关键字：生态建材，生态建筑
生态建筑首先必须考虑建筑材料的“４Ｒ”Ｒｅｎｅｗ，Ｒｅｃｙｃｌｅ，Ｒｅｕｓｅ，Ｒｅｄｕｃｅ原则，即可更新、可循环、可再用、减少能耗与污染；其次，必须使用地方自然资源，体现本土观念；其三，生态建筑的设计、建成、运行，以及生态建材的使用都对人类生态系统产生较大的影响，因此，把这些放之于更广泛的社会环境、生态环境中去看，生态建筑的物质基础必然是生态建材。
一 生态建筑、生态建材的概念
１ 生态建筑
就建筑生态化的途径而言，生态建筑可分为三类。一类是以无公害为原则的“绿色建筑”；一类是使用纯天然资源建造的“生物建筑”；一类是强调充分利用自然资源的“自治建筑”。
绿色建筑以美国的奥杜邦协会总部为代表。它是纽约曼哈顿最节能的建筑物，被认为是建筑史上一座新的里程碑。通过对室外光线的充分利用，这座建筑大量节省了电能；同时使办公室内包括每年３８ｔ废纸的所有废弃物得到８０％以上的再? 生利用。整座大楼采用对环境无害的再生建筑材料建成。
生物建筑同时考虑对人体与环境的双重保护，这是由德国建筑师大力发展起来的。这类建筑在破土之前，需经过勘查以确定所在地没有地下水脉和地球磁场对人体的干扰；它完全用天然材料——木材、粘土、土砖建造而成，并从植物中提取装饰用材和着色颜料。
自治建筑以充分利用自然能源为理想，包括利用自然风而不用空调器制冷或取暖；太阳能集热器可代替煤气或电力的热水器；用风力发电，而不接收电站提供的电力。自治建筑的典范是澳大利亚的伏林德斯住宅。它有一座３ｋｗ的风力发电机自供电源；靠山上的一个大水箱中积存的雨水解决用水问题；太阳能装置为住宅提供热水，并带动散热器供暖。生活于其中，许多东西都不需外求，自给自足。法国马赛的罗纳河口省政府大楼是一幢具有部分自治功能的建筑物。该工程的设计充分考虑了环境的变化，把能量的消耗控制在最小的范围之内。大楼的管理系统使用了屋顶传感器来测量温度、光线和风力，以控制遮阳装置和通风百叶窗，并控制楼中的暖水和冷水管系统以及中央空调系统。
２ 生态建材
生态建材的概念来自于生态环境材料。生态环境材料的定义也仍在研究确定之中。其主要特征首先是节约资源和能源；其次是减少环境污染，避免温室效应与臭氧的破坏；第三是容易回收和循环利用。作为生态环境的一个重要分支，生态建材应指在材料的生产、使用、废弃和再生循环过程中以与生态环境相协调，满足最少资源和能源消耗，最小或无环境污染，最佳使用性能，最高循环再利用率要求设计生产的建筑材料。显然这样的环境协调性是一个相对和发展的概念。
生态建材与其他新型建材在概念上的主要不同在于生态建材是一个系统工程的概念，不能只看生产或使用过程中的某一环节。对材料环境协调性的评价取决于所考察的区间或所设定的边界。目前，国内外正在出现各种各样称之为生态建材的新型建筑材料，如利用废料或城市垃圾生产的“生态水泥”等。但如果没有系统工程的观点，设计生产的建筑材料有可能在一个方面反映出“绿色”面在其他方面则是“黑色”，评价时难免失之偏颇甚至误导。例如，高性能的陶瓷材料可能废弃后难以分解，粘土陶粒混凝土砌块轻质、高强、热绝缘性和防火性能好，但其生产需要较高的能耗；塑钢门窗较钢窗和铝合金窗坚固、耐久，热绝缘性能更好，但它包含高的能源成本和废弃处理时将对环境产生严重的负担。为全面评价建筑材料的环境协调性能，需要采用生命周期评价方法（Ｌｉｆｅ Ｃｙｃｌｅ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，简称ＬＣＡ）。生命周期评价方法是对材料整个生命周期中的环境污染、能源和资源消耗与资源影响大小的一种方法。对建筑材料而言，ＬＣＡ还是一个正在研究和发展中的方法。
生态建材又称绿色建材、环保建材和健康建材等。生态建材是指采用清洁生产技术、少用天然资源和能源、大量使用工业或城市固态废弃物生产的无毒害、无污染、无放射性、有利于环境保护和人体健康的建筑材料。生态建材与传统的建材相比可归纳以下十个方面的基本特征：①其生产所用原料尽可能少用天然资源、大量使用废渣、垃圾、废液等废弃物；②采用低能耗制造工艺和无污染环境的生产技术；③在产品配制或生产过程中，不得使用甲醛、卤化物溶剂或芳香族碳氢化合物：产品中不得含有汞及其化合物的颜料和添加剂；④产品的设计是以改善生产环境、提高生活质量为宗旨，即产品不仅不损害人体健康，而应有益于人体健康，产品具有多功能化，如抗菌、灭菌、防霉、除臭、隔热、阻燃、调温、调湿、消磁、防射线、抗静电等；⑤产品可循环或回收利用，无污染环境的废弃物。在可能的情况下选用废弃的建筑材料：如拆卸下来的木材、五金等，减轻垃圾填埋的压力；⑥避免使用能够产生破坏臭氧层的化学物质的机构设备和绝缘材料；⑦购买本地生产的建筑材料，体现建筑的乡土观念；⑧避免使用会释放污染物的材料；⑨最大限度地减少加压处理木材的使用，在可能的情况下，采用天然木材的替代物——塑料木材，当工人对加压处理木材进行锯切等操作时，应采取一定的保护措施；⑩将包装减到最少。
二 国外生态建材的应用
１ 美国利用再生资料建“绿色办公室”
最近美国资源保护委员会（ＮＲＤＣ）的总部所在地利用废旧回收物品的再生材料建造了一个“绿色办公室”。ＮＲＤＣ 兴建的这个“绿色办公室”，以利于节能、保护环境和对人体不造成危害为原则。新办公室从外表看与其他办公室几乎没有区别。然而它在很多方面却与众不同，比如，它的墙壁是由麦秆压成的，办公室的地板是由废玻璃制成的，办公桌是由废旧报纸和黄豆渣制成的。另外，它还设有很大的窗户，这样，办公室内非常明亮，从而可节约电力 ３０％。
绿色办公室比通常建造的办公室可节省开支 １０％ 以上，ＮＲＤＣ官员指出，绿色办公室属节能型建筑，它不需投入太多的资金就可以建成一个明亮、漂亮而且有利于健康的办公室，它没有那些来自普通办公室的各种有害物质的污染。
２ 北欧的绿色建材
丹麦、芬兰、冰岛、挪威、瑞典等国于１９８９年实施了统一的北欧环境标志。丹麦为了促进绿色建材的发展，推出了“健康建材”（ＨＭＢ）标准，规定所出售的建材产品在使用说明书上除了标出产品质量标准外，还必须标出健康指标。丹麦是实施健康住宅工程较早的国家，早在１９８４年底，就在Ａｒｈｕｓ市建成了“非过敏住宅建筑”示范工程。
瑞典已正式实施新的建筑法规，规定用于室内的建筑材料必须实行安全标签制。瑞典的地面材料业很发达。每年都有大量出口。出口厂家已自觉在产品说明书上标出产品在４周和２６周时，室内有机化合物空气浓度指标限值。瑞典最大的住宅银行于１９９５年宣布只向生态建筑开发商贷款。
英国是研究开发绿色建材较早的欧洲国家之一。早在１９９１年英国建筑研究院（ＢＲＥ）曾对建筑材料及家具等室内用品对室内空气质量产生的有害影响进行了研究。通过对臭味、霉菌、潮湿、结露、通风速率、烟气运动等调研和测试，提出了污染物、污染源对室内空气质量的影响。通过对涂料、密封膏、胶粘剂、塑料及其他建筑制品的测试，提出了这些建筑材料不同时间的有机挥发物散发率和散发量。通过大量的研究，提出在相对湿度大于７５％时，可能产生霉菌，并对某些人会诱发过敏症。对室内空气质量的控制、防治提出了建议，并着手研究开发了一些绿色材料。
三 两种典型的生态建筑实例
１ 木建筑
在欧洲，首选的建筑材料为木材，而且木材作为一个可持续的资源被看做是生态建材。在所有的建筑材料中，木材的获取（包括制造、运输和供应）需要的能量最小，并且对环境所带来的负荷最小。进一步讲，木材还有很好的隔热性能，这也是它被当做低能耗房屋理想材料的原因。越是自然未经处理的木材，它的可循环利用的能力越强。因此，木屋属于具有高技术特性的低技术建筑。
１ 结构性能——安全、节能、方便 木结构房屋具有很好的安全性。首先，木结构对于瞬间冲击和周期性疲劳破坏具有良好的延展性，即使有地震发生，木构架建筑仍然可以保持结构的稳定和完整；其次，在节能方面，木构架建筑具有良好的隔热保温性能。研究表明：若达到同样的保温效果，木材需要的厚度是混凝土的１／１５，是钢材的１／４００，在使用同样的保温材料时，木结构比钢结构的保温性能好１５％～７０％，这意味着不仅能大大降低建筑能耗，而且居住环境质量将得到提高；再次，它具有施工周期短、布局与造型灵活以及维修和翻修方便的优势。
２ 环境效益——低污染、可循环、环境友善 被拆除的建筑物材料的处理，一直是困扰城市生态环境的一大问题。从建材的生命周期对环境影响的比较，我们可看出木材具有其他材料无可比拟的优势。
３ 建造技术 国外的木构建筑一般采用轻型结构，同时辅以少量的其他材料。但要注意木材的防潮、防湿、防虫、防火、变形，对此事先要进行技术处理。
当代木构建筑以技术先进性为其特征，同时仍在使用的传统方法也不乏新意。用大量木材做成的墙体，其隔热性能要强于砖墙，导热系数也要比砖墙小得多。同时，该项技术还有另一项优势，那就是良好的隔声性能。另外，利用现代板式叠加构造技术，木材和水泥可以用来制造木—水泥天花板，在加工过程中，如在天花板的上部再铺设一层防噪音的材料如刨花板，然后再做屋顶面，其效果更好。
４ 木建筑的更新 如上所述，木构建筑对环境友善。因此，对它进行翻新、利用要比拆除、重建更符合可持续发展的思想。旧建筑的更新在欧洲比较普遍，这正体现了“４Ｒ”原则在一些发达国家的重视程度。例如德国的Ｇ·康哈蒂教授在外部结构不变的前提下，将一幢有２００年历史的建筑更新为低能耗建筑，做法是在外墙填充轻质粘土砖保温材料，一些砖由木屑和粘土混合后加压３０ｍｉｎ，再自然干燥而成。用这种砖砌成５０ｃｍ厚的外墙，其导热系数为０．２７ ｗ／ｍ·ｋ，可达到较理想的节能效果。
５ 木建筑实例——瑞士馆 ２０００年的世博会突出了绿色的主题，尤其是瑞士馆。它打破通常展示空间的概念，没有显示技术力量和介绍最新机器，一切都是那么原始，只是将锯好的木材，以最简单的方式架成木材壁，高度为 ９ ｍ ，做成纵横交叉的３０００ｍ２的迷宫。这个迷宫中有通道和中庭，木结构空隙中，萦绕着由瑞士传统乐器演奏的音乐，加之透进来的阳光，参观者的话语和脚步声，把人们带到纯音色世界。在各木材夹壁的顶部，有长长伸出来的凹型金属材镇顶，那是技术的抽象表现。设计师卒姆托幽默地说：“展期为１５３天，正好是从瑞士刚刚采伐的落叶松需要干燥的时间。”在固定静谋木材时没有使用角铁之类的建筑部件，所以博览会结束之后，那些木材便可以重新利用。显然，他想通过这个建筑装置，体现对历史价值的回归。难怪人们称赞他的作品的力量正好是“人、自然、技术”这三者的合力。
２ 纸建筑
用纸做结构材料不仅可以减小建筑物的重量，加快施工速度，降低成本；而且建筑物拆除后，纸可以重复利用，对环境保护亦有好处。世界上目前已有一些用纸结构建造的临时性和半临时性的建筑。几年前，美国为了给数以千计的流动农业人口提供住处，曾推出一批应急的纸房子。经过风霜雨雪，它们依然坚固如初。这种纸房子是采用优质纸板材料建成的，纸板厚度为１２７ｍｍ，内充化学成分，外附玻璃纤维织成的网状物和树脂，能承受６０ｋｇ／ｃｍ２的压力，并且防水、防虫和耐高温。据专家推算，这种纸房子的有效使用期至少为１５～２０年。瑞典的一位科学家通过添加多种化学合成物，制成一种新型波纹纸板，其硬度竟然和钢一样。这种材料不仅非常坚固，又保持了纸板质轻的特点，而且具有良好的耐火、耐热和防水性能，特别适合于制造飞机、轮船和筑桥等。最近，国外已用这种纸建成一座跨度为１５ｍ、宽为３ｍ的纸桥，桥上可以通过重达３ ｔ 以上的吉普车。
在纽约市现代艺术博物馆中，一个临时性供公众参观的雕塑展览馆建在花园上面，它的拱形屋面跨度达２７ｍ ，采用了由薄纸板成型的１２ｍ 长的纸管构成格构状的网壳。在 ３ 个月的展览期结束后，屋面便被拆除。
１ 纸塔 众所周知，纸是由木材等可再生原材料制造的，位于瑞士某地的纸塔是轻型建筑中一个有意义的例子，该纸塔外径１３ｍ，高３３ｍ，１９９２年建成，已成为瑞士当地的标志性建筑物。整个塔所用的材料纸板占７９．２６％，木材占２０．２２％ ，钢材占０．５２％。其中，波纹纸板具有良好的缓解各种作用力的性能，它有一个大的曲面，意味着它能够作为支撑材料，承受短期荷载（例如风）。另一方面，对轻质胶合板来说，其塑性较差，在通常的压力和其允许的限度内，为了防止变形，使用轻质木龙骨是必要的。纸塔建筑物不仅其使用的材料具有可循环性能，而且具有环境友善之特性，为建筑使用可降解性材料开辟了一条“绿色”通道，因此，它们被人们誉为“绿色建筑”典范。
２ 超级纸屋２０００年世博会的主题是“人、自然、技术”，日本馆是一座世博会期间使用的临时性建筑，会后其大部分材料可以回收利用。它以材料和结构的特性主题，关注资源和环保问题。它采用回收加工的纸建成拱筒形的结构，由１２．５ｃｍ粗的纸管网状交叉而成，弧形屋面和墙身材料也是织物和纸膜。该馆长７２ｍ，宽３２ｍ ，最高处达１５．５ｍ，面积３６００ｍ２。基于日本传统的天人合一观念和对纸、木及其他材料的偏爱，该展馆吸取了日本传统住屋中的木格门窗意匠。白天，自然光经过半透明纸窗的过滤构成柔和、宜人的室内光环境；夜晚，纸窗又是神奇光影的“屏幕”。在世博会展馆里，自然光透过防水的织物和纸膜构成的屋顶照射到室内，造成一片富有日本风情的空间环境。日本馆反映了日本人普遍具有的生态与环境意识，这种纸品构筑物的意义不仅仅在于环保，更重要的是为解决人类居住问题提供了一条快捷的途径。
四 生态建材的发展战略
生态建材的环境协调性与使用性能之间并不是总能协调发展、相互促进，因此，生态建材的发展不能以过分牺牲使用性能为代价。性能低的建筑材料势必影响耐久性和使用功能，如采用ＬＣＡ方法评价，在生产环节中为节能利废而牺牲性能并不一定能提高材料的环境协调性。在生态建材发展中，国内外不少研究者关注按环保和生态平衡理论设计制造新型建筑材料，如无毒装饰材料，绿色涂料，采用生活和工业废弃物生产的建筑材料，有益健康和杀菌抗菌的建筑材料，低温或免烧水泥、土陶瓷等。从宏观来看，我国发展生态建材，现阶段的重点应放在引入资源和环境意识，采用高新技术对占主导地位的传统建筑材料进行环境协调化改造，尽快改善建材工业对资源的浪费和严重污染环境的状况。其实，提高传统建筑材料的环境协调性并不是排斥发展新型的生态建材，而是前面所述的发展生态建材的重要内容和方法之一。
结合国外的发展，笔者认为我国生态建材的发展战略应考虑如下：①建立建筑材料生命周期ＬＣＡ的理论和方法，为生态建材的发展战略和建材工业的环境协调性的评价提供科学依据和方法；②以最低资源和能源消耗、最小环境污染代价生产传统建筑材料；③发展大幅度减少建筑能耗的建材制品，如新型复合墙体和门窗材料；④开发具有高性能、长寿命的建筑材料，大幅度降低建筑工程的材料消耗和服务寿命；⑤发展具有改善居室生态环境和保健功能的建筑材料；⑥发展能替代生产能耗高、对环境污染大，对人体有毒有害的建筑材料；⑦开发工业废弃物再生资源化技术，利用工业废弃物生产优异性能的建筑材料；⑧发展能治理工业污染、净化修复环境或能扩大人类生存空间的新型建筑材料；⑨扩大可用原料和燃料范围，减少对优质、稀少或正在枯竭的重要原材料的依赖。据统计，利用植物秸秆我国每年可生产板材约３０亿ｍ２，这些板材用来做建筑物的墙体，可以满足约７０５亿ｍ２ 建筑物的需要。如果这种“草砖房”得以推广，农作物秸秆可谓大有用武之地。
就目前来看，生态建筑显然难以大量营造。即使是在西方发达国家，最抢眼的生态建筑无一例外都是高投资的大型项目。至于私人住宅（独立式）则大多因规模小而显得不起眼，而说到社会性的大规模低造价住宅，很少有人问津。但生态建筑作为人类生态智慧重要的物化成就随着高技术、轻结构的发展强调使用生态建材无疑代表着一种方向、一种力量与一种趋势。
