透明混凝土材料在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

劉克微 吉林建筑科技學(xué)院藝術(shù)設(shè)計學(xué)院公共藝術(shù)專業(yè)本科

蔡 宇 （通信作者） 吉林建筑科技學(xué)院講師

1 透明混凝土材料的特性與優(yōu)勢

透明混凝土材料指的是將大量光學(xué)纖維（具備光線傳導(dǎo)效應(yīng)）融入原有的建筑混凝土內(nèi)部，旨在改造建筑材料性能，并且美化建筑結(jié)構(gòu)外觀，大幅度提升材料抗凍性、抗腐蝕性與抗沖刷侵蝕性[1]。透明混凝土材料的形成并不是簡單疊加玻璃光學(xué)纖維及傳統(tǒng)混凝土材料，而是經(jīng)過全面測算混凝土的各個建筑材料性能標(biāo)準(zhǔn)，從而達(dá)到準(zhǔn)確控制光學(xué)玻璃纖維摻入比例的目標(biāo)，確保從根本上優(yōu)化建筑材料的外觀視覺展示效應(yīng)[2]。

透明混凝土建筑物最為明顯的特點是建筑外形美觀、建筑設(shè)計節(jié)能、建筑室內(nèi)區(qū)域透光良好[3]。當(dāng)前，我國建筑設(shè)計領(lǐng)域已進(jìn)入全新發(fā)展階段，以透明混凝土材料作為建筑結(jié)構(gòu)主體的各種類型建筑物陸續(xù)誕生。在此基礎(chǔ)上，建筑設(shè)計人員必須深入了解透明混凝土材料的全新功能特性，運用科學(xué)規(guī)劃的思路來實施建筑設(shè)計，確保透明混凝土材料能在最大程度上展示新型建筑材料的優(yōu)良性能。透明混凝土材料相比傳統(tǒng)混凝土材料的性能優(yōu)化程度如表1所示。

2 透明混凝土材料運用于建筑設(shè)計的總體規(guī)劃方案

透明混凝土材料運用于工程建筑設(shè)計的基本規(guī)劃方案應(yīng)包括建筑總體布局、建筑分區(qū)設(shè)計[4]。具體進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計時，建筑設(shè)計人員需要對混凝土的建筑區(qū)域空間進(jìn)行準(zhǔn)確的劃分，再運用模擬設(shè)計的方式來分析建筑結(jié)構(gòu)特征。建筑設(shè)計人員必須對混凝土建筑的隱蔽空間重點進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計，運用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）來展示動態(tài)設(shè)計圖，尤其需要注意建筑管線交叉的特殊節(jié)點部位的設(shè)計。建筑設(shè)計人員對混凝土工程的建筑施工資源總量、施工資金成本及建筑工期等重要數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析時，應(yīng)結(jié)合建筑設(shè)計模型予以實現(xiàn)。因為建筑設(shè)計模型本身包含混凝土工程量的軟件分析數(shù)據(jù)，經(jīng)過軟件分析得到的工程量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可以作為混凝土建筑的重要設(shè)計參考。

表1 透明混凝土材料的基本特性

混凝土建筑物節(jié)點的結(jié)構(gòu)區(qū)域必須達(dá)到建筑安全性的性能標(biāo)準(zhǔn)，確保長期使用情況下的建筑連接部位不會出現(xiàn)節(jié)點連接松動現(xiàn)象，保證混凝土建筑的關(guān)鍵節(jié)點部位堅固性達(dá)標(biāo)。建筑節(jié)點連接設(shè)計方案的合理選擇必須依靠信息化技術(shù)，展現(xiàn)立體化的建筑連接節(jié)點構(gòu)造方案，防止在建筑結(jié)構(gòu)的某些設(shè)計環(huán)節(jié)存在盲目性。BIM 技術(shù)具有動態(tài)建?？刂频奶卣?，客觀上允許建筑設(shè)計人員實時控制混凝土建筑設(shè)計效果，按照立體建筑模型的數(shù)據(jù)變化情況來進(jìn)行必要的調(diào)整與糾正。例如，對于混凝土住宅建筑的山墻部位，需要搭建完整的承重樓板結(jié)構(gòu)，合理控制承重樓板的最大荷載強度。

3 透明混凝土材料在建筑設(shè)計中的應(yīng)用要點

從建筑材料的基本功能與特性角度來講，透明混凝土材料具有建筑設(shè)計節(jié)能、建筑外觀美化的重要實踐優(yōu)勢，因此值得被推廣應(yīng)用于工程建筑設(shè)計全過程。建筑設(shè)計人員在選擇透明混凝土作為建筑主體結(jié)構(gòu)組成材料的前提下，應(yīng)密切結(jié)合建筑功能分區(qū)來運用建筑設(shè)計材料，有效確保透明混凝土得到最大化應(yīng)用，展現(xiàn)透明混凝土在節(jié)約建筑設(shè)計能耗、美化建筑結(jié)構(gòu)外觀上的價值[5]。在具體實踐中，建筑設(shè)計人員針對透明混凝土材料可以從合理規(guī)劃建筑結(jié)構(gòu)功能分區(qū)、有效節(jié)約建筑設(shè)計能源消耗量、優(yōu)化建筑室內(nèi)空間的采光效果以及建筑外觀視覺效應(yīng)等角度出發(fā)把握建筑設(shè)計運用與實施要點（見表2）。

3.1 合理規(guī)劃建筑結(jié)構(gòu)功能分區(qū)

工程設(shè)計人員應(yīng)針對建筑功能分區(qū)進(jìn)行合理的布置與規(guī)劃，合理劃分各個不同區(qū)域的建筑功能空間，并且適當(dāng)運用透明混凝土來改造建筑墻體以及建筑各個功能空間的傳統(tǒng)材料設(shè)計方案。針對建筑室內(nèi)臺階、房間分隔部位、公共樓梯空間、室內(nèi)裝飾陳設(shè)以及各種家具的擺放空間區(qū)域，都要實現(xiàn)科學(xué)的設(shè)計與規(guī)劃，全面完善混凝土建筑的各個基本功能分區(qū)[6]。

例如，某大型世博會館的建筑主體結(jié)構(gòu)由透明混凝土建成，上述建筑墻體雖然包含厚度較大的水泥承重結(jié)構(gòu)，但是在透明混凝土的融合作用下，水泥承重墻體的外觀形狀傾向于透明的顏色，有效消除了建筑墻體外觀的厚重視覺感受。并且在墻體透光性能明顯改善的情況下，場館室內(nèi)的人員可以觀看到完整的場館建筑外部各種物體形狀，顯著提高透過場館室內(nèi)玻璃的光線照射強度。夜晚來臨時，場館建筑物的附近街道布滿了場館建筑室內(nèi)投影的彩色燈光，帶給觀賞者非常美好的建筑物外觀視覺欣賞印象。

3.2 有效節(jié)約建筑設(shè)計能源消耗量

透明混凝土運用于工程建筑設(shè)計最為明顯的優(yōu)勢就是實現(xiàn)建筑能耗全面節(jié)約的目標(biāo)，合理分配與規(guī)劃建筑工程的各個組成部分能耗，展示混凝土建筑物的最佳節(jié)能設(shè)計綜合效益。在澆筑混凝土的重要工程實踐環(huán)節(jié)，設(shè)計人員應(yīng)在透明混凝土的外部增加套管保護(hù)層，防止出現(xiàn)破壞光纖混凝土混合材料的后果。如果涉及密集程度較高的建筑鋼筋布置形狀與結(jié)構(gòu)，那么工程設(shè)計人員必須準(zhǔn)確計算工程材料機械性能及材料抗壓強度，合理選擇建筑結(jié)構(gòu)鋼筋或者型鋼材料來完善建筑設(shè)計規(guī)劃。

建筑設(shè)計人員必須注意的是透明混凝土應(yīng)被科學(xué)分配至各個建筑空間部位，尤其是針對混凝土墻體及建筑公共空間區(qū)域。但是實際上，某些建筑室內(nèi)空間并不適合全面改造為透明混凝土結(jié)構(gòu)，因此建筑設(shè)計人員需要考慮透明混凝土運用于建筑室內(nèi)及建筑公共空間部位的適宜性，避免浪費建筑設(shè)計資源。

3.3 優(yōu)化建筑室內(nèi)空間的采光效果及建筑外觀視覺效應(yīng)

建筑設(shè)計領(lǐng)域運用透明混凝土的重要實踐價值是優(yōu)化建筑物的室內(nèi)空間整體采光效果，對于建筑物的外觀視覺效應(yīng)予以全面的優(yōu)化。工程設(shè)計人員選擇與應(yīng)用透明混凝土材料時，基本思路是改造墻體外觀效應(yīng)，充分保證建筑墻體能透射外界的自然光線，美化建筑墻體外觀的視覺效應(yīng)。

工程設(shè)計人員要最大限度地利用建筑室外的自然光源，借助透明混凝土特有的建筑光線透射性能來利用自然光源。白天，建筑室外的自然光源可以直接照射至建筑室內(nèi)區(qū)域，明顯增強室內(nèi)空間的建筑透光性；夜晚，建筑室內(nèi)光源可以充分投影至建筑附近區(qū)域的廣場與道路覆蓋范圍，進(jìn)而達(dá)到合理節(jié)約建筑采光能耗的目標(biāo)，并提高建筑外觀美觀程度。

表2 建筑設(shè)計過程中透明混凝土材料實踐應(yīng)用要點

4 結(jié)語

現(xiàn)階段，透明混凝土這種全新建筑結(jié)構(gòu)材料已得到合理、科學(xué)運用，展現(xiàn)了透明混凝土材料在改造建筑物外觀形態(tài)、優(yōu)化建筑節(jié)能綜合效益方面的重要實踐價值。但是從根本上來講，當(dāng)前多數(shù)工程建設(shè)項目并沒有普遍應(yīng)用透明混凝土，仍有待進(jìn)一步加大推廣應(yīng)用力度，因地制宜實現(xiàn)對于原有建筑設(shè)計材料的改造優(yōu)化效果。