建筑师谈材料创新

选材是建筑落地的重要环节，而建筑师对建筑材料的鉴别和选择一定的话语权。没有适合的材料支撑配合方案落地，设计方案只能是“空中楼阁”；没有理想的设计方案，再出色的材料也难以凸显其价值。材料怎么满足设计需求？设计师如何能迅速找到他心目中的理想材料？未来建筑材料的发展方向如何？

 

崔愷：建筑师需要的材料要有创新生命力

崔愷

中国建筑设计研究院有限公司名誉院长、总建筑师

设计与材料的关系既互相配合、彼此成就，同时也相互制约。无论是立面造型、空间设计还是结构设计，都需要考虑材料特性。设计师对材料的考量，贯穿设计到方案落地的始终，并根据想要呈现的效果，全面分析材料的质感、色彩、耐久性、价格等，有时还要考虑材料的绝热、防潮、防火、吸声、隔声等性能，寻找具有地域特色的装饰材料，再定向联系合适的材料供应企业。但现实却是，大部分材料生产企业本着推销已有产品的初衷来设计院开展合作，对于新材料或有“研发定制”需求的特殊材料探索较少，这就导致与建筑师团队长期合作的只能是几家有“情怀”、敢创新的企业，供需关系不对等。

当前需要达成的共识是，设计师和材料供应商要保持良好的沟通，对于新材料的需求和生产运用情况要互通有无，增强分享和学习。长期以来，设计师只能被动地接受材料，适用的材料有限。如今，设计师需要转变身份，主动向材料企业表达诉求，由双方共同努力来实现设计构想。在未来，无论建筑师还是材料企业，都不能满足于大规模、批量化的建造和生产活动，提高产品的差异化，更好地满足设计师的个性化需求，更重要地是结合绿色低碳的要求，用更高的品质促成更好的合作。

成都天府农业博览园 © CADG

从材料施工的角度看，我国的建筑结构体系由砖木结构、砖混结构再到钢筋混凝土结构、钢结构、壳体结构，以及现在应用的膜等各种新型材料结构等，墙体由夯土、砖石、混凝土到新型的轻质保温墙体材料等，每种材料都有深深的时代烙印，能代表不同时期科技水平和建筑工艺的发展，也正是这些材料支撑着建筑根植于它脚下的沃土。“本土设计”并不拘泥于采用传统或地域材料，而是要用各种创新和突破留住环境的人文特征，激发出场地和建筑的内在活力。

从北京的世界园艺博览会中国馆金黄透光的光伏玻璃屋顶，到南京的江苏园艺博览会博览园用亚克力材料打造的精美“未来花园”，再到成都天府农业博览园中五彩斑斓的氟塑膜（ETFE膜）顶棚，越来越多的高科技、新材料出现在建筑中。

南京江苏园博会的绿色办公空间 © CADG

不同于传统的玻璃屋顶，‘膜’这种材料更轻质，可塑性更强，既可以露天使用，也能够用于室内装饰。从早期的PVC膜，到现在的ETFE膜，膜材料不断发展升级，已经成为力学性能强、抗老化效果好、透光度可控的优质材料。但这种材料的来源主要是靠进口，国内高档膜的生产尚未形成规模。

中国制造已经进入个性化、定制化、精细化阶段，建材行业亦如此，曾经批量式的生产已经不能满足当下设计师对于实现建筑方案落地的更高要求，设计师需要的是适配于建筑方案、高品质的新材料。只有不断创新，材料企业才能满足设计要求。如果只靠低价竞争，材料行业的发展将会是不可持续的，只有提质、有所创新，才能促进行业高质量发展。

不要追求最大、最高，而要追求更创新、更低碳。我国建筑正发生着从“消耗型”到“节能型”再到“低碳型”的转变，城市的开发建设方式从粗放型外延式发展转向集约型内涵式发展，建设重点也从房地产主导的增量建设，逐步转向以提升城市品质为主的存量建筑提质改造。未来，将有更多低碳绿色的建筑在城市、乡村、在不同地域因地制宜地生长和建设，道阻且长，建设领域和建材行业的高质量发展需要设计师和材料企业的共同进步。

 

李鹰：设计变革正当时，一切从材料开始

李鹰

HBA中国区总裁及董事合伙人

我们希望通过对人、设计、艺术和空间关系的重塑，来颠覆人们，尤其是设计师群体对于传统材料的固有印象，启发他们对未来空间的思考、突破与畅想，从而实现真正意义上的创新。

我们想做的就是要打破材料运用的边界，挖掘出新的潜力，看看它们在不那么适合、不那么擅长，或者意想之外的领域中，是否能带来令人耳目一新的表现。在构思之初，我们希望借由一些新的展现形式，对传统材料进行颠覆性的思考，但任何一种材料都要经历几年甚至几十年的研发、改进与完善。换句话说，所有材料工艺的进步与材料技术的变革都无法在一个项目中实现。因而，我们希望用一种行为艺术的方式，为设计行业带来新的可能性，激发人们更多的思考与探讨。

▲Studio HBA作品：苏州东太湖大酒店

许多材料给我们带来了深刻的印象，比如传统的木皮可以呈现出面料一般的纹路，还有一些壁纸类材料在韧性和触感方面都取得很大的突破。当然，材料的创新不光停留于技术层面，设计师应该打破传统思路，多从应用层面上加以创新，如此形成材料商与设计师之间的良性互动，从而促进行业的进步。

设计创新不只是设计师单方面的事情，它一定需要材料企业的积极配合，甚至可以说，材料企业应成为设计创新的背后驱动者。从横向上看，国外许多优秀的材料企业耗费了大量精力与投入去做研发、做创新，去尝试材料的各种可能性，直至落地生产之时，再考虑品质、成本、稳定性的把控，之后再运用到设计师的项目中，创造出独一无二的作品。

▲Studio HBA作品：城投融创·武汉印营销中心

在国内，尽管这种良性的模式还未建立，但越来越多的企业正朝着这个方向努力。我觉得，材料商在做研发的过程中，不单要依赖自身的研发部门，也要打开思路，让更多的外界设计师加入到这一过程中，而不是仅仅让他们从已经落地成熟的材料中进行选择。

另外，我们应该用全面的、综合的、全生命周期的眼光来看待绿色环保。在设计中，“环保”不仅是一个选材的问题，它还涉及我们的行为方式和使用习惯等诸多复杂因素。只有让更多人理解环保的真正涵义，才能为“双碳”目标、为社会的可持续发展做出贡献。

 

刘加平：材料创新的三个“新”

刘加平

中国工程院院士 东南大学教授

刘院士团队研究成果成功应用于世界最长的跨海大桥——港珠澳大桥、全国最长的湖底隧道——太湖隧道等50多项重大工程，解决了极端干燥地区混凝土的塑性开裂，以及地下空间、隧道、长大结构等收缩开裂难题。

在我看来，材料革新的未来之路应该表现在三个“新”。

一是“新体系”。混凝土材料要实现真正的低碳，其变革不仅在于混凝土本身，更要积极探索建立新的低碳材料体系。并且，要不断推进材料高性能化，推动新材料的发展进而推动建筑行业的变革。如果未来混凝土的抗拉强度能达到10个兆帕，甚至15个兆帕，建筑工程领域将迎来重大的变革。目前，我们正在积极推进新体系的建设，并着重研究材料和结构一体化发展，这是大势所趋，更是破解材料革新之题的关键。

二是“新方法”。混凝土配比设计研究多以试错法为主，成本较高，效率却低。下一步，科研人员可以通过高精度计算方法、智能模型等数字化手段，对混凝土这一多因素、多变量的材料进行更深入的研究；积极助力建立节约型社会，珍惜社会自然资源，做到“材尽其用”。也可以尝试根据实际建设需求，预估建设效果，通过反向设计，有针对性地选择合适的材料，实现可持续发展。

三是“新工艺”。高水平施工人员的缺失及工艺水平的落后，导致了施工效果参差不齐，项目质量不稳定。如何减少施工缺陷，让具有不同特质的施工材料在建设中展现出较高的性能，从而延长项目使用寿命？这需要不断探索新工艺。我们可以考虑通过3D打印技术、VB信息技术等，创新材料施工与养护工艺，培养更多高水平的施工人才，推动材料行业的重大革新。

 

李岳岩：巧妙利用材料达到节能减排

李岳岩

西安建筑科技大学建筑学院教授

一块木头和一块混凝土，作为设计师应该选哪个材料？以前或许只考虑风格或者舒适度，但之后可能会从节能减排的角度重新思考。比如，以前乡村盖房子大多采用砖或者钢筋混凝土，但如今在新技术的支持下，我们可以用非烧制的、压制的砖或者生土砖来盖房子，这将大大减少碳排放。

另外，值得注意的是《建筑节能与可再生能源利用通用规范》已正式实施。因此，怎么合理、巧妙的利用材料达到节能减排，是设计师未来要面临的一个很大的一个课题。

从碳排放角度来说，建筑材料大概占了建筑全生命期碳排放的20%，而且它的碳排放是集中的，所以对环境的影响是冲击性的。我们之所以策划这个展，就是想让设计师们多了解不同建筑材料碳排放的差异，比如，木材，碳排放很低，但是耐久度比较差；钢筋混凝土，虽然碳排高，但是坚固持久。怎样选择合适的建筑材料是十分重要的，我们希望通过这个展览让建筑师有更多的思考。

另外，为什么我们要强调就地取材，就是想让材料发挥自己的特性。绿色建筑就是强调就地取材，因为材料在远途运输过程中产生的碳排放量是非常高的，如果运用当地材料，不仅节省成本，而且低碳环保。我认为未来建筑师不应只是炫耀房子的豪华高档，而更应看重房子本身所用材料是否符合可持续发展理念。所以说，我们办这个展览也是给我们学生加强一个概念，在做设计的时候, 要想想，作一位设计师，怎样让一个很普通的、很平凡的材料，发挥出更大的价值。

 

如恩：材料是表达新旧对话的方式

郭锡恩、胡如珊，如恩设计研究室创始人

对我们来说，材料是一种表达新旧对话的方式。譬如，夯砼是传统建筑材料的现代改良。这种材料的使用在中国北方、南方，以及世界各地都有数千年的历史。着色又赋予了它朴实和抽象的意味。铜制屋顶与夯砼的颜色相得益彰，但如果从质地以及制造过程的角度来看，两种材料又截然不同。夯砼由施工人员手工打造，而屋顶则由机器生产。材料可以讲述建筑的形成。对我们来说，它恰恰反映了整个社会的技术和文化价值。

上海大戏院  摄影：Pedro Pegenaute

我们意在创造丰富的空间体验，让观者不仅可以欣赏到这件珍贵木构，同时也认识到其与它的庇护所之间的联系和区别。我们还想通过材料的不同肌理与属性（粗糙的夯砼、光滑的金属框架、木结构），以及它们彼此之间的相互作用来表达社会文化的复杂性。

 

黄浩宇：国内多高层现代木结构建筑前景乐观

黄浩宇

英国纽卡斯尔大学助理教授

2021年在英国举行的气候会议（COP26），也再次强调了碳中和的重要性，世界各国都协同做出了具有约束力的减排承诺。会议期间，生物质材料建筑受到了大力推广，如木结构和竹结构建筑，同期还举行了木结构建筑的相关展览，这对全球各国推进木结构建筑的发展具有重要意义。

相比欧洲和北美，中国的现代木结构发展刚刚起步。尽管我国现代木结构发展较晚，但是我国关于绿色建材、绿色建筑的政策一直在不断向前推进，发布了一系列法规助力现代木结构建筑的发展。近几年来，国内木结构建筑相关规范也在逐步更新，为多高层的现代木结构建筑发展创造了有利条件。

2021迪拜世博会英国馆 锥形木结构建筑

但同时需要承认的是，目前我国多高层木结构建筑的基础研究、设计规范和相关设计软件相较国外仍不完善，需要有更多学者和开发人员投入到相关领域的研究。

目前市面上所使用的工程木产品主要有正交胶合木（CLT）、层板胶合木（glulam）、旋切板胶合木（LVL）和定向木片板（OSB），在现代多高层木结构中CLT使用最为广泛。

现代木材深加工技术已成功应用于木材加工业，深加工的典型代表是正交胶合木材（CLT），该种木材按照顺纹和横纹垂直交错叠合方式进行连接，胶合成高强度实木板材，可按要求定制面积和厚度，强度可替代传统建筑材料，有利于多高层木结构建筑的发展；其主要优点有：力学性能稳定、强度高；节能环保；CLT耐阻燃性能好，防火性能优异；适合装配式建筑；CLT的材料特性可有效突破木材在多高层建筑中使用的局限性。

我认为CLT是一种很好的抗火材料，因为它燃烧时会形成碳化层，碳化层可以保护内部木材；另外，CLT燃烧速度是稳定的，一般以0.7mm每分钟的速度燃烧，所以耐火时限是可预测的。

在美国，很多消防局建筑就是使用木结构来建造的，因为消防员很喜欢木结构，他们可以准确预测耐火时限，知道什么时候该迅速撤离。因此，我认为随着CLT抗火研究的逐步深入和木结构抗火设计的逐步细化，高层CLT结构的防火限制将会被放宽。

 

来源：

院士论坛 | 崔愷：建筑师需要的材料要有创新生命力，中国建材报

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