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建筑材料在建筑表皮的作用论文
1建筑材料在建筑表皮中的生态运用现状
相关理论研究越来越多，一些建筑师在尝试把理论应用于实践。比如在世博会中，中国建筑师自行设计的形态各样的展馆就充分考虑了建筑材料在建筑表皮中的生态运用。
2建筑材料的生态选择
建筑的核心构成要素是建筑材料，要想使建筑具有生态性，在选择建筑材料时也应注重选择环保生态的建筑材料、做到在建筑过程中减少材料的使用。
2.1生态建筑材料及选择
生态建筑材料也叫绿色建筑材料或环保建筑材料等。生态建筑材料是指采用清洁生产技术、少用天然资源和能源、大量使用工业或城市固态废弃物生产的无毒害、无污染、无放射性、有利于环境保护和人体健康的建筑材料［1］。通过系列操作制成的生态建筑材料有以下特性:①在生产、使用过程中能够尽量做到对自然资源的节约，避免污染，同时也不会释放有毒有害物质，对环境造成破坏。②符合建筑设计对建筑材料的力学和性能要求，既保证使用寿命又能在使用寿命结束的后续处理中可循环利用。③生态建筑材料符合人们的审美需要和与环境的融洽，能给人们营造一个温馨的、与环境融为一体的生存环境。
2.2建筑过程中减少材料的使用
在建筑的过程中应尽量减少对材料的应用，在建筑的规模上尽量做到适中。不盲目求高求大，做到与环境的协同一致，达到减少建筑材料使用的目的。在建筑过程中应充分考虑建筑材料的有效利用，避免不必要的浪费，同时应考虑材料的耐受性和使用寿命，尽量选择与建筑物设计寿命相应的建筑材料。在建筑设计时还应考虑建筑到达使用寿命后，这些建筑材料的无公害销毁或重复利用问题。
3建筑材料在建筑表皮运用的生态学原则
生态学的物质循环和能量流动给建筑表皮提出新的要求，建筑表皮除了应具备防寒保暖功能之外必须具备更多的功能，比如通过采光获取能量的功能、从视觉上具有审美的要求、从可持续性上讲，有利于循环利用的特点。建筑表皮作为整个建筑的一部分，其基本功能是适应外界光照温度的变换，但是今天的建筑理念发生了很大变化，人们把建筑表皮作为与环境融合的一部分，考虑其美观、环保，对其赋予了更多的期许和意义。为此建筑师应该把建筑表皮放在生态学的视野下重新考虑其材料的选择、构造等问题。
3.1可循环使用的建造材料
在传统的建筑体系中，建筑材料的使用生命是原料加工成材料，应用后成为废料，是一种不可再生、也是不可循环的单向流动模式。在生态学的视野下理解建筑材料地使用寿命，具有与传统不同的特点。在生态学视野下借助物质循环和能量多级利用的特点，建筑材料具有原料加工成建筑材料、应用后再作为原材料重复利用的特点，避免建筑垃圾大量产生，降低了环境污染。通过可循环地使用建筑材料，也能对当地的环境减少破坏，达到保护生态的目的，因此在建筑的过程中应提倡使用当地的原材料，并注重其物质循环性［2］。建筑表皮的材料除了满足可循环利用要求之外，同样也应能满足最基本的适应气候，给人创造舒适环境的能力。比如J赫尔佐格设计的多米尼葡萄酒厂，就是这一理念的典型代表。他在表皮设计时改变传统的砖块和混凝土外形，而采用当地随处可见的石块作为表皮材料，充分利用了石块的吸热性能和玻璃的保温性能，使这一表层设计做到白天吸热，晚上放热，这正好与沙漠干热气候的温度波幅变化相反。通过建筑的巧妙设计和当地沙漠全天温差大特点的结合，降低了地域气候昼夜温差大增加的建筑能耗。可以预见，当多米尼葡萄酒厂结束使用的时候，表皮材料中的石块能回归自然或重复利用。
3.2开发能够推广普及的技术
建筑表层除了具备防雨防风的基本功能外，也应具有调节光照的特点。我们每天都接触到光照，光照通过建筑表层对人们的舒适度产生影响，因此在生态学视野下的建筑表层设计应考虑对光热进出建筑空间的多少，利用建筑表皮进行适度调节。当然在调节光热的过程中需要采用一定的技术，而技术有科技水平高的也有水平低的，有复杂的也有简单的，技术的选择是和经济水平分不开的。在技术地使用过程中，需要考虑当地的经济和技术条件，开发出适应当地的、能够推广普及的技术。既然能够推广普及的技术是建立在一定的经济基础上，它就要求不是脱离实际的一味追求高科技，它既有先进理论的指导又与当地的条件相适应，最终达到综合效益的实现。我国在开发能够推广普及的技术上具有一定的优势，当前我国既有经济的快速发展，具备一定的经济基础和一定规模的建筑专家，同时我国又有几千年的建筑历史，从历史中也能吸收一些传统技术，把这些条件经过综合创造，应该能开发出能够推广普及的技术。通过把能够推广普及的技术用于建筑的表皮设计中，使生态表皮更具备现实可行性。比如我国吸收传统窗户的设计，在窗户外侧设计一个百叶窗，能够自由地开启和关闭，当夏天天气炎热、光照太强时，可以把百叶窗合起来，起到遮荫的效果;当冬天天气寒冷时，可以把百叶窗打开，以获得温暖的阳光。百叶窗简单地一开一合，就能实现冬夏对光热的不同需求，达到与高科技同样的效果。
3.3构建多样化复合表皮
随着人们生活水平的提高，对生活品质的要求越来越高，有必要构建多样化的复合表层，满足人们不同的需求。比如对能源的需求越来越大，可以在建筑表皮安装太阳能电池板，既能满足人们对清洁能源的需要、减轻国家的能源负担，又能对室内光热条件起到调节作用。如全国首个墙体式太阳能中央热水系统———梅山苑太阳能热水系统工程，建筑师在西立面墙上悬挂了四种太阳能集热器，用以收集西晒的太阳光，令其转化为可使用的热能，为176户居民全天候提供55～60℃的热水。这套供热系统配有空气源热泵，如遇到连阴天，太阳能集热器将自动切换为电能供能，使系统正常供热。而空气源热泵也属于绿色环保技术，在加热水方面，能使一度电发挥出相当于4度电的功效，取得了较好效果。由于城市绿化面积的减少和人们想亲近大自然形成了尖锐的矛盾，可以考虑在建筑表皮的设计时利用生物学方面的技术。有句话叫“大树底下好乘凉”，这充分说明植物具有明显的遮荫功能，因此可以在建筑的表皮上构建一个植物层，既能满足人们的审美需求又能满足遮荫要求。植物的遮荫原理和其他物体遮荫是不同的，植物遮荫一方面利用植物自身的蒸腾作用，把照射到自身的太阳能通过水分的蒸发，使热量散发出去，同时自己又能进行光合作用，利用一部分太阳能。通过植物的双重作用，植物自身的温度并没有升高，所以建筑表皮的温度也不会太高。我国在这方面具有传统优势，现在在许多地方，人们通过在房前屋后种植爬山虎等各种植物就实现了遮荫的作用。在建筑表皮上构建绿化表皮，植物的生长周期恰巧和光照强弱的周期同步进行，实现了建筑与自然的和谐统一，不仅让人们欣赏了自然风光，也让人们感受到岁月的流转，一举多得［3］。
3.4注重艺术和技术相结合
建筑本身既是一门技术也是一门艺术，建筑的表皮设计也满足上述特点。材料的艺术性主要表现为材料的美学价值，通过材料的颜色、形态等表现，给人以美的视觉享受，满足人们对建筑的审美需要。材料的技术性主要表现在对材料进行力学、结构学等诸多方面的分析应用上，达到高质量的建筑质量要求。建筑表皮本身只考虑艺术性，而不考虑技术性的话，必然造成华而不实的建筑次品。因为如果一个建筑外观漂亮，但是达不到质量要求，又有谁会推崇其为伟大的建筑呢?同样，如果建筑表皮本身只考虑技术性，而不考虑艺术性，必然造成建筑缺乏灵性，显得呆板和毫无情趣。只有艺术和技术的完美结合才能产生优秀的建筑作品，使其从物料的角度看是一个坚固的建筑，从艺术角度看又是一个漂亮的艺术作品，比如上海世博会中的波兰馆就是设计师利用胶合板的坚固和便于加工特性，结合剪纸艺术创造出的一座美丽的建筑作品。
3.5利用本土化的建筑材料
建筑作为一种物料，存在形式凝结着设计者的技术和文化信仰，因此建筑一方面是一种物质体现，另一方面也是一种文化体现。一个区域内的建筑风格也反应一个区域的文化特征。有些建筑师的设计理念注重人文生态，建筑材料的选择上大多取材于当地。材料的就地取材，一方面降低了运输成本，避免不必要的浪费，也符合生态建筑材料选择的要求;另一方面，就地取材也能凸显当地的人文特征，这种风格的设计作品就会增加建筑的艺术性和个性，避免建筑风格的千篇一律。建筑大师张锦秋设计的敦煌国际大酒店就充分考虑了当地的文化特色，以表现地方文化特色为主，并结合现代设计技术。以多处弧形实体与空间及抽象化的重楼、月牙形水池来表现沙漠、莫高窟、月牙泉的流畅、浑厚、质朴的风格［4］建造成敦煌的标志建筑。
4建筑材料在建筑表皮设计的生态策略
4.1自然采光
太阳光作为一种自然光源，本身是一种清洁无污染的能源，对太阳光的利用是最经济、最环保和能重复利用的能源利用形态，因此对建筑表皮的设计一定要充分考虑采用自然光。在建造表皮的设计过程中，一般采用坚硬的墙体和玻璃或透光膜，做到有机结合，实现自然光能从建筑的顶部、侧面投射进来，太阳光在一天的变化中也能给建筑带来一定的生机和灵性。比如我国北京奥运会体育场馆鸟巢，就充分考虑了对自然光的应用:体育场的骨架由各种组件相互连接、相互支撑，形成复杂而有规律的网格结构，从远处看就像许多树枝搭建的一个巨大鸟巢，其银色的钢网外面覆盖着透明的膜性材料，使白天能够从四面八方把自然光投射进来，采集到充足的自然光。
4.2自然通风
建筑物内如果没有风的流动，会造成空气的不流通，使人产生憋闷的感觉。自然风对人体是最适合的，因此要选用合理的建筑材料，进行自然通风。自然通风的设计要考虑到自然风压、内外温差，这些条件的形成都需要恰当的建筑材料和建筑表皮外形，比如现在各种写字办公楼的窗户都通过恰当的设计，保障自然通风。法兰克福商业银行总部利用了“烟囱效应”的原理，把建筑设计成以三角平面为单位的层层上旋的渐进上升过程，这样的设计可以促使风从不同的侧面吹入大楼内部，为办公室的各个角落带来自然空气，让工作人员体会到舒服和自然［5］。
4.3保温放热
建筑为了形成舒适的环境，应该具有保温放热功能。建筑内部通过建筑表皮既能从外部获得热能，也能从内部放出热能，因此建筑表皮担负着调控热量流动的作用。要想让建筑表皮更好的肩负这个功能，必须选择合理的建筑材料用于表皮的构建。由于夏季光照强烈，需要利用建筑表皮进行防热处理。自然防热处理的基本策略是，减少或避免太阳的直接照射或强烈辐射，同时加强自然通风。由于冬季光照较弱，室内外的温差较大，室内热能容易散失，保温的基本策略是尽量最大化的接受太阳光，防止内外的空气流通。玻璃在建筑表皮设计的保温防热用途中最普遍，窗户采用双层玻璃，在冬天可以阻断热量的散失，在夏天建筑表皮外围安装百叶窗等，在可以遮荫的同时，玻璃能也能阻断室内空调形成的冷气和外界的交流。这一技术已经在许多建筑中得到应用，比如德国博览会公司办公大楼，其设计手法包括:外立面玻璃幕墙对高层高速气流的屏蔽;内侧推拉窗与百叶窗组合，形成冷热气流的缓冲，并能够吸收新鲜空气;结构柱设在缓冲层内，各种配套设施集中在竖向管线中，使得室内空间利用效率增大［6］。
4.4适应当地气候
各个地方都有自己独特的气候特点，生态学中有一条原理，生物应与环境相适应，适应环境的才能得到更好的生存，不适应环境的将被环境淘汰。因此在生态学的视野下审视建筑表皮的材料选择，也应该和环境保持一致，只有和环境保持一致的建筑表皮才能延长建筑材料的使用寿命，也会延长建筑的生命周期。如果建筑表皮的材料选择不与环境保持一致，就会减少建筑材料的使用寿命，也会有损建筑的生命周期。比如武汉市属于亚热带湿润季风气候，夏季温度较高，有“火炉”之称，冬季温度低风速大，年平均气温高，武汉美术馆为了与当地环境相适应，建筑节能的重点在于中庭的上部利用玻璃覆盖，在冬季，由于玻璃能形成温室效益，可保存热量，同时也能起到获得自然光的作用;在夏天，阻断太阳光的大量进入，避免室内温度过高，增加空调负荷，增加能耗。
5结语
随着我国城市化和城镇化进程的推进，我国的建筑行业获得飞速发展，无数的建筑研究者对建筑材料的性质和应用积累了丰富的材料，同时外国建筑理念的传入，使我国的建筑师越来越重视建筑表皮的生态应用。建筑表皮的生态应用，首先就是建筑材料的生态选择，在选择建筑材料时，应考虑选择生态化的建筑材料，建筑过程中应减少材料的使用。在选择建筑材料用于建筑表皮的生态学运用时，要遵守一定的原则，比如采用可循环使用的建造材料，这能对当地的环境减少破坏，保护生态;开发能够推广普及的技术，不会脱离实际，最终达到综合效益的实现;构建多样化复合表皮，满足人们不同的需求;注重艺术和技术相结合，产生优秀的建筑作品;利用本土化的建筑材料，使建筑实现人文生态的特点，增加建筑的艺术性和个性，避免建筑风格的千篇一律。建筑材料在建筑表皮的生态化设计时，要选择相应策略，通过选择合理的建筑材料进行自然采光、自然通风和保温放热，能节约能源，具有经济环保的特点;选择合理的建筑材料，积极适应当地气候，才能延长建筑材料的使用寿命，也会延长建筑的生命周期。总之，建筑材料在建筑表皮中的生态运用是建筑的一种趋势，一定会发挥越来越大的作用。
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