新材料、新技術在建筑工程中的應用

康海鈺

（甘肅省建設監理有限責任公司，蘭州 730070）

1 前言

建筑行業的蓬勃發展帶來了新材料和新技術的不斷涌現，為建筑工程的質量提升、效率提高和環保轉型提供了有力支撐。本文聚焦于新型環保建筑材料和前沿建筑技術在現代建筑工程中的廣泛應用，旨在探索它們如何為建筑行業帶來革命性的變革。從發泡陶瓷到智能自修復材料，從建筑信息模型到智能建筑系統集成技術，這些新材料和新技術在提高建筑性能、推動綠色建筑發展、提升設計施工效率等方面均展現出巨大潛力。本文不僅深入分析了它們的應用現狀和問題，還提出了切實可行的解決方案，旨在為建筑行業的持續創新和綠色發展指明方向。

2 新材料在建筑工程中的應用

2.1 新型環保建筑材料

在建筑工程領域，新型環保建筑材料的應用正逐步推廣，其中發泡陶瓷和新型綠色建筑材料成為研究焦點。發泡陶瓷以其輕質高強、防火防水、保溫隔熱等特性，在工業建筑、外墻體和道路交通等方面展現出顯著的應用優勢。例如，在工業應用中，發泡陶瓷能有效減少爐墻散熱，降低施工成本，減少能源損耗。新型綠色建筑材料如生態水泥、綠色玻璃等，其低能耗、無污染的特點，對綠色建筑技術的推廣具有重要意義。這些材料不僅提高了居住者的生活質量，也促進了節能減排的進程。未來，新型綠色建筑材料的發展將更加注重能源節約和資源節約，從而響應可持續發展的全球趨勢。

表1 新型環保建筑材料應用案例

2.2 高性能混凝土的開發與應用

高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete,UHPC）以其卓越的力學性能和耐久性，在建筑工程中的應用逐漸廣泛。英國阿迦汗中心利用UHPC 的精細表面質感，營造出獨特的藝術裝飾效果，而摩洛哥蓋尼特拉火車站則憑借其優異的耐久性，制作出能夠抵御惡劣氣候的立面。在歐洲和地中海文明博物館的應用中，UHPC不僅提供了裝飾效果，還因其低維護需求而降低了長期成本。法國馬賽大廈展示了UHPC 在高強度和防水性能方面的應用，保護了建筑結構免受水侵害。此外，UHPC在薩拉戈薩橋和蒙彼利埃TGV 火車站的應用中，展現了其在抵抗外力和環境破壞方面的能力，以及在制造成本上的優勢。Jean Bouin 體育館和邁阿密NIKE 旗艦店則利用UHPC 在裝飾性能和成本效益方面的優勢，創造了具有現代感和藝術氛圍的建筑立面。丹麥工業大學和路易威登基金會藝術館中心的案例則體現了UHPC 在技術創新和藝術性上的應用潛力。

表2 高性能混凝土在建筑工程中的應用案例

2.3 智能自修復材料的研究進展

智能自修復材料是一種受生物自愈啟發而研發的新型材料，具備自主修復微觀損傷的能力。這類材料在建筑工程中的應用，對提升結構的耐久性和可靠性、降低維護成本具有顯著意義。當前研究主要集中在自修復材料的設計、體系構筑、性能評價及修復機理的揭示。通過引入微膠囊、納米顆粒、纖維等功能性組分，材料設計者成功賦予了建筑材料自修復功能。例如，微膠囊技術能在材料受損時釋放修復劑，實現損傷的自動修補。此外，嵌段結構設計也被證明能有效提升自修復效能。未來，研究將聚焦于提升自修復性能、深化機理理解，并探索在橋梁、隧道等更多建筑領域的應用。

表3 智能自修復材料研究關鍵進展

3 新技術在建筑工程中的應用

3.1 建筑信息模型(BIM)技術

建筑信息模型（BIM）技術在建筑工程中的應用已成為提高設計質量、施工效率和管理水平的關鍵工具。通過BIM 技術的深化設計，項目如大型商業綜合體能夠在施工前期優化機電系統和鋼結構設計，減少變更并降低成本。在多專業協調方面，高層住宅項目通過BIM 模型的碰撞檢查功能，有效避免了施工沖突，確保了各專業工作的準確性和協調性。此外，大型工業項目通過BIM進行現場布置優化，三維模擬功能不僅提升了施工效率，還避免了安全隱患。進度優化比選方面，如道路建設項目利用BIM 模型動態鏈接進度計劃與工程構件，為方案選擇提供科學依據。BIM 技術亦在質量管理、圖紙文檔共享、工作庫建立、安全管理及資源成本控制等方面發揮了重要作用，如醫院項目的現場質量管理和基礎設施項目的5D 成本管理，均展示了BIM 技術的綜合優勢。

3.2 3D 打印技術在建筑中的應用

3D 打印技術在建筑工程中的應用展現出了顯著的創新潛力和多樣性。在建筑裝飾方面，3D 打印技術已成功應用于水立方、上海世博會大會堂、國家大劇院等知名建筑項目中，提供了個性化裝飾部件的新方案。設計師們依靠3D 打印技術制作建筑模型，該方法不僅快速、低成本、環保，還能制作出精美細致的模型，促進了創意與溝通的無障礙轉換。實體建筑的打印也日益成熟，例如美國南加州大學的教授使用“輪廓工藝”在短時間內建造建筑，而荷蘭建筑師Janjaap Ruijssenaars 則打印出獨特的景觀建筑“Landscape House”。研究與發展方面，Foster+Partners 事務所與歐洲航天局合作探索在月球上建造建筑，而荷蘭阿姆斯特丹的“運河屋”則標志著世界上第一座3D 打印房屋的建造。上海青浦區10 幢3D 打印建筑的快速打印完成也證明了這一技術的實際應用能力。此外，Apis Cor 與PIK Group 的合作、烏克蘭PassivDom 的智能房屋等案例，進一步證實了3D 打印技術在建筑領域的實用性與前景。盡管存在挑戰，如缺乏行業標準和設備材料的成熟度，但3D 打印技術仍在不斷進步，預示著將與傳統建筑手段融合，共同推動建筑業的創新。

表4 3D 打印技術在建筑工程中的應用案例

3.3 綠色建筑技術與節能減排

隨著環境保護意識的提升，綠色建筑技術在建筑工程中的運用日益廣泛，成為提高能源效率和實現節能減排的重要手段。例如，某商業建筑通過整合太陽能熱水系統、地源熱泵系統和雨水收集系統，有效利用了可再生能源和雨水資源，不僅降低了能耗，也減輕了對環境的壓力。全球范圍內，如英國的西門子“水晶大廈”、澳大利亞的像素建筑等，均采用了創新的綠色建筑技術，充分展示了綠色建筑在提升能源效率和環境保護方面的巨大潛力。此外，可持續發展建筑項目的實施更是將綠色建筑技術的應用推向了新高度，通過綜合運用可持續設計、綠色建筑材料、水資源管理等措施，實現了建筑與自然環境的和諧共生。

3.4 智能建筑系統集成技術

智能建筑系統集成技術是建筑工程領域的重要發展方向，其核心是通過高新技術的融合應用，實現建筑管理系統的智能化，以提供更加舒適、節能、高效的工作和居住環境。這一技術整合了綜合布線、樓宇自控、通信技術等多個子系統，旨在提升建筑的安全性、通訊效率、停車管理以及娛樂體驗。隨著科技的不斷進步，智能建筑系統集成技術正朝向更高效的通信技術、更智能的控制技術和更安全的防范技術發展。綠色建筑的理念也被廣泛融入其中，通過智能化管理系統大幅提升能源效率，減少環境負擔。此外，人性化的設計理念和對高品質生活的追求，推動了智能建筑系統集成技術向更加便捷、舒適的方向發展。數據分析和人工智能的應用，使得智能建筑系統集成技術在決策和優化管理方面更加精準高效。然而，該技術的發展也面臨著標準統一、技術應用水平提升和設計能力提升等挑戰。

4 結論

本研究深入探討了新材料和新技術在建筑工程中的應用，發現新型環保建筑材料、高性能混凝土和智能自修復材料在提高建筑性能和節能減排方面發揮了重要作用。同時，BIM 技術、3D 打印技術和智能建筑系統集成技術為建筑工程的設計、施工和管理帶來了革命性的變革。這些新材料和新技術的應用不僅推動了建筑工程的綠色、智能發展，也提高了工程質量和效率。然而，當前研究在自修復材料的性能提升和機理理解方面仍有待深化，且新材料和新技術在實際應用中還面臨一些挑戰和問題，如長期性能評估、大規模應用的可行性和經濟性、行業標準制定、專業人才培養以及數據安全和隱私保護等。未來的研究應在這些方面進行深入探討，以期為建筑工程的可持續發展提供更多創新和突破。