新型建筑材料和建筑技術(shù)在海島的應(yīng)用前景分析*

宋 暉,湯坤賢,陳慶輝

(國家海洋局第三海洋研究所國家海島規(guī)劃與保護研究中心 廈門 361005)

新型建筑材料和建筑技術(shù)在海島的應(yīng)用前景分析*

宋 暉,湯坤賢,陳慶輝

(國家海洋局第三海洋研究所國家海島規(guī)劃與保護研究中心 廈門 361005)

隨著海島開發(fā)利用程度的逐漸提高,傳統(tǒng)建筑材料和建筑技術(shù)由于海島交通運輸、水電及施工條件的限制已經(jīng)難以滿足海島生態(tài)環(huán)境保護和發(fā)展的需求。文章根據(jù)海島對建筑技術(shù)領(lǐng)域的緊迫性需求,總結(jié)分析了新型建筑材料和建筑技術(shù)在海島推廣利用的優(yōu)勢,提出不同區(qū)域海島對建筑領(lǐng)域的技術(shù)要求,從而推動新型建筑材料和建筑技術(shù)在海島的推廣和利用。

海島;新型建筑材料;建筑技術(shù);應(yīng)用前景

隨著海洋經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展,在沿海地區(qū)漸趨飽和的發(fā)展空間制約下,海島開發(fā)帶來了一個全新的發(fā)展空間。海島作為第二海洋經(jīng)濟帶,其作用也愈益突顯。海島地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱,水、電、交通、建筑等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后[1]。海島由于地理位置所限,建設(shè)工程具有施工材料運輸困難、成本高、施工條件惡劣,施工區(qū)域孤立狹小等特點,而邊遠海島在淡水、電能輸送以及建筑材料匱乏等問題尤其突出。因此海島的開發(fā)建設(shè)要避免采用大陸傳統(tǒng)的高能耗、粗放式的技術(shù)和材料,在控制成本的同時,必須做好海島生態(tài)環(huán)境的保護工作?！度珖u保護規(guī)劃》明確規(guī)定,積極開展海島生態(tài)建設(shè)實驗基地建設(shè),推進海島新材料、新技術(shù)、新能源的示范建設(shè)。2011年國家海洋局公布的 《無居民海島保護和利用指導(dǎo)意見》中明確指出,鼓勵新能源、新材料和新技術(shù)產(chǎn)業(yè)項目在海島開發(fā)建設(shè)中的應(yīng)用,倡導(dǎo)綠色、環(huán)保、低碳、節(jié)能理念,鼓勵探索海島開發(fā)利用新模式。科學(xué)合理、可持續(xù)開發(fā)利用海島資源,已成為全球有識之士的共識,因此在建筑材料和建筑技術(shù)上達到海島開發(fā)利用中 “綠色、生態(tài)、節(jié)能、環(huán)?！钡脑瓌t是海島開發(fā)和保護過程中亟須解決的技術(shù)問題[2]。

1 新型建筑材料的主要內(nèi)容和優(yōu)勢

新型建筑材料是隨著生活需求、環(huán)境保護需求和能源資源綜合利用技術(shù)基礎(chǔ)上產(chǎn)生的新興產(chǎn)業(yè)。建筑材料的革新集中在以下幾個方面:新型結(jié)構(gòu)體系、新型墻體材料、新型裝飾材料、新型塑料、新型涂料和新型防水材料等領(lǐng)域。其中建筑結(jié)構(gòu)體系的創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化則是降低建筑成本、擴大建筑適應(yīng)性的主要方面,因此,本文在資料搜集、企業(yè)調(diào)研和現(xiàn)場考察基礎(chǔ)上,通過資料分析和對比研究,對在海島有較大推廣價值的鋼結(jié)構(gòu)建筑體系和木結(jié)構(gòu)建筑體系進行重點介紹。

1.1 新型建筑結(jié)構(gòu)體系—鋼結(jié)構(gòu)建筑體系

鋼結(jié)構(gòu)建筑體系,可根據(jù)建筑區(qū)域的氣候、地質(zhì)條件等特點以及建筑的實際需求,通過前期設(shè)計,利用在工廠預(yù)制的各種鋼骨架構(gòu)件建造的新型房屋建筑。目前,鋼結(jié)構(gòu)建筑體系從前期設(shè)計到施工安裝領(lǐng)域都已經(jīng)十分成熟,美國、日本、澳洲等多個多家,用于住宅的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和相關(guān)商品已經(jīng)實現(xiàn)了標準化、專業(yè)化和商品化,到2000年美國的輕鋼結(jié)構(gòu)住宅已達到建筑市場的75%,而澳大利亞輕鋼龍骨獨立式住宅份額可占澳大利亞所有建筑業(yè)務(wù)產(chǎn)值的24%,這種輕型鋼結(jié)構(gòu)已成為發(fā)達國家的主要建筑結(jié)構(gòu)形式[3]。

鋼結(jié)構(gòu)建筑體系在海島推廣利用的優(yōu)勢主要體現(xiàn)為以下幾點:① 結(jié)構(gòu)輕,運輸和安裝方便,且鋼材自身優(yōu)良的韌性和延展性,具備良好的抗震和抗風(fēng)能力。由于自重輕,因此建筑對地基的基礎(chǔ)處理要求不高,從而大大降低了地基改造的成本。該優(yōu)勢對于自然災(zāi)害頻發(fā),交通運輸不便的海島區(qū)域則能夠充分發(fā)揮其優(yōu)越性。② 鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)越的性能可為住宅空間提供更大的自由度,設(shè)計上更為靈活,從而有效增加住宅的使用面積。因此,高效的得房率更適宜于土地面積緊張、地勢復(fù)雜的海島。③ 鋼構(gòu)件的加工、施工和安裝對環(huán)境的影響小,鋼材可回收利用,建筑垃圾大大減少。因此,在建筑施工到建筑垃圾處理過程均可有效減小對周邊生態(tài)環(huán)境的破壞,可為建設(shè)綠色、環(huán)保、節(jié)能和生態(tài)型海島提供有效的技術(shù)保障[4]。

近年來,我國鋼結(jié)構(gòu)建筑的材料研發(fā)、設(shè)計制造和標準化才逐步得以發(fā)展。目前鋼結(jié)構(gòu)建筑體系已在北京、天津、南京等大型城市逐步建成一批低層、多層和高層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅試點工程,而由于其節(jié)能、環(huán)保、抗震等優(yōu)越的性能,市場已經(jīng)逐步擴展到新農(nóng)村建設(shè)和農(nóng)村改造工程中,從而為節(jié)能、環(huán)保建筑體系的改造發(fā)揮了較好的引領(lǐng)作用。因此,隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑體系的標準化和市場化,由于其巨大的節(jié)能、環(huán)保領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢,可滿足海島開發(fā)利用過程中對建筑技術(shù)的特殊需求。

1.2 新型建筑結(jié)構(gòu)體系—木結(jié)構(gòu)建筑體系

木結(jié)構(gòu)建筑體系主要優(yōu)勢體現(xiàn)在節(jié)能方面,在資源獲取、生產(chǎn)制造、施工以及后續(xù)使用過程中相比傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)都具有顯著的優(yōu)勢。木材是被唯一認可的對環(huán)境有正面影響的建筑材料,可滿足人們對于綠色環(huán)保的訴求,實現(xiàn)建筑與環(huán)境的和諧共存。木材自然的材質(zhì)、紋理和色澤等極具藝術(shù)表現(xiàn)力的特質(zhì)也能夠滿足人們精神層面對建筑的訴求。

木結(jié)構(gòu)在全球林業(yè)資源發(fā)達、且提倡環(huán)保的地區(qū)已相當(dāng)盛行,發(fā)展也相對成熟,如美國、加拿大北美地區(qū),新建筑的90%以上都采用木結(jié)構(gòu);而在氣候寒冷,林業(yè)資源豐富的北歐,木結(jié)構(gòu)房屋也是主要的建筑形式。國外建筑業(yè)對不同木材以及派生出來的各類人造板材的開發(fā)研制已經(jīng)較為成熟,而木結(jié)構(gòu)住宅的工業(yè)化、標準化等相關(guān)的配套安裝技術(shù)也已經(jīng)較為完善。我國木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展主要受制于林業(yè)資源的匱乏和木材加工產(chǎn)業(yè)技術(shù)的限制。目前,國內(nèi)的木結(jié)構(gòu)建筑其材料、建筑設(shè)計和建造技術(shù)主要源于國外,因此開發(fā)成本較高。但是隨著人們生活水平的提高和觀念的更新,人們對木結(jié)構(gòu)建筑的需求不斷提升,尤其是在海島天然、生態(tài)的自然環(huán)境下,木結(jié)構(gòu)建筑體系的采用,更易于與我們國家所提倡建設(shè)的綠色、環(huán)保、低碳型海島開發(fā)模式契合[5]。因此,隨著我國木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)的成熟,其在海島的應(yīng)用有著巨大的發(fā)展空間。

木結(jié)構(gòu)建筑體系的優(yōu)勢主要為:① 材料綠色環(huán)保,在水污染控制、能源消耗、溫室效應(yīng)、空氣污染指數(shù)和生態(tài)資源利用等指數(shù)評價其對環(huán)境的影響明顯優(yōu)于鋼材和混凝土結(jié)構(gòu)。② 宜居,居住舒適性高。木材為絕熱體,其保溫隔熱效果明顯優(yōu)于其他建筑體系,可做到冬暖夏涼,通過建筑材料的使用達到節(jié)能的效果。③ 抗震效果優(yōu)良。具有較強的抵抗重力和抗地震能力,因此木質(zhì)結(jié)構(gòu)在日本的應(yīng)用非常廣泛。因此,木質(zhì)結(jié)構(gòu)也是地質(zhì)條件相對復(fù)雜的海島的良好選擇。④ 建筑施工快速,對環(huán)境影響小。隨著木結(jié)構(gòu)建筑體系構(gòu)件的標準化和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),其運輸、安裝和施工過程,和鋼結(jié)構(gòu)建筑體系類似,可對周邊的環(huán)境的不利影響大大減少。由于木材的比重比鋼材更輕,因此在運輸、搬運方面更勝于鋼結(jié)構(gòu)體系[6]。

2 新型建筑技術(shù)在海島的應(yīng)用前景分析

綠色建筑技術(shù)和建筑節(jié)能是當(dāng)今建筑的主要理念,因此新型建筑技術(shù)的發(fā)展也主要是圍繞節(jié)能,降低資源消耗和減小對周圍環(huán)境的影響來展開的。這種綜合建筑既為綠色集成建筑技術(shù),這種建筑技術(shù)主要是通過前期的設(shè)計來實現(xiàn),充分地將各項技術(shù)進行整合,囊括了節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量和運營管理技術(shù)六大方面。海島能源、土地資源、水資源等均較為匱乏,但是太陽能、風(fēng)能等可再生資源一般較為充足,因此,依據(jù)不同海島自身的小氣候條件,將新型建筑材料、可再生能源利用、水資源綜合利用技術(shù)等綜合運用,以此來減小建筑建造成本和建筑運營后所消耗的能源成本是海島建筑發(fā)展的趨勢。海島對于綠色建筑的設(shè)計要求主要體現(xiàn)在節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地以及水循環(huán)利用和垃圾處理等領(lǐng)域。因此,綠色建筑技術(shù)在海島的推廣利用需根據(jù)不同海島需求走精細化設(shè)計路線[7-9]。

目前,我國成功的綠色低碳建筑案例還主要以概念住宅為主,一批成功案例主要分布在北京、上海、南京和深圳等一線大型城市,建筑規(guī)模較大,成本較高。海島對綠色建筑技術(shù)的需求相比于大城市的集成建筑有較大的不同,分布較為分散,氣候條件差異較大,地質(zhì)條件比較多變,海島綠色建筑技術(shù)的發(fā)展,基于當(dāng)前綠色集成模式,必須要與不同海島區(qū)域的氣候條件和資源現(xiàn)狀,同時充分考慮當(dāng)?shù)氐纳鐣?jīng)濟和技術(shù)條件,采取集成化、精細化和簡約化的設(shè)計模式,在最大限度地減少建筑能耗的同時,保護相對脆弱的海島生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性。

3 新型建筑材料和建筑技術(shù)在海島推廣的技術(shù)優(yōu)勢分析

無論從建筑材料和建筑方式選擇,木結(jié)構(gòu)和輕鋼結(jié)構(gòu)建筑體系在海島都具有應(yīng)用和推廣的優(yōu)勢,主要體現(xiàn)在施工簡單、施工周期短,而且材料輕、易運輸?shù)确矫妗?/p>

3.1 施工對環(huán)境破壞小

木結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)建筑目前均可實現(xiàn)工廠化構(gòu)件加工,因此施工過程為現(xiàn)場裝配化施工,施工周期短,噪聲、粉塵與垃圾少,極大地減輕了海島的生態(tài)負荷。施工過程為干法施工作業(yè),耗水量為傳統(tǒng)施工耗水量的10%;建筑材料90%可回收利用;增加建筑使用面積10%。

3.2 適用范圍廣

鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)自重輕,因此對地質(zhì)要求不高?？蛇m用于平地、坡地及多種地質(zhì)土壤條件,如沙土、軟土、巖石等,從而大幅減少基礎(chǔ)造價。而且圍墻材料易于拆裝,空間調(diào)整靈活。建筑形態(tài)選擇可以根據(jù)居民的需求在前期設(shè)計得以實現(xiàn),體現(xiàn)了建筑更為人性化的需求。

3.3 安全性能能夠滿足要求

在抗震方面,兩者均具有較大的優(yōu)勢,減少了用于結(jié)構(gòu)抗震措施的費用。鋼結(jié)構(gòu)建筑體系結(jié)構(gòu)構(gòu)件全部以螺栓連接,極大地提高了房屋的抗震性能,能夠最高滿足抗12級臺風(fēng),地震9級設(shè)防要求。木結(jié)構(gòu)在抗震方面的優(yōu)勢明顯,但是在臺風(fēng)多發(fā)地區(qū)的抗擊颶風(fēng)和風(fēng)暴潮的能力則顯示其不足性,因此木結(jié)構(gòu)的使用往往和其他結(jié)構(gòu)相結(jié)合,采用多層次的混合結(jié)構(gòu)體系。

3.4 環(huán)保節(jié)能型綠色建筑體系

集成房屋的技術(shù)體系是高效節(jié)能型綠色建筑體系,可實現(xiàn)太陽能系統(tǒng),污水凈化系統(tǒng),雨水收集利用系統(tǒng),冷暖空調(diào)系統(tǒng)等設(shè)備的良好兼容,使耗能有效減少65%～90%,滿足海島低碳、環(huán)保的要求。

由于海島資源有限,建筑方法要簡單、易操作。而上面我們提到的輕鋼結(jié)構(gòu)體系和木結(jié)構(gòu)體系都可以在海島普遍推廣。木結(jié)構(gòu)或多層次混合木結(jié)構(gòu)建筑體系在節(jié)能方面表現(xiàn)優(yōu)越,因此我國北方海島較為適宜。多層混合木結(jié)構(gòu)是一種輕型、經(jīng)濟實用的建筑技術(shù),把混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)的優(yōu)點很好地結(jié)合起來,能夠各取所長,達到建筑效能的最大化。南方海島由于臺風(fēng)等風(fēng)暴潮天氣較多,而且氣候潮濕、多雨,加之白蟻對木結(jié)構(gòu)體系的侵蝕,鋼結(jié)構(gòu)建筑體系則更加適宜。

4 展望

由于建筑市場的需求,海島開山采石、采砂等作為建筑材料的現(xiàn)象并不鮮見,尤其是部分邊遠海島,這種現(xiàn)象則更難杜絕,從而對海島的岸線安全和生態(tài)環(huán)境都將造成嚴重影響。綜上所述,新建筑材料和建筑體系在海島上加以應(yīng)用,不僅等解決海島居民居住和生產(chǎn)生活的需要,也將為海島生態(tài)環(huán)境的保護作出重大貢獻。因此針對目前海島的發(fā)展現(xiàn)狀,要做好新型建筑材料和建筑技術(shù)在海島的示范和推廣工作,需要加強以下幾個方面的研究和工作:

(1)開展示范工程,引導(dǎo)海島居民應(yīng)用。通過示范工程和宣傳工作,提高海島居民對新型建筑材料和綠色建筑技術(shù)的認知度,從而為新型建筑材料和綠色建筑技術(shù)的實施提供良好的群眾基礎(chǔ)。

(2)加強技術(shù)開發(fā)。引導(dǎo)企業(yè)根據(jù)海島的特殊需求,從設(shè)計到施工技術(shù)上開展針對不同海島的專項研究,并給予政策上的優(yōu)惠,進而提供強有力的技術(shù)支持。

(3)政策優(yōu)惠。新型建筑材料和建筑技術(shù)的應(yīng)用,勢必會增加部分經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)的海島建筑的成本,因此根據(jù)不同地區(qū)需求,制定不同的補貼、減稅等激勵政策,為新材料和新技術(shù)的應(yīng)用提供政策和財政保障。

目前,國家海洋局已經(jīng)通過海島生態(tài)建設(shè)實驗基地等示范工程等開展新建筑材料在海島的應(yīng)用工程,這些示范工程的先行開展將為各項新材料和新技術(shù)在海島的推廣利用提供示范和引領(lǐng)作用,從而為我國海島的可持續(xù)發(fā)展提供強有力的技術(shù)保障。

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2012年海島保護與管理項目 “海島生態(tài)實驗基地試點與技術(shù)研究”.