環(huán)境設(shè)計中材料應(yīng)用

1、l 材料在環(huán)境設(shè)計中的科技體現(xiàn) 人類社會的進步是在不斷改造自然的過程中獲得的，但是，在科技發(fā)達的今天，人們的物質(zhì)需求進一步增長，人口急速膨脹，使人類對有限自然資源的需求空前高漲。人類為了生存而進行的種種活動，己造成對環(huán)境的嚴重污染和對自然生態(tài)資源的極大破壞，進而引發(fā)了一系列問題，人類的生存面臨著前所未有的環(huán)境破壞和資源短缺的壓力。有研究顯示，傳統(tǒng)建筑材料每年排放的二氧化碳占全國工業(yè)排放二氧化碳的35%40%。傳統(tǒng)建材的生產(chǎn)以巨大的能源、資源消耗為代價，并造成了嚴重的環(huán)境負荷，這樣便成為其走可持續(xù)發(fā)展道路的一大障礙和函待解決的課題。材料的開采不僅要消耗大量的礦物資源，進而對植被和耕地產(chǎn)生破壞，生

2、產(chǎn)過程還會消耗大量的能源，廢渣廢棄的排放也會帶來環(huán)境生態(tài)的問題。因此，傳統(tǒng)設(shè)計材料的發(fā)展應(yīng)考慮“環(huán)境”、“生態(tài)”、“綠色”、“可持續(xù)”這幾個關(guān)鍵詞。 遵循綠色設(shè)計(Green Design)的原則，設(shè)計時，合理和充分利用自然中的口、光、風、自然水、植物等因子，減少對資源與能量的消耗，減少廢物的產(chǎn)生。在材料的選擇上遵循材料利用的“5R”原則(減量利用Reduce、重復(fù)利用Reuse,循環(huán)利用Recycle、再生資源利用Re-grow、可降解Degradable。在設(shè)計壽命上，延長使用壽命，減少因拆除而產(chǎn)生的垃圾。 材料使用的可持續(xù)性是當代環(huán)境設(shè)計發(fā)展的必然趨勢，具有三個基本特征，即:占用資源少、

3、環(huán)境負荷小、可循環(huán)率大?，F(xiàn)代傳統(tǒng)建筑材料設(shè)計表現(xiàn)強調(diào)樹立整體的、可持續(xù)發(fā)展的新觀念，倡導(dǎo)自然、人文、技術(shù)三者的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。實現(xiàn)從傳統(tǒng)的被動式應(yīng)對自然環(huán)境，到回歸“因地制宜、就地取材”的觀念，向主動維護自然生態(tài)環(huán)境的方向發(fā)展。一、 傳統(tǒng)材料的綠色生產(chǎn)加工及應(yīng)用1、石材的綠色加工及應(yīng)用 石材開采中荒料的出材率和產(chǎn)生的礦渣的有效合理利用是評判石材開采綠色化的重要指標。在石礦開采吊裝運輸及石渣清理等生產(chǎn)，如以節(jié)理、裂隙尤其是主要節(jié)理、裂隙的產(chǎn)狀和方向為切割、開礦等的依據(jù)，采礦爆破必須采用控制(預(yù)裂)爆破，如無聲爆破等。為了提高石材的荒料率，應(yīng)充分利用礦床的內(nèi)在因素選擇最佳的開采方案，使用先進的開溝

4、技術(shù)、分離技術(shù)、解體技術(shù)等。石材加工的綠色化指標包括加工工藝流程是否先進，加工過程中所使用的設(shè)備是否先進，如大板鋸切加工設(shè)備。目前國外所用的如框架鋸機、多繩式金剛石串珠鋸以及裝有帶形或鏈形刀具的石材大板加工設(shè)備都可以做到加工尺寸大，效率高，壽命長。在薄板鋸切加工設(shè)備方面，有五柱雙梁式多鋸片雙向切機、"3合”多鋸片雙向切機等。出材率的高低、對鋸切過程中產(chǎn)生的下腳料的利用均是衡量石材加工的綠色化的重要指標。研磨工藝和設(shè)備的先進性、切割中噪聲的控制也是石材加工綠色化的評價內(nèi)容之一。目前國外研磨工藝在石材大板磨拋加工設(shè)備研制發(fā)展的動向如平穩(wěn)擺動磨頭、減磨材料等，降低噪聲方面的新手段有啞聲鋸片

5、、細縫鋸片、雙層鋸片等。為保證使用石材的安全性，消費者在建材市場選購石材和陶瓷產(chǎn)品時，要向經(jīng)銷商索要產(chǎn)品放射性檢測報告，要注意報告是否為原件、報告中商家名稱和所購品名是否相符，另外還有檢測結(jié)果類別(A, B, C)。對商家沒有檢測報告的石材和瓷磚，最好先請專家用先進儀器進行放射性檢測，然后再決定是否購買。對于己經(jīng)裝修完的房間，可請專家到現(xiàn)場檢測，如果放射性指標過高，必須立即采取措施，進行更換。業(yè)內(nèi)人士認為，雖然石材放射性存在一些問題，但“問題石材”多為紅色系列、棕色系列的花崗石，天然大理石和一些其他色系的花崗石還是可以放心使用的。在選用石材時，應(yīng)結(jié)合不同的應(yīng)用環(huán)境或場合，按使用要求分別衡量各個

6、石材品種，以保證其在建筑中的適用性。如需要耐氣候性較好的外墻應(yīng)選花崗石，需要耐磨性較好的地面應(yīng)選硬度較大的花崗石等，在石材的使用過程中也應(yīng)注意正確的保養(yǎng)，以提高其使用壽命和裝飾效果。2、木材的綠色加工及應(yīng)用木材的生產(chǎn)和加工則具有最高的環(huán)境效益，在其開采的過程中，將原木加工成材所耗用的水很少，對水質(zhì)的影響甚微。傳統(tǒng)的木材制品的資源利用率很低，僅為30%35%，但是隨著生產(chǎn)力水平的提高，膠合板的用量大大增加，替代了許多實木拼板的部件，并且生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢物極少，鋸材生產(chǎn)的廢料通常被用來制造紙漿，刨花板(PB)和中密度纖維板（MDF)，或作為燃料。PB/ MDF的木材利用率可達60%70%，而且主要以

7、小徑木，間伐木，加工剩余物為原料，制作過程中的能源消耗也比鋼材、塑料、水泥低，并且能夠有效的控制其工業(yè)排放物的污染問題。同時，木材的生長過程就是吸收二氧化碳，制造氧氣的凈化空氣的過程?，F(xiàn)在國內(nèi)外有許多新型的木質(zhì)材料及產(chǎn)品，如定向結(jié)構(gòu)板(OSB)與定向華夫板(OAP)，集成材，LUL，重組木(Serimber)，單板條層積材(PSL)等等，這些技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊，是目前國際上重點研制和設(shè)計的綠色產(chǎn)品。新型木材分類新型木質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)方法及性能用途定向結(jié)構(gòu)板（OSB）與定向華夫板（OWP）是在PB的生產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新型結(jié)構(gòu)型板材。PB用粗木片粉碎成的碎料做原料，OSB則以刨削成條狀的薄木片做原

8、料，OWP含有方形薄木片。OSB/OWP的原料木片在鋪裝成型時均經(jīng)過定向處理，優(yōu)化了縱向強度。其開發(fā)的思路源于天然木材的結(jié)構(gòu)，因而其力學(xué)性能比PB優(yōu)?？纱罅坑米魑菝姘搴图芸諒?fù)合地板的基材等。集成材由小徑木加工成長短不等的木條，并經(jīng)膠合層積而成。與天然板材相比，厚度可不受限制，且不變形;與天然方材相比，寬度可不受限制，套裁彎曲料時利用率高。是替代天然板方材的綠色材料。層級木（LVL）由小徑木加工成單(Veneer)經(jīng)縱向接長后再膠合層積而成。主要用作超大跨距的輕型屋架。重組木（Scrimber）將小徑材或彎曲度較大的原木整根壓碎，使散架但不便分離，然后再用膠粘合并壓制方材或型材，成為預(yù)制的木建材

9、，性能與強度比天然材均勻，不易變形，且木材利用率高。家具、裝飾、地板、貼面板、門窗、體育用材、木藝雕刻、工藝品。單板條層積材(PSL)用單板條膠合層積而成型材，成為預(yù)制的木材同樣可壓制成方材或內(nèi)部結(jié)構(gòu)更均勻。模板梁、柱材、托梁及枕木。3、磚瓦的綠色加工及應(yīng)用每一年，世界上都出產(chǎn)數(shù)百億塊粘土磚，它們每一塊都是價格高昂的環(huán)境殺手。粘土磚的生產(chǎn)不但需要成本昂貴的土壤挖掘，還要在溫度高達11000C的磚窯中經(jīng)過烘烤，這個過程不僅需要大量的燃料，更會給環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。對于磚瓦行業(yè)的綠色加工，主要從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和技術(shù)結(jié)構(gòu)兩方面進行。一是開發(fā)大規(guī)格、低容重、具有保溫隔熱性能的燒結(jié)空心制品，和具有裝飾功能

10、的清水墻裝飾磚、內(nèi)外墻體裝飾板;二是采用高效節(jié)能技術(shù)，提高能源利用效率。大大降低磚瓦行業(yè)對資源和能源的消耗，減少溫室氣體的排放，真正做到節(jié)地、節(jié)能、利廢、環(huán)保。例如，燒結(jié)的空心制品對比實心制品，有著明顯的優(yōu)越性。在節(jié)省原料、燃料方面，以孔洞率為23%的空心磚與實心磚相比，每億塊可節(jié)土4.2萬立方米，按取土深度3m計算，相當于21畝地的取土量。并且空心制品在勞動力、燃料等方面的消耗僅為實心制品的70%85%;此外，空心制品在減輕墻體自重，降低建筑費用，蓋上墻體熱傳導(dǎo)性能和節(jié)能方面，以及減輕運輸負荷，提高居住舒適度等諸多方面均有很大的優(yōu)勢。在燒制技術(shù)方面，選取高效能的“內(nèi)燃料”是節(jié)能的重要途徑之一

11、。由此可以提高火行速度、節(jié)約煤炭資源，綜合考慮焙燒所需要的熱量、內(nèi)燃料發(fā)熱量、粒度、含水率以及原料的塑性指數(shù)等影響因素，以達到最佳的綜合使用效果。二、 新型材料之生產(chǎn)加工及應(yīng)用 第四次技術(shù)革命涉及了許多其它領(lǐng)域，人工合成材料就是其中一個重要的組成部分。人工合成材料是指通過化學(xué)合成將小分子有機物合成大分子有機物。我們通常所說的人工合成材料主要分為三種:合成纖維、塑料、合成橡膠。這些第二次科技革命的產(chǎn)物(合成纖維、合成橡膠)己經(jīng)普遍運用到人們的生產(chǎn)生活中，人工合成材料提供了傳統(tǒng)材料無法與之相比較的方便與便捷。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步與發(fā)展，人工合成材料的大軍在不斷的擴展，其中納米材料己經(jīng)成為人工合成

12、材料的一個重要的發(fā)展趨勢。新材料的產(chǎn)生能夠為環(huán)境的表現(xiàn)增添活力與動力，這就要求設(shè)計師了解科技革命所產(chǎn)生新材料的特性，在選用材料的種類時應(yīng)與科學(xué)技術(shù)的進步。其次，人工合成材料相對于傳統(tǒng)材料研究更為微觀化。人類認識和改造世界的過程是一個循序漸進的過程，科學(xué)技術(shù)是人類統(tǒng)一認識世界和改造世界的必要手段，材料的研究發(fā)展也不能出其左右，它也是一個由淺入深、由客觀到微觀的過程。因此人工合成材料從對材料的強度、透光性、耐腐性、熱性、硬度的宏觀觀察升華到對材料物質(zhì)的原子、光子、電子的微觀研究，創(chuàng)造出更薄、更輕、性能(耐熱性、耐腐蝕性、硬度、強度等)更高的人工合成材料，人工合成材料相對于傳統(tǒng)材料的“重、厚、長、大

13、”，呈現(xiàn)出“輕、薄、短、小“的特點。最后，人工合成材料相對于傳統(tǒng)材料更為復(fù)合化、高功能化、超高性能化。 三大合成材料依次為塑料、合成橡膠和合成纖維科技革命人工合成材料分類新材料的產(chǎn)生能夠為環(huán)境設(shè)計的表現(xiàn)增添活力與動力,這就要求設(shè)計師了解第四次科技革命新產(chǎn)生新材料的特性，在選用材料的種類時應(yīng)與科學(xué)技術(shù)的進歩相適應(yīng)。才能將新的材料應(yīng)用在環(huán)境設(shè)計中。下面是一些新材料和新的設(shè)計理念結(jié)合的例子。透水性鋪裝和雨水收集技術(shù)，從全球范圍內(nèi)看，水資源能夠通過水的循環(huán)得到不斷地補充，但是雨水并不會出現(xiàn)在我們想要的時間和地點，有時水的供給無法滿足當?shù)鼐用竦男枨螅苍S還有許多地方在不久的將來也將面對這樣的問題，所以讓

14、人參與和管理雨水的技術(shù)一雨水收集技術(shù)得到了普遍的運用。其中通過新材料透水性鋪裝的設(shè)計，可以簡易通過雨水收集系統(tǒng)滿足于景觀需求。環(huán)境設(shè)計中雨水收集處理后的主要用途有:利用雨水資源使得景觀用水自給自足，形成具有一定生態(tài)效益的水體景觀，以滿足人們的視覺享受和親水需求;可以運用雨水收集系統(tǒng)存儲的水資源澆灌草坪、護理花園:在環(huán)境設(shè)計中設(shè)計雨水收集系統(tǒng)能夠高效的利用水資源，雨水通過雨水收集系統(tǒng)的截留與存儲，減少水資源的流失得以補充地下水，即補償由于各種人類活動而造成的地下水位普遍下降的破壞性影響。通常雨水收集系統(tǒng)是從建筑物的屋頂、道路表面、綠地、停車廣場收集雨水，并將其存儲在較大的容器內(nèi)，這類容器被稱作蓄

15、水池。環(huán)境中的雨水收集系統(tǒng)主要指的是室外雨收集系統(tǒng)。目前，雨水收集技術(shù)在建筑及環(huán)境設(shè)計中得到了較多的嘗試。透水性鋪裝種類與特點 合成橡膠是指人工合成的高彈性聚合物，是以合成高分子化合物為基礎(chǔ)具有可變形的高彈性材料。有耐高溫、耐油、耐臭氧、高氣密性、耐老化等特點。 在當代的環(huán)境設(shè)計中設(shè)計師巧妙地利用合成橡膠的材料特性加以創(chuàng)新，創(chuàng)造了令人耳目一新的景觀面貌，如由Stoss景觀都市化合作設(shè)計和規(guī)劃工作室的設(shè)計師Chris Reed主持設(shè)計的第一七屆國際園林參賽作品一“安全地帶，彈性斜坡”，這個項目中所需要的鋪裝材質(zhì)材料就是運用合成橡膠完成的，光滑的合成橡膠附著于地面，合成橡膠材料的高彈性特性讓地面更

16、有彈性更安全?！鞍踩貛?，彈性斜坡”合成纖維是非天然聚合物，是人工纖維的一種。合成纖維是指以化學(xué)原料合成的聚合物制成的化學(xué)纖維。合成纖維是將人工合成的、具有適宜分子量并具有可溶(或可熔)性的線形聚合物，經(jīng)紡絲成形處理而制得的合成纖維按主鏈化學(xué)結(jié)構(gòu)分為碳鏈纖維和雜鏈纖維兩大類。 合成纖維除了具有化學(xué)纖維的一般優(yōu)越性外，還具有如強度高、質(zhì)輕、易洗快干、彈性好、耐輻射、耐高溫、耐腐蝕、不怕霉蛀等獨特性能。合成纖維也越來越多的出現(xiàn)在景觀設(shè)計之中，這種材料的運用，帶給了游人全新的、刺激的、空間感受與體驗，賦予景觀作品動態(tài)感。例如由幾個法國大學(xué)生設(shè)計的帳篷庭院，在這個設(shè)計中運用了大面積的薄膜纖維，利用了合

17、成纖維材料的高強度、彈性好等特點，創(chuàng)造出令人難以置信的優(yōu)美的線條與形態(tài)，利用合成纖維高反光的特點創(chuàng)造了令人驚嘆的色彩對比。法國大學(xué)生設(shè)計的帳篷庭院上世紀的60年代人們開始從事納米材料的研究工作，第一屆國際納米科技會議于1990年在美國召開，這次會議標志著納米材料成為材料科學(xué)的一個重要分支。納米材料的基木結(jié)構(gòu)單元至少有一維處于納米尺度范圍(般在11100 nm)，納米材料的特性具有小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子效應(yīng)等特點，它具有傳統(tǒng)材料無法比擬的新型功能與特性，在光學(xué)性能、電性能、熱性能、磁性能、放射性能、吸收性能都非常卓越，因此納米材料耐擦洗、耐污染、防老化、保色、殺菌抑菌。納米

18、材料是21世紀前景最為輝煌的人工合成材料之一，其材料自身的特性與優(yōu)越性注定了它會在景觀設(shè)計中大放異彩。設(shè)計師了解熟悉納米技術(shù)的特性，掌握納米技術(shù)的最新發(fā)展動態(tài)，在適當?shù)臅r間與場合在景觀實踐中運用納米材料。當納米材料廣泛運用到景觀作品中的時候，那將是對景觀面貌一次革命性的改變。納米涂料己經(jīng)運用在實踐當中，納米涂料在國家體育館、首都體育館及工人體育場的改造工程中己經(jīng)有所運用。納米涂料可以使任何灰塵、水、油漬無法存留于建筑材料表面，所以納米涂料能夠保持建筑材料表面的長期一塵不染，但是現(xiàn)階段只是發(fā)揮了納米涂料耐一擦洗、耐污染、耐老化、殺菌抑菌、保色等性能，納米材料的潛力還遠遠沒有得到體現(xiàn)。除此以外還有

19、很多新的材料和技術(shù)都應(yīng)驗在我們的社會生活中，環(huán)境設(shè)計的物質(zhì)載體是材料，同時也是設(shè)計師思想的物質(zhì)載體。環(huán)境設(shè)計中，材料無疑起到了舉足輕重的作用，在現(xiàn)代的景觀設(shè)計中，充分發(fā)揮和利用第四次科技革命出現(xiàn)的人工合成材料豐富的屬性來促進環(huán)境計和建設(shè)的發(fā)展，合理利用人工合成材料的優(yōu)勢和特點，解決傳統(tǒng)材料所存在的問題與缺陷。三、 廢舊傳統(tǒng)材料之回收再利用 廢舊傳統(tǒng)建筑材料的回收再利用自古有之。計成在園冶·鋪地中說:“廢瓦片也有行時，當湖石削鋪，波紋洶涌，破方磚，可留大用，繞梅花磨斗，冰裂紛紜?！眻@林中的“花街鋪地”，是化腐朽為神奇的妙構(gòu)，用的是卵石，碎磚、碎瓷片等廢料，組合成圖案精美、色彩豐富的地面

20、紋樣。 現(xiàn)今，在拆除舊有建筑的同時，產(chǎn)生了大量建筑殘骸，其中傳統(tǒng)建筑材料占大部分，這些建筑垃圾中的許多廢棄物經(jīng)分揀、剔除或粉碎后，大多都是可再生利用的材料。其中的都是廢磚、廢瓦、廢石材，完全可以作為建筑材料再次回收循環(huán)利用，這也將成為環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展認識上的一次飛躍。發(fā)達國家建筑垃圾資源化循環(huán)利用率己達60%90%，而在我國還有一定的差距。建筑垃圾不同于生活垃圾和工業(yè)垃圾，其原本就是建筑材料，無需經(jīng)過復(fù)雜的處理過程就可資源化再利用。這種循環(huán)不僅能保護環(huán)境，降低對環(huán)境的影響，如果采取科學(xué)的管理和有效的措施和途徑將其合理再利用，可以大大節(jié)省建設(shè)資金和資源。因此，保留可循環(huán)或可再生使用的建筑材料

21、，尤其是地域性的傳統(tǒng)建筑材料，使其在當今的環(huán)境建設(shè)中，繼續(xù)發(fā)揮作用，不僅可以節(jié)約建筑材料資源，減少環(huán)境污染和資源浪費，更可以傳承歷史的信息，延續(xù)城市的文脈。木材的生長受自然環(huán)境的影響，過度的采伐必然會破壞生態(tài)環(huán)境，為了維持這種資源的平衡，各國都開始對木材的濫砍濫發(fā)加以控制和管理。因此，舊的建筑木材的再利用，便成為人們關(guān)注的焦點。舊建房屋拆卸下的木材，經(jīng)分類后可按市場需求加工成各種可用木料，這種廢舊木材的循環(huán)利用是最直接也是首選的途徑。舊木材身上的一些“缺陷”，如蟲眼、木節(jié)、裂紋，都是木材歷經(jīng)歲月侵蝕“飽經(jīng)風霜”的真實見證，它們喚起了人們對歷史的懷想與思索。 以美國室內(nèi)裝飾中“被拯救的木材”為例

22、，在美國，廢舊的木材也常被用來重造新屋。美國建筑師愛德華用了二十年的時間嘗試把廢舊木材應(yīng)用到室內(nèi)和建筑裝飾當中，他采用一些風格獨特的方法，向人們展示了一種極具親和力的環(huán)保新概念那些廢舊木材被稱之為“被拯救的木材”，它們堅固不變形，它們身上的點點滴滴的“缺點”一一蟲眼、木結(jié)、裂紋，讓人感到一種震撼人心的美，看起來很有歷史的凝重感。用做為裝飾梁木、地板或家具時，可將那些“被拯救木材”進行除蟲、熏蒸、打磨后，涂上保護漆，或保留原樣?！氨徽鹊哪静摹?在設(shè)計中最廣泛的應(yīng)用是作為梁木，這和我們中國統(tǒng)建筑中的“梁”意義上是一樣的。但是若像真正的梁木結(jié)構(gòu)一樣來利用，會增加一些技術(shù)上的難度，因而，大多數(shù)的房主

23、都希望梁木只用于裝飾，不直接用于結(jié)構(gòu)。如果大量地采用梁木還必須有工程師的安全設(shè)計。另外，研究表明，生活在有木頭家具裝修的室內(nèi)，可以緩解的壓力，同時讓人的身體得到放松。而且這種接近自然的顏色和材料使人更容易產(chǎn)生返本的感覺。如今，越來越多的美國人接受了“被拯救的木材”及其設(shè)計方法。 石材在廢棄后是否有切實可行的回收利用手段是石材綠色化的重要標志。例如，將廢石生產(chǎn)人造大理石、做建筑工程用石、做雕刻工藝品、生產(chǎn)石米、做化工原料、做涂料有原料、制成小塊飾材等。 粘土磚作為一種傳統(tǒng)建筑材料，雖然在我國一些地區(qū)己經(jīng)禁用或限制使用，但在很多地區(qū)仍然存在著大量的生產(chǎn)和使用。由于我國的粘土磚生產(chǎn)水平不高，生產(chǎn)的過程中產(chǎn)生了大量不合乎標準的磚塊，不能用于建筑，而被廢棄。并且，隨著城市建設(shè)和改造進程的加快，一些從磚混結(jié)構(gòu)的舊建筑拆除下來的大量廢粘土磚，和屋面瓦都作為廢棄物丟棄了。據(jù)統(tǒng)計，我國廢磚的產(chǎn)出量約為每年5200噸，因此如何有效利用這些磚瓦變成了一個函待解決的問題。 廢舊磚瓦組合而成的墻面，中國美院象山校區(qū) 遮陽板上的瓦片，中國美院象山校區(qū)“王澎的瓦”就是一個很好的例證，近年來建筑師王澎對舊磚瓦產(chǎn)生了濃厚的興趣，連續(xù)