試論新材料和新技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

林 穎

中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司

1 前言

對于當(dāng)下的標(biāo)準(zhǔn)化建筑工程的施工建設(shè)而言，進(jìn)行環(huán)保建設(shè)能夠有效順應(yīng)時代的發(fā)展和需求。節(jié)能環(huán)保的理念已經(jīng)深入當(dāng)下的居民心中，在居住環(huán)境的選擇上，不僅需要更加舒適宜人的環(huán)境，也需要進(jìn)行相應(yīng)的環(huán)保建設(shè)。節(jié)能環(huán)保也是人們生活質(zhì)量提升的一個重要的表現(xiàn)，能夠有效推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)事業(yè)的進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)人類社會的文明演進(jìn)和生態(tài)環(huán)境的有效建設(shè)之間的統(tǒng)一。

2 新材料和新技術(shù)在建筑設(shè)計中應(yīng)用的重要意義

當(dāng)下建筑設(shè)計結(jié)構(gòu)在進(jìn)行的過程中更加注重環(huán)境保護(hù)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之間的整合和提升，在建筑行業(yè)的發(fā)展進(jìn)程中具有顯著特點(diǎn)。建筑設(shè)計結(jié)構(gòu)自身的建設(shè)進(jìn)程中也應(yīng)當(dāng)對自身的發(fā)展進(jìn)行整合和規(guī)劃，融入環(huán)境保護(hù)理念是當(dāng)前建筑設(shè)計中的重中之重[1]。當(dāng)下我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平正在逐漸提升，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時對資源環(huán)境的消耗也具有一定的影響，我國房屋建筑的整體面積已經(jīng)超過了20億平方米，在這個驚人的建筑面積背后是大量資源的消耗，產(chǎn)生的建筑垃圾也在威脅著人們的生產(chǎn)和生活。優(yōu)化房屋建筑中設(shè)計結(jié)構(gòu)對于行業(yè)自身的發(fā)展。以及我國環(huán)境保護(hù)方面的整體建設(shè)具有積極作用，能夠緩解當(dāng)下資源大量流失和浪費(fèi)的現(xiàn)象，降低我國環(huán)境保護(hù)工作中的壓力。

節(jié)能環(huán)保的理念在建筑行業(yè)的發(fā)展進(jìn)程中主要表現(xiàn)為使用大量可再生資源以及綠色資源，在建筑工程進(jìn)行的過程中降低對能源的消耗，有效節(jié)約對水資源和電力資源的使用數(shù)量。在傳統(tǒng)的建筑行業(yè)中對此類問題的關(guān)注程度不足，主要是關(guān)注建筑的質(zhì)量和美觀程度，當(dāng)下建筑行業(yè)的嶄新標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計師們能夠認(rèn)識到綠色建筑和節(jié)能建筑在社會發(fā)展進(jìn)程中的重要性和必要性，提升自身的建筑設(shè)計能力和理念，增強(qiáng)自身的專業(yè)化能力，轉(zhuǎn)變技術(shù)的指向性，對整體的建筑工程行業(yè)進(jìn)行深化系統(tǒng)的整合，促進(jìn)建筑工程行業(yè)水平的有效提升。

3 新材料與建筑設(shè)計

3.1 建筑材料選擇

民用建筑設(shè)計與綠色設(shè)計理念相融合的關(guān)鍵舉措就在于選擇綠色建筑材料，充分突顯綠色建筑材料具備的環(huán)保以及節(jié)能價值。節(jié)能型建材的充分運(yùn)用有助于創(chuàng)造良好的建筑生態(tài)效益，全面突顯綠色建筑設(shè)計的重要節(jié)能效果。在目前的建材市場中存在很多種類的建筑材料，因此建筑設(shè)計人員對于各類的建筑材料必須做到合理進(jìn)行選擇，在全面節(jié)省建材采購資金的同時也要創(chuàng)造良好的綠色建筑設(shè)計效益。因此對于各類建筑材料在進(jìn)行合理的搭配與選擇時，基本思路在于優(yōu)先選擇節(jié)能建筑材料，確保將節(jié)能建材運(yùn)用于設(shè)計建筑物的墻體、建筑門窗以及建筑地面的各個重要部位。為了達(dá)到優(yōu)化分配建筑設(shè)計資源的目標(biāo)，那么建筑設(shè)計人員需要充分重視墻體保溫性能的提升，運(yùn)用正確的方式來搭配組合各種不同類型的建筑設(shè)計資源。

3.2 門窗設(shè)計

經(jīng)歷了木質(zhì)門窗、鋼門窗、鋁合金門窗、塑鋼門窗的更迭，新的節(jié)能門窗依然在不斷。鋁塑鋁復(fù)合門窗以其科學(xué)的斷面設(shè)計，采用外面是鋁合金型材中間是改性PVC型材的結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮了改性多腔PVC型材的熱工性能。真空玻璃有兩層4mm厚的平板玻璃組成，中間留有1.5mm的真空層，襯托有一些微小的支撐點(diǎn)，熱阻極高。敞開式外循環(huán)體系呼吸式幕墻，外層采用非節(jié)能幕墻內(nèi)層采用斷熱型材和中空玻璃，中間的空氣層設(shè)有可啟閉的進(jìn)排風(fēng)口，根據(jù)季節(jié)溫度不同，智能調(diào)節(jié)形成溫室層或空氣對流層，以達(dá)到保溫或隔熱的效果。

3.3 屋面設(shè)計

結(jié)合房屋建筑的具體使用需求，選擇導(dǎo)熱系數(shù)小，并且具有較高的強(qiáng)度，吸水能力較低的材料作為房屋建筑的保溫材料。現(xiàn)階段屋面使用較多的是擠塑聚苯板。但是高保溫的板材通常強(qiáng)度較低，板材及其水泥砂漿隔離層在實(shí)際施工操作中往往被踩踏破壞。相比之下，泡沫混凝土作為屋面保溫層具有輕質(zhì)高強(qiáng)、抗水減震的優(yōu)勢。在實(shí)際施工的過程中進(jìn)行澆筑工作，應(yīng)當(dāng)合理使用散料及水泥膠結(jié)料，保證建筑具有良好的防水防潮的能力，通過對相關(guān)原材料的調(diào)整，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)保溫效果，同時有助于綠色環(huán)保房屋建筑的建設(shè)和發(fā)展[3]。

3.4 墻體設(shè)計

對于民用建筑墻體全面實(shí)施綠色建筑設(shè)計的基本要點(diǎn)在于節(jié)省墻體設(shè)計材料，運(yùn)用竹木材料及其他的自然資源來完成建筑墻體的優(yōu)化設(shè)計。針對民用建筑室內(nèi)的墻體與地面設(shè)計而言，合理運(yùn)用自然資源有助于改造建筑地面的性能，且在實(shí)際應(yīng)用過程中，需要結(jié)合建筑物的室內(nèi)空間特征來選擇最佳的室內(nèi)地面建造材料。對于自然資源實(shí)現(xiàn)最大化的有效利用，則可以達(dá)到更好的建筑墻體設(shè)計成效性，充分體現(xiàn)了綠色建筑設(shè)計思路融入目前建筑設(shè)計的良好效果。外墻材料的保溫指標(biāo)和強(qiáng)度、吸水性、垂直抗拉強(qiáng)度等往往有矛盾。較多層次的保溫構(gòu)造也為最終的施工質(zhì)量埋下了很多隱患。保溫板現(xiàn)澆混凝土保溫系統(tǒng)有效地解決了上述問題，一次成型安裝穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了外保溫安裝的工業(yè)化。石膏砌塊是由工業(yè)副產(chǎn)石膏為原料制成、完全可循環(huán)再生利用的環(huán)保型材料。重量輕，加工方便，施工周期短，尺寸穩(wěn)定性好，具有良好的防火阻燃性能。最大特色是它的使用舒適性。導(dǎo)熱系數(shù)與木材相似，使得石膏砌塊手感溫暖。毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)吸收空氣中的水分，能夠隨著濕度變化儲存或蒸發(fā)水分，起到調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度環(huán)境的可呼吸作用。

3.5 透水混凝土、植生混凝土、清水混凝土

混凝土從早期冰冷堅硬仿佛與創(chuàng)意設(shè)計相背離的形象中逐漸脫離出來，顯示出了多樣性的創(chuàng)造活力。外墻大面積使用混凝土以獲得長期充分的飾面穩(wěn)定性。泡沫混凝土和其他輕骨料混凝土，隨著施工工藝的推廣普及，也隨著設(shè)計和施工單位對其性能控制要求的了解更深入，從樓地面回填到屋面找坡保溫都得到了更廣泛的應(yīng)用。透水混凝土、輕質(zhì)植生混凝土都是兼顧大孔隙率和高強(qiáng)度的材料，應(yīng)用到城市道路、停車場、種植屋面等場所，充分響應(yīng)了生態(tài)城市對水和植物的需求，在凝固的形態(tài)之間與自然的流動和生長實(shí)現(xiàn)和諧共存。清水混凝土直接利用混凝土成型后的自然質(zhì)感作為飾面效果，近年來隨著國內(nèi)施工工藝的提高，建筑師在設(shè)計中應(yīng)用該項技術(shù)的機(jī)會越來越多。模板技術(shù)的升級，使得使用者能夠通過直接的觀看和觸摸，欣賞到混凝土理性而隨機(jī)的自然美感。

3.6 夾心保溫墻板、高性能外墻保溫、高性能外墻自保溫技術(shù)

夾心保溫板一般由內(nèi)葉墻、保溫板和拉接件和外葉墻組成，形成類似于三明治的構(gòu)造形式，內(nèi)葉墻和外葉墻一般為鋼筋混凝土材料，保溫板一般為B1或B2級有機(jī)保溫材料，拉接件一般為FRP高強(qiáng)復(fù)合材料或不銹鋼材質(zhì)。優(yōu)點(diǎn)是解除了內(nèi)外保溫做法常見的防火、粘錨牢度、吸水、空鼓開裂等難題，缺點(diǎn)是現(xiàn)澆難度較高、更有利于預(yù)制的混凝土外墻，另外內(nèi)外葉混凝土組合受力導(dǎo)致計算和設(shè)計難度加大，局限了該項技術(shù)的使用范圍。石墨聚苯乙烯板、硬泡聚氨酯板等新型保溫板材料基于產(chǎn)量、造價等因素，在經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的推廣受到局限。相較而言，提高砌塊本身的熱工性能更直接有效，通過減少保溫層的厚度來簡化和改善外墻的施工工藝，保證外墻飾面和外墻保溫的施工質(zhì)量。

4 新技術(shù)與建筑設(shè)計

4.1 BIM技術(shù)

在建筑設(shè)計的過程中基本上是掌握關(guān)鍵性的設(shè)計參數(shù)和內(nèi)容，根據(jù)CAD系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的平面圖紙設(shè)計，建立立體圖像信息，其中還有一部分的剖面圖設(shè)計內(nèi)容，結(jié)合以上的眾多建設(shè)內(nèi)容展開對建筑的建設(shè)。在使用BIM技術(shù)的過程中應(yīng)該還原建筑的自身特點(diǎn)，整合建筑結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，充分確定其中的梁高位置特征。不容忽視的是建筑自身具有一定的特點(diǎn)，復(fù)雜性和多樣性是不能避免的，在進(jìn)行施工的過程中會出現(xiàn)信息傳遞失衡的現(xiàn)象，三維信息失真狀態(tài)下能夠借助BIM手段展現(xiàn)信息的直觀性和真實(shí)性，保證信息進(jìn)行有效的傳遞和使用。

建筑外部結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，且綜合功能性較強(qiáng)，對于工程項目來說，利用BIM技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)十分重要。BIM技術(shù)可為結(jié)構(gòu)設(shè)計和綜合管線設(shè)計搭建交流平臺，使得工程的各方可在相同平臺上進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，并可以通過該平臺完成數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)與共享管理，有效為施工方、建設(shè)方及設(shè)計方提升了溝通效率，確保各方之間溝通更為順暢，同時也提高了工程建設(shè)的速度，使溝通不再煩瑣。將設(shè)計中的多種模塊協(xié)調(diào)運(yùn)用，以此提高工程設(shè)計質(zhì)量。

4.2 鋁膜施工

鋁合金模板是建筑業(yè)節(jié)能減排的重要技術(shù)，能夠提升房屋建設(shè)的施工效率和工程質(zhì)量，在當(dāng)前的建筑工程中已得到廣泛的應(yīng)用推廣。這一工藝本身也是計算機(jī)輔助設(shè)計的產(chǎn)物，是金屬加工與生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物，施工工廠化概念的產(chǎn)物。采用鋁模施工對建筑項目有一定的要求。從結(jié)構(gòu)尺寸到門窗尺寸模數(shù)化，加大鋼筋混凝土的使用，外形線條變化不復(fù)雜，少外挑，層高一致，建筑找坡。外墻線腳盡量統(tǒng)一，采用二次施工。

4.3 混凝土地面一次成型、建筑物墻體免抹灰技術(shù)

與前述清水混凝土有共性的地面一次成型和墻體免抹灰技術(shù)，都是通過施工工藝的提升改進(jìn)，達(dá)到刪減施工程序、節(jié)省建材、降低成本的目的。地面一次成型工藝是在混凝土澆筑完成后，在混凝土地面初凝前鋪撒耐磨混合料，通過磨光機(jī)的磨平，避免地面出現(xiàn)空鼓、起砂、開裂等質(zhì)量通病。撒布混合料的時機(jī)非常重要，隨著氣候、溫度、混凝土配合比等因素而有所變化。在結(jié)構(gòu)柱等應(yīng)力集中處設(shè)置分格縫以避免結(jié)構(gòu)柱周圍地面開裂，填縫材料采用彈性樹脂等材料。建筑物墻體免抹灰技術(shù)通過采用新型模板體系、新型墻體材料或采用預(yù)制墻體，使外觀質(zhì)量及平整度達(dá)到準(zhǔn)清水混凝土墻、新型砌筑免抹灰墻、裝飾墻的效果。

4.4 地下工程預(yù)鋪反粘防水、種植屋面防水施工技術(shù)

大比例的地下室和更大比例的屋面滲漏水，一直是建筑工程和使用中的頑疾。建筑設(shè)計掌握防水材料的性能和施工原理，才能在復(fù)雜多樣的建筑形式和變化中、在應(yīng)對項目、場地、業(yè)主和施工單位等的不同需求時找到更正確的答案，盡可能地減少建筑在其設(shè)計使用周期內(nèi)所受維修翻新的損耗。

地下工程預(yù)鋪反粘防水技術(shù)所采用的材料是高分子自粘膠膜防水卷材，施工時在卷材的膠粘層上直接澆筑混凝土，固化后與膠粘層形成完整、連續(xù)的黏結(jié)。高密度聚乙烯主要提供高強(qiáng)度，自粘膠層提供良好的黏結(jié)性能，耐候?qū)邮咕聿目蛇m當(dāng)外露，同時提供不粘的表面供人員行走，可以順利進(jìn)行后道工序。

種植屋面具有改善城市生態(tài)環(huán)境、緩解熱島效應(yīng)、節(jié)能減排和美化空中景觀的作用。常見的種植屋面覆土層一般為150mm～600mm厚。耐根穿刺防水層位于普通防水層之上，避免植物根系對普通防水層的破壞。聚脲防水涂料、化學(xué)阻根改性瀝青防水卷材、銅胎基-復(fù)合銅胎基改性瀝青防水卷材、聚乙烯高分子防水卷材、熱塑性聚烯烴（TPO）防水卷材、聚氯乙烯（PVC）防水卷材等都是現(xiàn)階段較為常見的耐根穿刺防水材料。

4.5 高性能門窗、一體化遮陽技術(shù)

高性能塑料或其他復(fù)合材料的門窗、和外窗或幕墻一體化的遮陽措施，主要體現(xiàn)在了建筑形式或機(jī)理的深化和變化上。內(nèi)置百葉、硬卷簾、軟卷簾、遮陽篷和金屬百葉簾等，能夠從建筑實(shí)踐后期的輔助裝飾，轉(zhuǎn)變成與立意造型相輔相成的重要手段，成為功能與形式結(jié)合的另一種體現(xiàn)方式。

4.6 結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固技術(shù)

加固雖然是結(jié)構(gòu)專業(yè)的技術(shù)，它的出現(xiàn)和發(fā)展，正是基于建筑功能和空間的變化對結(jié)構(gòu)造成的超負(fù)荷影響，當(dāng)然使用過程的損耗也是重要原因。設(shè)計師應(yīng)根據(jù)各個階段的設(shè)計任務(wù)進(jìn)行策劃、推演、兼容、協(xié)商和確認(rèn)，在新建項目中盡量避免結(jié)構(gòu)加固的出現(xiàn)是項目負(fù)責(zé)人的職責(zé)所在。從另一個角度來看，對加固技術(shù)的了解，也有利于設(shè)計師正確判斷設(shè)計變更或改擴(kuò)建所產(chǎn)生的全面影響。

4.7 建筑移位技術(shù)

這是一項基于既有建筑保護(hù)的技術(shù)，適用于具有使用價值或保留價值或歷史價值的既有建（構(gòu)）物的整體移位。雖然該項技術(shù)不具有普遍適用性，但是提醒了設(shè)計師對建筑價值的正確評估、保護(hù)有價值建筑的社會責(zé)任感和歷史使命感、針對不同類型建筑提出有效技術(shù)措施的創(chuàng)新精神和求知態(tài)度。

4.8 鋼結(jié)構(gòu)住宅應(yīng)用技術(shù)

從建筑設(shè)計的角度來講，鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)點(diǎn)是施工快、造型節(jié)點(diǎn)有特色，缺點(diǎn)是對墻板材料要求比較高。從輕質(zhì)特點(diǎn)出發(fā)的墻板和樓板材料，同時需要具有高強(qiáng)度、防火、高隔聲、高防水等特點(diǎn)。樓蓋可采用鋼筋桁架樓承板、疊合板或現(xiàn)澆板、C型格柵加輕板等。外墻體可選用砂加氣板、灌漿料墻板或蒸壓加氣混凝土砌塊，內(nèi)墻體可選用輕鋼龍骨石膏板等板材。裝配式板材的高標(biāo)準(zhǔn)是保證其維護(hù)結(jié)構(gòu)行之有效地重點(diǎn)，因此鋼結(jié)構(gòu)住宅建設(shè)要以產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo)做好墻板的配套工作。

5 結(jié)束語

根據(jù)上文中的內(nèi)容我們能夠看出，在經(jīng)濟(jì)逐漸深化發(fā)展的基礎(chǔ)上，對于資源的利用數(shù)量也在逐漸提升，人們對生活質(zhì)量和生活品質(zhì)的要求越高，在資源利用上的消耗也會逐漸擴(kuò)展。在房屋建筑的在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)秉承著可持續(xù)發(fā)展的理念，進(jìn)行優(yōu)化整合的設(shè)計，能夠有效加強(qiáng)當(dāng)下建筑工程企業(yè)的發(fā)展勢頭，并且能夠有效推進(jìn)我國可持續(xù)發(fā)展觀的貫徹落實(shí)。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)的步伐中保持穩(wěn)定的環(huán)境建設(shè)，幫助當(dāng)下企業(yè)中解決環(huán)境保護(hù)和資源利用，以及經(jīng)濟(jì)建設(shè)之間的矛盾，達(dá)到良好的房屋建筑發(fā)展前景和目標(biāo)。