新技術(shù)和新材料在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

仲家銳

摘要：新技術(shù)和新材料在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用旨在探索現(xiàn)代信息技術(shù)、高新科技產(chǎn)業(yè)和相關(guān)實(shí)體產(chǎn)業(yè)中的技術(shù)資源和材料資源在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用理念和實(shí)踐可能，促使新型建筑技術(shù)和材料的融通發(fā)展，為表達(dá)技術(shù)的合理性、創(chuàng)造性，探索建筑立意和材料應(yīng)用邊界做出現(xiàn)實(shí)努力。

關(guān)鍵詞：新技術(shù);新材料;建筑設(shè)計(jì)

建筑技術(shù)和材料是建筑空間形態(tài)和工藝形態(tài)塑造的基礎(chǔ)，現(xiàn)代新技術(shù)和新材料在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)、施工和檢驗(yàn)的材料事項(xiàng)和技術(shù)事項(xiàng)，從被動(dòng)優(yōu)化走向了主動(dòng)優(yōu)化，在現(xiàn)代高新科技、數(shù)字化信息通訊和人居觀念的變遷下，新技術(shù)和新材料遵循的不再僅僅是經(jīng)濟(jì)適用性和舒適性原則，建筑設(shè)計(jì)對(duì)新技術(shù)和新材料的應(yīng)用是發(fā)展性目標(biāo)、視覺審美和環(huán)境倫理性追求的綜合呈現(xiàn)。

1、新技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

科技發(fā)展促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)新，對(duì)建筑施工方式產(chǎn)生了深刻影響，新技術(shù)在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要表現(xiàn)為自然生態(tài)技術(shù)、數(shù)字智能技術(shù)和綠色環(huán)保技術(shù)三個(gè)方向，它們分別代表著建筑設(shè)計(jì)所面臨的的生態(tài)需求、智能化需求和可持續(xù)性需求。

1.1 自然生態(tài)技術(shù)

建筑設(shè)計(jì)中的自然生態(tài)技術(shù)使用是從生態(tài)耗能的角度來考慮建筑與自然的關(guān)系，新型生態(tài)技術(shù)要求建筑施工過程最大限度地降低能源消耗的附屬物或副產(chǎn)品。在傳統(tǒng)的建筑施工現(xiàn)場(chǎng)會(huì)向外部環(huán)境釋放污染性氣體，內(nèi)部建造環(huán)境中的取暖、照明以及冷氣等能源轉(zhuǎn)換裝置也是以消耗國(guó)家能源為代價(jià)來?yè)Q取居住條件的安逸，因此自然生態(tài)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用目的是同時(shí)在建筑外部環(huán)境和內(nèi)部環(huán)境起到降低耗能和減少環(huán)境損害的作用。對(duì)此，現(xiàn)代最具代表性的自然生態(tài)技術(shù)是建筑構(gòu)造中的“多層幕墻”設(shè)計(jì)和“立體屋頂”設(shè)計(jì)，前者通過在墻體內(nèi)設(shè)置緩沖系統(tǒng)、空氣交換系統(tǒng)和雙層立面系統(tǒng)來降低室內(nèi)外溫差，減少熱能損耗;后者采用立體屋頂結(jié)構(gòu)來收集雨水，并利用雨水的流動(dòng)性特征向外壓運(yùn)雨水灌溉植物和清洗環(huán)境，促使建筑自身具備一個(gè)自給自足的水循環(huán)空間?？梢?，自然生態(tài)技術(shù)的應(yīng)用旨在強(qiáng)化建筑設(shè)計(jì)中的自然屬性，“展示人對(duì)自然的需求而非對(duì)工業(yè)實(shí)用性的滿足”[1]。

1.2 數(shù)字智能技術(shù)

現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展讓數(shù)字智能技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到進(jìn)一步開發(fā)，尤其是眾多商業(yè)建筑和個(gè)體商戶使用建筑智能化理念來改造工作環(huán)境、促進(jìn)交流協(xié)作的便利，而在居住空間的改造方面，現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)主張保留使用數(shù)字智能技術(shù)來實(shí)現(xiàn)居家辦公和城市智能化空間，包括聚焦5G技術(shù)、互聯(lián)互通、智能響應(yīng)方案等等，旨在創(chuàng)造一種信息和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的協(xié)作方式，提升人類建筑居住、生產(chǎn)和安全的自動(dòng)化水平?，F(xiàn)代建筑施工和建筑設(shè)計(jì)競(jìng)爭(zhēng)不再是組織和策略的競(jìng)爭(zhēng)，在人工智能的數(shù)字化環(huán)境下已實(shí)現(xiàn)“虛擬助理”輔助工程師和現(xiàn)場(chǎng)工作人員進(jìn)行施工調(diào)度、告知施工缺陷的遠(yuǎn)程監(jiān)督方式，而物聯(lián)網(wǎng)在促進(jìn)施工材料補(bǔ)充、提供遠(yuǎn)程計(jì)數(shù)和耗材通知方面也大大降低了人力消耗，未來3D打印房屋、橋梁等數(shù)字技術(shù)應(yīng)用亦將逐步成為現(xiàn)實(shí)，數(shù)字智能技術(shù)不僅使建筑構(gòu)想更加精細(xì)、準(zhǔn)確，還賦予建筑設(shè)計(jì)過程豐富的感受性和實(shí)驗(yàn)性內(nèi)涵，為建筑設(shè)計(jì)的跨學(xué)科、跨領(lǐng)域合作提供了更多可能性。

1.3 綠色環(huán)保技術(shù)

綠色環(huán)保技術(shù)和自然生態(tài)技術(shù)的不同之處在于，自然生態(tài)技術(shù)側(cè)重于節(jié)能降耗，保障建筑設(shè)計(jì)中的生態(tài)穩(wěn)定性和安全性，而綠色環(huán)保技術(shù)則傾向于通過建筑材料開發(fā)和材料生態(tài)化來達(dá)成對(duì)建筑生命周期的影響，降低環(huán)境負(fù)荷。從建筑原料采集開始，經(jīng)過材料加工制造、消費(fèi)使用，到循環(huán)再生、廢物處理的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都可能引發(fā)環(huán)境和資源的浪費(fèi)問題，現(xiàn)代綠色生態(tài)技術(shù)從建筑之于環(huán)境承載力的角度出發(fā)，追求建材的可回收、使用時(shí)間的延長(zhǎng)和環(huán)境廢棄物的減少。例如建筑表皮材料的生態(tài)化技術(shù)，通過在建筑表皮中融入原木、生土、草料、石材等自然原材料，體現(xiàn)“因地制宜、就地取材”的綠色理念，西南民居設(shè)計(jì)中廣泛運(yùn)用了深廳結(jié)構(gòu)和“小天井”的建造技術(shù)來實(shí)現(xiàn)遮陽(yáng)納陰的自然建筑功能，人們對(duì)建筑的審美想象中更多的呈現(xiàn)出精神的需要，而技術(shù)性的革新是為滿足精神需要服務(wù)，推動(dòng)了建筑的物質(zhì)性能和精神感受性一致的美學(xué)目的。

2、新材料在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

新材料在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，不僅要兼顧材料的使用功能、環(huán)境適宜性，還要確保材料本身的耐用性與其他建筑部分的配合程度，提升整個(gè)建筑材料利用的生態(tài)化水平，主要包括新型隔熱和隔音材料，新型防風(fēng)和保溫材料，以及新型結(jié)構(gòu)和再生材料。

2.1 新型隔熱和隔音材料

新型隔熱和隔音材料是為了抵御城市噪音和熱輻射問題而產(chǎn)生的建筑設(shè)計(jì)需求，那些具備優(yōu)秀隔音效果，能夠吸收熱輻射的建筑材料越來越受到人們的重視，例如光伏建筑一體化材料，便是以光伏發(fā)電產(chǎn)品或安裝光伏組件來提供電力，集成到建筑上作為建筑結(jié)構(gòu)的功能部分加以使用，相比普通鋼化玻璃，光伏組件隔熱隔音的效果極佳，無論是安裝在窗戶、玻璃幕墻還是采光屋頂都極為方便，多晶及單晶光伏幕墻的透光性使其在遮陽(yáng)隔音的同時(shí)不損害建筑空間視野，起到自然采光的作用。在美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，分布式光伏與建筑的結(jié)合已獲得充分應(yīng)用，我國(guó)雖然光伏建筑起步較晚，但在商務(wù)建筑和公共建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的使用越來越普遍，例如北京奧運(yùn)會(huì)的“鳥巢”設(shè)計(jì)、上海世博會(huì)中心、國(guó)家美術(shù)館等等，它們證明了優(yōu)秀的建筑材料可使建筑的功能性價(jià)值升華為藝術(shù)性價(jià)值。

2.2 新型防風(fēng)和保溫材料

新型防風(fēng)和保溫材料在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，旨在保持室內(nèi)空氣流動(dòng)的前提下過濾外界空氣，維系建筑空間的溫度、濕度和空氣質(zhì)量的穩(wěn)定。對(duì)此，傳統(tǒng)建筑的防風(fēng)保溫材料的厚度較大，例如窗洞的加深、層間距縮減等等，都是通過增加建筑厚度來達(dá)到防風(fēng)保溫效果，但新型防風(fēng)保溫材料則是以真空隔熱板為主要元件，不僅降低了建材厚度，“其對(duì)隔熱層內(nèi)部的空氣抽取和纖維填充，促使建筑內(nèi)部形成真空效應(yīng)”[2]，從而達(dá)到防風(fēng)保溫作用。除了真空防風(fēng)保溫外，現(xiàn)代新型玻璃材料、特殊窗框材料相關(guān)的保溫功能亦得到大眾青睞，例如吸熱玻璃、調(diào)光玻璃、內(nèi)置的窗框氣體吸收板等等，它們可有效改變室內(nèi)的采光條件，避免過低的氣流感產(chǎn)生，從而維持室內(nèi)光感和空氣流動(dòng)速度的穩(wěn)定。

2.3 新型結(jié)構(gòu)和再生材料

新型結(jié)構(gòu)和再生材料是與建造技藝相結(jié)合的結(jié)構(gòu)性和可持續(xù)性材料的總稱，由于再生材料的表面屬性及其后續(xù)使用空間大大高于一般性材料，在結(jié)構(gòu)上亦可與傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)復(fù)合型或疊加型效應(yīng)，從而改變傳統(tǒng)建筑藝術(shù)的審美性特征，因此對(duì)新型結(jié)構(gòu)和再生材料的使用既是為了促進(jìn)建筑技藝層面的提升，也是延長(zhǎng)建筑使用壽命，推動(dòng)建筑構(gòu)造特質(zhì)的轉(zhuǎn)變需要，例如泰國(guó)蘇梅沽島兒的兒童生態(tài)活動(dòng)中心，便是運(yùn)用以竹材為主的再生材料融合現(xiàn)代建筑技術(shù)，增加了建筑主體結(jié)構(gòu)的高度和跨度，并使原本的實(shí)體建造空間具有了多重復(fù)合型的層疊建造結(jié)構(gòu)，透明性的再生材料能夠?qū)@種層疊建造空間起到明暗變化或強(qiáng)弱變化的視覺表現(xiàn)能力，而不透明的再生材料能夠顯著地增加層疊建造空間的質(zhì)感，促進(jìn)建筑材料對(duì)空間質(zhì)量的視覺呈現(xiàn)，滿足了人們對(duì)建筑空間審美的差異化需求。

結(jié)束語(yǔ)

新技術(shù)和新材料的出現(xiàn)不僅為建筑設(shè)計(jì)提供了全新的思路，促使建筑設(shè)計(jì)與時(shí)代發(fā)展和社會(huì)需求緊密結(jié)合，還賦予了建筑設(shè)計(jì)的人文關(guān)懷內(nèi)涵，彰顯了建筑與人、建筑與環(huán)境、建筑與審美的關(guān)系，本文通過探索新材料和新技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用理念和應(yīng)用現(xiàn)實(shí)，對(duì)強(qiáng)化環(huán)保節(jié)能理念，提升新技術(shù)和新材料的建筑利用率，構(gòu)建人與自然的和諧關(guān)系具有積極的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚小松. 綠色建筑技術(shù)在公共建筑改造中的應(yīng)用思考[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2019，46（10）：141-142.

（哈爾濱工程大學(xué)航天與建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150000）