劉松臣 中鐵房地產(chǎn)集團(tuán)西南有限公司高級(jí)經(jīng)理

我國(guó)二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)到峰值，爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和，這既是我國(guó)履行大國(guó)責(zé)任、推動(dòng)構(gòu)建人類(lèi)命運(yùn)共同體的重要?dú)v史擔(dān)當(dāng)，又是我國(guó)進(jìn)一步加快形成綠色發(fā)展方式和生活方式，大力建設(shè)生態(tài)文明和美麗中國(guó)的重要標(biāo)志和最新舉措[1]。建材行業(yè)是國(guó)內(nèi)碳排放量較大的行業(yè)之一，需要采取強(qiáng)有力措施，大力促進(jìn)碳減排工作，為中國(guó)總體實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)和碳中和目標(biāo)做出貢獻(xiàn)，是建材行業(yè)應(yīng)該履行的責(zé)任和應(yīng)該盡的義務(wù)。

傳統(tǒng)材料在建筑創(chuàng)作中具有一定的局限性，已經(jīng)不能滿(mǎn)足創(chuàng)作的要求，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促使新的材料不斷產(chǎn)生，為建筑創(chuàng)作帶來(lái)更為廣闊的空間。結(jié)合實(shí)際建成的建筑作品，論述了建筑創(chuàng)作中的綠色材料。當(dāng)前從建造過(guò)程中材料的選擇角度，可以將綠色材料分為創(chuàng)新性材料利用、廢舊材料利用和生態(tài)材料利用3個(gè)方向。以下結(jié)合實(shí)際案例，論述建筑創(chuàng)作中的綠色材料的應(yīng)用。

1 創(chuàng)新性材料利用

建筑材料領(lǐng)域的創(chuàng)新一直是建筑師和工程師不斷探索的重點(diǎn)，如混凝土空心磚、加氣混凝土、石膏板、玻璃纖維增強(qiáng)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(lǐng)域的材料用在建筑領(lǐng)域，如紙等。然而，以上都沒(méi)有從根本上改變建筑材料的物理性能，達(dá)到“綠色材料”的要求，直到ETFE 薄膜的出現(xiàn)。ETFE薄膜不僅有很好的節(jié)能效果，還具有良好的藝術(shù)表現(xiàn)，特別是以ETFE 氣枕式膜結(jié)構(gòu)為代表的充氣式膜結(jié)構(gòu)體系，其通透、輕盈、具有可持續(xù)性等特點(diǎn)在眾多建筑材料中大放異彩。

ETFE 材料是20 世紀(jì)70 年代發(fā)明的一種人工氟聚合物，強(qiáng)度非常高，主要作為絕緣材料應(yīng)用在航空工業(yè)領(lǐng)域。其優(yōu)良的透明性、自潔性和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性使其在航海技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。ETFE材料具有質(zhì)輕高強(qiáng)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(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)約了大量鋼材，大大降低整個(gè)建筑的建安成本，節(jié)約社會(huì)資源。ETFE材料具有良好的韌性，抗拉強(qiáng)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(hào)稱(chēng)“軟玻璃”，高透光性可以透射95%左右的太陽(yáng)光。如果在氣枕中使用帶有鍍點(diǎn)的膜，可以對(duì)進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)光量進(jìn)行有效控制，調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度，滿(mǎn)足整個(gè)建筑的需要，減少能源的浪費(fèi)。慕尼黑安聯(lián)球場(chǎng)就使用了ETFE 膜。ETFE 膜能對(duì)紫外線的透過(guò)量進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，滿(mǎn)足不同植物生長(zhǎng)的需求。

ETFE 膜材的著色性非常好，在膜的加工過(guò)程中加入各種可選的顏色，能夠添加建筑師想要表達(dá)的各種顏色，能夠使ETFE 膜材的顏色和外界整體環(huán)境很好的協(xié)調(diào)，如國(guó)家游泳中心水立方，淡藍(lán)色的ETFE膜材就是表達(dá)了“水”的核心主題。整個(gè)建筑魅力無(wú)窮，建筑師最初的設(shè)計(jì)理念得到了淋漓盡致的表達(dá)。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(xué)成分，氟元素具有一定的“拒水性”，耐污染能力強(qiáng)，利用雨水沖刷就能實(shí)現(xiàn)建筑自身的清潔，可以省去建筑的清潔費(fèi)用。ETFE 薄膜是一種綠色環(huán)保材料，能夠?qū)崿F(xiàn)重復(fù)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(zhì)量很輕，運(yùn)輸?shù)某杀颈容^低。ETFE 薄膜有著超強(qiáng)的表現(xiàn)力，自然會(huì)成為建筑師的“寵兒”，使建筑師的設(shè)計(jì)理念具備很大的發(fā)揮空間，利用這種新材料，再結(jié)合新的科技成果和新的技術(shù)手段，能夠塑造出更多個(gè)性鮮明、標(biāo)新立異的建筑。因此，在建筑領(lǐng)域中，ETFE 膜將會(huì)有更大的市場(chǎng)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(shí)會(huì)產(chǎn)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(fù)利用。發(fā)達(dá)國(guó)家在此方面已經(jīng)走在了前列，建筑垃圾的利用率已經(jīng)高達(dá)60%～90%，建筑垃圾原本就是建筑材料，本身就微毒甚至無(wú)毒，簡(jiǎn)單處理后可以再次利用。

著名建筑師王澍對(duì)廢棄磚瓦的利用有著很深的理解，并進(jìn)行了豐富的實(shí)踐。節(jié)儉一直是中華民族的傳統(tǒng)美德。舊房子拆除之后，人們都會(huì)把拆下來(lái)的材料重新利用。王澍潛心研究民居，從傳統(tǒng)建筑中吸收營(yíng)養(yǎng)，瓦爿墻就是他在民居的考察中發(fā)現(xiàn)的一種建構(gòu)方式。瓦爿墻是浙江沿海區(qū)域獨(dú)特的施工工藝，當(dāng)?shù)囟嗯_(tái)風(fēng)氣候，在臺(tái)風(fēng)過(guò)后常引起房屋損壞或倒塌，當(dāng)?shù)厝罕娫跒?zāi)后重建時(shí)采用破碎的磚、瓦進(jìn)行砌筑，形成維護(hù)結(jié)構(gòu)[2]。瓦爿墻的主要材料是廢舊的磚和瓦等廢舊建材，黏結(jié)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(shè)計(jì)五散房時(shí)，首次采用了瓦爿墻結(jié)合混凝土的技術(shù)。在五散房的設(shè)計(jì)取得良好的效果之后，他又將該技術(shù)大膽地運(yùn)用到2004 年設(shè)計(jì)的中國(guó)美術(shù)學(xué)院象山校區(qū)的建造中。該建筑中一共用了將近700 萬(wàn)塊不同時(shí)代的廢舊磚瓦，這些廢舊磚瓦都是從杭州周邊拆房現(xiàn)場(chǎng)搜集而來(lái)的。這些舊磚舊瓦沒(méi)有完全一樣的，規(guī)格、形狀、顏色都完全不同，但上萬(wàn)塊堆疊在一起，立面形成了不同的肌理，整個(gè)建筑更加具有歷史感。經(jīng)過(guò)了這兩次實(shí)踐，瓦爿墻的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，2007 年，王澍將瓦爿墻的技術(shù)運(yùn)用到大型公共建筑中。傳統(tǒng)瓦爿墻的砌筑高度不宜超過(guò)4 m，且強(qiáng)度也有一定局限，但在現(xiàn)代技術(shù)的幫助下，寧波博物館的瓦爿墻運(yùn)用至24 m 高的外墻上，瓦爿墻的厚度相對(duì)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(yè)的從業(yè)者有責(zé)任關(guān)注全球能源與環(huán)境問(wèn)題，秉承可持續(xù)原則，踐行廢舊材料的循環(huán)再利用原則。建筑師、設(shè)計(jì)師是賦予廢舊材料靈魂的關(guān)鍵人物，有社會(huì)責(zé)任感的建筑師對(duì)中國(guó)建筑的現(xiàn)代化之路進(jìn)行了深度觀察與思考，又結(jié)合當(dāng)下中國(guó)建筑的熱潮，將拆除掉的舊磚舊瓦重新利用，建造成有獨(dú)特歷史感的新建筑，印證了廢舊材料的回收利用并在設(shè)計(jì)作品中煥發(fā)光彩的可能性，為更多的低碳設(shè)計(jì)提供借鑒。廢舊材料的可持續(xù)利用是建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)源泉，同時(shí)有助于促進(jìn)整個(gè)社會(huì)的進(jìn)步。

3 生態(tài)材料利用

生態(tài)材料是指在自然界中利用生物圈資源如陽(yáng)光、水和空氣，以及自然生長(zhǎng)的植物材料，例如常見(jiàn)的竹子、稻草、木材、蘆葦、秸稈、紙和樹(shù)皮等。生態(tài)材料能夠就地取材，且施工方便，應(yīng)用于建筑領(lǐng)域已有很長(zhǎng)的歷史。但是在地球環(huán)境不斷惡化的今天，生態(tài)材料的生態(tài)意義更加重要，因此，要更加重視生態(tài)材料的研發(fā)工作，研究生態(tài)材料的生產(chǎn)工藝、力學(xué)性能和建構(gòu)方式。

應(yīng)用生態(tài)材料對(duì)環(huán)境的侵蝕和影響較小，對(duì)于人與自然環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重大的生態(tài)意義。一是生態(tài)材料的主要來(lái)源是可再生生物資源，生產(chǎn)方便，資源轉(zhuǎn)化率高，轉(zhuǎn)化過(guò)程中消耗的資源比較少。二是在生產(chǎn)的過(guò)程中，和生產(chǎn)鋼筋、金屬材料、水泥相比能耗低，會(huì)排放更少的有害氣體，減少對(duì)環(huán)境的污染。低二氧化碳的排放量對(duì)控制溫室效應(yīng)大有益處。三是在使用過(guò)程中，健康無(wú)污染，且具有自我呼吸的功能，本身就能提供高質(zhì)量的室內(nèi)空氣環(huán)境。若建筑本身有良好的通風(fēng)設(shè)計(jì)，則更有利于提高建筑內(nèi)部的空氣質(zhì)量，為建筑的使用者提供一個(gè)良好的空間環(huán)境。四是在終端處理時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)就地處理，節(jié)省垃圾處理的費(fèi)用，最終分解的有機(jī)物還能為土壤提供營(yíng)養(yǎng)。

3.1 竹

竹材作為一種可生長(zhǎng)的生態(tài)材料，在可持續(xù)性、美學(xué)、力學(xué)等多方面具有優(yōu)勢(shì)。竹材的力學(xué)可塑性比木材更強(qiáng)，有良好的韌性，可以創(chuàng)造出多種結(jié)構(gòu)體系，形成更為豐富的建筑形式和空間，已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)建筑材料進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用成為新的課題。中國(guó)是竹的故鄉(xiāng)，竹材作為中國(guó)文化的象征，曾經(jīng)被廣泛應(yīng)用于古代造園中，在當(dāng)今也被建筑師給予了高度重視[3]。

日本建筑師隈研吾在長(zhǎng)城腳下的公社項(xiàng)目中，選擇竹子作為建筑材料，與當(dāng)?shù)氐娜宋沫h(huán)境和地理環(huán)境相融合，使人、竹屋和環(huán)境有機(jī)地結(jié)合在一起，如圖3 所示。

圖3 竹屋

3.2 紙

紙作為結(jié)構(gòu)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(fù)利用，有利于保護(hù)環(huán)境。用在建筑中的紙材更多來(lái)源于木材產(chǎn)業(yè)的加工剩余物和重復(fù)利用的其他相關(guān)紙制品。紙材的可持續(xù)循環(huán)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(jì)60年代，當(dāng)時(shí)許多建筑商就已經(jīng)使用可循環(huán)的紙材。

普利茲克建筑獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)呷毡窘ㄖ熪嗝恢睂?duì)“紙建筑”情有獨(dú)鐘。坂茂對(duì)紙材料的力學(xué)性能和建筑表現(xiàn)力，也是在不斷的探索中予以肯定的。起初是在內(nèi)隔墻、天花板、展臺(tái)等室內(nèi)裝飾上進(jìn)行探索，在此過(guò)程中發(fā)現(xiàn)紙筒的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出想象，之后大膽地用在建筑結(jié)構(gòu)上。迄今為止最大規(guī)模、最輕的紙?jiān)旖ㄖ芹嗝O(shè)計(jì)的2000 年漢諾威世博會(huì)的日本館，并在德國(guó)漢諾威世界博覽會(huì)上獲獎(jiǎng)。坂茂因此被譽(yù)為“材料大王”、綠色建筑師[4]。漢諾威世博會(huì)日本館如圖4 所示。

圖4 漢諾威世博會(huì)日本館

3.3 農(nóng)作物纖維

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

上海世博會(huì)萬(wàn)科館是一個(gè)低碳建筑，被形象地稱(chēng)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(wàn)科館體現(xiàn)了人類(lèi)尊重、欣賞、順從自然的姿態(tài)，是探索建筑與自然和諧相處的典范。上海世博會(huì)萬(wàn)科館如圖5 所示。

圖5 上海世博會(huì)萬(wàn)科館

4 結(jié)語(yǔ)

在建筑創(chuàng)作的過(guò)程中，建筑師應(yīng)該盡量選用具有可循環(huán)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(fā)展模式以不可再生資源為主，需要向綠色能源材料、生態(tài)材料、高效能發(fā)展的全新模式轉(zhuǎn)變，以便大力推動(dòng)建材行業(yè)的碳減排計(jì)劃，早日實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰的目標(biāo)，為我國(guó)能源的可持續(xù)發(fā)展作出積極貢獻(xiàn)。