張鑫院長發明的無機膠復合竹材料與結構,為竹材在建筑結構中的應用帶來新突破
山東建筑大學教授張鑫發明的竹砼結構(無機膠復合竹結構),為竹材在建筑結構中的應用帶來新突破。竹砼結構采用復合竹,以鎂質無機膠作為粘結劑制備竹基復合材料,具有強度高、重量輕、耐火性強等特點,可實現裝配式安裝,能大量利用既有竹林資源。目前崔愷院士團隊正協助張鑫教授團隊建設五層樓高的實驗室,預計2025年下半年開工。
近日,由國家建筑綠色低碳技術創新中心(簡稱國創中心)、中國建設科技集團股份有限公司(簡稱中國建科)、中國房地產業協會、福建南平順昌縣政府主辦,中國建筑節能協會、中國林產工業協會、中國木材保護工業協會和順昌縣現代木竹建造研究院協辦,上海思卡福建筑科技有限公司作為特別支持單位,山東建筑大學、福建省順昌縣升升木業有限公司和中林綠碳(北京)科技有限公司作為支持單位,數智賦能?木竹新生態——當代木竹建筑理論與實踐論壇在海南國際會展中心順利舉辦,旨在深入探索數字化設計工具、智能化建造技術與傳統木構建筑優勢的深度融合,推動當代木構建筑在數智時代實現跨越發展。
會上,中國工程院院士、國創中心首席科學家崔愷作題為《竹木建構建筑的零碳之路》的報告,從建筑領域的碳排放、竹木材料在建筑中的應用歷史與發展、竹木建筑案例及竹材在建筑中的探索與應用四個方面介紹竹木建筑的零碳之路。
崔愷
中國工程院院士
國創中心首席科學家

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建筑領域的碳排放現狀與挑戰
建筑行業是耗能大戶,尤其在我國過去幾十年的快速建設進程中,碳排放問題尤為突出。建筑碳排放主要源于建造過程,其中建筑材料及其加工、運輸所產生的碳排放占比較高,可達16.7%。鋼材、水泥等廣泛應用的傳統建筑材料,在全國能源相關碳排放中占比高達13.3%。

? 圖源網絡
若要實現零碳建筑或低碳建筑,僅關注建筑建成后的運營階段遠遠不夠。在我國,建造過程中的材料消耗產生大量碳排放。如果從建設源頭考慮,不使用低碳、固碳材料,很難實現減排,更難在短時間內達到碳中和。使用傳統建筑材料建造零碳建筑幾乎不可能,而利用在自然生長中固碳的竹木材料,則為實現建筑零碳提供可能,甚至成為關鍵手段之一。

? 圖源網絡
通過研究建筑中竹木應用的比例,能夠計算出全壽命周期內碳中和、碳達峰的準確時間表,而不是忽略建造本身,僅關注運行階段的碳排放。與傳統建材相比,使用竹木材料能大幅降低碳排放,為綠色建筑奠定良好基礎,更快實現碳中和。這在理論研究和實踐方面均具有可行性。

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竹木材料在建筑中的應用歷史與發展
竹木材料在建筑中的應用歷史悠久,是人類建造居住環境最早使用的材料之一,在世界各地,尤其是中國這樣的土木大國,形成了深厚的文化傳統。眾多著名歷史建筑,如宮殿廟宇,都是由木材建造,至今仍是寶貴的建筑文化遺產。

應縣木塔 ? 圖源網絡
傳統木結構建筑值得世人驕傲,其中許多建筑不用一根釘子,充分展現了當時契合我國工業水平的建造智慧。然而,在當今豐富多樣、大尺度的建筑空間需求下,無法完全依賴傳統木結構。隨著人們對森林資源保護意識的增強,以及木材使用方式的轉變,現代木結構成為重要發展方向之一。過去傳統木結構多用原木,樹木需生長百年才能成材;如今采用速生林,樹木50年左右成材,并通過集成化和現代工藝加工成可用木材。

大屋頂環 ? 圖源網絡
因此,在低碳發展背景下,木結構發展需要走現代木結構之路。2025年日本大阪世博會就是很好的例證,超過70%的建筑采用木結構,以及輕鋼結構和索膜結構。盡管這是一個半年后將被拆除的展會,但木結構建筑呈現出的開放性和幸福感,給人以全新的建筑美學體驗,也讓傳統建筑學面臨變革。

坪坦書屋 ? 圖源網絡
習近平總書記提出“綠水青山就是金山銀山”。在城市更新和存量發展階段,建設量依然存在。應提倡木結構的使用,讓城市更加綠色溫暖。在鄉村,傳統地方性建造方式逐漸被混凝土等材料取代,存在諸多安全隱患。大力推廣竹木建筑,將成為低碳生態建造的理想場景之一。

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竹木建筑的實際案例展示
海口市民游客中心
生態與功能的融合

鳥瞰圖 ? 李季
2018年,崔愷院士團隊承擔海口市民游客中心項目。該項目位于海口市世紀公園旁,周邊是市民活動場所。為了接待游客、展示城市魅力,又不打擾市民日常健身,設計團隊將建筑設計為開放式。

細節圖 ? 張廣源
考慮到海南的生態優勢,首次采用木結構,建筑支撐為鋼結構,屋面采用木檁條、木梁和木網,既能遮陽、防雨、吸熱,又生態環保,市民活動空間設置在半室外。建成后,建筑與自然景觀融為一體,室內外邊界開放,地下和地上的諸多平臺向市民開放,功能靈活,如今已成為海口市民辦事的聚集地。
成都天府農博園
創新農業會展建筑模式

鳥瞰圖 ? 存在攝影-建筑攝影
2021年建成的成都天府農博園項目,地處美麗的田園景觀中。該項目設計摒棄傳統工業展館和商業會展中心的做法,針對農產品銷售展賣,打造類似農業大棚、集市的新型建造體系。

? 存在攝影-建筑攝影
該體系不僅滿足農博會需求,還為成都增添了在田園中開會的新場景。建筑包含會議廳、博物館、辦公樓等場景,主體結構為木結構,少量采用鋼節點和鋼桁架;建筑內部因公共空間功能和防火要求采用鋼結構,空間木結構開放,采光良好。建筑最大跨度達117米,單拱高度達42米,成為目前世界上最大的木結構案例之一,并榮獲多項國際結構大獎。

? 存在攝影-建筑攝影
屋頂采用ETFE彩色膜組合,呈現田園風采,建筑輕巧開放,陽光大廳可打造立體種植系統,現已成為成都老百姓的網紅打卡地,可舉辦婚禮、會議、展覽等活動。
昆山玉山廣場地鐵站
城市更新中的木結構應用

鋼木混合結構屋架 ? 圖源網絡
在昆山玉山廣場地鐵站的建筑設計中,結合蘇州到上海的軌道交通線路穿過昆山市中心的情況,以及當地的文化特色,新地鐵站的站房設計采用新型木結構,并結合光伏玻璃,創造了當地特色。

休息回廊 ? 圖源網絡
該地鐵站建成后深受昆山老百姓喜愛,成為網紅打卡地。該項目不僅在站房設計上獨具特色,還通過周邊環境整治和文化場景營造,以小建筑帶動城市品質提升,將市政基礎設施精細化,用木結構替代傳統鋼材和混凝土材料,營造出溫暖的場景。
北京南苑森林濕地公園與華嘉小學
木結構在不同場景的嘗試
在北京南苑森林濕地公園建設中,設計摒棄傳統園林建筑形式,利用木結構和新型結構,打造森林小屋,為市民提供周末度假休閑的好去處。

華嘉小學 ? 李季
在北京市西城區華嘉小學改造中,考慮到學校空間狹小,孩子們缺乏玩耍空間,崔愷院士團隊利用假期二十幾天時間,采用裝配式木結構和陽光板搭建棚架,快速建成孩子們可以上課、玩耍、休息的場所。目前,已有其他學校尋求類似的木結構改造方案。這些嘗試讓北京市舊城區逐漸煥發生機。
福建順昌廊橋
地方資源與現代技術的結合

木廊橋 ? 圖源網絡
福建順昌縣山林資源豐富,盛產杉木。崔愷院士團隊計劃在當地河道上建設一座300米長的廊橋,采用現代技術推廣木結構材料的應用。廊橋不僅用于通行,還為老百姓提供生活、休閑、觀景的空間。設計兼顧傳統韻味與簡潔風格,力求使用當地木材,目前項目正在深化設計中。

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竹材在建筑中的探索與應用

竹子 ? 圖源網絡
我國竹資源豐富,但竹子生長周期短,5年到7年即達到壽命,若未合理利用,竹林易衰敗。傳統竹材多應用于生活日用品,用量有限,如今竹鄉面臨資源利用的困惑。

昆曲學社 ? 郭海鞍
在昆山的舊建筑改造中,崔愷院士團隊嘗試使用原竹,經過脫蛋白、防水處理并添加保護劑后,原竹的使用壽命可達10年以上。例如昆山的昆曲學社等項目,建筑中使用的原竹已有7~8年,目前狀況良好。
山東建筑大學教授張鑫發明的竹砼結構(無機膠復合竹結構),為竹材在建筑結構中的應用帶來新突破。竹砼結構采用復合竹,以鎂質無機膠作為粘結劑制備竹基復合材料,具有強度高、重量輕、耐火性強等特點,可實現裝配式安裝,能大量利用既有竹林資源。目前崔愷院士團隊正協助張鑫教授團隊建設五層樓高的實驗室,預計2025年下半年開工。

2025年大阪世博會中國館 ? 圖源網絡
在大阪世博會中國館的設計中,崔愷院士團隊最初提出以竹簡作為中國建筑文化元素,以竹子建造作為生態底色。最終因日本在竹結構應用技術上的局限,該項目主體結構仍為鋼結構,但中國館內外貫穿一體的墻板體系采用了竹材。竹材的使用結合自然采光和園林營造,打造出兼具文化底蘊及生態意味的現代中國館,成為大阪世博會的網紅打卡地。

海口美舍河生態修復和濕地展示館
海南是生態大省,期待在城市建設和城市更新中,海南省能夠大力推廣竹木材料的使用。竹木建構建筑將為我們創造更美好的生活環境。
作者:國家建筑綠色低碳技術創新中心
編審:趙而年
終審:張鑫
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