30年后我們還會使用混凝土蓋樓房嗎
我們不可能準(zhǔn)確地預(yù)測10年之后的事情。不過,未來的建材格局已經(jīng)在今天浮現(xiàn)出來。
讓我們設(shè)想一下30年后的事情。
到2030年我們的城市會不會像RidleyScott導(dǎo)演的高科技電影《銀翼殺手》中的洛杉磯——一個(gè)世界末日的善惡決戰(zhàn)場,富人住在400層高的摩天大廈頂層,窮人住在簡陋、骯臟、犯罪率高的底層?;蛘撸藗儗⑸钤诩饶軌蜃越o自足又能免費(fèi)供油的理想社區(qū)?
建筑業(yè)內(nèi)分析師和有頭腦的人物都堅(jiān)信一點(diǎn),我們不可能準(zhǔn)確地預(yù)測10年之后的事情。不過,未來的建材格局已經(jīng)在今天浮現(xiàn)出來。一方面,材料科學(xué)家們把自己封閉在實(shí)驗(yàn)室里發(fā)明新的、漂亮的、經(jīng)久耐用的建材,另一方面,曾經(jīng)在20世紀(jì)占主導(dǎo)地位的建材依然統(tǒng)領(lǐng)著新世紀(jì)的建筑市場。
當(dāng)前的建筑非常大膽地顯示出未來的趨勢。建筑師和工程師在工作中似乎越來越多地依賴于熟悉的材料,它們對環(huán)境造成的影響較輕、使用范圍較寬。技術(shù)革新往往使建筑獲得成功,但負(fù)面影響卻越來越復(fù)雜。不管使用什么材料,材料發(fā)展的另一個(gè)趨勢是突破設(shè)計(jì)師和工程師之間的界限,改變他們之間的關(guān)系。
二十世紀(jì)的現(xiàn)代主義稱,所有的建筑都是用三種材料組成的——混凝土、鋼材、玻璃。玻璃工業(yè)一直在改革創(chuàng)新,從而產(chǎn)生了立面工程學(xué)這樣的專業(yè)。玻璃的開發(fā)研究已經(jīng)超越了傳統(tǒng)的熔化工藝,進(jìn)入涂層技術(shù)、太陽能控制技術(shù)、微電子線路綜合技術(shù)。
但30年之后這種所謂的煙囪工業(yè)將扮演什么角色?30年之后的鋼鐵產(chǎn)業(yè)又將如何?新材料能否超越混凝土和鋼鐵?亨利·拉塞爾西特考克和菲利浦·約翰森在1932年的宣言《國際風(fēng)格》中稱,混凝土和鋼材是建筑技術(shù)上的大膽實(shí)踐。
有些專家指出,30年后的建筑材料還是鋼材,300年以內(nèi)的建筑材料都將是鋼材。除非有人指出一種可以建100層樓房的材料,而這種材料和鋼材一樣即堅(jiān)固又經(jīng)濟(jì),否則,鋼材將永遠(yuǎn)無法取代。很明顯,他們對鋼材在本世紀(jì)的主導(dǎo)地位非常有信心。
鋼鐵產(chǎn)業(yè)的改革處于停頓狀態(tài),因?yàn)殇撹F產(chǎn)業(yè)的發(fā)展依賴于諸多供應(yīng)渠道以及廉價(jià)能源。本世紀(jì),鋼鐵產(chǎn)業(yè)預(yù)言了幾項(xiàng)重大趨勢,大部分與綜合產(chǎn)業(yè)改革有關(guān)。建筑師們將更加關(guān)心環(huán)境與鋼鐵、混凝土以及建筑垃圾處理的問題。
提高鋼材的質(zhì)量需要大幅度減少炭元素,但假設(shè)可以完全消除炭元素的話,至少還需要幾十年時(shí)間。短時(shí)期內(nèi),循環(huán)使用鋼材是一個(gè)有效的方法。有些專家斷言,鋼材是唯一一種幾乎全部回收使用的材料。事實(shí)上,從廢墟上回收的廢鋼有95%可以按原等級重復(fù)使用。當(dāng)被3000度高溫熔化時(shí),鋼材就失去了從前的記憶,可以被制造成另一種完全不同的東西。事實(shí)上,從世界貿(mào)易中心廢墟回收上來的20萬噸鋼材已經(jīng)用來生產(chǎn)一艘新潛水艇甲板。鋼鐵產(chǎn)業(yè)預(yù)言,到2030年,樓房、汽車和許多產(chǎn)品制造都將使用回收鋼材。
混凝土是無可非議的最古老的建筑材料,它的建筑歷史已經(jīng)上千年。雖然它本身較為堅(jiān)硬、輕巧,更易于加固,但混凝土的成份一直沒有變化——水泥、沙子、水以及聚合劑。混凝土成本低,耐用,在有創(chuàng)造性的人手中,它是一種能夠創(chuàng)造美的材料。更重要的事實(shí)是,美國的整個(gè)基礎(chǔ)建筑都依賴于混凝土。據(jù)業(yè)內(nèi)統(tǒng)計(jì),混凝土是世界上使用最廣泛的人造材料,作為被人類使用最多的物質(zhì),混凝土的地位僅次于水。全世界混凝土的年產(chǎn)量達(dá)到60億噸,地球人平均每人一噸多。美國的混凝土年產(chǎn)量達(dá)到美國人均2.5噸。
人們有理由設(shè)想,混凝土產(chǎn)業(yè)的明天將像混凝土產(chǎn)品本身一樣堅(jiān)固和保險(xiǎn)。為了保證混凝土無所不在的地位,美國混凝土產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)了一項(xiàng)雄心勃勃的未來計(jì)劃,稱為《2030遠(yuǎn)景》,該計(jì)劃明確了研究領(lǐng)域,包括哪些領(lǐng)域的研究需要和兄弟產(chǎn)業(yè)、政府、學(xué)術(shù)界共同來完成。
為了實(shí)現(xiàn)這一遠(yuǎn)景,美國混凝土協(xié)會與美國能源署工業(yè)技術(shù)辦公室以及其他獨(dú)立組織合作制定了一項(xiàng)大綱,稱為《2030路標(biāo)》:美國混凝土工業(yè)技術(shù)路標(biāo)。路標(biāo)承認(rèn)混凝土工業(yè)對未來社會所造成的負(fù)擔(dān),許多與能源和環(huán)境有關(guān),混凝土工業(yè)將通過不懈的努力和新產(chǎn)品研發(fā)來減輕對社會造成的負(fù)擔(dān)。例如,水泥和混凝土產(chǎn)品制造業(yè)須消耗大量能源,2000年的燃料和電力消耗費(fèi)用大約在15億美元。
改進(jìn)的高性能混凝土(HPC)將提高生產(chǎn)、交貨和建筑工地的效率。纖維強(qiáng)化HPC結(jié)構(gòu)將成為建低成本住宅倍受歡迎的材料。另外,他們提出優(yōu)先研發(fā)防火、防爆、抗震住宅和商業(yè)建筑材料。
混凝土工業(yè)正在尋找新材料,這是他們從事研究的動力。強(qiáng)化混凝土的非金屬選擇排在優(yōu)先地位。在2003年,全球市場對防腐纖維強(qiáng)化塑料(FRP)和炭纖維的興趣不斷增長。為了節(jié)省運(yùn)輸能源,他們同時(shí)還在當(dāng)?shù)貙ふ乙恍┵Y源。當(dāng)前他們正通過重復(fù)使用高堿性廢水、回收利用各種材料以及混凝土廢品把混凝土變成一種環(huán)保材料。到2030年,各種混凝土的優(yōu)秀系列產(chǎn)品將滿足環(huán)保的需求。由于這些材料的問世,預(yù)埋工藝和新材料的應(yīng)用將更加需要專家的指導(dǎo),包括建筑師和工程師。
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鑒于材料研發(fā)的興起以及建筑本身的復(fù)雜性,工程師的角色已經(jīng)拓寬,尤其是在建筑領(lǐng)域和立面工程學(xué)中。上個(gè)世紀(jì),工程師基本扮演沉默的顧問角色,他們默默無聞地幫助建筑師用混凝土、鋼鐵和玻璃完成一座座建筑。那時(shí)他們是合作關(guān)系?,F(xiàn)在工程師和建筑師變成了真正的協(xié)作關(guān)系。
到2030年,工程學(xué)將是一門新興建筑學(xué),因?yàn)橄冗M(jìn)的技術(shù)技能使得工程師越來越深入地研究設(shè)計(jì)程序。Arup事務(wù)所歐洲分所主席賽希爾·巴爾曼德很早以前就已經(jīng)從后臺走到前臺,成為知名的復(fù)雜項(xiàng)目超級工程師。他領(lǐng)導(dǎo)的公司AdwancedGeometryUnit曾經(jīng)為伊東豐雄、丹尼爾·利伯斯金德以及施格魯·本設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)。AdvancedGeometryUnit用自己的FABWIN非線性形態(tài)確定程序軟件建立了復(fù)雜的3D分析模型,它可以改編程序以滿足不同項(xiàng)目的需要。Arup用熱力噴射3D打印機(jī)創(chuàng)作出Marsyas的蠟制原型(倫敦的泰特現(xiàn)代博物館展出的世界上最大的雕塑作品——吹笛子的神人)。工程師們首次用最新的3D游戲技術(shù)創(chuàng)作了一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器去模擬如此非同一般的巨大物體,為藝術(shù)家和工程師們提供了仔細(xì)研究光線、結(jié)構(gòu)和顏色的機(jī)會。
像Arup事務(wù)所一樣,今天,很多多學(xué)科工程公司都在開發(fā)自己的軟件或采用其他產(chǎn)品,例如游戲軟件,當(dāng)然,這使得工程學(xué)愈加復(fù)雜。這些公司還將部分利潤重新投入到研究開發(fā)中。那些希望和工程師保持密切關(guān)系、從永無止境的建筑方法和材料庫中創(chuàng)造出下一代建筑材料的建筑師將會緊跟發(fā)展趨勢。但在一個(gè)工程藝術(shù)鑒別和真正的協(xié)作團(tuán)隊(duì)時(shí)代,誰將擁有建筑呢?讓我們拭目以待。
鋼鐵與混凝土,代表作品:柏林中心車站,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最大限度地利用光線和火車站景色。結(jié)實(shí)的水泥板架在細(xì)細(xì)的鋼柱上,形成一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu),盡可能減少使用面積。所有的鋼管、地基以及水泥板的結(jié)合部位都用了鑄鋼,牢固度和焊接強(qiáng)度比一般的焊接管和復(fù)合結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí)得多。預(yù)埋在水泥板里的叉形字母將重力傳送到每一根柱子上。桶狀拱頂支撐車站隧道頂棚。這些“拱臺”柱子建在鐵道與站臺之間。混凝土的使命尚未結(jié)束。
支撐力,代表作品:英國巴斯Wessex水利中心,這是英國最環(huán)保的綠色辦公樓,設(shè)計(jì)人員研究了所有材料之間的環(huán)保沖突問題?;厥栈炷林瞥傻蔫F軌枕木占全部材料的40%。預(yù)制混凝土平頂鑲板由輕鋼框架支撐,而不是標(biāo)準(zhǔn)的混凝土結(jié)構(gòu)。建筑垃圾在建筑場地分類處理,因此70%的材料可以回收利用。
方法與材料,代表作品:英國WealdandDownland露天博物館的柵格外殼,這是根據(jù)一種已經(jīng)失傳的石匠工藝創(chuàng)造的寬松柵格外殼。這種結(jié)構(gòu)形式主要為了滿足柵格外殼的堅(jiān)硬需求,這些柵格外殼由一系列連續(xù)曲線組成。完整的外形是一個(gè)三重球形沙漏,寬度為40-50英尺。硬紙管支撐建筑頂棚的木架,紙管直徑或180mm或230mm,邊緣是15mm的硬紙卡。這個(gè)項(xiàng)目一半由政府資助,一半作為研究項(xiàng)目,采用這一結(jié)構(gòu)的目的是要將這種材料開發(fā)成可行性建筑產(chǎn)品。
玻璃,代表作品:日本神奈川Pola美術(shù)館,獲得2003年杜邦班尼迪克特斯建筑獎,這座美術(shù)館儲藏印象派藝術(shù)家的私人收藏品。這是一個(gè)玻璃的世界。一塊清晰的薄層玻璃制作的斜面天窗構(gòu)成藝術(shù)館長度的“光線中心”。玻璃也用于建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)立柱,支撐著傾斜的天窗。五層樓高的藝術(shù)館大量使用玻璃材料,而大部分玻璃應(yīng)用在地下。玻璃中庭可以看到地板下面的全景,游客可以在這里觀看全部建筑設(shè)計(jì)。
先進(jìn)的幾何學(xué),代表作品:倫敦的泰特現(xiàn)代博物館渦輪展廳,利用自己的室內(nèi)形態(tài)查詢確定程序FABWIN開發(fā)出綜合、有機(jī)、曲線理念。經(jīng)過數(shù)月的反復(fù)研究,他們最終制作出長度為460英尺的PVC涂層聚酯隔膜拉長鋼環(huán)。這一可拉長結(jié)構(gòu)基于分界處的肥皂薄膜,通過把膜表面當(dāng)作被三角形連結(jié)的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)和所有方向達(dá)到相等數(shù)量的彎曲度,Arup事務(wù)所進(jìn)入了新的工程學(xué)領(lǐng)域。
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