材料是20 世紀70 年代發明的一種人工氟聚合物，強度非常高，主要作為絕緣材料應用在航空工業領域。其優良的透明性、自潔性和獨特的結構特性使其在航海技術領域得到廣泛應用。ETFE材料具有質輕高強的特性，其重量大約是同樣體積玻璃重量的1%，相較于幕墻結構和鋼筋混凝土結構節約了大量鋼材，大大降低整個建筑的建安成本，節約社會資源。ETFE材料具有良好的韌性，抗拉強度高、不易撕裂，延展性能大于400%，一般情況下很難破壞。ETFE膜材的透光性特別好，號稱“軟玻璃”，高透光性可以透射95%左右的太陽光。如果在氣枕中使用帶有鍍點的膜，可以對進入室內的太陽光量進行有效控制，調節室內的溫度，滿足整個建筑的需要，減少能源的浪費。慕尼黑安聯球場就使用了ETFE 膜。ETFE 膜能對紫外線的透過量進行有效調節，滿足不同植物生長的需求。

ETFE 膜材的著色性非常好，在膜的加工過程中加入各種可選的顏色，能夠添加建筑師想要表達的各種顏色，能夠使ETFE 膜材的顏色和外界整體環境很好的協調，如國家游泳中心水立方，淡藍色的ETFE膜材就是表達了“水”的核心主題。整個建筑魅力無窮，建筑師最初的設計理念得到了淋漓盡致的表達。ETFE 薄膜還具有特別好的自潔性，ETFE 薄膜里面含有少量的氟化學成分，氟元素具有一定的“拒水性”，耐污染能力強，利用雨水沖刷就能實現建筑自身的清潔，可以省去建筑的清潔費用。ETFE 薄膜是一種綠色環保材料，能夠實現重復利用，廢舊的材料可以回收融化后再制造成新的ETFE 薄膜，本身的質量很輕，運輸的成本比較低。ETFE 薄膜有著超強的表現力，自然會成為建筑師的“寵兒”，使建筑師的設計理念具備很大的發揮空間，利用這種新材料，再結合新的科技成果和新的技術手段，能夠塑造出更多個性鮮明、標新立異的建筑。因此，在建筑領域中，ETFE 膜將會有更大的市場空間。水立方如圖1 所示。

圖1 水立方

2 廢舊材料利用

拆除舊建筑時會產生大量廢棄的建筑垃圾。建筑垃圾中大部分是廢混凝土、廢鋼筋、廢砂漿、廢舊磚等，可以作為資源重復利用。發達國家在此方面已經走在了前列，建筑垃圾的利用率已經高達60%～90%，建筑垃圾原本就是建筑材料，本身就微毒甚至無毒，簡單處理后可以再次利用。

著名建筑師王澍對廢棄磚瓦的利用有著很深的理解，并進行了豐富的實踐。節儉一直是中華民族的傳統美德。舊房子拆除之后，人們都會把拆下來的材料重新利用。王澍潛心研究民居，從傳統建筑中吸收營養，瓦爿墻就是他在民居的考察中發現的一種建構方式。瓦爿墻是浙江沿海區域獨特的施工工藝，當地多臺風氣候，在臺風過后常引起房屋損壞或倒塌，當地群眾在災后重建時采用破碎的磚、瓦進行砌筑，形成維護結構[2]。瓦爿墻的主要材料是廢舊的磚和瓦等廢舊建材，黏結輔料是草筋黃泥，或者是黃泥加白石灰，將磚瓦一層一層疊砌而成。

2003 年，王澍在設計五散房時，首次采用了瓦爿墻結合混凝土的技術。在五散房的設計取得良好的效果之后，他又將該技術大膽地運用到2004 年設計的中國美術學院象山校區的建造中。該建筑中一共用了將近700 萬塊不同時代的廢舊磚瓦，這些廢舊磚瓦都是從杭州周邊拆房現場搜集而來的。這些舊磚舊瓦沒有完全一樣的，規格、形狀、顏色都完全不同，但上萬塊堆疊在一起，立面形成了不同的肌理，整個建筑更加具有歷史感。經過了這兩次實踐，瓦爿墻的技術已經比較成熟，2007 年，王澍將瓦爿墻的技術運用到大型公共建筑中。傳統瓦爿墻的砌筑高度不宜超過4 m，且強度也有一定局限，但在現代技術的幫助下，寧波博物館的瓦爿墻運用至24 m 高的外墻上，瓦爿墻的厚度相對較小，主要起到裝飾作用。寧波博物館如圖2 所示。

圖2 寧波博物館

建筑行業的從業者有責任關注全球能源與環境問題，秉承可持續原則，踐行廢舊材料的循環再利用原則。建筑師、設計師是賦予廢舊材料靈魂的關鍵人物，有社會責任感的建筑師對中國建筑的現代化之路進行了深度觀察與思考，又結合當下中國建筑的熱潮，將拆除掉的舊磚舊瓦重新利用，建造成有獨特歷史感的新建筑，印證了廢舊材料的回收利用并在設計作品中煥發光彩的可能性，為更多的低碳設計提供借鑒。廢舊材料的可持續利用是建筑設計的一個源泉，同時有助于促進整個社會的進步。

3 生態材料利用

生態材料是指在自然界中利用生物圈資源如陽光、水和空氣，以及自然生長的植物材料，例如常見的竹子、稻草、木材、蘆葦、秸稈、紙和樹皮等。生態材料能夠就地取材，且施工方便，應用于建筑領域已有很長的歷史。但是在地球環境不斷惡化的今天，生態材料的生態意義更加重要，因此，要更加重視生態材料的研發工作，研究生態材料的生產工藝、力學性能和建構方式。

應用生態材料對環境的侵蝕和影響較小，對于人與自然環境的可持續發展具有重大的生態意義。一是生態材料的主要來源是可再生生物資源，生產方便，資源轉化率高，轉化過程中消耗的資源比較少。二是在生產的過程中，和生產鋼筋、金屬材料、水泥相比能耗低，會排放更少的有害氣體，減少對環境的污染。低二氧化碳的排放量對控制溫室效應大有益處。三是在使用過程中，健康無污染，且具有自我呼吸的功能，本身就能提供高質量的室內空氣環境。若建筑本身有良好的通風設計，則更有利于提高建筑內部的空氣質量，為建筑的使用者提供一個良好的空間環境。四是在終端處理時，可以實現就地處理，節省垃圾處理的費用，最終分解的有機物還能為土壤提供營養。

3.1 竹

竹材作為一種可生長的生態材料，在可持續性、美學、力學等多方面具有優勢。竹材的力學可塑性比木材更強，有良好的韌性，可以創造出多種結構體系，形成更為豐富的建筑形式和空間，已經有了廣泛的應用。運用現代技術對傳統建筑材料進行創新應用成為新的課題。中國是竹的故鄉，竹材作為中國文化的象征，曾經被廣泛應用于古代造園中，在當今也被建筑師給予了高度重視[3]。

日本建筑師隈研吾在長城腳下的公社項目中，選擇竹子作為建筑材料，與當地的人文環境和地理環境相融合，使人、竹屋和環境有機地結合在一起，如圖3 所示。

圖3 竹屋

3.2 紙

紙作為結構材料不僅可以減輕建筑物的重量，還可以加快施工速度，降低成本。建筑物拆除后，紙材還可以重復利用，有利于保護環境。用在建筑中的紙材更多來源于木材產業的加工剩余物和重復利用的其他相關紙制品。紙材的可持續循環利用可大量降低能耗。紙材的利用歷史悠久，可以追溯到20世紀60年代，當時許多建筑商就已經使用可循環的紙材。

普利茲克建筑獎獲獎者日本建筑師坂茂一直對“紙建筑”情有獨鐘。坂茂對紙材料的力學性能和建筑表現力，也是在不斷的探索中予以肯定的。起初是在內隔墻、天花板、展臺等室內裝飾上進行探索，在此過程中發現紙筒的強度遠遠超出想象，之后大膽地用在建筑結構上。迄今為止最大規模、最輕的紙造建筑是坂茂設計的2000 年漢諾威世博會的日本館，并在德國漢諾威世界博覽會上獲獎。坂茂因此被譽為“材料大王”、綠色建筑師[4]。漢諾威世博會日本館如圖4 所示。

圖4 漢諾威世博會日本館

3.3 農作物纖維

秸稈是指小麥、玉米、水稻、棉花和甘蔗等農作物，在收獲籽實后剩余的莖葉部分。秸稈板是以秸稈為原材料，經熱壓成形制成的建材。農作物，光合作用的產物有一半存在秸稈中，由此制成的秸稈板就將農作物通過光臺作用吸收的二氧化碳以有機碳的形式固化下來。麥秸板作為最主要的建筑材料，給農作物秸稈的再利用提供了一條有效的途徑。

上海世博會萬科館是一個低碳建筑，被形象地稱為“麥垛”，它的外墻采用全天然麥秸稈壓制的秸稈板，從外觀看秸稈板擁有天然紋理和淡黃色澤，讓人感受到了生命的美麗和活力[5]。萬科館體現了人類尊重、欣賞、順從自然的姿態，是探索建筑與自然和諧相處的典范。上海世博會萬科館如圖5 所示。

圖5 上海世博會萬科館

4 結語

在建筑創作的過程中，建筑師應該盡量選用具有可循環性、能耗低的建筑材料，有利于提高能源、資源的綜合利用率。目前的發展模式以不可再生資源為主，需要向綠色能源材料、生態材料、高效能發展的全新模式轉變，以便大力推動建材行業的碳減排計劃，早日實現碳達峰的目標，為我國能源的可持續發展作出積極貢獻。