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建筑材料在建筑表皮的作用論文
1建筑材料在建筑表皮中的生態(tài)運(yùn)用現(xiàn)狀
相關(guān)理論研究越來越多，一些建筑師在嘗試把理論應(yīng)用于實(shí)踐。比如在世博會(huì)中，中國建筑師自行設(shè)計(jì)的形態(tài)各樣的展館就充分考慮了建筑材料在建筑表皮中的生態(tài)運(yùn)用。
2建筑材料的生態(tài)選擇
建筑的核心構(gòu)成要素是建筑材料，要想使建筑具有生態(tài)性，在選擇建筑材料時(shí)也應(yīng)注重選擇環(huán)保生態(tài)的建筑材料、做到在建筑過程中減少材料的使用。
2.1生態(tài)建筑材料及選擇
生態(tài)建筑材料也叫綠色建筑材料或環(huán)保建筑材料等。生態(tài)建筑材料是指采用清潔生產(chǎn)技術(shù)、少用天然資源和能源、大量使用工業(yè)或城市固態(tài)廢棄物生產(chǎn)的無毒害、無污染、無放射性、有利于環(huán)境保護(hù)和人體健康的建筑材料［1］。通過系列操作制成的生態(tài)建筑材料有以下特性:①在生產(chǎn)、使用過程中能夠盡量做到對(duì)自然資源的節(jié)約，避免污染，同時(shí)也不會(huì)釋放有毒有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境造成破壞。②符合建筑設(shè)計(jì)對(duì)建筑材料的力學(xué)和性能要求，既保證使用壽命又能在使用壽命結(jié)束的后續(xù)處理中可循環(huán)利用。③生態(tài)建筑材料符合人們的審美需要和與環(huán)境的融洽，能給人們營造一個(gè)溫馨的、與環(huán)境融為一體的生存環(huán)境。
2.2建筑過程中減少材料的使用
在建筑的過程中應(yīng)盡量減少對(duì)材料的應(yīng)用，在建筑的規(guī)模上盡量做到適中。不盲目求高求大，做到與環(huán)境的協(xié)同一致，達(dá)到減少建筑材料使用的目的。在建筑過程中應(yīng)充分考慮建筑材料的有效利用，避免不必要的浪費(fèi)，同時(shí)應(yīng)考慮材料的耐受性和使用壽命，盡量選擇與建筑物設(shè)計(jì)壽命相應(yīng)的建筑材料。在建筑設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮建筑到達(dá)使用壽命后，這些建筑材料的無公害銷毀或重復(fù)利用問題。
3建筑材料在建筑表皮運(yùn)用的生態(tài)學(xué)原則
生態(tài)學(xué)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)給建筑表皮提出新的要求，建筑表皮除了應(yīng)具備防寒保暖功能之外必須具備更多的功能，比如通過采光獲取能量的功能、從視覺上具有審美的要求、從可持續(xù)性上講，有利于循環(huán)利用的特點(diǎn)。建筑表皮作為整個(gè)建筑的一部分，其基本功能是適應(yīng)外界光照溫度的變換，但是今天的建筑理念發(fā)生了很大變化，人們把建筑表皮作為與環(huán)境融合的一部分，考慮其美觀、環(huán)保，對(duì)其賦予了更多的期許和意義。為此建筑師應(yīng)該把建筑表皮放在生態(tài)學(xué)的視野下重新考慮其材料的選擇、構(gòu)造等問題。
3.1可循環(huán)使用的建造材料
在傳統(tǒng)的建筑體系中，建筑材料的使用生命是原料加工成材料，應(yīng)用后成為廢料，是一種不可再生、也是不可循環(huán)的單向流動(dòng)模式。在生態(tài)學(xué)的視野下理解建筑材料地使用壽命，具有與傳統(tǒng)不同的特點(diǎn)。在生態(tài)學(xué)視野下借助物質(zhì)循環(huán)和能量多級(jí)利用的特點(diǎn)，建筑材料具有原料加工成建筑材料、應(yīng)用后再作為原材料重復(fù)利用的特點(diǎn)，避免建筑垃圾大量產(chǎn)生，降低了環(huán)境污染。通過可循環(huán)地使用建筑材料，也能對(duì)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境減少破壞，達(dá)到保護(hù)生態(tài)的目的，因此在建筑的過程中應(yīng)提倡使用當(dāng)?shù)氐脑牧�，并注重其物質(zhì)循環(huán)性［2］。建筑表皮的材料除了滿足可循環(huán)利用要求之外，同樣也應(yīng)能滿足最基本的適應(yīng)氣候，給人創(chuàng)造舒適環(huán)境的能力。比如J赫爾佐格設(shè)計(jì)的多米尼葡萄酒廠，就是這一理念的典型代表。他在表皮設(shè)計(jì)時(shí)改變傳統(tǒng)的磚塊和混凝土外形，而采用當(dāng)?shù)仉S處可見的石塊作為表皮材料，充分利用了石塊的吸熱性能和玻璃的保溫性能，使這一表層設(shè)計(jì)做到白天吸熱，晚上放熱，這正好與沙漠干熱氣候的溫度波幅變化相反。通過建筑的巧妙設(shè)計(jì)和當(dāng)?shù)厣衬鞙夭畲筇攸c(diǎn)的結(jié)合，降低了地域氣候晝夜溫差大增加的建筑能耗。可以預(yù)見，當(dāng)多米尼葡萄酒廠結(jié)束使用的時(shí)候，表皮材料中的石塊能回歸自然或重復(fù)利用。
3.2開發(fā)能夠推廣普及的技術(shù)
建筑表層除了具備防雨防風(fēng)的基本功能外，也應(yīng)具有調(diào)節(jié)光照的特點(diǎn)。我們每天都接觸到光照，光照通過建筑表層對(duì)人們的舒適度產(chǎn)生影響，因此在生態(tài)學(xué)視野下的建筑表層設(shè)計(jì)應(yīng)考慮對(duì)光熱進(jìn)出建筑空間的多少，利用建筑表皮進(jìn)行適度調(diào)節(jié)。當(dāng)然在調(diào)節(jié)光熱的過程中需要采用一定的技術(shù)，而技術(shù)有科技水平高的也有水平低的，有復(fù)雜的也有簡單的，技術(shù)的選擇是和經(jīng)濟(jì)水平分不開的。在技術(shù)地使用過程中，需要考慮當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)和技術(shù)條件，開發(fā)出適應(yīng)當(dāng)?shù)氐�、能夠推廣普及的技術(shù)。既然能夠推廣普及的技術(shù)是建立在一定的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)上，它就要求不是脫離實(shí)際的一味追求高科技，它既有先進(jìn)理論的指導(dǎo)又與當(dāng)?shù)氐臈l件相適應(yīng)，最終達(dá)到綜合效益的實(shí)現(xiàn)。我國在開發(fā)能夠推廣普及的技術(shù)上具有一定的優(yōu)勢，當(dāng)前我國既有經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，具備一定的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和一定規(guī)模的建筑專家，同時(shí)我國又有幾千年的建筑歷史，從歷史中也能吸收一些傳統(tǒng)技術(shù)，把這些條件經(jīng)過綜合創(chuàng)造，應(yīng)該能開發(fā)出能夠推廣普及的技術(shù)。通過把能夠推廣普及的技術(shù)用于建筑的表皮設(shè)計(jì)中，使生態(tài)表皮更具備現(xiàn)實(shí)可行性。比如我國吸收傳統(tǒng)窗戶的設(shè)計(jì)，在窗戶外側(cè)設(shè)計(jì)一個(gè)百葉窗，能夠自由地開啟和關(guān)閉，當(dāng)夏天天氣炎熱、光照太強(qiáng)時(shí)，可以把百葉窗合起來，起到遮蔭的效果;當(dāng)冬天天氣寒冷時(shí)，可以把百葉窗打開，以獲得溫暖的陽光。百葉窗簡單地一開一合，就能實(shí)現(xiàn)冬夏對(duì)光熱的不同需求，達(dá)到與高科技同樣的效果。
3.3構(gòu)建多樣化復(fù)合表皮
隨著人們生活水平的提高，對(duì)生活品質(zhì)的要求越來越高，有必要構(gòu)建多樣化的復(fù)合表層，滿足人們不同的需求。比如對(duì)能源的需求越來越大，可以在建筑表皮安裝太陽能電池板，既能滿足人們對(duì)清潔能源的需要、減輕國家的能源負(fù)擔(dān)，又能對(duì)室內(nèi)光熱條件起到調(diào)節(jié)作用。如全國首個(gè)墻體式太陽能中央熱水系統(tǒng)———梅山苑太陽能熱水系統(tǒng)工程，建筑師在西立面墻上懸掛了四種太陽能集熱器，用以收集西曬的太陽光，令其轉(zhuǎn)化為可使用的熱能，為176戶居民全天候提供55～60℃的熱水。這套供熱系統(tǒng)配有空氣源熱泵，如遇到連陰天，太陽能集熱器將自動(dòng)切換為電能供能，使系統(tǒng)正常供熱。而空氣源熱泵也屬于綠色環(huán)保技術(shù)，在加熱水方面，能使一度電發(fā)揮出相當(dāng)于4度電的功效，取得了較好效果。由于城市綠化面積的減少和人們想親近大自然形成了尖銳的矛盾，可以考慮在建筑表皮的設(shè)計(jì)時(shí)利用生物學(xué)方面的技術(shù)。有句話叫“大樹底下好乘涼”，這充分說明植物具有明顯的遮蔭功能，因此可以在建筑的表皮上構(gòu)建一個(gè)植物層，既能滿足人們的審美需求又能滿足遮蔭要求。植物的遮蔭原理和其他物體遮蔭是不同的，植物遮蔭一方面利用植物自身的蒸騰作用，把照射到自身的太陽能通過水分的蒸發(fā)，使熱量散發(fā)出去，同時(shí)自己又能進(jìn)行光合作用，利用一部分太陽能。通過植物的雙重作用，植物自身的溫度并沒有升高，所以建筑表皮的溫度也不會(huì)太高。我國在這方面具有傳統(tǒng)優(yōu)勢，現(xiàn)在在許多地方，人們通過在房前屋后種植爬山虎等各種植物就實(shí)現(xiàn)了遮蔭的作用。在建筑表皮上構(gòu)建綠化表皮，植物的生長周期恰巧和光照強(qiáng)弱的周期同步進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了建筑與自然的和諧統(tǒng)一，不僅讓人們欣賞了自然風(fēng)光，也讓人們感受到歲月的流轉(zhuǎn)，一舉多得［3］。
3.4注重藝術(shù)和技術(shù)相結(jié)合
建筑本身既是一門技術(shù)也是一門藝術(shù)，建筑的表皮設(shè)計(jì)也滿足上述特點(diǎn)。材料的藝術(shù)性主要表現(xiàn)為材料的美學(xué)價(jià)值，通過材料的顏色、形態(tài)等表現(xiàn)，給人以美的視覺享受，滿足人們對(duì)建筑的審美需要。材料的技術(shù)性主要表現(xiàn)在對(duì)材料進(jìn)行力學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)等諸多方面的分析應(yīng)用上，達(dá)到高質(zhì)量的建筑質(zhì)量要求。建筑表皮本身只考慮藝術(shù)性，而不考慮技術(shù)性的話，必然造成華而不實(shí)的建筑次品。因?yàn)槿绻粋�(gè)建筑外觀漂亮，但是達(dá)不到質(zhì)量要求，又有誰會(huì)推崇其為偉大的建筑呢?同樣，如果建筑表皮本身只考慮技術(shù)性，而不考慮藝術(shù)性，必然造成建筑缺乏靈性，顯得呆板和毫無情趣。只有藝術(shù)和技術(shù)的完美結(jié)合才能產(chǎn)生優(yōu)秀的建筑作品，使其從物料的角度看是一個(gè)堅(jiān)固的建筑，從藝術(shù)角度看又是一個(gè)漂亮的藝術(shù)作品，比如上海世博會(huì)中的波蘭館就是設(shè)計(jì)師利用膠合板的堅(jiān)固和便于加工特性，結(jié)合剪紙藝術(shù)創(chuàng)造出的一座美麗的建筑作品。
3.5利用本土化的建筑材料
建筑作為一種物料，存在形式凝結(jié)著設(shè)計(jì)者的技術(shù)和文化信仰，因此建筑一方面是一種物質(zhì)體現(xiàn)，另一方面也是一種文化體現(xiàn)。一個(gè)區(qū)域內(nèi)的建筑風(fēng)格也反應(yīng)一個(gè)區(qū)域的文化特征。有些建筑師的設(shè)計(jì)理念注重人文生態(tài)，建筑材料的選擇上大多取材于當(dāng)?shù)亍２牧系木偷厝〔�，一方面降低了運(yùn)輸成本，避免不必要的浪費(fèi)，也符合生態(tài)建筑材料選擇的要求;另一方面，就地取材也能凸顯當(dāng)?shù)氐娜宋奶卣�，這種風(fēng)格的設(shè)計(jì)作品就會(huì)增加建筑的藝術(shù)性和個(gè)性，避免建筑風(fēng)格的千篇一律。建筑大師張錦秋設(shè)計(jì)的敦煌國際大酒店就充分考慮了當(dāng)?shù)氐奈幕厣员憩F(xiàn)地方文化特色為主，并結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)。以多處弧形實(shí)體與空間及抽象化的重樓、月牙形水池來表現(xiàn)沙漠、莫高窟、月牙泉的流暢、渾厚、質(zhì)樸的風(fēng)格［4］建造成敦煌的標(biāo)志建筑。
4建筑材料在建筑表皮設(shè)計(jì)的生態(tài)策略
4.1自然采光
太陽光作為一種自然光源，本身是一種清潔無污染的能源，對(duì)太陽光的利用是最經(jīng)濟(jì)、最環(huán)保和能重復(fù)利用的能源利用形態(tài)，因此對(duì)建筑表皮的設(shè)計(jì)一定要充分考慮采用自然光。在建造表皮的設(shè)計(jì)過程中，一般采用堅(jiān)硬的墻體和玻璃或透光膜，做到有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自然光能從建筑的頂部、側(cè)面投射進(jìn)來，太陽光在一天的變化中也能給建筑帶來一定的生機(jī)和靈性。比如我國北京奧運(yùn)會(huì)體育場館鳥巢，就充分考慮了對(duì)自然光的應(yīng)用:體育場的骨架由各種組件相互連接、相互支撐，形成復(fù)雜而有規(guī)律的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，從遠(yuǎn)處看就像許多樹枝搭建的一個(gè)巨大鳥巢，其銀色的鋼網(wǎng)外面覆蓋著透明的膜性材料，使白天能夠從四面八方把自然光投射進(jìn)來，采集到充足的自然光。
4.2自然通風(fēng)
建筑物內(nèi)如果沒有風(fēng)的流動(dòng)，會(huì)造成空氣的不流通，使人產(chǎn)生憋悶的感覺。自然風(fēng)對(duì)人體是最適合的，因此要選用合理的建筑材料，進(jìn)行自然通風(fēng)。自然通風(fēng)的設(shè)計(jì)要考慮到自然風(fēng)壓、內(nèi)外溫差，這些條件的形成都需要恰當(dāng)?shù)慕ㄖ牧虾徒ㄖ砥ね庑�，比如現(xiàn)在各種寫字辦公樓的窗戶都通過恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，保障自然通風(fēng)。法蘭克福商業(yè)銀行總部利用了“煙囪效應(yīng)”的原理，把建筑設(shè)計(jì)成以三角平面為單位的層層上旋的漸進(jìn)上升過程，這樣的設(shè)計(jì)可以促使風(fēng)從不同的側(cè)面吹入大樓內(nèi)部，為辦公室的各個(gè)角落帶來自然空氣，讓工作人員體會(huì)到舒服和自然［5］。
4.3保溫放熱
建筑為了形成舒適的環(huán)境，應(yīng)該具有保溫放熱功能。建筑內(nèi)部通過建筑表皮既能從外部獲得熱能，也能從內(nèi)部放出熱能，因此建筑表皮擔(dān)負(fù)著調(diào)控?zé)崃苛鲃?dòng)的作用。要想讓建筑表皮更好的肩負(fù)這個(gè)功能，必須選擇合理的建筑材料用于表皮的構(gòu)建。由于夏季光照強(qiáng)烈，需要利用建筑表皮進(jìn)行防熱處理。自然防熱處理的基本策略是，減少或避免太陽的直接照射或強(qiáng)烈輻射，同時(shí)加強(qiáng)自然通風(fēng)。由于冬季光照較弱，室內(nèi)外的溫差較大，室內(nèi)熱能容易散失，保溫的基本策略是盡量最大化的接受太陽光，防止內(nèi)外的空氣流通。玻璃在建筑表皮設(shè)計(jì)的保溫防熱用途中最普遍，窗戶采用雙層玻璃，在冬天可以阻斷熱量的散失，在夏天建筑表皮外圍安裝百葉窗等，在可以遮蔭的同時(shí)，玻璃能也能阻斷室內(nèi)空調(diào)形成的冷氣和外界的交流。這一技術(shù)已經(jīng)在許多建筑中得到應(yīng)用，比如德國博覽會(huì)公司辦公大樓，其設(shè)計(jì)手法包括:外立面玻璃幕墻對(duì)高層高速氣流的屏蔽;內(nèi)側(cè)推拉窗與百葉窗組合，形成冷熱氣流的緩沖，并能夠吸收新鮮空氣;結(jié)構(gòu)柱設(shè)在緩沖層內(nèi)，各種配套設(shè)施集中在豎向管線中，使得室內(nèi)空間利用效率增大［6］。
4.4適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂?/p>
各個(gè)地方都有自己獨(dú)特的氣候特點(diǎn)，生態(tài)學(xué)中有一條原理，生物應(yīng)與環(huán)境相適應(yīng)，適應(yīng)環(huán)境的才能得到更好的生存，不適應(yīng)環(huán)境的將被環(huán)境淘汰。因此在生態(tài)學(xué)的視野下審視建筑表皮的材料選擇，也應(yīng)該和環(huán)境保持一致，只有和環(huán)境保持一致的建筑表皮才能延長建筑材料的使用壽命，也會(huì)延長建筑的生命周期。如果建筑表皮的材料選擇不與環(huán)境保持一致，就會(huì)減少建筑材料的使用壽命，也會(huì)有損建筑的生命周期。比如武漢市屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，夏季溫度較高，有“火爐”之稱，冬季溫度低風(fēng)速大，年平均氣溫高，武漢美術(shù)館為了與當(dāng)?shù)丨h(huán)境相適應(yīng)，建筑節(jié)能的重點(diǎn)在于中庭的上部利用玻璃覆蓋，在冬季，由于玻璃能形成溫室效益，可保存熱量，同時(shí)也能起到獲得自然光的作用;在夏天，阻斷太陽光的大量進(jìn)入，避免室內(nèi)溫度過高，增加空調(diào)負(fù)荷，增加能耗。
5結(jié)語
隨著我國城市化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，我國的建筑行業(yè)獲得飛速發(fā)展，無數(shù)的建筑研究者對(duì)建筑材料的性質(zhì)和應(yīng)用積累了豐富的材料，同時(shí)外國建筑理念的傳入，使我國的建筑師越來越重視建筑表皮的生態(tài)應(yīng)用。建筑表皮的生態(tài)應(yīng)用，首先就是建筑材料的生態(tài)選擇，在選擇建筑材料時(shí)，應(yīng)考慮選擇生態(tài)化的建筑材料，建筑過程中應(yīng)減少材料的使用。在選擇建筑材料用于建筑表皮的生態(tài)學(xué)運(yùn)用時(shí)，要遵守一定的原則，比如采用可循環(huán)使用的建造材料，這能對(duì)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境減少破壞，保護(hù)生態(tài);開發(fā)能夠推廣普及的技術(shù)，不會(huì)脫離實(shí)際，最終達(dá)到綜合效益的實(shí)現(xiàn);構(gòu)建多樣化復(fù)合表皮，滿足人們不同的需求;注重藝術(shù)和技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生優(yōu)秀的建筑作品;利用本土化的建筑材料，使建筑實(shí)現(xiàn)人文生態(tài)的特點(diǎn)，增加建筑的藝術(shù)性和個(gè)性，避免建筑風(fēng)格的千篇一律。建筑材料在建筑表皮的生態(tài)化設(shè)計(jì)時(shí)，要選擇相應(yīng)策略，通過選擇合理的建筑材料進(jìn)行自然采光、自然通風(fēng)和保溫放熱，能節(jié)約能源，具有經(jīng)濟(jì)環(huán)保的特點(diǎn);選擇合理的建筑材料，積極適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂�，才能延長建筑材料的使用壽命，也會(huì)延長建筑的生命周期�？傊�，建筑材料在建筑表皮中的生態(tài)運(yùn)用是建筑的一種趨勢，一定會(huì)發(fā)揮越來越大的作用。
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