試論新材料和新技術在建筑設計中的應用

林 穎

中國瑞林工程技術股份有限公司

1 前言

對于當下的標準化建筑工程的施工建設而言，進行環保建設能夠有效順應時代的發展和需求。節能環保的理念已經深入當下的居民心中，在居住環境的選擇上，不僅需要更加舒適宜人的環境，也需要進行相應的環保建設。節能環保也是人們生活質量提升的一個重要的表現，能夠有效推進生態文明建設事業的進程，實現人類社會的文明演進和生態環境的有效建設之間的統一。

2 新材料和新技術在建筑設計中應用的重要意義

當下建筑設計結構在進行的過程中更加注重環境保護和質量標準之間的整合和提升，在建筑行業的發展進程中具有顯著特點。建筑設計結構自身的建設進程中也應當對自身的發展進行整合和規劃，融入環境保護理念是當前建筑設計中的重中之重[1]。當下我國的經濟建設水平正在逐漸提升，經濟發展的同時對資源環境的消耗也具有一定的影響，我國房屋建筑的整體面積已經超過了20億平方米，在這個驚人的建筑面積背后是大量資源的消耗，產生的建筑垃圾也在威脅著人們的生產和生活。優化房屋建筑中設計結構對于行業自身的發展。以及我國環境保護方面的整體建設具有積極作用，能夠緩解當下資源大量流失和浪費的現象，降低我國環境保護工作中的壓力。

節能環保的理念在建筑行業的發展進程中主要表現為使用大量可再生資源以及綠色資源，在建筑工程進行的過程中降低對能源的消耗，有效節約對水資源和電力資源的使用數量。在傳統的建筑行業中對此類問題的關注程度不足，主要是關注建筑的質量和美觀程度，當下建筑行業的嶄新標準要求設計師們能夠認識到綠色建筑和節能建筑在社會發展進程中的重要性和必要性，提升自身的建筑設計能力和理念，增強自身的專業化能力，轉變技術的指向性，對整體的建筑工程行業進行深化系統的整合，促進建筑工程行業水平的有效提升。

3 新材料與建筑設計

3.1 建筑材料選擇

民用建筑設計與綠色設計理念相融合的關鍵舉措就在于選擇綠色建筑材料，充分突顯綠色建筑材料具備的環保以及節能價值。節能型建材的充分運用有助于創造良好的建筑生態效益，全面突顯綠色建筑設計的重要節能效果。在目前的建材市場中存在很多種類的建筑材料，因此建筑設計人員對于各類的建筑材料必須做到合理進行選擇，在全面節省建材采購資金的同時也要創造良好的綠色建筑設計效益。因此對于各類建筑材料在進行合理的搭配與選擇時，基本思路在于優先選擇節能建筑材料，確保將節能建材運用于設計建筑物的墻體、建筑門窗以及建筑地面的各個重要部位。為了達到優化分配建筑設計資源的目標，那么建筑設計人員需要充分重視墻體保溫性能的提升，運用正確的方式來搭配組合各種不同類型的建筑設計資源。

3.2 門窗設計

經歷了木質門窗、鋼門窗、鋁合金門窗、塑鋼門窗的更迭，新的節能門窗依然在不斷。鋁塑鋁復合門窗以其科學的斷面設計，采用外面是鋁合金型材中間是改性PVC型材的結構，充分發揮了改性多腔PVC型材的熱工性能。真空玻璃有兩層4mm厚的平板玻璃組成，中間留有1.5mm的真空層，襯托有一些微小的支撐點，熱阻極高。敞開式外循環體系呼吸式幕墻，外層采用非節能幕墻內層采用斷熱型材和中空玻璃，中間的空氣層設有可啟閉的進排風口，根據季節溫度不同，智能調節形成溫室層或空氣對流層，以達到保溫或隔熱的效果。

3.3 屋面設計

結合房屋建筑的具體使用需求，選擇導熱系數小，并且具有較高的強度，吸水能力較低的材料作為房屋建筑的保溫材料?，F階段屋面使用較多的是擠塑聚苯板。但是高保溫的板材通常強度較低，板材及其水泥砂漿隔離層在實際施工操作中往往被踩踏破壞。相比之下，泡沫混凝土作為屋面保溫層具有輕質高強、抗水減震的優勢。在實際施工的過程中進行澆筑工作，應當合理使用散料及水泥膠結料，保證建筑具有良好的防水防潮的能力，通過對相關原材料的調整，進而能夠實現保溫效果，同時有助于綠色環保房屋建筑的建設和發展[3]。

3.4 墻體設計

對于民用建筑墻體全面實施綠色建筑設計的基本要點在于節省墻體設計材料，運用竹木材料及其他的自然資源來完成建筑墻體的優化設計。針對民用建筑室內的墻體與地面設計而言，合理運用自然資源有助于改造建筑地面的性能，且在實際應用過程中，需要結合建筑物的室內空間特征來選擇最佳的室內地面建造材料。對于自然資源實現最大化的有效利用，則可以達到更好的建筑墻體設計成效性，充分體現了綠色建筑設計思路融入目前建筑設計的良好效果。外墻材料的保溫指標和強度、吸水性、垂直抗拉強度等往往有矛盾。較多層次的保溫構造也為最終的施工質量埋下了很多隱患。保溫板現澆混凝土保溫系統有效地解決了上述問題，一次成型安裝穩定，實現了外保溫安裝的工業化。石膏砌塊是由工業副產石膏為原料制成、完全可循環再生利用的環保型材料。重量輕，加工方便，施工周期短，尺寸穩定性好，具有良好的防火阻燃性能。最大特色是它的使用舒適性。導熱系數與木材相似，使得石膏砌塊手感溫暖。毛細孔結構吸收空氣中的水分，能夠隨著濕度變化儲存或蒸發水分，起到調節室內濕度環境的可呼吸作用。

3.5 透水混凝土、植生混凝土、清水混凝土

混凝土從早期冰冷堅硬仿佛與創意設計相背離的形象中逐漸脫離出來，顯示出了多樣性的創造活力。外墻大面積使用混凝土以獲得長期充分的飾面穩定性。泡沫混凝土和其他輕骨料混凝土，隨著施工工藝的推廣普及，也隨著設計和施工單位對其性能控制要求的了解更深入，從樓地面回填到屋面找坡保溫都得到了更廣泛的應用。透水混凝土、輕質植生混凝土都是兼顧大孔隙率和高強度的材料，應用到城市道路、停車場、種植屋面等場所，充分響應了生態城市對水和植物的需求，在凝固的形態之間與自然的流動和生長實現和諧共存。清水混凝土直接利用混凝土成型后的自然質感作為飾面效果，近年來隨著國內施工工藝的提高，建筑師在設計中應用該項技術的機會越來越多。模板技術的升級，使得使用者能夠通過直接的觀看和觸摸，欣賞到混凝土理性而隨機的自然美感。

3.6 夾心保溫墻板、高性能外墻保溫、高性能外墻自保溫技術

夾心保溫板一般由內葉墻、保溫板和拉接件和外葉墻組成，形成類似于三明治的構造形式，內葉墻和外葉墻一般為鋼筋混凝土材料，保溫板一般為B1或B2級有機保溫材料，拉接件一般為FRP高強復合材料或不銹鋼材質。優點是解除了內外保溫做法常見的防火、粘錨牢度、吸水、空鼓開裂等難題，缺點是現澆難度較高、更有利于預制的混凝土外墻，另外內外葉混凝土組合受力導致計算和設計難度加大，局限了該項技術的使用范圍。石墨聚苯乙烯板、硬泡聚氨酯板等新型保溫板材料基于產量、造價等因素，在經濟欠發達地區的推廣受到局限。相較而言，提高砌塊本身的熱工性能更直接有效，通過減少保溫層的厚度來簡化和改善外墻的施工工藝，保證外墻飾面和外墻保溫的施工質量。

4 新技術與建筑設計

4.1 BIM技術

在建筑設計的過程中基本上是掌握關鍵性的設計參數和內容，根據CAD系統進行相應的平面圖紙設計，建立立體圖像信息，其中還有一部分的剖面圖設計內容，結合以上的眾多建設內容展開對建筑的建設。在使用BIM技術的過程中應該還原建筑的自身特點，整合建筑結構和內容，充分確定其中的梁高位置特征。不容忽視的是建筑自身具有一定的特點，復雜性和多樣性是不能避免的，在進行施工的過程中會出現信息傳遞失衡的現象，三維信息失真狀態下能夠借助BIM手段展現信息的直觀性和真實性，保證信息進行有效的傳遞和使用。

建筑外部結構設計復雜，且綜合功能性較強，對于工程項目來說，利用BIM技術進行數據協調十分重要。BIM技術可為結構設計和綜合管線設計搭建交流平臺，使得工程的各方可在相同平臺上進行數據共享，并可以通過該平臺完成數據協調與共享管理，有效為施工方、建設方及設計方提升了溝通效率，確保各方之間溝通更為順暢，同時也提高了工程建設的速度，使溝通不再煩瑣。將設計中的多種模塊協調運用，以此提高工程設計質量。

4.2 鋁膜施工

鋁合金模板是建筑業節能減排的重要技術，能夠提升房屋建設的施工效率和工程質量，在當前的建筑工程中已得到廣泛的應用推廣。這一工藝本身也是計算機輔助設計的產物，是金屬加工與生產技術進步的產物，施工工廠化概念的產物。采用鋁模施工對建筑項目有一定的要求。從結構尺寸到門窗尺寸模數化，加大鋼筋混凝土的使用，外形線條變化不復雜，少外挑，層高一致，建筑找坡。外墻線腳盡量統一，采用二次施工。

4.3 混凝土地面一次成型、建筑物墻體免抹灰技術

與前述清水混凝土有共性的地面一次成型和墻體免抹灰技術，都是通過施工工藝的提升改進，達到刪減施工程序、節省建材、降低成本的目的。地面一次成型工藝是在混凝土澆筑完成后，在混凝土地面初凝前鋪撒耐磨混合料，通過磨光機的磨平，避免地面出現空鼓、起砂、開裂等質量通病。撒布混合料的時機非常重要，隨著氣候、溫度、混凝土配合比等因素而有所變化。在結構柱等應力集中處設置分格縫以避免結構柱周圍地面開裂，填縫材料采用彈性樹脂等材料。建筑物墻體免抹灰技術通過采用新型模板體系、新型墻體材料或采用預制墻體，使外觀質量及平整度達到準清水混凝土墻、新型砌筑免抹灰墻、裝飾墻的效果。

4.4 地下工程預鋪反粘防水、種植屋面防水施工技術

大比例的地下室和更大比例的屋面滲漏水，一直是建筑工程和使用中的頑疾。建筑設計掌握防水材料的性能和施工原理，才能在復雜多樣的建筑形式和變化中、在應對項目、場地、業主和施工單位等的不同需求時找到更正確的答案，盡可能地減少建筑在其設計使用周期內所受維修翻新的損耗。

地下工程預鋪反粘防水技術所采用的材料是高分子自粘膠膜防水卷材，施工時在卷材的膠粘層上直接澆筑混凝土，固化后與膠粘層形成完整、連續的黏結。高密度聚乙烯主要提供高強度，自粘膠層提供良好的黏結性能，耐候層使卷材可適當外露，同時提供不粘的表面供人員行走，可以順利進行后道工序。

種植屋面具有改善城市生態環境、緩解熱島效應、節能減排和美化空中景觀的作用。常見的種植屋面覆土層一般為150mm～600mm厚。耐根穿刺防水層位于普通防水層之上，避免植物根系對普通防水層的破壞。聚脲防水涂料、化學阻根改性瀝青防水卷材、銅胎基-復合銅胎基改性瀝青防水卷材、聚乙烯高分子防水卷材、熱塑性聚烯烴（TPO）防水卷材、聚氯乙烯（PVC）防水卷材等都是現階段較為常見的耐根穿刺防水材料。

4.5 高性能門窗、一體化遮陽技術

高性能塑料或其他復合材料的門窗、和外窗或幕墻一體化的遮陽措施，主要體現在了建筑形式或機理的深化和變化上。內置百葉、硬卷簾、軟卷簾、遮陽篷和金屬百葉簾等，能夠從建筑實踐后期的輔助裝飾，轉變成與立意造型相輔相成的重要手段，成為功能與形式結合的另一種體現方式。

4.6 結構構件加固技術

加固雖然是結構專業的技術，它的出現和發展，正是基于建筑功能和空間的變化對結構造成的超負荷影響，當然使用過程的損耗也是重要原因。設計師應根據各個階段的設計任務進行策劃、推演、兼容、協商和確認，在新建項目中盡量避免結構加固的出現是項目負責人的職責所在。從另一個角度來看，對加固技術的了解，也有利于設計師正確判斷設計變更或改擴建所產生的全面影響。

4.7 建筑移位技術

這是一項基于既有建筑保護的技術，適用于具有使用價值或保留價值或歷史價值的既有建（構）物的整體移位。雖然該項技術不具有普遍適用性，但是提醒了設計師對建筑價值的正確評估、保護有價值建筑的社會責任感和歷史使命感、針對不同類型建筑提出有效技術措施的創新精神和求知態度。

4.8 鋼結構住宅應用技術

從建筑設計的角度來講，鋼結構住宅的優點是施工快、造型節點有特色，缺點是對墻板材料要求比較高。從輕質特點出發的墻板和樓板材料，同時需要具有高強度、防火、高隔聲、高防水等特點。樓蓋可采用鋼筋桁架樓承板、疊合板或現澆板、C型格柵加輕板等。外墻體可選用砂加氣板、灌漿料墻板或蒸壓加氣混凝土砌塊，內墻體可選用輕鋼龍骨石膏板等板材。裝配式板材的高標準是保證其維護結構行之有效地重點，因此鋼結構住宅建設要以產業化為目標做好墻板的配套工作。

5 結束語

根據上文中的內容我們能夠看出，在經濟逐漸深化發展的基礎上，對于資源的利用數量也在逐漸提升，人們對生活質量和生活品質的要求越高，在資源利用上的消耗也會逐漸擴展。在房屋建筑的在整體結構設計過程中，應當秉承著可持續發展的理念，進行優化整合的設計，能夠有效加強當下建筑工程企業的發展勢頭，并且能夠有效推進我國可持續發展觀的貫徹落實。在經濟發展建設的步伐中保持穩定的環境建設，幫助當下企業中解決環境保護和資源利用，以及經濟建設之間的矛盾，達到良好的房屋建筑發展前景和目標。