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在新石材主導的時代,結構性石材能否東山再起?

建筑行業似乎正在蘇醒,半個世紀以來,它一直都沉溺于化學物質和看似無窮無盡的廉價能源帶來的狂歡之中,如今它正擺脫這次狂歡帶來的嚴重宿醉。在重建西方世界的浪潮中,我們發現建筑行業轉而投向鋼筋混凝土之類的新“現代材料”的懷抱,這些材料可以被快速地大量生產,因此也就成為了如今大規模建筑的常用材料。這些結構性材料在過去造價不菲,然而如今事實證明它們的價格依舊超乎想象。實際上,它們的成本如此高昂,以至于現在導致全球變暖的溫室氣體排放之中,建筑要承擔40%的責任。因為沒有替代方案,所以綠色建造不能被看作是一個簡單的趨勢,而是一個人類解決環境困境的絕對重要的解決方案。

那么底線是什么呢?底線就是我們需要用最少的能源維持建筑的日常運轉,也要從源頭處減少所使用的建筑材料所產生的隱含碳。好消息是在這兩個方面,石材都能起到重要作用。

石材行業里,幾乎每個人都知道,石材是終極“綠色材料”。但眾所周知,在過去四五十年間,我們一直在響應號召,一直在減少石材的產出。在追尋“價值工程”的過程中,我們被要求把石材做得更薄更輕,賣得更少。結果石材那超級可持續性的特點最終在其他98%的高碳建材(例如鋼筋混凝土)面前黯然失色。這就像你在扔掉了幾百個披薩盒子之后才回收了一張紙巾一樣——事實上我們完全可以做得更好。

越來越多的設計師,工程師和建筑師正在挑戰這個觀念——不僅僅將石材用作裝飾品,而是作為建筑的主要結構性材料。這是可持續性能發揮最大作用的地方了。

至于耐久性和生命周期,相較于大部分現代建筑的五十年設計使用壽命來說,石材的使用壽命可遠比這個時間長。對此,上千年的石材建筑證明了這一點。雖然石材已經有良好的歷史記錄(也就是生命周期)了,但是眼前的巨額利潤也帶來了大量隱含碳。石材的加工方式十分簡單——開采,切割,然后安裝,這就搞定了。如果使用相同數量的石材來替代鋼筋混凝土來完成同樣的工程,那么這將會減少幾倍于石材建造所排放的二氧化碳。事實上,仔細想想就會覺得制作混凝土有些荒謬。首先要從石灰石開始,消耗大量的能量分批處理、混合。在這之后就會得到一種比剛開始的石灰巖強度要低一半多的物質。

建筑師Amin Taha和他的公司Groupwork意識到這與實際有點出入。依靠著精密的計劃,大膽的設計和挑戰現狀的無畏精神,他和他的團隊才能夠重回項目首要負責人,建成了一棟以天然石材為上層承重結構的六層的現代建筑。在工程師(Webb Yates)和安裝公司(The Stonemasonry Company Ltd.)的密切協作之下,他們于2018年建成了15 Clerkenwell Close 公寓。因為大膽使用巨大的礦山切割的石灰巖荒料,它被認為是倫敦市最具爭議的建筑之一。它最具爭議的一點可能是不使用鋼筋混凝土從而節省了92%的隱含碳排放。因為石材既充當結構性材料又充當建筑表面,所以在各個方面都有節約的地方:材料,勞動力,時間(固化時間)管理多項交易,工期和所有相關開銷。設計和施工都減少了巨量的二氧化碳排放和時間。結果證明,它也能省錢……這都多虧了支撐它的天然石材。

【15 Clerkenwell Close 公寓】

在這個追尋的過程中,Taha和他的合作者們并非孤軍作戰。越來越多的建筑師和工程師在設計中使用石材作為主要結構材料。這其中就包括了Gilles Perraudin,Renzo Piano Workshop,Carl Fredrik Svenstedt,Christophe Aubertin & Studio Lada,Eric Parry,Barrault & Prossacco——未來會有越來越多的人加入這個行列。這些設計師們不僅僅是看到了一個用低碳材料進行簡單建造的未來,而且他們還不懼怕在其中加入現代工程技術和頗有遠見的設計。有些人將這個想法更進一步,這就誕生了一個終極想法——為什么不用石材建一個30層的高塔呢?為什么不用后張拉的石梁,石柱和石地板來取代我們今天所使用的水泥呢?他們提出了這樣一個問題:在我們掌握了其他所有的例如計算機建模的前沿科技和現代機械工程的今天,為什么不能用建成了那些古老教堂,橋梁和廟宇的可靠真實的砌石技術?答案很簡單,能,而且在用了。

同樣一公斤的材料,用來支撐多層建筑的中密度石灰巖板會產生0.075千克的二氧化碳,然而標準混凝土會產生0.15千克的二氧化碳,是石灰巖板的兩倍,鋼鐵則會產生2.8千克之多的二氧化碳。這就意味著將建筑的結構部分換成石材將會對其可持續性造成重大影響——但節約的地方還不僅于此。石材砌成的建筑有一個被稱為熱質量的數值。正是它使得地中海地區的房子在炎熱的夏天保持涼爽。石材為建筑提供了應對極端溫度起伏的抵抗能力,由于其自身的結構質量性質,它還能充當一套被動式升降溫系統。如果能將這些熱能財富合理利用起來,那么使用這套被動式升降溫系統的現代建筑將會獲得巨大的,長期的節約能源效益。英國奧雅納公司進行的一項研究表明,相較于當前“輕型建筑”的標準空調辦公室,石材建成的建筑所含的熱能質量可以帶來25%~50%的節能效率——這就節省了大量的資金,減少了大量的碳排放。DNV在法蘭克福的研究比較了天然石材外墻和玻璃幕墻的數據,得出了相似的結論——一座玻璃幕墻辦公樓的運行功耗比一座天然石材覆層的辦公樓的運行功耗要多70%。這很合理,如果你想要讓一座密閉的玻璃溫室里溫度宜人,那么你就得讓空調開足馬力。這個研究也揭示了這兩種外墻導致全球變暖的驚人潛能——玻璃幕墻在這方面比石材外墻要高250%。

所以從長期來看,石材所含的隱含碳要少很多嗎?它又能讓建筑節約更多能源嗎?這是建筑產品行業所期待的法寶嗎?也許吧……但是這就和大部分事物一樣,都沒那么簡單。我們所采取的第一步不應該僅僅是做到環保,而是進一步提高。這就意味著要制定并申請環保產品認證以及其他像ANSI/NSI 373第三方環保證書的環保標準,以此來證明我們所生產的石材產品的可持續性。第三方檢測機構通過的白紙黑字的證明,就是向設計師和建筑師展示石材盡可能真實的影響的唯一方式。通過第三方檢測機構測試的石材就可以用于諸如LEED,BAREEAM和Living Building Challenge之類的綠色建筑項目之中了。對于那些在采石場干了快一輩子的人來說,石材環保的特性已經是十分明顯的了,不得不出示這些證書來證明這種特性簡直是不可理喻——這些證書又貴又耗時——但若沒有證書,石材只會繼續淪落為裝飾性墻面或是一種定位模糊的建筑材料,只會被極少數堅定信仰生土建造法的人使用。

除了環保產品認證和環保證書,石材行業還需要在其他方面進行提升,以便服務結構性石材建造師們的新市場。質量要有保障——我們需要采用一套標準,評級和測試方法來保證產品質量,確立統一標準。木材行業已經做到了這些,那么這就只是一個石材行業像木材行業那樣自我發展出一套標準的問題了。我們也需要傳授給年輕的設計師和工程們一些專業知識,為他們提供一個開始的地方。這就像把那些老舊的砌石技術帶回現在一樣簡單,而且傳統石匠和現代工程師合作,將新舊技術融合在一起,會呈現給我們一個新的時代。也許最艱巨的挑戰在于把石材帶回建筑的準則之中——這需要經過研究和工程設計,但其自身具有政治影響,也有被更大的行業游說團體攪亂的風險。在這個進程上,木材行業至少比我們領先15年。為了取得它如今的成就,木材行業已經進行了多次斗爭,從它所做的的努力中我們能學到很多。

有一個情況值得注意:石材正要回歸它原本的地位——這要歸結于它簡單樸素,儲量龐大。很多方面都在回歸正軌,鑒于石材以結構材料的形式回歸如今的建筑市場,這也算是一種革新。對于石材行業來說,影響可能會很大——那些由于“不再時尚”而被忘卻的材料也許會異軍突起,重回視線,這并非是因為它的外貌,而是因為它的性能。評估石材的結構性能也需要一套完全不同的方法,這與我們如何開采加工石材不同——但我們已經有了全部工具和專業知識,我們要做的只是調整它們,使之適用于新的用途。這個方面的變動會帶來令人激動的新機會:一個在制造業建立新標準,制定新規范和建筑規則,找到新的方式來工業化這個檢測過程的機會。這些所有的努力,那些開發綠色建筑的設計師們,還有將兩者結合在一起的石匠們,他們都將會不懈努力,提高石材產量,使之更經濟實惠——這就形成了一個良性循環,不斷地造福整個石材行業。

本文翻譯來源:Bryan Thorburn,版權歸原作者所有。

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