环境设计中材料应用

1、l 材料在环境设计中的科技体现 人类社会的进步是在不断改造自然的过程中获得的，但是，在科技发达的今天，人们的物质需求进一步增长，人口急速膨胀，使人类对有限自然资源的需求空前高涨。人类为了生存而进行的种种活动，己造成对环境的严重污染和对自然生态资源的极大破坏，进而引发了一系列问题，人类的生存面临着前所未有的环境破坏和资源短缺的压力。有研究显示，传统建筑材料每年排放的二氧化碳占全国工业排放二氧化碳的35%40%。传统建材的生产以巨大的能源、资源消耗为代价，并造成了严重的环境负荷，这样便成为其走可持续发展道路的一大障碍和函待解决的课题。材料的开采不仅要消耗大量的矿物资源，进而对植被和耕地产生破坏，生

2、产过程还会消耗大量的能源，废渣废弃的排放也会带来环境生态的问题。因此，传统设计材料的发展应考虑“环境”、“生态”、“绿色”、“可持续”这几个关键词。 遵循绿色设计(Green Design)的原则，设计时，合理和充分利用自然中的口、光、风、自然水、植物等因子，减少对资源与能量的消耗，减少废物的产生。在材料的选择上遵循材料利用的“5R”原则(减量利用Reduce、重复利用Reuse,循环利用Recycle、再生资源利用Re-grow、可降解Degradable。在设计寿命上，延长使用寿命，减少因拆除而产生的垃圾。 材料使用的可持续性是当代环境设计发展的必然趋势，具有三个基本特征，即:占用资源少、

3、环境负荷小、可循环率大。现代传统建筑材料设计表现强调树立整体的、可持续发展的新观念，倡导自然、人文、技术三者的协调可持续发展。实现从传统的被动式应对自然环境，到回归“因地制宜、就地取材”的观念，向主动维护自然生态环境的方向发展。一、 传统材料的绿色生产加工及应用1、石材的绿色加工及应用 石材开采中荒料的出材率和产生的矿渣的有效合理利用是评判石材开采绿色化的重要指标。在石矿开采吊装运输及石渣清理等生产，如以节理、裂隙尤其是主要节理、裂隙的产状和方向为切割、开矿等的依据，采矿爆破必须采用控制(预裂)爆破，如无声爆破等。为了提高石材的荒料率，应充分利用矿床的内在因素选择最佳的开采方案，使用先进的开沟

4、技术、分离技术、解体技术等。石材加工的绿色化指标包括加工工艺流程是否先进，加工过程中所使用的设备是否先进，如大板锯切加工设备。目前国外所用的如框架锯机、多绳式金刚石串珠锯以及装有带形或链形刀具的石材大板加工设备都可以做到加工尺寸大，效率高，寿命长。在薄板锯切加工设备方面，有五柱双梁式多锯片双向切机、"3合”多锯片双向切机等。出材率的高低、对锯切过程中产生的下脚料的利用均是衡量石材加工的绿色化的重要指标。研磨工艺和设备的先进性、切割中噪声的控制也是石材加工绿色化的评价内容之一。目前国外研磨工艺在石材大板磨抛加工设备研制发展的动向如平稳摆动磨头、减磨材料等，降低噪声方面的新手段有哑声锯片

5、、细缝锯片、双层锯片等。为保证使用石材的安全性，消费者在建材市场选购石材和陶瓷产品时，要向经销商索要产品放射性检测报告，要注意报告是否为原件、报告中商家名称和所购品名是否相符，另外还有检测结果类别(A, B, C)。对商家没有检测报告的石材和瓷砖，最好先请专家用先进仪器进行放射性检测，然后再决定是否购买。对于己经装修完的房间，可请专家到现场检测，如果放射性指标过高，必须立即采取措施，进行更换。业内人士认为，虽然石材放射性存在一些问题，但“问题石材”多为红色系列、棕色系列的花岗石，天然大理石和一些其他色系的花岗石还是可以放心使用的。在选用石材时，应结合不同的应用环境或场合，按使用要求分别衡量各个

6、石材品种，以保证其在建筑中的适用性。如需要耐气候性较好的外墙应选花岗石，需要耐磨性较好的地面应选硬度较大的花岗石等，在石材的使用过程中也应注意正确的保养，以提高其使用寿命和装饰效果。2、木材的绿色加工及应用木材的生产和加工则具有最高的环境效益，在其开采的过程中，将原木加工成材所耗用的水很少，对水质的影响甚微。传统的木材制品的资源利用率很低，仅为30%35%，但是随着生产力水平的提高，胶合板的用量大大增加，替代了许多实木拼板的部件，并且生产所产生的废物极少，锯材生产的废料通常被用来制造纸浆，刨花板(PB)和中密度纤维板（MDF)，或作为燃料。PB/ MDF的木材利用率可达60%70%，而且主要以

7、小径木，间伐木，加工剩余物为原料，制作过程中的能源消耗也比钢材、塑料、水泥低，并且能够有效的控制其工业排放物的污染问题。同时，木材的生长过程就是吸收二氧化碳，制造氧气的净化空气的过程。现在国内外有许多新型的木质材料及产品，如定向结构板(OSB)与定向华夫板(OAP)，集成材，LUL，重组木(Serimber)，单板条层积材(PSL)等等，这些技术的应用前景广阔，是目前国际上重点研制和设计的绿色产品。新型木材分类新型木质产品生产方法及性能用途定向结构板（OSB）与定向华夫板（OWP）是在PB的生产技术基础上开发的一种新型结构型板材。PB用粗木片粉碎成的碎料做原料，OSB则以刨削成条状的薄木片做原

8、料，OWP含有方形薄木片。OSB/OWP的原料木片在铺装成型时均经过定向处理，优化了纵向强度。其开发的思路源于天然木材的结构，因而其力学性能比PB优。可大量用作屋面板和架空复合地板的基材等。集成材由小径木加工成长短不等的木条，并经胶合层积而成。与天然板材相比，厚度可不受限制，且不变形;与天然方材相比，宽度可不受限制，套裁弯曲料时利用率高。是替代天然板方材的绿色材料。层级木（LVL）由小径木加工成单(Veneer)经纵向接长后再胶合层积而成。主要用作超大跨距的轻型屋架。重组木（Scrimber）将小径材或弯曲度较大的原木整根压碎，使散架但不便分离，然后再用胶粘合并压制方材或型材，成为预制的木建材

9、，性能与强度比天然材均匀，不易变形，且木材利用率高。家具、装饰、地板、贴面板、门窗、体育用材、木艺雕刻、工艺品。单板条层积材(PSL)用单板条胶合层积而成型材，成为预制的木材同样可压制成方材或内部结构更均匀。模板梁、柱材、托梁及枕木。3、砖瓦的绿色加工及应用每一年，世界上都出产数百亿块粘土砖，它们每一块都是价格高昂的环境杀手。粘土砖的生产不但需要成本昂贵的土壤挖掘，还要在温度高达11000C的砖窑中经过烘烤，这个过程不仅需要大量的燃料，更会给环境造成不可逆转的破坏。对于砖瓦行业的绿色加工，主要从产业结构和技术结构两方面进行。一是开发大规格、低容重、具有保温隔热性能的烧结空心制品，和具有装饰功能

10、的清水墙装饰砖、内外墙体装饰板;二是采用高效节能技术，提高能源利用效率。大大降低砖瓦行业对资源和能源的消耗，减少温室气体的排放，真正做到节地、节能、利废、环保。例如，烧结的空心制品对比实心制品，有着明显的优越性。在节省原料、燃料方面，以孔洞率为23%的空心砖与实心砖相比，每亿块可节土4.2万立方米，按取土深度3m计算，相当于21亩地的取土量。并且空心制品在劳动力、燃料等方面的消耗仅为实心制品的70%85%;此外，空心制品在减轻墙体自重，降低建筑费用，盖上墙体热传导性能和节能方面，以及减轻运输负荷，提高居住舒适度等诸多方面均有很大的优势。在烧制技术方面，选取高效能的“内燃料”是节能的重要途径之一

11、。由此可以提高火行速度、节约煤炭资源，综合考虑焙烧所需要的热量、内燃料发热量、粒度、含水率以及原料的塑性指数等影响因素，以达到最佳的综合使用效果。二、 新型材料之生产加工及应用 第四次技术革命涉及了许多其它领域，人工合成材料就是其中一个重要的组成部分。人工合成材料是指通过化学合成将小分子有机物合成大分子有机物。我们通常所说的人工合成材料主要分为三种:合成纤维、塑料、合成橡胶。这些第二次科技革命的产物(合成纤维、合成橡胶)己经普遍运用到人们的生产生活中，人工合成材料提供了传统材料无法与之相比较的方便与便捷。随着科学技术的不断进步与发展，人工合成材料的大军在不断的扩展，其中纳米材料己经成为人工合成

12、材料的一个重要的发展趋势。新材料的产生能够为环境的表现增添活力与动力，这就要求设计师了解科技革命所产生新材料的特性，在选用材料的种类时应与科学技术的进步。其次，人工合成材料相对于传统材料研究更为微观化。人类认识和改造世界的过程是一个循序渐进的过程，科学技术是人类统一认识世界和改造世界的必要手段，材料的研究发展也不能出其左右，它也是一个由浅入深、由客观到微观的过程。因此人工合成材料从对材料的强度、透光性、耐腐性、热性、硬度的宏观观察升华到对材料物质的原子、光子、电子的微观研究，创造出更薄、更轻、性能(耐热性、耐腐蚀性、硬度、强度等)更高的人工合成材料，人工合成材料相对于传统材料的“重、厚、长、大

13、”，呈现出“轻、薄、短、小“的特点。最后，人工合成材料相对于传统材料更为复合化、高功能化、超高性能化。 三大合成材料依次为塑料、合成橡胶和合成纤维科技革命人工合成材料分类新材料的产生能够为环境设计的表现增添活力与动力,这就要求设计师了解第四次科技革命新产生新材料的特性，在选用材料的种类时应与科学技术的进歩相适应。才能将新的材料应用在环境设计中。下面是一些新材料和新的设计理念结合的例子。透水性铺装和雨水收集技术，从全球范围内看，水资源能够通过水的循环得到不断地补充，但是雨水并不会出现在我们想要的时间和地点，有时水的供给无法满足当地居民的需求，也许还有许多地方在不久的将来也将面对这样的问题，所以让

14、人参与和管理雨水的技术一雨水收集技术得到了普遍的运用。其中通过新材料透水性铺装的设计，可以简易通过雨水收集系统满足于景观需求。环境设计中雨水收集处理后的主要用途有:利用雨水资源使得景观用水自给自足，形成具有一定生态效益的水体景观，以满足人们的视觉享受和亲水需求;可以运用雨水收集系统存储的水资源浇灌草坪、护理花园:在环境设计中设计雨水收集系统能够高效的利用水资源，雨水通过雨水收集系统的截留与存储，减少水资源的流失得以补充地下水，即补偿由于各种人类活动而造成的地下水位普遍下降的破坏性影响。通常雨水收集系统是从建筑物的屋顶、道路表面、绿地、停车广场收集雨水，并将其存储在较大的容器内，这类容器被称作蓄

15、水池。环境中的雨水收集系统主要指的是室外雨收集系统。目前，雨水收集技术在建筑及环境设计中得到了较多的尝试。透水性铺装种类与特点 合成橡胶是指人工合成的高弹性聚合物，是以合成高分子化合物为基础具有可变形的高弹性材料。有耐高温、耐油、耐臭氧、高气密性、耐老化等特点。 在当代的环境设计中设计师巧妙地利用合成橡胶的材料特性加以创新，创造了令人耳目一新的景观面貌，如由Stoss景观都市化合作设计和规划工作室的设计师Chris Reed主持设计的第一七届国际园林参赛作品一“安全地带，弹性斜坡”，这个项目中所需要的铺装材质材料就是运用合成橡胶完成的，光滑的合成橡胶附着于地面，合成橡胶材料的高弹性特性让地面更

16、有弹性更安全。“安全地带，弹性斜坡”合成纤维是非天然聚合物，是人工纤维的一种。合成纤维是指以化学原料合成的聚合物制成的化学纤维。合成纤维是将人工合成的、具有适宜分子量并具有可溶(或可熔)性的线形聚合物，经纺丝成形处理而制得的合成纤维按主链化学结构分为碳链纤维和杂链纤维两大类。 合成纤维除了具有化学纤维的一般优越性外，还具有如强度高、质轻、易洗快干、弹性好、耐辐射、耐高温、耐腐蚀、不怕霉蛀等独特性能。合成纤维也越来越多的出现在景观设计之中，这种材料的运用，带给了游人全新的、刺激的、空间感受与体验，赋予景观作品动态感。例如由几个法国大学生设计的帐篷庭院，在这个设计中运用了大面积的薄膜纤维，利用了合

17、成纤维材料的高强度、弹性好等特点，创造出令人难以置信的优美的线条与形态，利用合成纤维高反光的特点创造了令人惊叹的色彩对比。法国大学生设计的帐篷庭院上世纪的60年代人们开始从事纳米材料的研究工作，第一届国际纳米科技会议于1990年在美国召开，这次会议标志着纳米材料成为材料科学的一个重要分支。纳米材料的基木结构单元至少有一维处于纳米尺度范围(般在11100 nm)，纳米材料的特性具有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应、宏观量子效应等特点，它具有传统材料无法比拟的新型功能与特性，在光学性能、电性能、热性能、磁性能、放射性能、吸收性能都非常卓越，因此纳米材料耐擦洗、耐污染、防老化、保色、杀菌抑菌。纳米

18、材料是21世纪前景最为辉煌的人工合成材料之一，其材料自身的特性与优越性注定了它会在景观设计中大放异彩。设计师了解熟悉纳米技术的特性，掌握纳米技术的最新发展动态，在适当的时间与场合在景观实践中运用纳米材料。当纳米材料广泛运用到景观作品中的时候，那将是对景观面貌一次革命性的改变。纳米涂料己经运用在实践当中，纳米涂料在国家体育馆、首都体育馆及工人体育场的改造工程中己经有所运用。纳米涂料可以使任何灰尘、水、油渍无法存留于建筑材料表面，所以纳米涂料能够保持建筑材料表面的长期一尘不染，但是现阶段只是发挥了纳米涂料耐一擦洗、耐污染、耐老化、杀菌抑菌、保色等性能，纳米材料的潜力还远远没有得到体现。除此以外还有

19、很多新的材料和技术都应验在我们的社会生活中，环境设计的物质载体是材料，同时也是设计师思想的物质载体。环境设计中，材料无疑起到了举足轻重的作用，在现代的景观设计中，充分发挥和利用第四次科技革命出现的人工合成材料丰富的属性来促进环境计和建设的发展，合理利用人工合成材料的优势和特点，解决传统材料所存在的问题与缺陷。三、 废旧传统材料之回收再利用 废旧传统建筑材料的回收再利用自古有之。计成在园冶·铺地中说:“废瓦片也有行时，当湖石削铺，波纹汹涌，破方砖，可留大用，绕梅花磨斗，冰裂纷纭。”园林中的“花街铺地”，是化腐朽为神奇的妙构，用的是卵石，碎砖、碎瓷片等废料，组合成图案精美、色彩丰富的地面

20、纹样。 现今，在拆除旧有建筑的同时，产生了大量建筑残骸，其中传统建筑材料占大部分，这些建筑垃圾中的许多废弃物经分拣、剔除或粉碎后，大多都是可再生利用的材料。其中的都是废砖、废瓦、废石材，完全可以作为建筑材料再次回收循环利用，这也将成为环境保护和可持续发展认识上的一次飞跃。发达国家建筑垃圾资源化循环利用率己达60%90%，而在我国还有一定的差距。建筑垃圾不同于生活垃圾和工业垃圾，其原本就是建筑材料，无需经过复杂的处理过程就可资源化再利用。这种循环不仅能保护环境，降低对环境的影响，如果采取科学的管理和有效的措施和途径将其合理再利用，可以大大节省建设资金和资源。因此，保留可循环或可再生使用的建筑材料

21、，尤其是地域性的传统建筑材料，使其在当今的环境建设中，继续发挥作用，不仅可以节约建筑材料资源，减少环境污染和资源浪费，更可以传承历史的信息，延续城市的文脉。木材的生长受自然环境的影响，过度的采伐必然会破坏生态环境，为了维持这种资源的平衡，各国都开始对木材的滥砍滥发加以控制和管理。因此，旧的建筑木材的再利用，便成为人们关注的焦点。旧建房屋拆卸下的木材，经分类后可按市场需求加工成各种可用木料，这种废旧木材的循环利用是最直接也是首选的途径。旧木材身上的一些“缺陷”，如虫眼、木节、裂纹，都是木材历经岁月侵蚀“饱经风霜”的真实见证，它们唤起了人们对历史的怀想与思索。 以美国室内装饰中“被拯救的木材”为例

22、，在美国，废旧的木材也常被用来重造新屋。美国建筑师爱德华用了二十年的时间尝试把废旧木材应用到室内和建筑装饰当中，他采用一些风格独特的方法，向人们展示了一种极具亲和力的环保新概念那些废旧木材被称之为“被拯救的木材”，它们坚固不变形，它们身上的点点滴滴的“缺点”一一虫眼、木结、裂纹，让人感到一种震撼人心的美，看起来很有历史的凝重感。用做为装饰梁木、地板或家具时，可将那些“被拯救木材”进行除虫、熏蒸、打磨后，涂上保护漆，或保留原样。“被拯救的木材“ 在设计中最广泛的应用是作为梁木，这和我们中国统建筑中的“梁”意义上是一样的。但是若像真正的梁木结构一样来利用，会增加一些技术上的难度，因而，大多数的房主

23、都希望梁木只用于装饰，不直接用于结构。如果大量地采用梁木还必须有工程师的安全设计。另外，研究表明，生活在有木头家具装修的室内，可以缓解的压力，同时让人的身体得到放松。而且这种接近自然的颜色和材料使人更容易产生返本的感觉。如今，越来越多的美国人接受了“被拯救的木材”及其设计方法。 石材在废弃后是否有切实可行的回收利用手段是石材绿色化的重要标志。例如，将废石生产人造大理石、做建筑工程用石、做雕刻工艺品、生产石米、做化工原料、做涂料有原料、制成小块饰材等。 粘土砖作为一种传统建筑材料，虽然在我国一些地区己经禁用或限制使用，但在很多地区仍然存在着大量的生产和使用。由于我国的粘土砖生产水平不高，生产的过程中产生了大量不合乎标准的砖块，不能用于建筑，而被废弃。并且，随着城市建设和改造进程的加快，一些从砖混结构的旧建筑拆除下来的大量废粘土砖，和屋面瓦都作为废弃物丢弃了。据统计，我国废砖的产出量约为每年5200吨，因此如何有效利用这些砖瓦变成了一个函待解决的问题。 废旧砖瓦组合而成的墙面，中国美院象山校区 遮阳板上的瓦片，中国美院象山校区“王澎的瓦”就是一个很好的例证，近年来建筑师王澎对旧砖瓦产生了浓厚的兴趣，连续