我國綠色建筑材料研究與開發(fā)的引領者
——綠色建筑材料國家重點實驗室

綠色建筑材料國家重點實驗室為國家科技部(國科辦基字[2007]50號文件)正式批準的、首批在企業(yè)內建設的國家級重點實驗室,依托于中國建筑材料科學研究總院,于2007年12月通過科技部組織的建設計劃可行性論證,進入正式開始建設期,計劃2010年通過驗收。作為目前綠色建筑材料領域國內惟一的國家重點實驗室,針對綠色建筑材料科學的國際前沿問題和我國國民經濟建設中所面臨急需解決的建筑材料綠色化等應用基礎理論問題,圍繞綠色建筑材料生命周期全過程的關鍵階段開展研究,建立建筑材料工業(yè)綠色化或綠色建筑材料發(fā)展中的重大、共性關鍵技術與前瞻性、前沿性技術研發(fā)平臺,引領本領域前沿性技術的原創(chuàng)性發(fā)展;立足行業(yè)未來發(fā)展趨勢,加強行業(yè)自主創(chuàng)新能力,加速新成果轉化速度,強調自主創(chuàng)新性與技術集成;重視實現(xiàn)產業(yè)化與不斷提升行業(yè)整體水平,推動行業(yè)技術進步;幫助企業(yè)開展技術創(chuàng)新、聯(lián)合高校開展理論創(chuàng)新、引領國內專家開展國際創(chuàng)新是綠色建筑材料國家重點實驗室(也簡稱實驗室)建設與發(fā)展過程中所追求的目標。

研究方向

隨著資源、能源的日益緊張,要做到可持續(xù)發(fā)展,開展綠色建筑材料的創(chuàng)新性科學研究勢在必行,在建筑材料產業(yè)走向綠色化的過程中,以下幾個方面較為關鍵。

(1)建筑材料制備的綠色化 許多建筑材料制造過程涉及到高溫煅燒,需要大量能源,如果能在這一過程中采用高效、優(yōu)質、清潔、節(jié)省資源的新一代加工制造技術,則必可降低能源消耗,材料的品質和生產率也會有大幅度提高,建筑材料行業(yè)耗能巨大,制備的綠色化意義尤為重大。

科技部、國資委領導來綠色建筑材料國家重點實驗室參觀

(2)建筑材料壽命的綠色化 隨著科學的發(fā)展,人們愈來愈認識到建筑材料的服役壽命是關系到社會有效資源、能源能否充分利用的一個戰(zhàn)略性問題,建筑材料不能僅僅滿足于在服役開始時期具有優(yōu)良的性能指標,更重要的是應該具備長的服役壽命。很顯然,建筑物服役壽命的延長不但可以節(jié)省大量拆除、重建的資金,而且對提高材料使用效率、減少不可再生資源、能源消耗具有重大意義,更符合國家倡導的可持續(xù)發(fā)展的理念。

(3)建筑材料功能的綠色化 隨著人類文明的不斷發(fā)展,對建筑材料已經不僅僅滿足于結構功能,更要求其提供更多的功能,磁、光、電、傳感等過去屬于功能材料的概念正在愈來愈多的滲透糅合于建筑材料范疇。同時,人民對生活質量要求也在不斷提高,以殺菌、調溫、吸聲等功能為代表的新一代建筑材料由于可以改善居住環(huán)境,有益人體健康而受到廣泛歡迎,若能將其成本加以降低則必將引起建筑材料的一場變革。

(4)建筑材料綠色化的評價研究 一種建筑材料綠色化程度的高低如何評判是一個重要問題,影響綠色建筑材料的創(chuàng)新與發(fā)展。國際上已提出各種各樣的評價模型或分析計算方法,建立的評價體系,LCA體系的概念得到公認。這些方法與體系的建立需要采集大量的數(shù)據,建立一系列數(shù)據豐富的數(shù)據庫,需要建立一系列配套評價方法,開發(fā)出一系列評價設備,這些工作均為我國建筑材料領域所欠缺。

(5)建筑材料組成與結構的綠色化研究 與其它材料不同,大多數(shù)建筑材料的組成體系比較復雜,往往由多種物相所構成,這些物相對材料性能的貢獻是一個極為復雜的問題。從本質上說,一切材料的宏觀性能都是其微觀組成與結構的外在表現(xiàn)。因此,為獲得綠色化程度更高的建筑材料,在研究與技術上取得創(chuàng)新,就不能不深入研究建筑材料組成、結構與性能之間的聯(lián)系。只有明確材料的物理化學本征,才能設計出具有優(yōu)異性能的綠色建筑材料,使研究從經驗型走向科學型。

實驗室針對上述綠色建筑材料科學的前沿問題,圍繞綠色建材生命周期過程中有關原料采取、產品制造、使用和廢棄物處理以及綠色化評價等關鍵階段,選取5個代表性的核心方向,作為實驗室的研究方向,開展基礎和應用基礎研究工作。

(1)綠色建筑材料組成、結構與性能的應用基礎研究 建筑材料的組成、結構與性能的研究涉及到綠色建筑材料整個生命周期內的許多基礎問題。綠色建筑材料組成、結構與性能三者之間關聯(lián)規(guī)律的研究應遵循節(jié)能、利廢、高性能化的原則。

(2)建筑材料高效節(jié)能加工制造技術的應用基礎研究 建筑材料高效節(jié)能加工制造技術是在資源、能源消耗量最低、對生態(tài)環(huán)境影響最小的條件下生產性能優(yōu)異、環(huán)境友好的材料或產品。高效節(jié)能加工制造技術包含低環(huán)境負荷生產技術、先進制造技術和材料產品性能優(yōu)化控制技術。

(3)新型建材和環(huán)境功能建筑材料及其應用基礎研究 新型建筑材料及環(huán)境功能建筑材料的應用基礎研究側重于建筑材料使用階段的具體問題研究,包括:功能材料、環(huán)境凈化材料制備,仿生功能建筑材料及生物質材料在建筑材料中的應用。

(4)建筑材料的使用壽命和耐久性研究 針對當前國際上材料壽命評價與預測關鍵技術未來發(fā)展趨勢,以材料耐久性的基礎理論和應用基礎研究為目標,以有重大工程應用背景的建筑材料為重點,應用現(xiàn)代科技理論和方法,致力于延長材料的使用壽命,通過研究耐久性機理、試驗新方法,探索材料組成、結構與耐久性之間的關系,獲得材料長壽命、高耐久性的關鍵技術。

(5)綠色建材的檢測方法與評價 針對國內綠色建筑材料檢測與評價技術研究相對薄弱的現(xiàn)狀,開展建筑材料檢測評價方法的研究,通過建立一些材料評價模型達到材料性能研究理論化的目的,研究并制定綠色建筑材料的國家或行業(yè)標準與認證體系,研制相關的新型檢測儀器和軟件,達到以標準與認證促創(chuàng)新、促質量、促發(fā)展的目的。

研發(fā)隊伍

實驗室一直把建設一支結構合理、人員精干的高水平研發(fā)隊伍放在重要位置,堅持頂級人才引進與高級人才培養(yǎng)相結合的政策。考慮到企業(yè)重點實驗室面向引領行業(yè)、增加企業(yè)創(chuàng)新能力的特點,在研究隊伍建設上遵循精悍、競爭的特色,強調學術型與產業(yè)型人才的選拔與培養(yǎng),造就了一批引領行業(yè)的學術帶頭人與學術骨干,形成了若干高水平研發(fā)團隊。目前,實驗室固定人員29人,其中教授、教授級高工16人、高級工程師5人。實驗室擁有博士生導師5人,碩士生導師7人。擬每年培養(yǎng)博士生和碩士生10人,在實驗室學習的博士和碩士研究生總數(shù)保持在30人左右,為行業(yè)培養(yǎng)了一支不斷發(fā)展的、具備優(yōu)秀科研技術經驗的高、中級水平研究梯隊。同時,在實驗室還將利用自身有利的科研環(huán)境和優(yōu)越的科研條件,逐步開始面向全國、面向海外的人才引進工作,通過人才的引進、結合自身的隊伍建設和人才培養(yǎng),使實驗室成為吸引、凝聚和培養(yǎng)國內一流建筑材料高水平研究人才的重要基地。

建設期工作

綠色建筑材料國家重點實驗室主任姚燕為聘請的客座教授頒發(fā)證書

(1)管理制度 實驗室建設伊始首先制定并細化實施各項管理制度,制定綠色建筑材料國家重點實驗室運行管理辦法;制定綠色建筑材料國家重點實驗室學術委員會章程;制定綠色建筑材料國家重點實驗室開放基金指南及開放基金管理條例;制定綠色建筑材料國家重點實驗室客座教授聘任及管理辦法等。讓實驗室的建設與運行在極短的時間內步入正軌。(2)學術委員會 2008年6月首屆綠色建筑材料國家重點實驗室學術委員會成立,并先后召開了兩次學術委員會會議。首屆學術委員會由院所、大學及企業(yè)的14位相關研究領域的知名專家組成。委員們認真審議了實驗室的5個研究方向,一致認為研究方向是正確的,已涵蓋了建筑材料行業(yè)最重要的技術領域和關鍵技術。學術委員會還定期對實驗室的發(fā)展提出了建設性的意見與建議,指出實驗室研究工作應突出重點,抓住重要大宗材料當前面臨的迫切需要解決的重大關鍵技術問題,力爭有所突破。強調實驗室的工作重點:一是要加速所承擔的眾多國家項目,尤其是重大科研項目的科技成果轉化,提倡原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新,進一步加強產、學、研結合,推動相關企業(yè)高速發(fā)展,引領本行業(yè)的技術進步;二是要進一步健全、完善實驗室運行機制,提高管理水平,確保實驗室建設期目標的全面、高質量、按期完成;三是各主題方向要進一步把握好綠色建材概念,凝練、完善自身的學術發(fā)展方向;四是要充分利用實驗室開放基金及外聘客座教授,加強行業(yè)領域內的學術交流合作、人才培養(yǎng)及研發(fā)隊伍的建設。

(3)學術活動與開放基金 綠色建筑材料國家重點實驗室發(fā)展的目標之一是成為本領域人才成長的搖籃,學術交流的中心。實驗室將按照國家的要求,本著開放、合作、交流的原則,依靠良好的學術氛圍、優(yōu)良的學術地位、一流的實驗條件聚集各方優(yōu)秀研究力量,吸引國內外優(yōu)秀科學家來到重點實驗室開展獨立或合作研究,熱情邀請和歡迎國內外科研人員前來進行合作研究。實驗室進入建設期兩年來,已聘任美國科羅拉多大學、英國伯明翰大學、香港科技大學、清華大學等11位國內、外相關領域的專家為綠色建筑材料國家重點實驗室客座教授。并邀請他們前來講學,介紹國際一流的研究機構在綠色建材領域取得的最新進展。同時依托國家重點實驗室的研究平臺,積極開展與擴大國際交流的規(guī)模與內涵,邀請美國、英國、加拿大、挪威等國內、外知名專家學者前來進行學術交流,了解與探討國際、國內綠色建材領域的發(fā)展方向,就熱點問題展開討論。這些講學活動的開展不僅起到了合作交流的目的,同時也擴大了實驗室的學術影響力。實驗室立項建設兩年來,經實驗室學術委員會審批分兩批立項的實驗室開放基金課題有6個,課題執(zhí)行中又組織專家對項目的執(zhí)行情況進行了中評估。課題承擔著來自國內本領域資深院校,內容主要涉及新型功能型綠色建筑材料與綠色建筑材料應用基礎理論的研究,在基金課題的研究進展中,同行們能夠經常在一起就關鍵技術及熱點問題探討交流,起到了開放交流、合作創(chuàng)新的作用。

新建6 500 m2綠色建筑材料國家重點實驗室大樓的效果圖

(4)現(xiàn)有條件與平臺建設 目前,實驗室有近7 000 m2科研用房,分布于中國建筑材料科學研究總院數(shù)個實驗樓中。為貫徹落實科技部要求國家重點實驗室相對集中的精神,綠色建筑材料國家重點實驗室6 500 m2基礎設施完善的新實驗室大樓已于2009年7月6日正式開工建設,2009年11月15日實驗樓主體結構已封頂,預計2010年10月竣工并投入使用,同時將計劃投入2 000萬元用于購置先進的儀器設備,其中包括環(huán)境掃描電子顯微鏡及能譜系統(tǒng)、預燒成窯爐冷、聲場模擬與Pulse材料測試系統(tǒng)、混凝土鹽凍腐蝕測試儀、高低溫疲勞實驗機、超寬電子控制試驗機等,將在個各研究方向的研究中發(fā)揮作用。實驗室已準備配備一支高素質、高技術水平的實驗人員隊伍,負責大型精密儀器的使用操作與數(shù)據分析,并積極面向社會開放?？梢钥隙ㄐ聦嶒灅堑慕ǔ墒褂?將為建筑材料領域這一創(chuàng)新科技研發(fā)平臺,創(chuàng)造一流的實驗條件,營造良好的學術氛圍。而優(yōu)越的科研條件和良好的運行機制將吸引越來越多的國內外優(yōu)秀科學家及技術專家前來開展獨立或合作研究,從而使綠色建筑材料國家重點實驗室成為不僅是帶動行業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展的研發(fā)平臺,也是吸引、凝聚和培養(yǎng)國際一流人才的重要基地。

同時,綠色建筑材料國家重點實驗室網站至今已運行一年半,網址為網站的運行為擴大實驗室的學術影響力起到了很好的作用,還將進一步加強網站平臺的建設,使網站在實驗室最新成果推廣與應用方面發(fā)揮作用。

(5)在研項目與成果 目前實驗室承擔國家重點科研項目26項,其中973計劃項目2項,十一五國家科技支撐計劃項目9項,軍工課題1項,國家自然科學基金項目7項,863項目4項,部委科研專項項目3項。實驗室建設兩年來,依托承擔的研究項目,共發(fā)表論文73篇(其中17篇論文被EI和SCI收錄),撰寫專著2部。一批高水平的研究論文在《Journal of the American Ceramic Society》等國際知名的學術期刊上發(fā)表,不僅加強了國內外學術領域的合作及交流,也提升和擴大了其在國內、國際的學術影響力;同時通過各研究方向的研究工作,獲得自主知識產權多項,已申報國家專利77項,申報國家與行業(yè)標準35項。依托國家“十一五”科研項目,2010年將取得8項科研成果。

發(fā)展方向與目標

作為目前國內建筑材料領域第一個企業(yè)國家重點實驗室,加強行業(yè)自主創(chuàng)新能力,加速新成果轉化速度是本實驗室的責任與義務;幫助建材企業(yè)開展技術創(chuàng)新、聯(lián)合高校開展理論創(chuàng)新、引領國內專家開展國際創(chuàng)新是綠色建筑材料國家重點實驗室建設與發(fā)展過程中所追求的目標。

首先,要加強與大、中企業(yè)合作,推動行業(yè)技術進步。利用依托單位行業(yè)的科研龍頭優(yōu)勢及掛靠的17個行業(yè)學會、協(xié)會資源,與國內大型建材生產企業(yè)建立戰(zhàn)略合作關系,大力組織行業(yè)內的學術研討會,及時收集企業(yè)需求信息,組織力量攻關,為企業(yè)解決生產過程中的關鍵技術難題。2009年,針對全球金融危機這一經濟形勢,及國內拉動內需的經濟政策,更是加大了與大企業(yè)的技術交流和溝通力度,多次邀請大企業(yè)國家級技術中心負責人共同交流,也及時派出科技人員到企業(yè)了解實際情況及企業(yè)對關鍵技術的迫切需求,掌握第一手材料。同時加強與中小企業(yè)的溝通交流,幫助他們解決企業(yè)的技術難題,增強中小企業(yè)的科技競爭力。實驗室還將依靠學會、協(xié)會面向行業(yè)板塊及時發(fā)布與宣貫實驗室最新研究成果,縮短成果實用化過程,加速成果轉化。也要在流動人員與客座研究人員中劃出一定比例,專門吸收生產企業(yè)的技術人員來此開展研究,也大力鼓勵接受企業(yè)方面的訪問學者、進修人員、合作研究人員,從而使科研工作能夠更加緊密與生產結合。同時積極制定具有我國特點的綠色建筑材料國家標準,積極實行標準戰(zhàn)略,以標準推動中國綠色建筑材料產業(yè)發(fā)展,為中國建材行業(yè)打破國外貿易壁壘,建立自己的貿易保護圈貢獻力量。

第二,加強與高校合作,加速理論創(chuàng)新與成果轉化。實驗室學術帶頭人與學術骨干在長期的科研工作過程中,與國內同領域高校以及高校內部的主要學術專家建立了長期良好的合作關系。實驗室目前已與武漢理工大學簽訂合作協(xié)議,共同建設國家教育部985工程平臺,在未來的發(fā)展中這樣的合作關系會達到更高的層次。實驗室還將利用自身社會資源優(yōu)勢,使本實驗室成為高等學校理論研究與建材企業(yè)實際需求之間的連接橋梁,重點探討高校理論研究成果在工業(yè)化、產業(yè)化過程中需要解決的關鍵問題,反饋建材企業(yè)實際技術問題于高等學校的理論研究中,從而加大中國建材行業(yè)原創(chuàng)性科研成果出現(xiàn)概率,縮短理論性實驗室研究成果的產業(yè)化過程。時機成熟將會在相關高校建立分實驗室,整合全國建材行業(yè)硬件資源、軟件資源、技術資源與人才資源,使本重點實驗室成為一個全國性的先進的建筑材料技術研究與開發(fā)平臺。

第三,促進國際交流、開拓國際市場。與國民經濟發(fā)展相吻合,中國擁有世界上最大的建材市場。一方面,國際建材企業(yè)巨頭紛紛進入中國,并且以長期化、本土化為發(fā)展戰(zhàn)略;另一方面,第三世界發(fā)展中國家急需先進建材生產技術來滿足本國經濟發(fā)展需求。本實驗室將充分認識這一國際國內戰(zhàn)略形勢,利用依托單位國際合作關系,將實驗室最新研究成果推薦于國際市場,并將國際市場最新技術需求反饋于實驗室,使重點實驗室研究與國際最新科研創(chuàng)新成果掛鉤,與國際市場最新產品技術需求緊密結合,從而使本實驗室能夠在國際科研創(chuàng)新領域與企業(yè)市場領域占有一席之地,成為綠色建筑材料領域國際領先的科研與自主創(chuàng)新平臺。

依托企業(yè)建立國家重點實驗室是國家科技創(chuàng)新體系建設的重要舉措,其目的是要形成以企業(yè)作為創(chuàng)新的主體,加速形成并向本領域提供前沿性技術原型,促進行業(yè)技術進步和產業(yè)結構升級。因此,實驗室建設應將攻克行業(yè)重大共性關鍵技術、建設優(yōu)秀國家科研平臺、造就第一流行業(yè)科研團隊作為核心任務。大力開展應用性基礎研究工作,進一步加強原始性創(chuàng)新與集成創(chuàng)新,重視標準、專利戰(zhàn)略,加強國際合作與交流,高度重視創(chuàng)新型科技人才、尤其是年輕學科帶頭人和工程科技人才的培養(yǎng),努力造就一批建筑材料領域有影響的科技骨干。應該看出,依托企業(yè)建設的國家重點實驗室應與其他國家重點實驗室的建設不同,應充分利用依托單位研究工作基礎扎實、雄厚和整體組織能力強的優(yōu)勢,凝聚行業(yè)科技資源,加強與企業(yè)和高等學校、研究院所的聯(lián)系與合作,促進產學研平臺的建設,促進科技成果的快速轉化。起到基礎理論研究與行業(yè)產業(yè)化需求之間承上啟下的橋梁紐帶作用,引領行業(yè)科技發(fā)展,解決國家經濟和社會發(fā)展重大關鍵問題。將走新型工業(yè)化道路、落實科學發(fā)展觀、深化體制改革等精神落實到實處。

(本刊記者)