復(fù)合材料在建筑行業(yè)被用作建筑模具，建筑的室內(nèi)裝飾和外墻掛板已經(jīng)有很長(zhǎng)時(shí)間了，但是復(fù)合材料在這個(gè)行業(yè)中還有哪些應(yīng)用機(jī)會(huì)呢？自由撰稿人Kari Williamson對(duì)此進(jìn)行了調(diào)查。

建筑市場(chǎng)與其他行業(yè)一樣在金融危機(jī)中遭受重創(chuàng)，但其增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)正在慢慢恢復(fù)。美國(guó)復(fù)合材料制造商協(xié)會(huì)（ACMA）的最新數(shù)據(jù)表明，2010年熱固性玻纖增強(qiáng)材料的發(fā)貨量為24億lb（約11億kg），其中41%是用于建筑行業(yè)的，應(yīng)用范圍涵蓋建筑物、公路、地樁、墻板和屋頂，以及風(fēng)機(jī)葉片及其內(nèi)部固定裝置。



位于中東的Premier Composite Technologies（PCT）公司就經(jīng)歷了這種增長(zhǎng)，其總經(jīng)理Hannes Waimer說(shuō) ：“我們清楚地看到了市場(chǎng)的增長(zhǎng)，也看到了需求的增長(zhǎng)。”
PCT在2006年成立時(shí)只有三個(gè)人，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到900名員工。

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然而，在亞什蘭高性能材料（Ashland Performance Materials）的Bob Moffit看來(lái)：“復(fù)合材料目前僅占整個(gè)建筑市場(chǎng)當(dāng)中很小的一部份——這是一個(gè)巨大的增長(zhǎng)領(lǐng)域。就百分比而言，我們無(wú)需大量的增長(zhǎng)就能對(duì)復(fù)合材料市場(chǎng)的份額帶來(lái)重大影響。即使只增長(zhǎng)了很少的百分比，就已經(jīng)代表了大量的復(fù)合材料。”

傳統(tǒng)應(yīng)用和新應(yīng)用

從3 World Trade Center的案例可以看出，復(fù)合材料經(jīng)常在建筑行業(yè)被用于模具的制作。但是，日益發(fā)展的趨勢(shì)是將復(fù)合材料用于結(jié)構(gòu)件，橋梁的建造是其中應(yīng)用較為廣泛的行業(yè)之一。



英國(guó)咨詢公司Optima Projects的總經(jīng)理David Kendall說(shuō) ：“目前荷蘭有許多復(fù)合材料橋。據(jù)我所知約有4-5家制造商正致力于復(fù)合材料橋的生產(chǎn)，他們正在建立起一個(gè)非常好的行業(yè)。”

復(fù)合材料也被用于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的修復(fù)。Moffit給出了一個(gè)例子。

“本地有一座建筑正在進(jìn)行維修，其頂部有巨大的混凝土柱。在維修時(shí)，他們沒(méi)有采用混凝土柱來(lái)進(jìn)行替換，卻采用了復(fù)合材料柱。若采用混凝土柱，將其吊升到頂部需要大型起重機(jī)和大量的人力及重型設(shè)備；而改用復(fù)合材料柱，則只需借助建筑內(nèi)部的貨梯就可以將部件運(yùn)送上去，然后手工安裝到位。”

減重是制造商用來(lái)說(shuō)服客戶使用復(fù)合材料的常用主題。但是，光憑這一點(diǎn)通常是不夠的。

復(fù)合材料遇到的障礙

在傳統(tǒng)的保守行業(yè)中，較難引入新的觀點(diǎn)、工藝和材料。正如Kendall所說(shuō) ：“人們?nèi)狈?duì)復(fù)合材料的認(rèn)知和了解，而且對(duì)他們正在使用的傳統(tǒng)材料已經(jīng)非常適應(yīng)了。”

他相信，這在一定程度上取決于這一行業(yè)的建立方式，在一家公司僅有的這幾個(gè)部門中，咨詢?nèi)藛T、設(shè)計(jì)師和建筑師都面臨著各種降低成本所帶來(lái)的壓力。

“因此，他們總是傾向于選擇相對(duì)容易留有余地的方案，盡管這些方案對(duì)于整體項(xiàng)目來(lái)說(shuō)其成本可能并不是最低的。”Kendall說(shuō)，“我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)通常會(huì)需要更多的工程作業(yè)，從而使得工程成本變高。不過(guò)，從客戶的角度來(lái)說(shuō)，最終結(jié)果的結(jié)果可能會(huì)更低。因此，我們?cè)谶@方面還有許多培訓(xùn)和教育工作要做。”

“說(shuō)服建筑師采用復(fù)合材料可能是其中困難最小的，因?yàn)樗麄兡軌蚩吹綇?fù)合材料在設(shè)計(jì)過(guò)程中帶來(lái)的自由度。而說(shuō)服建筑公司、主要的建筑承包商和客戶可能就很難了。”
當(dāng)建筑師在展示某項(xiàng)方案時(shí)，他遇到的第一個(gè)問(wèn)題會(huì)是：這個(gè)方案會(huì)花費(fèi)多少錢？而問(wèn)題在于，沒(méi)有以往的項(xiàng)目記錄可供比較。

“你需要進(jìn)行理論研究和可行性研究來(lái)確定成本，這就需要及時(shí)的資金投入。這是一個(gè)關(guān)于由誰(shuí)來(lái)投資，誰(shuí)來(lái)使項(xiàng)目開(kāi)始的問(wèn)題。”Kendall說(shuō)，“對(duì)于傳統(tǒng)材料，大家對(duì)不同結(jié)構(gòu)的成本都比較熟悉，可以比較容易地做出合理的評(píng)估。而對(duì)復(fù)合材料來(lái)說(shuō)就難得多了，這是一道需要我們跨越的障礙。” 本文來(lái)自123



他相信，一部分原因在于，大多數(shù)進(jìn)行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的公司和許多制造商的規(guī)模相對(duì)較小，因此很可能無(wú)法承擔(dān)這樣的投資。與此同時(shí)，客戶也比較保守，盡管他們可能會(huì)受益匪淺，但是通常他們都不愿意做初始的投資。

另外的一個(gè)問(wèn)題是復(fù)合材料供應(yīng)企業(yè)加入某個(gè)項(xiàng)目的時(shí)機(jī)。如果復(fù)合材料沒(méi)有從一開(kāi)始就成為方案的一部分，那么就很難使它成為一種高性價(jià)比的選擇。

PCT公司的Waimer解釋說(shuō) ：“如果客戶單純只看混凝土屋頂，然后直接與復(fù)合材料屋頂進(jìn)行比較，就會(huì)發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料屋頂?shù)某杀敬蟾攀乔罢叩娜剿谋吨?。但是如果我們從一開(kāi)始就參與項(xiàng)目的話，他們就可以從地基和支柱就開(kāi)始節(jié)約成本。此外，建造復(fù)合材料屋頂還可以從施工周期上節(jié)約大量成本。因?yàn)槿绻藿ɑ炷廖蓓?，在建造屋頂之前首先要等?xiàng)目進(jìn)度到達(dá)屋頂?shù)慕ㄔ?，這就意味著施工時(shí)間比較長(zhǎng)。如果由我們來(lái)建造復(fù)合材料屋頂，一旦進(jìn)度達(dá)到了屋頂?shù)母叨?，我們基本上可以在幾天，最多幾周時(shí)間內(nèi)就完成安裝。整個(gè)項(xiàng)目在建筑現(xiàn)場(chǎng)的施工時(shí)間就會(huì)大大縮短。” 123,123

在阿聯(lián)酋皇宮酒店（Emirates Palace）的施工項(xiàng)目中，Waimer認(rèn)為，復(fù)合材料的使用將施工時(shí)間縮短了5-6個(gè)月。“一個(gè)擁有4000名工人的工地將花費(fèi)大量的資金。”他說(shuō)道。
盡管存在著障礙，但亞什蘭的Moffit認(rèn)為，人們對(duì)于復(fù)合材料的態(tài)度正在慢慢改變。“人們現(xiàn)在比以往更加重視生命周期成本。如果他們了解到，這種產(chǎn)品的使用壽命可以更長(zhǎng)，而且不需要頻繁的更換，那么他們甚至?xí)敢舛嗷ㄙM(fèi)一些成本。”

巨大的潛力

復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)之一是它們的設(shè)計(jì)靈活性。Waimer是這樣說(shuō)的：“采用復(fù)合材料，你什么都能建成。”

“設(shè)計(jì)公司和工程公司需要越來(lái)越多有趣的結(jié)構(gòu)。”多軸向增強(qiáng)材料提供商FORMAX的總經(jīng)理Oliver Wessely解釋說(shuō)：“人們正在建筑上嘗試各種有意思的設(shè)計(jì)。我們能夠明確看到市場(chǎng)的增長(zhǎng)，特別是在中東地區(qū)。中東地區(qū)的建筑風(fēng)格是非常華麗的——他們擁有眾多的拱形結(jié)構(gòu)和圓形屋頂。我認(rèn)為，這種結(jié)構(gòu)適合采用復(fù)合材料，而西方的建筑風(fēng)格相對(duì)來(lái)說(shuō)則比較單調(diào)乏味。”

另一大優(yōu)勢(shì)是，成品外觀的選擇幾乎沒(méi)有限制。



“無(wú)論是馬塞克還是天然石材表面，對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，在表面質(zhì)量方面擁有完備的知識(shí)是非常重要的。”PCT公司的Waimer解釋說(shuō)：“我們?cè)O(shè)有表面裝飾部門，因?yàn)槲覀兘桓兜牟粌H是簡(jiǎn)單的復(fù)合材料制品，也是擁有各種外觀樣式的復(fù)合材料產(chǎn)品，比如從油漆到木材，從不銹鋼到亞克力。也就是說(shuō)，我們可以把一個(gè)完整的產(chǎn)品交付到現(xiàn)場(chǎng)。”

亞什蘭的Moffit認(rèn)為，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的正是復(fù)合材料的這種獨(dú)特之處，而不是它們與傳統(tǒng)材料的相似性。

“我們對(duì)建筑師和建造商曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，我們一直聽(tīng)到說(shuō)法是，我們不應(yīng)該對(duì)石頭或木頭等天然材料進(jìn)行模仿——但是通常我們都是這樣做的。我們一直都在盡力地模仿這些材料，并從價(jià)格上與它們競(jìng)爭(zhēng)。然而，我們真正的機(jī)會(huì)在于充分利用復(fù)合材料的設(shè)計(jì)靈活性和性能優(yōu)勢(shì)來(lái)提供更好的產(chǎn)品。當(dāng)我們只是一味地模仿現(xiàn)有材料時(shí)，就會(huì)限制自身的發(fā)展，并人為地給自己制造出一些壁壘。” 123456

復(fù)合材料另一個(gè)巨大的潛在機(jī)會(huì)是結(jié)構(gòu)應(yīng)用的增加。

“我認(rèn)為結(jié)構(gòu)應(yīng)用可能是復(fù)合材料在建筑行業(yè)最大的增長(zhǎng)點(diǎn)。”Kendall這樣評(píng)論。
他解釋說(shuō) ：“當(dāng)我們開(kāi)始生產(chǎn)更大的結(jié)構(gòu)，例如想要制造一個(gè)橫跨泰晤士河，跨度達(dá)300m的人行橋時(shí)，我們就要使用更多的先進(jìn)材料，例如碳纖維和環(huán)氧樹(shù)脂。盡管這些都是價(jià)格很貴的材料，但如果用在合適的領(lǐng)域，就能以很小的成本換來(lái)更高的效益。”
Kendall 說(shuō)，越來(lái)越多的客戶開(kāi)始意識(shí)到使用復(fù)合材料的潛在優(yōu)勢(shì)。

“甚至那些我們認(rèn)為非常保守的客戶，例如英國(guó)的鐵路網(wǎng)公司（Network Rail）和高速公路管理局（Highway Agency）也開(kāi)始推進(jìn)復(fù)合材料的應(yīng)用。尤其是Network Rail公司，他們已經(jīng)真正地將復(fù)合材料應(yīng)用到了站臺(tái)和人行天橋等設(shè)施的建設(shè)之中。我想他們已經(jīng)意識(shí)到，在這些設(shè)施的整個(gè)服務(wù)期內(nèi)，它們將能夠?qū)崿F(xiàn)成本的節(jié)約。初始投資的成本可能非常相近，但是維護(hù)成本卻可以大大降低，特別是像橋梁等這類設(shè)施。在英國(guó)，橋梁的設(shè)計(jì)使用年限是120年，對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其維護(hù)成本是非常高的。”

他還認(rèn)為，復(fù)合材料在殼體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越多，所謂殼體結(jié)構(gòu)即“采用外層面板作為結(jié)構(gòu)部件，而不是傳統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式”。

“只有改變傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)，我們才能創(chuàng)造出真正高效、真正具有性價(jià)比的復(fù)合材料解決方案。”他補(bǔ)充說(shuō)。

借助復(fù)合材料的內(nèi)在特性減少結(jié)構(gòu)的部件數(shù)量是Moffit看到的一個(gè)重大機(jī)會(huì)。
“復(fù)合材料這個(gè)行業(yè)能為市場(chǎng)提供許多獨(dú)特的部件。如果你想買窗框、門、浴缸或廚房臺(tái)面，都可以在家居裝飾店里買到。

“復(fù)合材料在系統(tǒng)組件領(lǐng)域取得了許多進(jìn)展，例如墻板和屋頂系統(tǒng)，又或許是整個(gè)房屋模塊。這是部分組件的大規(guī)模整合。在汽車行業(yè)，復(fù)合材料的應(yīng)用也逐漸增加，多部件的組件被制成整體式復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。我們?cè)诮ㄖI(lǐng)域也看到了這樣的趨勢(shì)，我們可以把目前需要大量工序和勞動(dòng)力的建筑方式用復(fù)合材料板材和系統(tǒng)加以替代。我認(rèn)為，在這些外觀裝飾和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)領(lǐng)域會(huì)出現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)。”

內(nèi)容來(lái)自123456

綠色建筑

“當(dāng)綠色建筑的標(biāo)準(zhǔn)第一次被提出來(lái)討論的時(shí)候，我們就覺(jué)得，這些標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)確實(shí)地推動(dòng)人們采用更多碳足跡更低的可快速再生材料和可回收材料，而人們也確實(shí)對(duì)此很感興趣。此外，人們更感興趣的似乎是能源的節(jié)約、更長(zhǎng)的使用壽命、更少的維護(hù)和易于安裝的材料。”Moffit說(shuō)道。

他說(shuō)，綠色建筑的重要推動(dòng)力之一是節(jié)能和減排（CO2）。
“在美國(guó)，電能用量的70%來(lái)自建筑，CO2排放的40%來(lái)自于施工過(guò)程和建筑的使用及運(yùn)營(yíng)。與傳統(tǒng)建筑相比，綠色建筑可以將能耗和CO2排放減少30-40%。”



此外，綠色建筑的設(shè)計(jì)者希望采用不同的方式來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

“他們正在尋找新的材料和建筑方式，而不是傳統(tǒng)的材料和工藝。這就給復(fù)合材料行業(yè)提供了一些很好的機(jī)會(huì)。建筑師、設(shè)計(jì)師和建造商都非常樂(lè)意了解非傳統(tǒng)產(chǎn)品和工藝。這就使我們有了可以跟他們對(duì)話的機(jī)會(huì)。” 123456

他指出，復(fù)合材料在減少能耗方面是具有優(yōu)勢(shì)的，例如，通過(guò)使用絕熱墻板和采光板就可以實(shí)現(xiàn)。

復(fù)合材料還具有許多關(guān)于耐久性和低維護(hù)方面的優(yōu)勢(shì)，如果一件產(chǎn)品的耐久性更高，維護(hù)更少，它就是更加綠色的產(chǎn)品。

Optima Project的Kendall也認(rèn)為，在綠色建筑方面的應(yīng)用對(duì)于復(fù)合材料來(lái)說(shuō)是一個(gè)快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)。

“現(xiàn)在，有越來(lái)越多的人會(huì)問(wèn)我們有關(guān)整體環(huán)境影響的問(wèn)題。像其他事物一樣，你可以通過(guò)一些數(shù)字來(lái)回答幾乎所有的問(wèn)題。但是也有一些比較有趣的研究。在荷蘭，就有一項(xiàng)針對(duì)橋梁的頗為特別的研究。研究人員比較了鋁、不銹鋼、混凝土和復(fù)合材料在人行天橋上的應(yīng)用，并對(duì)其進(jìn)行了環(huán)境評(píng)估。研究結(jié)果指出，單就環(huán)境影響而言，復(fù)合材料是最環(huán)保的。”

“我們希望在建筑結(jié)構(gòu)上也看到相同的結(jié)果。是的，樹(shù)脂是石油基的——但是這一點(diǎn)可以改變，而且在某種程度上正在發(fā)生改變——而其所代表的能耗相對(duì)于其他材料來(lái)說(shuō)仍然是比較低的。當(dāng)然，如果你考慮其他環(huán)境影響，例如制造過(guò)程中的污染，那么采用復(fù)合材料所帶來(lái)的環(huán)境影響相對(duì)于其他材料來(lái)說(shuō)則更是非常好的。 本文來(lái)自123

將來(lái)，會(huì)出現(xiàn)一些改善環(huán)境影響的材料。
“我們看好天然樹(shù)脂和天然纖維，它們的性能表現(xiàn)必然會(huì)在未來(lái)十年內(nèi)得到改善。但是目前，這些材料的結(jié)構(gòu)性能仍然有點(diǎn)令人失望。” Kendall補(bǔ)充說(shuō)。

剩下的工作

盡管復(fù)合材料在建筑行業(yè)有著巨大的潛力，但是在纖維增強(qiáng)塑料能被稱作主流建筑材料之前，我們還有很多工作要做。

“這需要來(lái)自從建筑師、工程師到客戶在內(nèi)的整個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的前瞻性思考，才能促成這些變化的發(fā)生。” Kendall說(shuō)。

與大多數(shù)事物一樣，一切從教育開(kāi)始。

“有一點(diǎn)非常好，大學(xué)院校對(duì)復(fù)合材料的興趣正變得愈發(fā)濃厚，研究項(xiàng)目也越來(lái)越多。但從大學(xué)的角度來(lái)看，研究的覆蓋面仍然不太理想或者不太全面。”他說(shuō)。

這個(gè)行業(yè)還需要一些令人大開(kāi)眼界的事物來(lái)展示復(fù)合材料的潛力。例如，亞什蘭通過(guò)設(shè)立Compositebuild.com網(wǎng)站來(lái)推動(dòng)行業(yè)內(nèi)的相關(guān)培訓(xùn)和教育。

Moffit解釋說(shuō)：“在Compositebuild.com網(wǎng)站上，我們將復(fù)合材料制造商與綠色建筑社區(qū)和建筑行業(yè)的其它信息鏈接在一起。正如我們?cè)鴮?duì)建筑師和建造商說(shuō)過(guò)的，我們發(fā)現(xiàn)他們對(duì)復(fù)合材料還知之甚少。因此，我們想找到這種方法來(lái)幫助他們?cè)黾訉?duì)復(fù)合材料的了解。在Compositebuild.com網(wǎng)站，人們可以在一座房子或一個(gè)辦公室內(nèi)進(jìn)行參觀，可以觀察建筑內(nèi)的不同區(qū)域，看看哪些地方采用了復(fù)合材料，或者這些地方為什么要使用復(fù)合材料。用戶還可以鏈接到復(fù)合材料制造商的網(wǎng)站，從而了解特定的復(fù)合材料產(chǎn)品是如何為建造商、建筑師或者設(shè)計(jì)師帶來(lái)利益的。”

另一種影響建筑行業(yè)的方法是借助可行性研究。Kendall說(shuō) ：“在英國(guó)有一個(gè)稱作‘國(guó)家復(fù)合材料網(wǎng)’（ National Composites Network）的政府資助計(jì)劃，由政府出錢進(jìn)行短期的可行性研究，這類研究已經(jīng)進(jìn)行了很多，并成功說(shuō)服許多項(xiàng)目采用了復(fù)合材料——這的確是一種啟動(dòng)復(fù)合材料項(xiàng)目的好方法。復(fù)合材料行業(yè)不具備的事物之一就是沒(méi)有一個(gè)真正強(qiáng)大的行業(yè)組織或大型的材料供應(yīng)商可以為這類開(kāi)發(fā)工作提供資金。” 123456

“在英國(guó)還有一個(gè)稱作‘建筑復(fù)合材料網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)’（ Network Group for Composites in Construction）的組織，這是一個(gè)非盈利性質(zhì)的會(huì)員制組織，是為了進(jìn)一步推動(dòng)復(fù)合材料在建筑行業(yè)的應(yīng)用而設(shè)立的。盡管他們沒(méi)有進(jìn)行可行性研究的資金，但是毫無(wú)疑問(wèn)，也有助于推廣復(fù)合材料的應(yīng)用。”