新型建筑材料和建筑技术在海岛的应用前景分析*

宋 晖,汤坤贤,陈庆辉

(国家海洋局第三海洋研究所国家海岛规划与保护研究中心 厦门 361005)

新型建筑材料和建筑技术在海岛的应用前景分析*

宋 晖,汤坤贤,陈庆辉

(国家海洋局第三海洋研究所国家海岛规划与保护研究中心 厦门 361005)

随着海岛开发利用程度的逐渐提高,传统建筑材料和建筑技术由于海岛交通运输、水电及施工条件的限制已经难以满足海岛生态环境保护和发展的需求。文章根据海岛对建筑技术领域的紧迫性需求,总结分析了新型建筑材料和建筑技术在海岛推广利用的优势,提出不同区域海岛对建筑领域的技术要求,从而推动新型建筑材料和建筑技术在海岛的推广和利用。

海岛;新型建筑材料;建筑技术;应用前景

随着海洋经济的持续发展,在沿海地区渐趋饱和的发展空间制约下,海岛开发带来了一个全新的发展空间。海岛作为第二海洋经济带,其作用也愈益突显。海岛地区生态环境脆弱,水、电、交通、建筑等基础设施建设滞后[1]。海岛由于地理位置所限,建设工程具有施工材料运输困难、成本高、施工条件恶劣,施工区域孤立狭小等特点,而边远海岛在淡水、电能输送以及建筑材料匮乏等问题尤其突出。因此海岛的开发建设要避免采用大陆传统的高能耗、粗放式的技术和材料,在控制成本的同时,必须做好海岛生态环境的保护工作。《全国海岛保护规划》明确规定,积极开展海岛生态建设实验基地建设,推进海岛新材料、新技术、新能源的示范建设。2011年国家海洋局公布的 《无居民海岛保护和利用指导意见》中明确指出,鼓励新能源、新材料和新技术产业项目在海岛开发建设中的应用,倡导绿色、环保、低碳、节能理念,鼓励探索海岛开发利用新模式。科学合理、可持续开发利用海岛资源,已成为全球有识之士的共识,因此在建筑材料和建筑技术上达到海岛开发利用中 “绿色、生态、节能、环保”的原则是海岛开发和保护过程中亟须解决的技术问题[2]。

1 新型建筑材料的主要内容和优势

新型建筑材料是随着生活需求、环境保护需求和能源资源综合利用技术基础上产生的新兴产业。建筑材料的革新集中在以下几个方面:新型结构体系、新型墙体材料、新型装饰材料、新型塑料、新型涂料和新型防水材料等领域。其中建筑结构体系的创新和产业化则是降低建筑成本、扩大建筑适应性的主要方面,因此,本文在资料搜集、企业调研和现场考察基础上,通过资料分析和对比研究,对在海岛有较大推广价值的钢结构建筑体系和木结构建筑体系进行重点介绍。

1.1 新型建筑结构体系—钢结构建筑体系

钢结构建筑体系,可根据建筑区域的气候、地质条件等特点以及建筑的实际需求,通过前期设计,利用在工厂预制的各种钢骨架构件建造的新型房屋建筑。目前,钢结构建筑体系从前期设计到施工安装领域都已经十分成熟,美国、日本、澳洲等多个多家,用于住宅的钢结构构件和相关商品已经实现了标准化、专业化和商品化,到2000年美国的轻钢结构住宅已达到建筑市场的75%,而澳大利亚轻钢龙骨独立式住宅份额可占澳大利亚所有建筑业务产值的24%,这种轻型钢结构已成为发达国家的主要建筑结构形式[3]。

钢结构建筑体系在海岛推广利用的优势主要体现为以下几点:① 结构轻,运输和安装方便,且钢材自身优良的韧性和延展性,具备良好的抗震和抗风能力。由于自重轻,因此建筑对地基的基础处理要求不高,从而大大降低了地基改造的成本。该优势对于自然灾害频发,交通运输不便的海岛区域则能够充分发挥其优越性。② 钢结构的优越的性能可为住宅空间提供更大的自由度,设计上更为灵活,从而有效增加住宅的使用面积。因此,高效的得房率更适宜于土地面积紧张、地势复杂的海岛。③ 钢构件的加工、施工和安装对环境的影响小,钢材可回收利用,建筑垃圾大大减少。因此,在建筑施工到建筑垃圾处理过程均可有效减小对周边生态环境的破坏,可为建设绿色、环保、节能和生态型海岛提供有效的技术保障[4]。

近年来,我国钢结构建筑的材料研发、设计制造和标准化才逐步得以发展。目前钢结构建筑体系已在北京、天津、南京等大型城市逐步建成一批低层、多层和高层轻钢结构住宅试点工程,而由于其节能、环保、抗震等优越的性能,市场已经逐步扩展到新农村建设和农村改造工程中,从而为节能、环保建筑体系的改造发挥了较好的引领作用。因此,随着钢结构建筑体系的标准化和市场化,由于其巨大的节能、环保领域的技术优势,可满足海岛开发利用过程中对建筑技术的特殊需求。

1.2 新型建筑结构体系—木结构建筑体系

木结构建筑体系主要优势体现在节能方面,在资源获取、生产制造、施工以及后续使用过程中相比传统混凝土结构和钢结构都具有显著的优势。木材是被唯一认可的对环境有正面影响的建筑材料,可满足人们对于绿色环保的诉求,实现建筑与环境的和谐共存。木材自然的材质、纹理和色泽等极具艺术表现力的特质也能够满足人们精神层面对建筑的诉求。

木结构在全球林业资源发达、且提倡环保的地区已相当盛行,发展也相对成熟,如美国、加拿大北美地区,新建筑的90%以上都采用木结构;而在气候寒冷,林业资源丰富的北欧,木结构房屋也是主要的建筑形式。国外建筑业对不同木材以及派生出来的各类人造板材的开发研制已经较为成熟,而木结构住宅的工业化、标准化等相关的配套安装技术也已经较为完善。我国木结构建筑的发展主要受制于林业资源的匮乏和木材加工产业技术的限制。目前,国内的木结构建筑其材料、建筑设计和建造技术主要源于国外,因此开发成本较高。但是随着人们生活水平的提高和观念的更新,人们对木结构建筑的需求不断提升,尤其是在海岛天然、生态的自然环境下,木结构建筑体系的采用,更易于与我们国家所提倡建设的绿色、环保、低碳型海岛开发模式契合[5]。因此,随着我国木结构建筑技术的成熟,其在海岛的应用有着巨大的发展空间。

木结构建筑体系的优势主要为:① 材料绿色环保,在水污染控制、能源消耗、温室效应、空气污染指数和生态资源利用等指数评价其对环境的影响明显优于钢材和混凝土结构。② 宜居,居住舒适性高。木材为绝热体,其保温隔热效果明显优于其他建筑体系,可做到冬暖夏凉,通过建筑材料的使用达到节能的效果。③ 抗震效果优良。具有较强的抵抗重力和抗地震能力,因此木质结构在日本的应用非常广泛。因此,木质结构也是地质条件相对复杂的海岛的良好选择。④ 建筑施工快速,对环境影响小。随着木结构建筑体系构件的标准化和产业化生产,其运输、安装和施工过程,和钢结构建筑体系类似,可对周边的环境的不利影响大大减少。由于木材的比重比钢材更轻,因此在运输、搬运方面更胜于钢结构体系[6]。

2 新型建筑技术在海岛的应用前景分析

绿色建筑技术和建筑节能是当今建筑的主要理念,因此新型建筑技术的发展也主要是围绕节能,降低资源消耗和减小对周围环境的影响来展开的。这种综合建筑既为绿色集成建筑技术,这种建筑技术主要是通过前期的设计来实现,充分地将各项技术进行整合,囊括了节能、节水、节材、室内环境质量和运营管理技术六大方面。海岛能源、土地资源、水资源等均较为匮乏,但是太阳能、风能等可再生资源一般较为充足,因此,依据不同海岛自身的小气候条件,将新型建筑材料、可再生能源利用、水资源综合利用技术等综合运用,以此来减小建筑建造成本和建筑运营后所消耗的能源成本是海岛建筑发展的趋势。海岛对于绿色建筑的设计要求主要体现在节水、节能、节地以及水循环利用和垃圾处理等领域。因此,绿色建筑技术在海岛的推广利用需根据不同海岛需求走精细化设计路线[7-9]。

目前,我国成功的绿色低碳建筑案例还主要以概念住宅为主,一批成功案例主要分布在北京、上海、南京和深圳等一线大型城市,建筑规模较大,成本较高。海岛对绿色建筑技术的需求相比于大城市的集成建筑有较大的不同,分布较为分散,气候条件差异较大,地质条件比较多变,海岛绿色建筑技术的发展,基于当前绿色集成模式,必须要与不同海岛区域的气候条件和资源现状,同时充分考虑当地的社会经济和技术条件,采取集成化、精细化和简约化的设计模式,在最大限度地减少建筑能耗的同时,保护相对脆弱的海岛生态环境的可持续性。

3 新型建筑材料和建筑技术在海岛推广的技术优势分析

无论从建筑材料和建筑方式选择,木结构和轻钢结构建筑体系在海岛都具有应用和推广的优势,主要体现在施工简单、施工周期短,而且材料轻、易运输等方面。

3.1 施工对环境破坏小

木结构和钢结构建筑目前均可实现工厂化构件加工,因此施工过程为现场装配化施工,施工周期短,噪声、粉尘与垃圾少,极大地减轻了海岛的生态负荷。施工过程为干法施工作业,耗水量为传统施工耗水量的10%;建筑材料90%可回收利用;增加建筑使用面积10%。

3.2 适用范围广

钢结构和木结构建筑结构自重轻,因此对地质要求不高。可适用于平地、坡地及多种地质土壤条件,如沙土、软土、岩石等,从而大幅减少基础造价。而且围墙材料易于拆装,空间调整灵活。建筑形态选择可以根据居民的需求在前期设计得以实现,体现了建筑更为人性化的需求。

3.3 安全性能能够满足要求

在抗震方面,两者均具有较大的优势,减少了用于结构抗震措施的费用。钢结构建筑体系结构构件全部以螺栓连接,极大地提高了房屋的抗震性能,能够最高满足抗12级台风,地震9级设防要求。木结构在抗震方面的优势明显,但是在台风多发地区的抗击飓风和风暴潮的能力则显示其不足性,因此木结构的使用往往和其他结构相结合,采用多层次的混合结构体系。

3.4 环保节能型绿色建筑体系

集成房屋的技术体系是高效节能型绿色建筑体系,可实现太阳能系统,污水净化系统,雨水收集利用系统,冷暖空调系统等设备的良好兼容,使耗能有效减少65%～90%,满足海岛低碳、环保的要求。

由于海岛资源有限,建筑方法要简单、易操作。而上面我们提到的轻钢结构体系和木结构体系都可以在海岛普遍推广。木结构或多层次混合木结构建筑体系在节能方面表现优越,因此我国北方海岛较为适宜。多层混合木结构是一种轻型、经济实用的建筑技术,把混凝土结构、钢结构和木结构的优点很好地结合起来,能够各取所长,达到建筑效能的最大化。南方海岛由于台风等风暴潮天气较多,而且气候潮湿、多雨,加之白蚁对木结构体系的侵蚀,钢结构建筑体系则更加适宜。

4 展望

由于建筑市场的需求,海岛开山采石、采砂等作为建筑材料的现象并不鲜见,尤其是部分边远海岛,这种现象则更难杜绝,从而对海岛的岸线安全和生态环境都将造成严重影响。综上所述,新建筑材料和建筑体系在海岛上加以应用,不仅等解决海岛居民居住和生产生活的需要,也将为海岛生态环境的保护作出重大贡献。因此针对目前海岛的发展现状,要做好新型建筑材料和建筑技术在海岛的示范和推广工作,需要加强以下几个方面的研究和工作:

(1)开展示范工程,引导海岛居民应用。通过示范工程和宣传工作,提高海岛居民对新型建筑材料和绿色建筑技术的认知度,从而为新型建筑材料和绿色建筑技术的实施提供良好的群众基础。

(2)加强技术开发。引导企业根据海岛的特殊需求,从设计到施工技术上开展针对不同海岛的专项研究,并给予政策上的优惠,进而提供强有力的技术支持。

(3)政策优惠。新型建筑材料和建筑技术的应用,势必会增加部分经济欠发达地区的海岛建筑的成本,因此根据不同地区需求,制定不同的补贴、减税等激励政策,为新材料和新技术的应用提供政策和财政保障。

目前,国家海洋局已经通过海岛生态建设实验基地等示范工程等开展新建筑材料在海岛的应用工程,这些示范工程的先行开展将为各项新材料和新技术在海岛的推广利用提供示范和引领作用,从而为我国海岛的可持续发展提供强有力的技术保障。

[1] 林河山,廖连招.从海岛的战略地位谈海岛生态环境保护的必要性[J].海洋开发与管理,2010,27 (1):5-8.

[2] 全国海岛联席会议秘书处.海岛新技术新材料推广与应用[R].第十七次全国海岛联席会议材料汇编,2012.

[3] 戚超龙,方滨.新型轻钢住宅结构的发展现状[J].国外建材科技,2007,28(3):15-17.

[4] 范鹏飞.钢结构住宅的特点,结构体系与发展应用[D].杭州:浙江工业大学,2011.

[5] 王智恒,杨小军.我国现代木结构建筑的现状与发展综述[J].木工机床,2011(2):003.

[6] 黎姣.木材在中国当代建筑中的应用[D].上海:同济大学,2008.

[7] 吴昌华,刘颖,常建松.中国低碳建筑案例分析[J].政策简报,2011(2):1-23.

[8] 李飞龙.推进海岛地区住宅建筑节能发展的建议[J].山西建筑,2009,35(34):261-262.

[9] 汤海舟,贺祖爱.海岛绿色建筑设计问题探究[J].中国城市经济,2011,3:106.

2012年海岛保护与管理项目 “海岛生态实验基地试点与技术研究”.