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在新石材主导的时代,结构性石材能否东山再起?

建筑行业似乎正在苏醒,半个世纪以来,它一直都沉溺于化学物质和看似无穷无尽的廉价能源带来的狂欢之中,如今它正摆脱这次狂欢带来的严重宿醉。在重建西方世界的浪潮中,我们发现建筑行业转而投向钢筋混凝土之类的新“现代材料”的怀抱,这些材料可以被快速地大量生产,因此也就成为了如今大规模建筑的常用材料。这些结构性材料在过去造价不菲,然而如今事实证明它们的价格依旧超乎想象。实际上,它们的成本如此高昂,以至于现在导致全球变暖的温室气体排放之中,建筑要承担40%的责任。因为没有替代方案,所以绿色建造不能被看作是一个简单的趋势,而是一个人类解决环境困境的绝对重要的解决方案。

那么底线是什么呢?底线就是我们需要用最少的能源维持建筑的日常运转,也要从源头处减少所使用的建筑材料所产生的隐含碳。好消息是在这两个方面,石材都能起到重要作用。

石材行业里,几乎每个人都知道,石材是终极“绿色材料”。但众所周知,在过去四五十年间,我们一直在响应号召,一直在减少石材的产出。在追寻“价值工程”的过程中,我们被要求把石材做得更薄更轻,卖得更少。结果石材那超级可持续性的特点最终在其他98%的高碳建材(例如钢筋混凝土)面前黯然失色。这就像你在扔掉了几百个披萨盒子之后才回收了一张纸巾一样——事实上我们完全可以做得更好。

越来越多的设计师,工程师和建筑师正在挑战这个观念——不仅仅将石材用作装饰品,而是作为建筑的主要结构性材料。这是可持续性能发挥最大作用的地方了。

至于耐久性和生命周期,相较于大部分现代建筑的五十年设计使用寿命来说,石材的使用寿命可远比这个时间长。对此,上千年的石材建筑证明了这一点。虽然石材已经有良好的历史记录(也就是生命周期)了,但是眼前的巨额利润也带来了大量隐含碳。石材的加工方式十分简单——开采,切割,然后安装,这就搞定了。如果使用相同数量的石材来替代钢筋混凝土来完成同样的工程,那么这将会减少几倍于石材建造所排放的二氧化碳。事实上,仔细想想就会觉得制作混凝土有些荒谬。首先要从石灰石开始,消耗大量的能量分批处理、混合。在这之后就会得到一种比刚开始的石灰岩强度要低一半多的物质。

建筑师Amin Taha和他的公司Groupwork意识到这与实际有点出入。依靠着精密的计划,大胆的设计和挑战现状的无畏精神,他和他的团队才能够重回项目首要负责人,建成了一栋以天然石材为上层承重结构的六层的现代建筑。在工程师(Webb Yates)和安装公司(The Stonemasonry Company Ltd.)的密切协作之下,他们于2018年建成了15 Clerkenwell Close 公寓。因为大胆使用巨大的矿山切割的石灰岩荒料,它被认为是伦敦市最具争议的建筑之一。它最具争议的一点可能是不使用钢筋混凝土从而节省了92%的隐含碳排放。因为石材既充当结构性材料又充当建筑表面,所以在各个方面都有节约的地方:材料,劳动力,时间(固化时间)管理多项交易,工期和所有相关开销。设计和施工都减少了巨量的二氧化碳排放和时间。结果证明,它也能省钱……这都多亏了支撑它的天然石材。

【15 Clerkenwell Close 公寓】

在这个追寻的过程中,Taha和他的合作者们并非孤军作战。越来越多的建筑师和工程师在设计中使用石材作为主要结构材料。这其中就包括了Gilles Perraudin,Renzo Piano Workshop,Carl Fredrik Svenstedt,Christophe Aubertin & Studio Lada,Eric Parry,Barrault & Prossacco——未来会有越来越多的人加入这个行列。这些设计师们不仅仅是看到了一个用低碳材料进行简单建造的未来,而且他们还不惧怕在其中加入现代工程技术和颇有远见的设计。有些人将这个想法更进一步,这就诞生了一个终极想法——为什么不用石材建一个30层的高塔呢?为什么不用后张拉的石梁,石柱和石地板来取代我们今天所使用的水泥呢?他们提出了这样一个问题:在我们掌握了其他所有的例如计算机建模的前沿科技和现代机械工程的今天,为什么不能用建成了那些古老教堂,桥梁和庙宇的可靠真实的砌石技术?答案很简单,能,而且在用了。

同样一公斤的材料,用来支撑多层建筑的中密度石灰岩板会产生0.075千克的二氧化碳,然而标准混凝土会产生0.15千克的二氧化碳,是石灰岩板的两倍,钢铁则会产生2.8千克之多的二氧化碳。这就意味着将建筑的结构部分换成石材将会对其可持续性造成重大影响——但节约的地方还不仅于此。石材砌成的建筑有一个被称为热质量的数值。正是它使得地中海地区的房子在炎热的夏天保持凉爽。石材为建筑提供了应对极端温度起伏的抵抗能力,由于其自身的结构质量性质,它还能充当一套被动式升降温系统。如果能将这些热能财富合理利用起来,那么使用这套被动式升降温系统的现代建筑将会获得巨大的,长期的节约能源效益。英国奥雅纳公司进行的一项研究表明,相较于当前“轻型建筑”的标准空调办公室,石材建成的建筑所含的热能质量可以带来25%~50%的节能效率——这就节省了大量的资金,减少了大量的碳排放。DNV在法兰克福的研究比较了天然石材外墙和玻璃幕墙的数据,得出了相似的结论——一座玻璃幕墙办公楼的运行功耗比一座天然石材覆层的办公楼的运行功耗要多70%。这很合理,如果你想要让一座密闭的玻璃温室里温度宜人,那么你就得让空调开足马力。这个研究也揭示了这两种外墙导致全球变暖的惊人潜能——玻璃幕墙在这方面比石材外墙要高250%。

所以从长期来看,石材所含的隐含碳要少很多吗?它又能让建筑节约更多能源吗?这是建筑产品行业所期待的法宝吗?也许吧……但是这就和大部分事物一样,都没那么简单。我们所采取的第一步不应该仅仅是做到环保,而是进一步提高。这就意味着要制定并申请环保产品认证以及其他像ANSI/NSI 373第三方环保证书的环保标准,以此来证明我们所生产的石材产品的可持续性。第三方检测机构通过的白纸黑字的证明,就是向设计师和建筑师展示石材尽可能真实的影响的唯一方式。通过第三方检测机构测试的石材就可以用于诸如LEED,BAREEAM和Living Building Challenge之类的绿色建筑项目之中了。对于那些在采石场干了快一辈子的人来说,石材环保的特性已经是十分明显的了,不得不出示这些证书来证明这种特性简直是不可理喻——这些证书又贵又耗时——但若没有证书,石材只会继续沦落为装饰性墙面或是一种定位模糊的建筑材料,只会被极少数坚定信仰生土建造法的人使用。

除了环保产品认证和环保证书,石材行业还需要在其他方面进行提升,以便服务结构性石材建造师们的新市场。质量要有保障——我们需要采用一套标准,评级和测试方法来保证产品质量,确立统一标准。木材行业已经做到了这些,那么这就只是一个石材行业像木材行业那样自我发展出一套标准的问题了。我们也需要传授给年轻的设计师和工程们一些专业知识,为他们提供一个开始的地方。这就像把那些老旧的砌石技术带回现在一样简单,而且传统石匠和现代工程师合作,将新旧技术融合在一起,会呈现给我们一个新的时代。也许最艰巨的挑战在于把石材带回建筑的准则之中——这需要经过研究和工程设计,但其自身具有政治影响,也有被更大的行业游说团体搅乱的风险。在这个进程上,木材行业至少比我们领先15年。为了取得它如今的成就,木材行业已经进行了多次斗争,从它所做的的努力中我们能学到很多。

有一个情况值得注意:石材正要回归它原本的地位——这要归结于它简单朴素,储量庞大。很多方面都在回归正轨,鉴于石材以结构材料的形式回归如今的建筑市场,这也算是一种革新。对于石材行业来说,影响可能会很大——那些由于“不再时尚”而被忘却的材料也许会异军突起,重回视线,这并非是因为它的外貌,而是因为它的性能。评估石材的结构性能也需要一套完全不同的方法,这与我们如何开采加工石材不同——但我们已经有了全部工具和专业知识,我们要做的只是调整它们,使之适用于新的用途。这个方面的变动会带来令人激动的新机会:一个在制造业建立新标准,制定新规范和建筑规则,找到新的方式来工业化这个检测过程的机会。这些所有的努力,那些开发绿色建筑的设计师们,还有将两者结合在一起的石匠们,他们都将会不懈努力,提高石材产量,使之更经济实惠——这就形成了一个良性循环,不断地造福整个石材行业。

本文翻译来源:Bryan Thorburn,版权归原作者所有。

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