“以竹代塑”撐起“材料強(qiáng)國(guó)”中國(guó)夢(mèng)

文| 葉柃 張文英

中國(guó)是世界上主要的產(chǎn)竹國(guó)，全國(guó)竹林面積達(dá)735萬公頃，竹材總蓄積量約6億噸，每年可砍伐量約1.5 億噸。然而，竹材每年消耗量?jī)H4000 萬噸，造成極大的資源浪費(fèi)。目前，我國(guó)竹材加工業(yè)發(fā)展已經(jīng)遇到瓶頸期，傳統(tǒng)大規(guī)模消耗竹材的竹膠合板和水泥模板陷入低谷，近年來興起的竹纏繞復(fù)合材料為竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展開辟了一個(gè)新的發(fā)展方向，已被定位為國(guó)家重點(diǎn)戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，將在為國(guó)家實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)、推動(dòng)新質(zhì)生產(chǎn)力加快發(fā)展上起到巨大作用。

何為竹纏繞復(fù)合材料

竹纏繞復(fù)合材料突破了人類幾千年來對(duì)竹子應(yīng)用的傳統(tǒng)認(rèn)知，拉開了傳統(tǒng)竹產(chǎn)業(yè)革命的帷幕。竹纏繞復(fù)合材料以竹子為基材，以水溶性樹脂為膠黏劑，通過纏繞工藝制造成生物質(zhì)新材料，由浙江鑫宙竹基復(fù)合材料科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“浙江鑫宙”）和國(guó)際竹藤中心研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過17 年努力首創(chuàng)研制而成。這種材料充分利用竹子軸向拉伸強(qiáng)度高、彈性大等自然屬性，同時(shí)也利用其優(yōu)良的抗形變能力、保溫隔音效果、電磁波通過性能、耐候性能和阻燃性能。

竹纏繞復(fù)合材料技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于管道、管廊、房屋、容器、交通工具、軍工產(chǎn)品等多個(gè)領(lǐng)域，對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用。竹纏繞復(fù)合管、竹纏繞管廊、竹纏繞整體組合式房屋現(xiàn)已進(jìn)入推廣應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化階段。目前，已實(shí)現(xiàn)9 個(gè)生產(chǎn)基地生產(chǎn)鋪設(shè)各種規(guī)格管道370 公里，多個(gè)央企和地方大國(guó)企開始竹纏繞產(chǎn)業(yè)布局的前期工作。

竹纏繞復(fù)合管是竹纏繞復(fù)合材料的主打產(chǎn)品之一，具有原料可再生、承壓能力強(qiáng)、保溫性能突出、抗震抗沉降能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、節(jié)能低碳、重量輕、綜合造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。在正常使用條件下，竹纏繞復(fù)合管的使用壽命可達(dá)50 年以上，長(zhǎng)期壽命性能優(yōu)于水泥、鋼材和塑料等傳統(tǒng)材料，而竹纏繞復(fù)合管綜合造價(jià)低于傳統(tǒng)管道，成本約為球墨鑄鐵管的80%～90%，是承壓塑料管的60%～70%。2014 年，竹纏繞復(fù)合管進(jìn)行了部級(jí)成果鑒定，被評(píng)為“技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平”。

竹纏繞復(fù)合材料的應(yīng)用

2016 年4 月，竹纏繞管廊研制成功。分析結(jié)果表明，在埋地1 米深、地面車載90 噸的情況下，竹纏繞復(fù)合管廊最大豎向變形量小于1%，遠(yuǎn)低于3%的控制標(biāo)準(zhǔn)。與傳統(tǒng)管廊相比，在管線敷設(shè)相同情況下，竹纏繞管廊可使得材料成本降低30%以上，安裝施工效率提高50%～80%。2018年4月，由浙江鑫宙生產(chǎn)、中鐵十八局安裝的世界首條竹纏繞城市綜合管廊在內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市元亨石墨產(chǎn)業(yè)園鋪設(shè)成功。2022年7 月，由浙江鑫宙生產(chǎn)、中鐵十七局安裝的山西大同管廊工程通過住房城鄉(xiāng)建設(shè)部建設(shè)行業(yè)科技成果評(píng)估，評(píng)委會(huì)一致認(rèn)為：該項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)保效益顯著，具有重要的推廣應(yīng)用前景，在管廊建設(shè)領(lǐng)域的材質(zhì)方面填補(bǔ)了空白，達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。

此外，2017 年，竹纏繞整體組合式房屋研發(fā)成功，200 平方米二層樓房建造時(shí)間為74 分鐘，造價(jià)不超過每平方米1200 元，具有資源可再生、節(jié)能低碳、防火、抗風(fēng)、抗震，保溫、隔音性能好，無需打地基、使用壽命長(zhǎng)、可移動(dòng)搬遷等優(yōu)勢(shì)，每間房屋均已在車間裝修好，拎包即可入住。同年，竹纏繞高鐵車廂樣品研制成功，大巴、中巴車廂、廂式貨車車廂也進(jìn)入設(shè)計(jì)研發(fā)過程中。2020 年起，竹纏繞高層住宅開始研發(fā)，現(xiàn)已完成設(shè)計(jì)通則編制、整體設(shè)計(jì)等工作。

作為新型環(huán)保低碳材料，竹纏繞復(fù)合材料的研發(fā)與推廣得到了國(guó)家部委的高度重視和大力支持，以及科技、能源、環(huán)保等行業(yè)的關(guān)注與參與。竹纏繞復(fù)合管已先后取得相關(guān)部門和行業(yè)的技術(shù)評(píng)定，獲得廣泛認(rèn)可。2014 年12 月，國(guó)家發(fā)改委組織召開相關(guān)部委、機(jī)構(gòu)竹纏繞技術(shù)評(píng)價(jià)會(huì)。2016 年5 月，原國(guó)家林業(yè)局（現(xiàn)為國(guó)家林業(yè)和草原局）依托浙江鑫宙和國(guó)際竹藤中心在杭州設(shè)立了部級(jí)單位國(guó)家林業(yè)和草原局竹纏繞復(fù)合材料工程技術(shù)研究中心，同年7 月成立國(guó)家林業(yè)局推進(jìn)竹纏繞產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組，為竹纏繞產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了指導(dǎo)。

竹纏繞技術(shù)被科技部列入2016 年“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)；被科技部、原環(huán)保部（現(xiàn)為生態(tài)環(huán)境部）、工信部列入“節(jié)能減排與低碳技術(shù)成果轉(zhuǎn)化推廣清單”。在竹纏繞技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化方面，原國(guó)家林業(yè)局（現(xiàn)為國(guó)家林業(yè)和草原局）發(fā)布實(shí)施了林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《竹纏繞復(fù)合管》（LY/T 2905―2017）。目前，2022 年《竹纏繞復(fù)合管》GB/T 37805—2019 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和《竹纏繞管廊》LY/T 3202—2020 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及工程技術(shù)規(guī)程均已相繼頒布實(shí)施。竹纏繞復(fù)合材料技術(shù)也完成了從技術(shù)研發(fā)、示范應(yīng)用到工業(yè)化生產(chǎn)的全過程，已具備在全國(guó)推廣應(yīng)用的基本條件。

竹纏繞產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀

2023 年，可以說是竹纏繞復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化元年。國(guó)家首部生物經(jīng)濟(jì)規(guī)劃《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》中提出“促進(jìn)竹纏繞復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展，推動(dòng)在城市綜合管廊等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的示范作用”，充分體現(xiàn)了國(guó)家“材料強(qiáng)國(guó)”的戰(zhàn)略意圖。2023年10 月，國(guó)家發(fā)改委、財(cái)政部、工信部、林草局聯(lián)合發(fā)布《加快“以竹代塑”發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃》，其中明確指出，“在工業(yè)生產(chǎn)和建筑建材行業(yè)中，首先推廣應(yīng)用竹纏繞復(fù)合材料及竹纏繞管道、管廊產(chǎn)品”。

目前，國(guó)內(nèi)已建成投產(chǎn)竹纏繞管道管廊13 萬噸產(chǎn)能，根據(jù)計(jì)劃，至2027 年末，全國(guó)竹纏繞產(chǎn)能達(dá)到1000 萬噸，產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值超過4500 億元。中鐵建于2015 年就介入竹纏繞產(chǎn)品生產(chǎn)制造和工程應(yīng)用產(chǎn)業(yè)示范中，2023年9 月又成立了中鐵建竹纏繞發(fā)展有限公司，助力投資建設(shè)竹纏繞產(chǎn)品生產(chǎn)制造，極大地加快了竹纏繞產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

竹纏繞復(fù)合材料是當(dāng)前國(guó)家重點(diǎn)推廣的低碳與節(jié)能減排產(chǎn)品，圍繞“以科技創(chuàng)新塑造發(fā)展新優(yōu)勢(shì)”加快發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型，助力碳達(dá)峰碳中和，多個(gè)省市政府已出臺(tái)支持竹纏繞產(chǎn)業(yè)發(fā)展的文件。浙江、四川、重慶、江西等省、直轄市把竹纏繞列入“十四五”經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃中；百色、咸寧、井岡山、龍巖、瀘州等多個(gè)地級(jí)市已出臺(tái)扶持發(fā)展竹纏繞產(chǎn)業(yè)的相關(guān)文件。

2021 年，竹纏繞復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的行業(yè)管理機(jī)構(gòu)中國(guó)林產(chǎn)工業(yè)協(xié)會(huì)竹纏繞產(chǎn)業(yè)分會(huì)成立，曾恒一、武強(qiáng)、李堅(jiān)3 位中國(guó)工程院院士為分會(huì)特別技術(shù)顧問，原水利部副總工程師龐進(jìn)武擔(dān)任分會(huì)技術(shù)委員會(huì)主任，各部委及各行業(yè)的技術(shù)專家共有20 多人，目前會(huì)員已有60 多名。此外，隨著竹纏繞產(chǎn)業(yè)日漸成熟，行業(yè)管理制度不斷完善，行業(yè)秩序不斷規(guī)范，為產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供了必要支撐。

知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)是一項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的必備條件之一，目前竹纏繞國(guó)內(nèi)外知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)體系已初步建立。截至2021 年底，已申請(qǐng)國(guó)內(nèi)外專利386 件，授權(quán)專利290 件，其中發(fā)明專利76 件。由浙江鑫宙與華中科技大學(xué)中歐知識(shí)產(chǎn)權(quán)研究院、浙江工業(yè)大學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)研究中心共同籌建的“國(guó)際竹纏繞知識(shí)產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新中心”正在建設(shè)中，其目的為加強(qiáng)竹纏繞知識(shí)產(chǎn)權(quán)在全球范圍內(nèi)的保護(hù)力度，以防止我國(guó)原創(chuàng)技術(shù)被他國(guó)惡意侵權(quán)。

杭州推進(jìn)竹纏繞產(chǎn)業(yè)化發(fā)展路徑

根據(jù)中國(guó)能源研究會(huì)能效與投資評(píng)估專業(yè)委員會(huì)對(duì)竹纏繞復(fù)合材料碳排放的計(jì)算，如將我國(guó)目前每年閑置的1.1 億噸竹資源加工成竹纏繞復(fù)合材料用于替代鋼材、水泥、塑料等材料，每年可減少碳排放4.48 億噸。因此，大力推動(dòng)竹纏繞復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，一方面能為新基建的綠色低碳發(fā)展及高質(zhì)量推進(jìn)提供材料保障，助力國(guó)家實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)；另一方面可大幅增加農(nóng)村經(jīng)濟(jì)收入，為國(guó)家鄉(xiāng)村振興事業(yè)作出重要貢獻(xiàn)。為推動(dòng)竹纏繞產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展，下一步，杭州應(yīng)著力在以下方面多下功夫：

▲ 竹纏繞整體組合式房屋

▲ 竹纏繞高鐵車廂

加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)和市場(chǎng)應(yīng)用研究。杭州應(yīng)從頂層設(shè)計(jì)上給予竹纏繞產(chǎn)業(yè)發(fā)展以政策支持，規(guī)劃千億級(jí)竹纏繞產(chǎn)業(yè)，籌劃建立竹纏繞產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金，通過政府主導(dǎo)的工程示范展示宣傳竹纏繞產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)全力支持中鐵建等央企國(guó)企發(fā)展竹纏繞產(chǎn)業(yè)，完善發(fā)展環(huán)境，不斷擴(kuò)大竹纏繞產(chǎn)品應(yīng)用規(guī)模，加快實(shí)現(xiàn)竹纏繞產(chǎn)品對(duì)鋼鐵、水泥、塑料等傳統(tǒng)產(chǎn)品的部分替代，積極擴(kuò)大竹纏繞產(chǎn)品的知名度影響力。

加快產(chǎn)業(yè)數(shù)字化綠色化發(fā)展。竹纏繞復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)自2016年開始數(shù)字化建設(shè)工作，未來要在現(xiàn)有工作基礎(chǔ)上，充分應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)和信息化技術(shù)，持續(xù)研發(fā)竹纏繞設(shè)備，建立產(chǎn)業(yè)鏈供需平衡，提高產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)和運(yùn)行效率，力爭(zhēng)將加工與生產(chǎn)基地納入綠色工廠，竹纏繞產(chǎn)品納入綠色設(shè)計(jì)產(chǎn)品，將竹纏繞產(chǎn)業(yè)打造成制造業(yè)綠色轉(zhuǎn)型升級(jí)的示范標(biāo)桿及中國(guó)綠色制造的新名片。

加大專業(yè)技能人才的引育力度。隨著產(chǎn)業(yè)基地的陸續(xù)投產(chǎn)，竹纏繞產(chǎn)業(yè)的人才隊(duì)伍不斷壯大。目前，竹材加工、膠黏劑生產(chǎn)、產(chǎn)品生產(chǎn)、設(shè)備制造等產(chǎn)業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)的人才主要包含有研發(fā)人才、管理人才、生產(chǎn)人才、市場(chǎng)人才等。在推動(dòng)竹纏繞復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，重點(diǎn)要加強(qiáng)國(guó)家林業(yè)和草原局竹纏繞復(fù)合材料工程技術(shù)研究中心建設(shè)，組織開展學(xué)習(xí)培訓(xùn)、技能交流和學(xué)術(shù)研討等活動(dòng)，加大培養(yǎng)高技能研發(fā)人才力度，推動(dòng)原創(chuàng)性、引領(lǐng)性、顛覆性技術(shù)創(chuàng)新突破，增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力和自主創(chuàng)新能力。同時(shí)，還要加大力度支持竹纏繞發(fā)明單位快速做大做強(qiáng)，打造世界竹纏繞產(chǎn)業(yè)核心城市，保持杭州竹纏繞產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)全國(guó)。