新材料、新技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

康海鈺

（甘肅省建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司，蘭州 730070）

1 前言

建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展帶來了新材料和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，為建筑工程的質(zhì)量提升、效率提高和環(huán)保轉(zhuǎn)型提供了有力支撐。本文聚焦于新型環(huán)保建筑材料和前沿建筑技術(shù)在現(xiàn)代建筑工程中的廣泛應(yīng)用，旨在探索它們?nèi)绾螢榻ㄖ袠I(yè)帶來革命性的變革。從發(fā)泡陶瓷到智能自修復(fù)材料，從建筑信息模型到智能建筑系統(tǒng)集成技術(shù)，這些新材料和新技術(shù)在提高建筑性能、推動綠色建筑發(fā)展、提升設(shè)計施工效率等方面均展現(xiàn)出巨大潛力。本文不僅深入分析了它們的應(yīng)用現(xiàn)狀和問題，還提出了切實可行的解決方案，旨在為建筑行業(yè)的持續(xù)創(chuàng)新和綠色發(fā)展指明方向。

2 新材料在建筑工程中的應(yīng)用

2.1 新型環(huán)保建筑材料

在建筑工程領(lǐng)域，新型環(huán)保建筑材料的應(yīng)用正逐步推廣，其中發(fā)泡陶瓷和新型綠色建筑材料成為研究焦點。發(fā)泡陶瓷以其輕質(zhì)高強、防火防水、保溫隔熱等特性，在工業(yè)建筑、外墻體和道路交通等方面展現(xiàn)出顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。例如，在工業(yè)應(yīng)用中，發(fā)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(tài)水泥、綠色玻璃等，其低能耗、無污染的特點，對綠色建筑技術(shù)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(zhì)量，也促進了節(jié)能減排的進程。未來，新型綠色建筑材料的發(fā)展將更加注重能源節(jié)約和資源節(jié)約，從而響應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的全球趨勢。

表1 新型環(huán)保建筑材料應(yīng)用案例

2.2 高性能混凝土的開發(fā)與應(yīng)用

高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete,UHPC）以其卓越的力學(xué)性能和耐久性，在建筑工程中的應(yīng)用逐漸廣泛。英國阿迦汗中心利用UHPC 的精細表面質(zhì)感，營造出獨特的藝術(shù)裝飾效果，而摩洛哥蓋尼特拉火車站則憑借其優(yōu)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(yīng)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(yīng)用，保護了建筑結(jié)構(gòu)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(yīng)用中，展現(xiàn)了其在抵抗外力和環(huán)境破壞方面的能力，以及在制造成本上的優(yōu)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(yōu)勢，創(chuàng)造了具有現(xiàn)代感和藝術(shù)氛圍的建筑立面。丹麥工業(yè)大學(xué)和路易威登基金會藝術(shù)館中心的案例則體現(xiàn)了UHPC 在技術(shù)創(chuàng)新和藝術(shù)性上的應(yīng)用潛力。

表2 高性能混凝土在建筑工程中的應(yīng)用案例

2.3 智能自修復(fù)材料的研究進展

智能自修復(fù)材料是一種受生物自愈啟發(fā)而研發(fā)的新型材料，具備自主修復(fù)微觀損傷的能力。這類材料在建筑工程中的應(yīng)用，對提升結(jié)構(gòu)的耐久性和可靠性、降低維護成本具有顯著意義。當(dāng)前研究主要集中在自修復(fù)材料的設(shè)計、體系構(gòu)筑、性能評價及修復(fù)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(shè)計者成功賦予了建筑材料自修復(fù)功能。例如，微膠囊技術(shù)能在材料受損時釋放修復(fù)劑，實現(xiàn)損傷的自動修補。此外，嵌段結(jié)構(gòu)設(shè)計也被證明能有效提升自修復(fù)效能。未來，研究將聚焦于提升自修復(fù)性能、深化機理理解，并探索在橋梁、隧道等更多建筑領(lǐng)域的應(yīng)用。

表3 智能自修復(fù)材料研究關(guān)鍵進展

3 新技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

3.1 建筑信息模型(BIM)技術(shù)

建筑信息模型（BIM）技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用已成為提高設(shè)計質(zhì)量、施工效率和管理水平的關(guān)鍵工具。通過BIM 技術(shù)的深化設(shè)計，項目如大型商業(yè)綜合體能夠在施工前期優(yōu)化機電系統(tǒng)和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，減少變更并降低成本。在多專業(yè)協(xié)調(diào)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(yè)工作的準(zhǔn)確性和協(xié)調(diào)性。此外，大型工業(yè)項目通過BIM進行現(xiàn)場布置優(yōu)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(yōu)化比選方面，如道路建設(shè)項目利用BIM 模型動態(tài)鏈接進度計劃與工程構(gòu)件，為方案選擇提供科學(xué)依據(jù)。BIM 技術(shù)亦在質(zhì)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(fā)揮了重要作用，如醫(yī)院項目的現(xiàn)場質(zhì)量管理和基礎(chǔ)設(shè)施項目的5D 成本管理，均展示了BIM 技術(shù)的綜合優(yōu)勢。

3.2 3D 打印技術(shù)在建筑中的應(yīng)用

3D 打印技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用展現(xiàn)出了顯著的創(chuàng)新潛力和多樣性。在建筑裝飾方面，3D 打印技術(shù)已成功應(yīng)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(shè)計師們依靠3D 打印技術(shù)制作建筑模型，該方法不僅快速、低成本、環(huán)保，還能制作出精美細致的模型，促進了創(chuàng)意與溝通的無障礙轉(zhuǎn)換。實體建筑的打印也日益成熟，例如美國南加州大學(xué)的教授使用“輪廓工藝”在短時間內(nèi)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(fā)展方面，F(xiàn)oster+Partners 事務(wù)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(biāo)志著世界上第一座3D 打印房屋的建造。上海青浦區(qū)10 幢3D 打印建筑的快速打印完成也證明了這一技術(shù)的實際應(yīng)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(shù)在建筑領(lǐng)域的實用性與前景。盡管存在挑戰(zhàn)，如缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備材料的成熟度，但3D 打印技術(shù)仍在不斷進步，預(yù)示著將與傳統(tǒng)建筑手段融合，共同推動建筑業(yè)的創(chuàng)新。

表4 3D 打印技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用案例

3.3 綠色建筑技術(shù)與節(jié)能減排

隨著環(huán)境保護意識的提升，綠色建筑技術(shù)在建筑工程中的運用日益廣泛，成為提高能源效率和實現(xiàn)節(jié)能減排的重要手段。例如，某商業(yè)建筑通過整合太陽能熱水系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)和雨水收集系統(tǒng)，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(huán)境的壓力。全球范圍內(nèi)，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(chuàng)新的綠色建筑技術(shù)，充分展示了綠色建筑在提升能源效率和環(huán)境保護方面的巨大潛力。此外，可持續(xù)發(fā)展建筑項目的實施更是將綠色建筑技術(shù)的應(yīng)用推向了新高度，通過綜合運用可持續(xù)設(shè)計、綠色建筑材料、水資源管理等措施，實現(xiàn)了建筑與自然環(huán)境的和諧共生。

3.4 智能建筑系統(tǒng)集成技術(shù)

智能建筑系統(tǒng)集成技術(shù)是建筑工程領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，其核心是通過高新技術(shù)的融合應(yīng)用，實現(xiàn)建筑管理系統(tǒng)的智能化，以提供更加舒適、節(jié)能、高效的工作和居住環(huán)境。這一技術(shù)整合了綜合布線、樓宇自控、通信技術(shù)等多個子系統(tǒng)，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(tǒng)集成技術(shù)正朝向更高效的通信技術(shù)、更智能的控制技術(shù)和更安全的防范技術(shù)發(fā)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(tǒng)大幅提升能源效率，減少環(huán)境負擔(dān)。此外，人性化的設(shè)計理念和對高品質(zhì)生活的追求，推動了智能建筑系統(tǒng)集成技術(shù)向更加便捷、舒適的方向發(fā)展。數(shù)據(jù)分析和人工智能的應(yīng)用，使得智能建筑系統(tǒng)集成技術(shù)在決策和優(yōu)化管理方面更加精準(zhǔn)高效。然而，該技術(shù)的發(fā)展也面臨著標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、技術(shù)應(yīng)用水平提升和設(shè)計能力提升等挑戰(zhàn)。

4 結(jié)論

本研究深入探討了新材料和新技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)新型環(huán)保建筑材料、高性能混凝土和智能自修復(fù)材料在提高建筑性能和節(jié)能減排方面發(fā)揮了重要作用。同時，BIM 技術(shù)、3D 打印技術(shù)和智能建筑系統(tǒng)集成技術(shù)為建筑工程的設(shè)計、施工和管理帶來了革命性的變革。這些新材料和新技術(shù)的應(yīng)用不僅推動了建筑工程的綠色、智能發(fā)展，也提高了工程質(zhì)量和效率。然而，當(dāng)前研究在自修復(fù)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(shù)在實際應(yīng)用中還面臨一些挑戰(zhàn)和問題，如長期性能評估、大規(guī)模應(yīng)用的可行性和經(jīng)濟性、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定、專業(yè)人才培養(yǎng)以及數(shù)據(jù)安全和隱私保護等。未來的研究應(yīng)在這些方面進行深入探討，以期為建筑工程的可持續(xù)發(fā)展提供更多創(chuàng)新和突破。