1建築材料在建築表皮中的生態運用現狀
相關理論研究越來越多，一些建築師在嘗試把理論應用於實踐。比如在世博會中，中國建築師自行設計的形態各樣的展館就充分考慮了建築材料在建築表皮中的生態運用。
2建築材料的生態選擇
建築的核心構成要素是建築材料，要想使建築具有生態性，在選擇建築材料時也應注重選擇環保生態的建築材料、做到在建築過程中減少材料的使用。
2.1生態建築材料及選擇
生態建築材料也叫綠色建築材料或環保建築材料等。生態建築材料是指採用清潔生產技術、少用天然資源和能源、大量使用工業或城市固態廢棄物生產的無毒害、無污染、無放射性、有利於環境保護和人體健康的建築材料［1］。透過系列操作製成的生態建築材料有以下特性:①在生產、使用過程中能夠儘量做到對自然資源的節約，避免污染，同時也不會釋放有毒有害物質，對環境造成破壞。②符合建築設計對建築材料的力學和性能要求，既保證使用壽命又能在使用壽命結束的後續處理中可循環利用。③生態建築材料符合人們的審美需要和與環境的融洽，能給人們營造一個溫馨的、與環境融爲一體的生存環境。
2.2建築過程中減少材料的使用
在建築的過程中應儘量減少對材料的應用，在建築的規模上儘量做到適中。不盲目求高求大，做到與環境的協同一致，達到減少建築材料使用的目的。在建築過程中應充分考慮建築材料的有效利用，避免不必要的浪費，同時應考慮材料的耐受性和使用壽命，儘量選擇與建築物設計壽命相應的建築材料。在建築設計時還應考慮建築到達使用壽命後，這些建築材料的無公害銷燬或重複利用問題。
3建築材料在建築表皮運用的生態學原則
生態學的物質循環和能量流動給建築表皮提出新的要求，建築表皮除了應具備防寒保暖功能之外必須具備更多的功能，比如透過採光獲取能量的功能、從視覺上具有審美的要求、從可持續性上講，有利於循環利用的特點。建築表皮作爲整個建築的一部分，其基本功能是適應外界光照溫度的變換，但是今天的建築理念發生了很大變化，人們把建築表皮作爲與環境融合的一部分，考慮其美觀、環保，對其賦予了更多的期許和意義。爲此建築師應該把建築表皮放在生態學的視野下重新考慮其材料的選擇、構造等問題。
3.1可循環使用的建造材料
在傳統的建築體系中，建築材料的使用生命是原料加工成材料，應用後成爲廢料，是一種不可再生、也是不可循環的單向流動模式。在生態學的視野下理解建築材料地使用壽命，具有與傳統不同的特點。在生態學視野下藉助物質循環和能量多級利用的特點，建築材料具有原料加工成建築材料、應用後再作爲原材料重複利用的特點，避免建築垃圾大量產生，降低了環境污染。透過可循環地使用建築材料，也能對當地的環境減少破壞，達到保護生態的目的，因此在建築的過程中應提倡使用當地的原材料，並注重其物質循環性［2］。建築表皮的材料除了滿足可循環利用要求之外，同樣也應能滿足最基本的適應氣候，給人創造舒適環境的能力。比如J赫爾佐格設計的多米尼葡萄酒廠，就是這一理念的典型代表。他在表皮設計時改變傳統的磚塊和混凝土外形，而採用當地隨處可見的石塊作爲表皮材料，充分利用了石塊的吸熱性能和玻璃的保溫性能，使這一表層設計做到白天吸熱，晚上放熱，這正好與沙漠乾熱氣候的溫度波幅變化相反。透過建築的巧妙設計和當地沙漠全天溫差大特點的結合，降低了地域氣候晝夜溫差大增加的建築能耗。可以預見，當多米尼葡萄酒廠結束使用的時候，表皮材料中的石塊能迴歸自然或重複利用。
3.2開發能夠推廣普及的技術
建築表層除了具備防雨防風的基本功能外，也應具有調節光照的特點。我們每天都接觸到光照，光照透過建築表層對人們的舒適度產生影響，因此在生態學視野下的建築表層設計應考慮對光熱進出建築空間的多少，利用建築表皮進行適度調節。當然在調節光熱的過程中需要採用一定的技術，而技術有科技水平高的也有水平低的，有複雜的也有簡單的，技術的選擇是和經濟水平分不開的。在技術地使用過程中，需要考慮當地的經濟和技術條件，開發出適應當地的、能夠推廣普及的技術。既然能夠推廣普及的技術是建立在一定的經濟基礎上，它就要求不是脫離實際的一味追求高科技，它既有先進理論的指導又與當地的條件相適應，最終達到綜合效益的實現。我國在開發能夠推廣普及的技術上具有一定的優勢，當前我國既有經濟的快速發展，具備一定的經濟基礎和一定規模的建築專家，同時我國又有幾千年的建築歷史，從歷史中也能吸收一些傳統技術，把這些條件經過綜合創造，應該能開發出能夠推廣普及的技術。透過把能夠推廣普及的技術用於建築的表皮設計中，使生態表皮更具備現實可行性。比如我國吸收傳統窗戶的設計，在窗戶外側設計一個百葉窗，能夠自由地開啓和關閉，當夏天天氣炎熱、光照太強時，可以把百葉窗合起來，起到遮蔭的效果;當冬天天氣寒冷時，可以把百葉窗開啟，以獲得溫暖的陽光。百葉窗簡單地一開一合，就能實現冬夏對光熱的不同需求，達到與高科技同樣的效果。
3.3構建多樣化複合表皮
隨着人們生活水平的提高，對生活品質的要求越來越高，有必要構建多樣化的複合表層，滿足人們不同的需求。比如對能源的需求越來越大，可以在建築表皮安裝太陽能電池板，既能滿足人們對清潔能源的需要、減輕國家的能源負擔，又能對室內光熱條件起到調節作用。如全國首個牆體式太陽能中央熱水系統———梅山苑太陽能熱水系統工程，建築師在西立面牆上懸掛了四種太陽能集熱器，用以收集西曬的太陽光，令其轉化爲可使用的熱能，爲176戶居民全天候提供55～60℃的熱水。這套供熱系統配有空氣源熱泵，如遇到連陰天，太陽能集熱器將自動切換爲電能供能，使系統正常供熱。而空氣源熱泵也屬於綠色環保技術，在加熱水方面，能使一度電發揮出相當於4度電的功效，取得了較好效果。由於城市綠化面積的減少和人們想親近大自然形成了尖銳的矛盾，可以考慮在建築表皮的設計時利用生物學方面的技術。有句話叫“大樹底下好乘涼”，這充分說明植物具有明顯的遮蔭功能，因此可以在建築的表皮上構建一個植物層，既能滿足人們的審美需求又能滿足遮蔭要求。植物的'遮蔭原理和其他物體遮蔭是不同的，植物遮蔭一方面利用植物自身的蒸騰作用，把照射到自身的太陽能透過水分的蒸發，使熱量散發出去，同時自己又能進行光合作用，利用一部分太陽能。透過植物的雙重作用，植物自身的溫度並沒有升高，所以建築表皮的溫度也不會太高。我國在這方面具有傳統優勢，現在在許多地方，人們透過在房前屋後種植爬山虎等各種植物就實現了遮蔭的作用。在建築表皮上構建綠化表皮，植物的生長週期恰巧和光照強弱的週期同步進行，實現了建築與自然的和諧統一，不僅讓人們欣賞了自然風光，也讓人們感受到歲月的流轉，一舉多得［3］。
3.4注重藝術和技術相結合
建築本身既是一門技術也是一門藝術，建築的表皮設計也滿足上述特點。材料的藝術性主要表現爲材料的美學價值，透過材料的顏色、形態等表現，給人以美的視覺享受，滿足人們對建築的審美需要。材料的技術性主要表現在對材料進行力學、結構學等諸多方面的分析應用上，達到高質量的建築質量要求。建築表皮本身只考慮藝術性，而不考慮技術性的話，必然造成華而不實的建築次品。因爲如果一個建築外觀漂亮，但是達不到質量要求，又有誰會推崇其爲偉大的建築呢?同樣，如果建築表皮本身只考慮技術性，而不考慮藝術性，必然造成建築缺乏靈性，顯得呆板和毫無情趣。只有藝術和技術的完美結合才能產生優秀的建築作品，使其從物料的角度看是一個堅固的建築，從藝術角度看又是一個漂亮的藝術作品，比如上海世博會中的波蘭館就是設計師利用膠合板的堅固和便於加工特性，結合剪紙藝術創造出的一座美麗的建築作品。
3.5利用本土化的建築材料
建築作爲一種物料，存在形式凝結着設計者的技術和文化信仰，因此建築一方面是一種物質體現，另一方面也是一種文化體現。一個區域內的建築風格也反應一個區域的文化特徵。有些建築師的設計理念注重人文生態，建築材料的選擇上大多取材於當地。材料的就地取材，一方面降低了運輸成本，避免不必要的浪費，也符合生態建築材料選擇的要求;另一方面，就地取材也能凸顯當地的人文特徵，這種風格的設計作品就會增加建築的藝術性和個性，避免建築風格的千篇一律。建築大師張錦秋設計的敦煌國際大酒店就充分考慮了當地的文化特色，以表現地方文化特色爲主，並結合現代設計技術。以多處弧形實體與空間及抽象化的重樓、月牙形水池來表現沙漠、莫高窟、月牙泉的流暢、渾厚、質樸的風格［4］建造成敦煌的標誌建築。
4建築材料在建築表皮設計的生態策略
4.1自然採光
太陽光作爲一種自然光源，本身是一種清潔無污染的能源，對太陽光的利用是最經濟、最環保和能重複利用的能源利用形態，因此對建築表皮的設計一定要充分考慮採用自然光。在建造表皮的設計過程中，一般採用堅硬的牆體和玻璃或透光膜，做到有機結合，實現自然光能從建築的頂部、側面投射進來，太陽光在一天的變化中也能給建築帶來一定的生機和靈性。比如我國北京奧運會體育場館鳥巢，就充分考慮了對自然光的應用:體育場的骨架由各種組件相互連接、相互支撐，形成複雜而有規律的網格結構，從遠處看就像許多樹枝搭建的一個巨大鳥巢，其銀色的鋼網外面覆蓋着透明的膜性材料，使白天能夠從四面八方把自然光投射進來，採集到充足的自然光。
4.2自然通風
建築物內如果沒有風的流動，會造成空氣的不流通，使人產生憋悶的感覺。自然風對人體是最適合的，因此要選用合理的建築材料，進行自然通風。自然通風的設計要考慮到自然風壓、內外溫差，這些條件的形成都需要恰當的建築材料和建築表皮外形，比如現在各種寫字辦公樓的窗戶都透過恰當的設計，保障自然通風。法蘭克福商業銀行總部利用了“煙囪效應”的原理，把建築設計成以三角平面爲單位的層層上旋的漸進上升過程，這樣的設計可以促使風從不同的側面吹入大樓內部，爲辦公室的各個角落帶來自然空氣，讓工作人員體會到舒服和自然［5］。
4.3保溫放熱
建築爲了形成舒適的環境，應該具有保溫放熱功能。建築內部透過建築表皮既能從外部獲得熱能，也能從內部放出熱能，因此建築表皮擔負着調控熱量流動的作用。要想讓建築表皮更好的肩負這個功能，必須選擇合理的建築材料用於表皮的構建。由於夏季光照強烈，需要利用建築表皮進行防熱處理。自然防熱處理的基本策略是，減少或避免太陽的直接照射或強烈輻射，同時加強自然通風。由於冬季光照較弱，室內外的溫差較大，室內熱能容易散失，保溫的基本策略是儘量最大化的接受太陽光，防止內外的空氣流通。玻璃在建築表皮設計的保溫防熱用途中最普遍，窗戶採用雙層玻璃，在冬天可以阻斷熱量的散失，在夏天建築表皮外圍安裝百葉窗等，在可以遮蔭的同時，玻璃能也能阻斷室內空調形成的冷氣和外界的交流。這一技術已經在許多建築中得到應用，比如德國博覽會公司辦公大樓，其設計手法包括:外立面玻璃幕牆對高層高速氣流的屏蔽;內側推拉窗與百葉窗組合，形成冷熱氣流的緩衝，並能夠吸收新鮮空氣;結構柱設在緩衝層內，各種配套設施集中在豎向管線中，使得室內空間利用效率增大［6］。
4.4適應當地氣候
各個地方都有自己獨特的氣候特點，生態學中有一條原理，生物應與環境相適應，適應環境的才能得到更好的生存，不適應環境的將被環境淘汰。因此在生態學的視野下審視建築表皮的材料選擇，也應該和環境保持一致，只有和環境保持一致的建築表皮才能延長建築材料的使用壽命，也會延長建築的生命週期。如果建築表皮的材料選擇不與環境保持一致，就會減少建築材料的使用壽命，也會有損建築的生命週期。比如武漢市屬於亞熱帶溼潤季風氣候，夏季溫度較高，有“火爐”之稱，冬季溫度低風速大，年平均氣溫高，武漢美術館爲了與當地環境相適應，建築節能的重點在於中庭的上部利用玻璃覆蓋，在冬季，由於玻璃能形成溫室效益，可儲存熱量，同時也能起到獲得自然光的作用;在夏天，阻斷太陽光的大量進入，避免室內溫度過高，增加空調負荷，增加能耗。
5結語
隨着我國城市化和城鎮化進程的推進，我國的建築行業獲得飛速發展，無數的建築研究者對建築材料的性質和應用積累了豐富的材料，同時外國建築理念的傳入，使我國的建築師越來越重視建築表皮的生態應用。建築表皮的生態應用，首先就是建築材料的生態選擇，在選擇建築材料時，應考慮選擇生態化的建築材料，建築過程中應減少材料的使用。在選擇建築材料用於建築表皮的生態學運用時，要遵守一定的原則，比如採用可循環使用的建造材料，這能對當地的環境減少破壞，保護生態;開發能夠推廣普及的技術，不會脫離實際，最終達到綜合效益的實現;構建多樣化複合表皮，滿足人們不同的需求;注重藝術和技術相結合，產生優秀的建築作品;利用本土化的建築材料，使建築實現人文生態的特點，增加建築的藝術性和個性，避免建築風格的千篇一律。建築材料在建築表皮的生態化設計時，要選擇相應策略，透過選擇合理的建築材料進行自然採光、自然通風和保溫放熱，能節約能源，具有經濟環保的特點;選擇合理的建築材料，積極適應當地氣候，才能延長建築材料的使用壽命，也會延長建築的生命週期。總之，建築材料在建築表皮中的生態運用是建築的一種趨勢，一定會發揮越來越大的作用。