透明混凝土材料在建筑设计中的应用

刘克微 吉林建筑科技学院艺术设计学院公共艺术专业本科

蔡 宇 （通信作者） 吉林建筑科技学院讲师

1 透明混凝土材料的特性与优势

透明混凝土材料指的是将大量光学纤维（具备光线传导效应）融入原有的建筑混凝土内部，旨在改造建筑材料性能，并且美化建筑结构外观，大幅度提升材料抗冻性、抗腐蚀性与抗冲刷侵蚀性[1]。透明混凝土材料的形成并不是简单叠加玻璃光学纤维及传统混凝土材料，而是经过全面测算混凝土的各个建筑材料性能标准，从而达到准确控制光学玻璃纤维掺入比例的目标，确保从根本上优化建筑材料的外观视觉展示效应[2]。

透明混凝土建筑物最为明显的特点是建筑外形美观、建筑设计节能、建筑室内区域透光良好[3]。当前，我国建筑设计领域已进入全新发展阶段，以透明混凝土材料作为建筑结构主体的各种类型建筑物陆续诞生。在此基础上，建筑设计人员必须深入了解透明混凝土材料的全新功能特性，运用科学规划的思路来实施建筑设计，确保透明混凝土材料能在最大程度上展示新型建筑材料的优良性能。透明混凝土材料相比传统混凝土材料的性能优化程度如表1所示。

2 透明混凝土材料运用于建筑设计的总体规划方案

透明混凝土材料运用于工程建筑设计的基本规划方案应包括建筑总体布局、建筑分区设计[4]。具体进行规划设计时，建筑设计人员需要对混凝土的建筑区域空间进行准确的划分，再运用模拟设计的方式来分析建筑结构特征。建筑设计人员必须对混凝土建筑的隐蔽空间重点进行规划设计，运用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）来展示动态设计图，尤其需要注意建筑管线交叉的特殊节点部位的设计。建筑设计人员对混凝土工程的建筑施工资源总量、施工资金成本及建筑工期等重要数据进行全面分析时，应结合建筑设计模型予以实现。因为建筑设计模型本身包含混凝土工程量的软件分析数据，经过软件分析得到的工程量基础数据可以作为混凝土建筑的重要设计参考。

表1 透明混凝土材料的基本特性

混凝土建筑物节点的结构区域必须达到建筑安全性的性能标准，确保长期使用情况下的建筑连接部位不会出现节点连接松动现象，保证混凝土建筑的关键节点部位坚固性达标。建筑节点连接设计方案的合理选择必须依靠信息化技术，展现立体化的建筑连接节点构造方案，防止在建筑结构的某些设计环节存在盲目性。BIM 技术具有动态建模控制的特征，客观上允许建筑设计人员实时控制混凝土建筑设计效果，按照立体建筑模型的数据变化情况来进行必要的调整与纠正。例如，对于混凝土住宅建筑的山墙部位，需要搭建完整的承重楼板结构，合理控制承重楼板的最大荷载强度。

3 透明混凝土材料在建筑设计中的应用要点

从建筑材料的基本功能与特性角度来讲，透明混凝土材料具有建筑设计节能、建筑外观美化的重要实践优势，因此值得被推广应用于工程建筑设计全过程。建筑设计人员在选择透明混凝土作为建筑主体结构组成材料的前提下，应密切结合建筑功能分区来运用建筑设计材料，有效确保透明混凝土得到最大化应用，展现透明混凝土在节约建筑设计能耗、美化建筑结构外观上的价值[5]。在具体实践中，建筑设计人员针对透明混凝土材料可以从合理规划建筑结构功能分区、有效节约建筑设计能源消耗量、优化建筑室内空间的采光效果以及建筑外观视觉效应等角度出发把握建筑设计运用与实施要点（见表2）。

3.1 合理规划建筑结构功能分区

工程设计人员应针对建筑功能分区进行合理的布置与规划，合理划分各个不同区域的建筑功能空间，并且适当运用透明混凝土来改造建筑墙体以及建筑各个功能空间的传统材料设计方案。针对建筑室内台阶、房间分隔部位、公共楼梯空间、室内装饰陈设以及各种家具的摆放空间区域，都要实现科学的设计与规划，全面完善混凝土建筑的各个基本功能分区[6]。

例如，某大型世博会馆的建筑主体结构由透明混凝土建成，上述建筑墙体虽然包含厚度较大的水泥承重结构，但是在透明混凝土的融合作用下，水泥承重墙体的外观形状倾向于透明的颜色，有效消除了建筑墙体外观的厚重视觉感受。并且在墙体透光性能明显改善的情况下，场馆室内的人员可以观看到完整的场馆建筑外部各种物体形状，显著提高透过场馆室内玻璃的光线照射强度。夜晚来临时，场馆建筑物的附近街道布满了场馆建筑室内投影的彩色灯光，带给观赏者非常美好的建筑物外观视觉欣赏印象。

3.2 有效节约建筑设计能源消耗量

透明混凝土运用于工程建筑设计最为明显的优势就是实现建筑能耗全面节约的目标，合理分配与规划建筑工程的各个组成部分能耗，展示混凝土建筑物的最佳节能设计综合效益。在浇筑混凝土的重要工程实践环节，设计人员应在透明混凝土的外部增加套管保护层，防止出现破坏光纤混凝土混合材料的后果。如果涉及密集程度较高的建筑钢筋布置形状与结构，那么工程设计人员必须准确计算工程材料机械性能及材料抗压强度，合理选择建筑结构钢筋或者型钢材料来完善建筑设计规划。

建筑设计人员必须注意的是透明混凝土应被科学分配至各个建筑空间部位，尤其是针对混凝土墙体及建筑公共空间区域。但是实际上，某些建筑室内空间并不适合全面改造为透明混凝土结构，因此建筑设计人员需要考虑透明混凝土运用于建筑室内及建筑公共空间部位的适宜性，避免浪费建筑设计资源。

3.3 优化建筑室内空间的采光效果及建筑外观视觉效应

建筑设计领域运用透明混凝土的重要实践价值是优化建筑物的室内空间整体采光效果，对于建筑物的外观视觉效应予以全面的优化。工程设计人员选择与应用透明混凝土材料时，基本思路是改造墙体外观效应，充分保证建筑墙体能透射外界的自然光线，美化建筑墙体外观的视觉效应。

工程设计人员要最大限度地利用建筑室外的自然光源，借助透明混凝土特有的建筑光线透射性能来利用自然光源。白天，建筑室外的自然光源可以直接照射至建筑室内区域，明显增强室内空间的建筑透光性；夜晚，建筑室内光源可以充分投影至建筑附近区域的广场与道路覆盖范围，进而达到合理节约建筑采光能耗的目标，并提高建筑外观美观程度。

表2 建筑设计过程中透明混凝土材料实践应用要点

4 结语

现阶段，透明混凝土这种全新建筑结构材料已得到合理、科学运用，展现了透明混凝土材料在改造建筑物外观形态、优化建筑节能综合效益方面的重要实践价值。但是从根本上来讲，当前多数工程建设项目并没有普遍应用透明混凝土，仍有待进一步加大推广应用力度，因地制宜实现对于原有建筑设计材料的改造优化效果。