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用于實踐。比如在世博會中，中國建筑師自行設計的形態(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，在選擇建筑材料時也應注重選擇環(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自然資源的節(jié)約，避免污染，同時也不會釋放有毒有害物質(zhì)，對環(huán)境造成破壞。②符合建筑設計對建筑材料的力學和性能要求，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
在建筑的過程中應盡量減少對材料的應用，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，達到減少建筑材料使用的目的。在建筑過程中應充分考慮建筑材料的有效利用，避免不必要的浪費，同時應考慮材料的耐受性和使用壽命，盡量選擇與建筑物設計壽命相應的建筑材料。在建筑設計時還應考慮建筑到達使用壽命后，這些建筑材料的無公害銷毀或重復利用問題。
3建筑材料在建筑表皮運用的生態(tài)學原則
生態(tài)學的物質(zhì)循環(huán)和能量流動給建筑表皮提出新的要求，建筑表皮除了應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。建筑表皮作為整個建筑的一部分，其基本功能是適應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，對其賦予了更多的期許和意義。為此建筑師應該把建筑表皮放在生態(tài)學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)的單向流動模式。在生態(tài)學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。在生態(tài)學視野下借助物質(zhì)循環(huán)和能量多級利用的特點，建筑材料具有原料加工成建筑材料、應用后再作為原材料重復利用的特點，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，也能對當?shù)氐沫h(huán)境減少破壞，達到保護生態(tài)的目的，因此在建筑的過程中應提倡使用當?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，同樣也應能滿足最基本的適應氣候，給人創(chuàng)造舒適環(huán)境的能力。比如J赫爾佐格設計的多米尼葡萄酒廠，就是這一理念的典型代表。他在表皮設計時改變傳統(tǒng)的磚塊和混凝土外形，而采用當?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，使這一表層設計做到白天吸熱，晚上放熱，這正好與沙漠干熱氣候的溫度波幅變化相反。通過建筑的巧妙設計和當?shù)厣衬鞙夭畲筇攸c的結(jié)合，降低了地域氣候晝夜溫差大增加的建筑能耗�？梢灶A見，當多米尼葡萄酒廠結(jié)束使用的時候，表皮材料中的石塊能回歸自然或重復利用。
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的基本功能外，也應具有調(diào)節(jié)光照的特點。我們每天都接觸到光照，光照通過建筑表層對人們的舒適度產(chǎn)生影響，因此在生態(tài)學視野下的建筑表層設計應考慮對光熱進出建筑空間的多少，利用建筑表皮進行適度調(diào)節(jié)。當然在調(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，有復雜的也有簡單的，技術(shù)的選擇是和經(jīng)濟水平分不開的。在技術(shù)地使用過程中，需要考慮當?shù)氐慕?jīng)濟和技術(shù)條件，開發(fā)出適應當?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)濟基礎上，它就要求不是脫離實際的一味追求高科技，它既有先進理論的指導又與當?shù)氐臈l件相適應，最終達到綜合效益的實現(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，當前我國既有經(jīng)濟的快速發(fā)展，具備一定的經(jīng)濟基礎和一定規(guī)模的建筑專家，同時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)用于建筑的表皮設計中，使生態(tài)表皮更具備現(xiàn)實可行性。比如我國吸收傳統(tǒng)窗戶的設計，在窗戶外側(cè)設計一個百葉窗，能夠自由地開啟和關(guān)閉，當夏天天氣炎熱、光照太強時，可以把百葉窗合起來，起到遮蔭的效果;當冬天天氣寒冷時，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，就能實現(xiàn)冬夏對光熱的不同需求，達到與高科技同樣的效果。
3.3構(gòu)建多樣化復合表皮
隨著人們生活水平的提高，對生活品質(zhì)的要求越來越高，有必要構(gòu)建多樣化的復合表層，滿足人們不同的需求。比如對能源的需求越來越大，可以在建筑表皮安裝太陽能電池板，既能滿足人們對清潔能源的需要、減輕國家的能源負擔，又能對室內(nèi)光熱條件起到調(diào)節(jié)作用。如全國首個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計時利用生物學方面的技術(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，同時自己又能進行光合作用，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弱的周期同步進行，實現(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)，建筑的表皮設計也滿足上述特點。材料的藝術(shù)性主要表現(xiàn)為材料的美學價值，通過材料的顏色、形態(tài)等表現(xiàn)，給人以美的視覺享受，滿足人們對建筑的審美需要。材料的技術(shù)性主要表現(xiàn)在對材料進行力學、結(jié)構(gòu)學等諸多方面的分析應用上，達到高質(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，必然造成華而不實的建筑次品。因為如果一個建筑外觀漂亮，但是達不到質(zhì)量要求，又有誰會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堅固的建筑，從藝術(shù)角度看又是一個漂亮的藝術(shù)作品，比如上海世博會中的波蘭館就是設計師利用膠合板的堅固和便于加工特性，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)著設計者的技術(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)。一個區(qū)域內(nèi)的建筑風格也反應一個區(qū)域的文化特征。有些建筑師的設計理念注重人文生態(tài)，建筑材料的選擇上大多取材于當?shù)亍２牧系木偷厝〔�，一方面降低了運輸成本，避免不必要的浪費，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?shù)氐娜宋奶卣鳎@種風格的設計作品就會增加建筑的藝術(shù)性和個性，避免建筑風格的千篇一律。建筑大師張錦秋設計的敦煌國際大酒店就充分考慮了當?shù)氐奈幕厣�，以表現(xiàn)地方文化特色為主，并結(jié)合現(xiàn)代設計技術(shù)。以多處弧形實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)樸的風格［4］建造成敦煌的標志建筑。
4建筑材料在建筑表皮設計的生態(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，對太陽光的利用是最經(jīng)濟、最環(huán)保和能重復利用的能源利用形態(tài)，因此對建筑表皮的設計一定要充分考慮采用自然光。在建造表皮的設計過程中，一般采用堅硬的墻體和玻璃或透光膜，做到有機結(jié)合，實現(xiàn)自然光能從建筑的頂部、側(cè)面投射進來，太陽光在一天的變化中也能給建筑帶來一定的生機和靈性。比如我國北京奧運會體育場館鳥巢，就充分考慮了對自然光的應用:體育場的骨架由各種組件相互連接、相互支撐，形成復雜而有規(guī)律的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，從遠處看就像許多樹枝搭建的一個巨大鳥巢，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來，采集到充足的自然光。
4.2自然通風
建筑物內(nèi)如果沒有風的流動，會造成空氣的不流通，使人產(chǎn)生憋悶的感覺。自然風對人體是最適合的，因此要選用合理的建筑材料，進行自然通風。自然通風的設計要考慮到自然風壓、內(nèi)外溫差，這些條件的形成都需要恰當?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?shù)脑O計，保障自然通風。法蘭克福商業(yè)銀行總部利用了“煙囪效應”的原理，把建筑設計成以三角平面為單位的層層上旋的漸進上升過程，這樣的設計可以促使風從不同的側(cè)面吹入大樓內(nèi)部，為辦公室的各個角落帶來自然空氣，讓工作人員體會到舒服和自然［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，因此建筑表皮擔負著調(diào)控熱量流動的作用。要想讓建筑表皮更好的肩負這個功能，必須選擇合理的建筑材料用于表皮的構(gòu)建。由于夏季光照強烈，需要利用建筑表皮進行防熱處理。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烈輻射，同時加強自然通風。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。玻璃在建筑表皮設計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，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用，比如德國博覽會公司辦公大樓，其設計手法包括:外立面玻璃幕墻對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)柱設在緩沖層內(nèi)，各種配套設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適應當?shù)貧夂?/p>
各個地方都有自己獨特的氣候特點，生態(tài)學中有一條原理，生物應與環(huán)境相適應，適應環(huán)境的才能得到更好的生存，不適應環(huán)境的將被環(huán)境淘汰。因此在生態(tài)學的視野下審視建筑表皮的材料選擇，也應該和環(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，就會減少建筑材料的使用壽命，也會有損建筑的生命周期。比如武漢市屬于亞熱帶濕潤季風氣候，夏季溫度較高，有“火爐”之稱，冬季溫度低風速大，年平均氣溫高，武漢美術(shù)館為了與當?shù)丨h(huán)境相適應，建筑節(jié)能的重點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，同時也能起到獲得自然光的作用;在夏天，阻斷太陽光的大量進入，避免室內(nèi)溫度過高，增加空調(diào)負荷，增加能耗。
5結(jié)語
隨著我國城市化和城鎮(zhèn)化進程的推進，我國的建筑行業(yè)獲得飛速發(fā)展，無數(shù)的建筑研究者對建筑材料的性質(zhì)和應用積累了豐富的材料，同時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)應用。建筑表皮的生態(tài)應用，首先就是建筑材料的生態(tài)選擇，在選擇建筑材料時，應考慮選擇生態(tài)化的建筑材料，建筑過程中應減少材料的使用。在選擇建筑材料用于建筑表皮的生態(tài)學運用時，要遵守一定的原則，比如采用可循環(huán)使用的建造材料，這能對當?shù)氐沫h(huán)境減少破壞，保護生態(tài);開發(fā)能夠推廣普及的技術(shù)，不會脫離實際，最終達到綜合效益的實現(xiàn);構(gòu)建多樣化復合表皮，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，使建筑實現(xiàn)人文生態(tài)的特點，增加建筑的藝術(shù)性和個性，避免建筑風格的千篇一律。建筑材料在建筑表皮的生態(tài)化設計時，要選擇相應策略，通過選擇合理的建筑材料進行自然采光、自然通風和保溫放熱，能節(jié)約能源，具有經(jīng)濟環(huán)保的特點;選擇合理的建筑材料，積極適應當?shù)貧夂颍拍苎娱L建筑材料的使用壽命，也會延長建筑的生命周期�？傊�，建筑材料在建筑表皮中的生態(tài)運用是建筑的一種趨勢，一定會發(fā)揮越來越大的作用。
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