摘要：分析生態(tài)材料與人造環(huán)境、生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，探討生態(tài)材料在人造環(huán)境的應(yīng)用及其對(duì)人類健康及生態(tài)環(huán)境的潛在影響。提出以全生命周期的視角思考對(duì)材料的選擇，使綠色低碳與功能、經(jīng)濟(jì)、健康、美學(xué)形成良性循環(huán)，在創(chuàng)造健康微觀環(huán)境的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

關(guān)鍵詞：生態(tài)材料 環(huán)境負(fù)荷 低碳 全生命周期

工業(yè)革命以來(lái)出現(xiàn)了人口大爆炸、城市急劇膨脹、消費(fèi)狂潮、全球化等現(xiàn)象，地球環(huán)境面臨越來(lái)越大的壓力，導(dǎo)致資源枯竭、生態(tài)惡化及人類健康惡化三大環(huán)境問(wèn)題（表一）。人造環(huán)境的建設(shè)與使用對(duì)生態(tài)惡化問(wèn)題有直接責(zé)任，城市設(shè)施與建筑、室內(nèi)環(huán)境的建設(shè)所消耗的資源占消耗總量的40%，在引起全球氣候變暖的有害物中有50%是在建筑的建造和使用過(guò)程中產(chǎn)生的。在建筑設(shè)計(jì)，建造和使用過(guò)程中所耗費(fèi)的能源占了能耗總量的三分之一。由于我國(guó)是一個(gè)人口眾多、資源緊張的國(guó)家，在未來(lái)的二三十年仍是工業(yè)化、城市化發(fā)展的高峰階段，如何在人工環(huán)境設(shè)計(jì)與建造、使用的過(guò)程中，提高資源能源利用效率、降低環(huán)境負(fù)荷，是一個(gè)迫切的課題。

一、生態(tài)材料與環(huán)境負(fù)荷

1.生態(tài)材料

生態(tài)材料（Ecomaterials）是指在加工、制造、使用和再生過(guò)程中具有最低環(huán)境負(fù)荷、最大使用功能的人類所需材料，既包括經(jīng)改造后的現(xiàn)有傳統(tǒng)材料也包括新開發(fā)的生態(tài)材料。根據(jù)這個(gè)概念，生態(tài)材料的三大特征是功能性（具備較高使用性能）、舒適性（基于體驗(yàn)的使用感受）及環(huán)境協(xié)調(diào)性（優(yōu)先爭(zhēng)取的目標(biāo)）。材料的功能性及舒適性可在使用中進(jìn)行定性的評(píng)價(jià)，然而環(huán)境協(xié)調(diào)性則牽涉到比較復(fù)雜的問(wèn)題，需經(jīng)過(guò)定量評(píng)價(jià)材料全生命周期中（Life Cycle Assessment）的環(huán)境負(fù)荷，研究材料的環(huán)境問(wèn)題或材料的環(huán)境負(fù)荷值及其特征。在環(huán)境設(shè)計(jì)中對(duì)生態(tài)材料的應(yīng)用則建立在對(duì)環(huán)境負(fù)荷及評(píng)估的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上。

2.環(huán)境負(fù)荷

環(huán)境負(fù)荷是指某一具體材料在其生產(chǎn)、使用、消費(fèi)或再生過(guò)程中耗用的自然資源數(shù)量和能源數(shù)量，以及其向環(huán)境體系排放的各種廢棄物，例如氣態(tài)、固態(tài)和液態(tài)廢棄物之總量。

國(guó)際上對(duì)于環(huán)境負(fù)荷進(jìn)行評(píng)估的主要方法是LCA（Life CycleAssessment），即生命周期評(píng)價(jià)工具。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織在《IS01 4000環(huán)境管理體系》中將其定義為：匯總和評(píng)估一個(gè)產(chǎn)品（或服務(wù)）體系生命期間的所有投入及產(chǎn)出對(duì)環(huán)境造成的和潛在的影響方法。這個(gè)定義反映了LCA的核心原則：即對(duì)貫穿產(chǎn)品生命周期全過(guò)程（從獲取原材料、生產(chǎn)、使用直至最終處置）的環(huán)境因素及其潛在影響的研究。

LCA基本框架由研究目標(biāo)及范圍、編目分析、環(huán)境影響評(píng)估、改進(jìn)評(píng)價(jià)四部分組成。研究目標(biāo)及范圍確定LCA的目的及邊界條件；編目分析確定生命周期內(nèi)各階段資源、能源消耗數(shù)據(jù)及污染物排放數(shù)量；環(huán)境影響評(píng)估根據(jù)編目分析得到的數(shù)據(jù)，對(duì)生命周期的環(huán)境綜合影響作出評(píng)估；環(huán)境改善評(píng)估則根據(jù)壽命期各階段環(huán)境負(fù)擔(dān)，確定可能的改善途徑。

定義目標(biāo)即清楚地界定評(píng)價(jià)對(duì)象，說(shuō)明開展此項(xiàng)LCA的目的和原因，以及研究結(jié)果的可能應(yīng)用領(lǐng)域，即研究結(jié)果的接受者或預(yù)期交流對(duì)象。編目分析的目的是將環(huán)境負(fù)荷定量化，對(duì)某一材料、在其整個(gè)生命周期內(nèi)的能量與原材料需要量，以及對(duì)環(huán)境的排放（包括廢氣、廢水、固體廢棄物及其他環(huán)境釋放物）進(jìn)行以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的客觀量化過(guò)程。該分析評(píng)價(jià)貫穿于產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，即原材料的提取、加工、制造和銷售、使用和用后處理。需要收集的輸入數(shù)據(jù)包括資源和能源的消耗狀況，輸出數(shù)據(jù)則依據(jù)主要因素考慮具體的過(guò)程對(duì)環(huán)境造成的影響。環(huán)境影響評(píng)估對(duì)清查階段所識(shí)別的環(huán)境負(fù)荷進(jìn)行定量或定性的表征評(píng)價(jià)，其目的是根據(jù)清查分析后所提供的物料、能源消耗數(shù)據(jù)以及各種排放數(shù)據(jù)對(duì)產(chǎn)品所造成的環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)估，即采用定量調(diào)查所得的環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)定量分析對(duì)人體健康、生態(tài)環(huán)境、自然環(huán)境的影響及其相互關(guān)系。影響分析是LCA的核心內(nèi)容，也是難度最大的部分，一般將數(shù)據(jù)收集起來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括：資源消耗、水污染、大氣污染、固體污染、環(huán)境商值EQ。

LCA的早期實(shí)踐是針對(duì)單個(gè)的產(chǎn)品的研究，比如可口可樂(lè)瓶就是通過(guò)LCA的研究決定用塑料瓶代替?zhèn)鹘y(tǒng)的玻璃瓶。在過(guò)去的10年中，通過(guò)實(shí)施ISO 14000國(guó)際環(huán)境管理標(biāo)準(zhǔn)，LCA的應(yīng)用已遍及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面。到目前為止，LEA已經(jīng)應(yīng)用在鋼鐵、有色金屬、水泥、塑料、玻璃等建材領(lǐng)域。

二、環(huán)境負(fù)荷趨零思維

開展LCA是一項(xiàng)非常復(fù)雜、耗時(shí)甚至昂貴的活動(dòng)。在環(huán)境設(shè)計(jì)中應(yīng)用LCA的方法，首先要建立對(duì)建材的LCA評(píng)價(jià)體系以及生態(tài)建材標(biāo)志制度，在此基礎(chǔ)上普及生態(tài)材料的知識(shí)。歐美等主要發(fā)達(dá)國(guó)家的綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建材的環(huán)境負(fù)荷按照建筑生命周期來(lái)衡量。歐洲已經(jīng)建立森林認(rèn)證制度（FSC），指導(dǎo)林產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用；德國(guó)早在1978年就開始已經(jīng)建立藍(lán)天使認(rèn)證標(biāo)志，將環(huán)保標(biāo)章當(dāng)作是一個(gè)環(huán)境政策的市場(chǎng)導(dǎo)向工具，鼓勵(lì)制造者發(fā)展和供應(yīng)不會(huì)破壞環(huán)境的產(chǎn)品、引導(dǎo)消費(fèi)者購(gòu)買對(duì)環(huán)境沖擊小的產(chǎn)品。德國(guó)的綠色建筑評(píng)價(jià)體系DGNB“完全量化考察運(yùn)營(yíng)和建筑材料生產(chǎn)過(guò)程能耗及碳排放造成的環(huán)境影響”；英國(guó)的綠色建筑評(píng)價(jià)體系BREEAM則建立材料數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)1500多種材料及產(chǎn)品環(huán)境影響量化分析，并且選用不同等級(jí)的材料，其得分也不同；日本的CASBEE體系則需要計(jì)算建筑材料總含能和碳排放，以建筑材料的含能和碳排放為基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)材料的循環(huán)利用率和再利用率。中國(guó)于2013年伊始發(fā)布由發(fā)改委及住建部制定的《綠色建筑行動(dòng)方案》，該方案提出要大力發(fā)展綠色建材，編制綠色建材產(chǎn)品目錄?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，在大數(shù)據(jù)時(shí)代，較全面的生態(tài)材料LcA評(píng)價(jià)將成為現(xiàn)實(shí)。在我國(guó)的生態(tài)材料環(huán)境標(biāo)志制度未完善前，LCA的思維方法對(duì)環(huán)境設(shè)計(jì)實(shí)踐仍具有啟發(fā)意義。

基于LCA的生態(tài)材料環(huán)境負(fù)荷評(píng)價(jià)，其基本思想是從全生命周期的角度出發(fā)，考量材料對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，這些影響包括“消耗”和“污染”。從環(huán)境設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，就是要實(shí)現(xiàn)“最低的消耗、最少的污染”的人造環(huán)境。污染會(huì)造成環(huán)境負(fù)荷這個(gè)容易理解，它與地球生態(tài)及人類可持續(xù)發(fā)展關(guān)系密切；消耗會(huì)對(duì)環(huán)境造成負(fù)荷，是因?yàn)槟承┎豢稍偕把h(huán)利用的材料或能源，一旦耗竭，可能會(huì)威脅地球生態(tài)系統(tǒng)，最終累及人類未來(lái)生存。環(huán)境設(shè)計(jì)與建造是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，美學(xué)的追求始終是人類的天性，經(jīng)濟(jì)因素則影響人們對(duì)材料及技術(shù)的選擇，一旦生態(tài)材料及技術(shù)過(guò)于昂貴，長(zhǎng)期效益無(wú)法彌補(bǔ)由于采取生態(tài)材料及技術(shù)而增加的投資，則無(wú)法真正推廣生態(tài)設(shè)設(shè)計(jì)。因此“極少主義美學(xué)”融合“極低環(huán)境負(fù)荷”不失為一條解決問(wèn)題的思路。通過(guò)“趨零思維”，減少材料的使用，或者使用循環(huán)利用材料及可再生材料，實(shí)行建筑與空間一體化設(shè)計(jì)。高技術(shù)的使用在建設(shè)階段可能會(huì)增加費(fèi)用，但是從長(zhǎng)期維護(hù)和使用來(lái)說(shuō)會(huì)減少費(fèi)用，因此可以取得相對(duì)平衡。

從LcA出發(fā)考慮的環(huán)境設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)師具備更加完善的知識(shí)結(jié)構(gòu)，更強(qiáng)的跨學(xué)科整合能力。比如說(shuō)考察建筑材料的環(huán)境負(fù)荷時(shí)，不僅要考慮這個(gè)材料是否可再生，還要考慮這個(gè)材料從采集、運(yùn)輸、加工、組裝、再利用等整個(gè)循環(huán)鏈條的對(duì)能源的消耗以及產(chǎn)生的碳排放。竹子材料本身是非常好的可再生材料，但是竹材膠合板相對(duì)于普通的木質(zhì)膠合板來(lái)說(shuō)，如果其加工的程序更加多、使用的粘合劑更多，從碳排放的角度來(lái)說(shuō)，它未必是最環(huán)保的，但是原竹就不一樣了。另外，像歐洲這些國(guó)家遠(yuǎn)離竹材原產(chǎn)區(qū)，大量進(jìn)口竹材產(chǎn)品也未必環(huán)保。美國(guó)LEED（Leadership in Energy and Environment Design，能源與環(huán)境設(shè)計(jì)評(píng)估體系）中有一條例是關(guān)于建筑原材料的來(lái)源：“在所用的所有建筑材料和第12類（家具）材料及產(chǎn)品中，至少20%是在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)半徑500英里范圍內(nèi)制造?！碑?dāng)今設(shè)計(jì)師面臨的最大可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)就是，如何了解所選用的產(chǎn)品對(duì)能源利用、環(huán)境和人類健康的真實(shí)影響。

三、案例分析

環(huán)境負(fù)荷趨零思維下的設(shè)計(jì)實(shí)踐，可能會(huì)呈現(xiàn)出如下的特點(diǎn)：①建筑室內(nèi)一體化，室內(nèi)設(shè)計(jì)重裝飾輕裝修：當(dāng)代社會(huì)奢靡之風(fēng)盛行，室內(nèi)空間往往過(guò)度設(shè)計(jì)，在原始的建筑界面上層層疊疊的添加裝修的材料。很多人認(rèn)為設(shè)計(jì)就是做造型，于是各種各樣的奇形怪狀的造型被創(chuàng)造出來(lái)，隨著更新又被拋棄，造成巨大的浪費(fèi)。考慮環(huán)境負(fù)荷的設(shè)計(jì)應(yīng)該是以結(jié)構(gòu)本身作為美學(xué)對(duì)象，設(shè)計(jì)融合功能與美學(xué)的結(jié)構(gòu)。如果已經(jīng)具備良好的結(jié)構(gòu)條件，應(yīng)該盡量通過(guò)“輕裝飾”的做法去進(jìn)行空間的設(shè)計(jì)，當(dāng)空間需要改造時(shí)不會(huì)產(chǎn)生太多的垃圾，同時(shí)舊物也能再續(xù)利用。②在無(wú)法避免的情況下，盡量使用就近生產(chǎn)的可再生材料、可循環(huán)材料?？稍偕ㄖ牧现饕静?、竹材、藤材等天然材料?？裳h(huán)材料則包括金屬、玻璃、木材、竹材、塑料等。就近生產(chǎn)的材料可以減少由于運(yùn)輸因素而造成的能源使用，間接減少污染排放。③充分利用自然的資源，比如陽(yáng)光、水、風(fēng)等。利用陽(yáng)光進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電，利用陽(yáng)光進(jìn)行室內(nèi)的照明；收集雨水用作家庭衛(wèi)生用水、園林灌溉用水等，節(jié)約水資源；風(fēng)能的利用可以為建筑內(nèi)部提供新風(fēng)以及降溫，減少空調(diào)的使用。

關(guān)于環(huán)境負(fù)荷趨零思維的設(shè)計(jì)實(shí)踐，已有一些成功的案例。比如英國(guó)建筑師約翰一克里斯托夫斯伯在明翰內(nèi)城巴薩爾希斯區(qū)建造的“零碳住宅”，獲得了CSH（“可持續(xù)住宅法案”code fo rSustainableHomes，）的六星，也就是最高等級(jí)。建筑師改造了一幢維--多利亞時(shí)代的紅磚住宅，使其實(shí)現(xiàn)“零碳能源”的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)“零碳裝飾”?；痉椒ㄊ牵孩俨鸪吣芎脑O(shè)備，采用低能耗設(shè)備：拆除了散熱器、煤氣爐、壁爐、大部分燈具等耗能設(shè)備、無(wú)隔熱效果的普通窗戶、無(wú)法達(dá)到節(jié)水效果的設(shè)備等。留下了去除濕氣的干燥系統(tǒng)以及壁爐，壁爐取暖用的木材來(lái)自后院的白蠟樹，而燃燒白蠟樹所產(chǎn)生的二氧化碳全數(shù)被后院的白蠟樹吸收。②改造建筑的維護(hù)結(jié)構(gòu)，改善供曖功能：保存了老磚房原有的紅磚外墻，在老磚房的屋頂和墻面內(nèi)嵌入了加強(qiáng)型隔熱材料，使房子內(nèi)的熱氣不易散發(fā)出去。利用從冰箱、洗衣機(jī)、電磁爐、電燈、電腦等設(shè)備中產(chǎn)生的廢熱，外加從窗戶中折射進(jìn)來(lái)的陽(yáng)光，滿足了整棟房子的供暖需求。在隔熱方面，新房頂和新墻面的隔熱能力是原有的20倍?，F(xiàn)有窗戶采用三玻窗，隔熱性是原有窗戶的12倍。在封閉性方面，目前房子的密封度是原來(lái)的28倍，保留了建筑材料的水汽滲透性，以防水汽凝結(jié)。保存了熱氣與冷氣，使房子冬曖夏涼。③巧妙的自然光照明，降低對(duì)電能的消耗：整棟房子采用了足夠數(shù)量的天窗，從中透入的自然光可以讓整棟房子里保持充足的明亮光線。墻面與墻面之間的交界處預(yù)留了幾個(gè)出口，在這些地方裝上鏡面。通過(guò)擺設(shè)在各個(gè)角落里的鏡面，形成一道道折射曲線。這些折射曲線產(chǎn)生了戲劇般的效果：日光從屋外引入了房子的所有地方。自然光的應(yīng)用，確保了整棟房子的耗電N處于極低的數(shù)量。④太陽(yáng)能發(fā)電連接國(guó)家電網(wǎng)：房頂上密密麻麻地鋪設(shè)著太陽(yáng)能Pv板，其高度、坡度和方向均依照建筑方位和周邊環(huán)境進(jìn)行設(shè)定，整棟房屋就像一朵向日葵，這些太陽(yáng)能板直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能。建筑的供電系統(tǒng)連接著國(guó)家電網(wǎng)，因此電能成了可儲(chǔ)存的東西。國(guó)家電網(wǎng)就如同一個(gè)巨大的蓄電池，調(diào)節(jié)著建筑的用電量。這些太陽(yáng)能板一年產(chǎn)生的電量是實(shí)際用電量的1.5倍。這些太陽(yáng)能板除了滿足整座房子的用電需求外，還能為國(guó)家電網(wǎng)帶來(lái)一些額外的電能。⑤雨水收集再利用，節(jié)約水資源：在二層樓屋頂上安置了數(shù)個(gè)大水槽承接雨水，雨水通過(guò)遍布房間的管道流入地下室的水箱。雨水直接供應(yīng)到廁所儲(chǔ)水箱，提供洗衣機(jī)用水以及廚房用水。建筑保留了一個(gè)傳統(tǒng)的凈水電源，經(jīng)過(guò)凈化后的雨水可以提供日常飲用水，而英國(guó)充沛的雨水足以滿足一家人的用水需求。⑥所有裝飾材料均采用廢棄建材：廚房吧臺(tái)由回收玻璃制成，餐桌是一個(gè)舊的廣告牌等等。大小細(xì)節(jié)無(wú)一不體現(xiàn)著節(jié)能環(huán)保這一理念。盡管這些材料都是二手的，但整體設(shè)計(jì)卻并不顯得單調(diào)乏味，到處體現(xiàn)出簡(jiǎn)約和摩登。

該建筑改造滿足了CSH的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了“相對(duì)零碳”。但是該建筑的改造費(fèi)用高達(dá)35萬(wàn)英鎊，如此昂貴的改造要推廣尚需時(shí)日。在方案設(shè)計(jì)的層面，需要融合“功能、經(jīng)濟(jì)、美觀、健康”這些基本特性，才能讓低碳設(shè)計(jì)產(chǎn)生更大的說(shuō)服力，才有推廣的可能。用低碳作為思考出發(fā)點(diǎn)，可以使功能更加合理，通過(guò)低碳美學(xué)的應(yīng)用，可以創(chuàng)造低碳且令人喻悅的空間，低碳也可以促進(jìn)室內(nèi)微觀環(huán)境的保護(hù)。低碳設(shè)計(jì)相當(dāng)重要的問(wèn)題在于經(jīng)濟(jì)的效益一一如果能通過(guò)低碳的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)省投資或使投資分布更加合理，將使低碳設(shè)計(jì)更加容易推廣。

四、結(jié)語(yǔ)

要在未來(lái)的設(shè)計(jì)中推廣綠色理念，必須依靠由上而下的政策及標(biāo)準(zhǔn)的建立，引導(dǎo)綠色建材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。對(duì)于設(shè)計(jì)師和投資者來(lái)說(shuō)，材料是否“綠色”，只能依靠產(chǎn)品標(biāo)志，目前市場(chǎng)上關(guān)于建筑材料的環(huán)境標(biāo)志比較混亂，普通民眾無(wú)從辨別。另外，設(shè)計(jì)師是應(yīng)用綠色建材的關(guān)鍵角色，然而設(shè)計(jì)教育側(cè)重于功能和藝術(shù)形態(tài)的訓(xùn)練，對(duì)于生態(tài)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、法律法規(guī)等方面的知識(shí)普及仍存在不足，導(dǎo)致出現(xiàn)大量形式夸張卻不考慮環(huán)境影響的設(shè)計(jì)作品。大學(xué)對(duì)于設(shè)計(jì)的教育應(yīng)該更綜合，強(qiáng)調(diào)科學(xué)與藝術(shù)的結(jié)合。民眾的生態(tài)意識(shí)也有待提高，就算建立了綠色材料的標(biāo)準(zhǔn)和等級(jí)，如果僅依賴于業(yè)主和設(shè)計(jì)師的環(huán)境覺(jué)悟，難以推廣和落實(shí)。環(huán)境負(fù)荷關(guān)注材料的使用對(duì)地球生態(tài)的影響，然而對(duì)投資者和設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，無(wú)法建立一種直觀的認(rèn)知一一使用某些材料會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成何種影響？這種影響不可預(yù)見(jiàn)、難以量化，也沒(méi)有責(zé)任限制。對(duì)地球生態(tài)利益來(lái)說(shuō)，最好人類停止發(fā)展；對(duì)于單體建筑環(huán)境的利益來(lái)說(shuō)，人們關(guān)注的焦點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)、健康、美學(xué)、功能等問(wèn)題。人工環(huán)境的建造及使用對(duì)地球生態(tài)的影響是一種宏觀的、集合的、長(zhǎng)期的過(guò)程，要普及一種關(guān)注生態(tài)的設(shè)計(jì)和建造思想，需要從普及教育、公共意識(shí)、政策法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)等方面展開長(zhǎng)期、深入的研究，從而建立一種生態(tài)的文明。