摘 要：建筑材料的环境效益是绿色建筑的重要方面，通过应用生命周期评价(LCA)方法评价建筑材料环境协调性，建筑师在贯彻资源环境与可持续发展工作中大有可为。
关键词：生命周期评价 生态建筑材料 再生循环
1 前言
材料是构成建筑物和构筑物的物质基础。远古时代人类从利用天然石材和木材开始不断探索，使建筑材料从原来为数不多的诸如砖、瓦、灰、砂、石等传统建筑材料发展到上千余类、花色品种不计其数的建筑材料体系。建筑材料从单纯的“实用性、功能性”含义外，又增加了“舒适、安全、美观“的要求。建筑作为人类生存的重要依托，全世界建筑施工中每年石材用量占总用量的40％，原木用量占总用量的25％，建筑耗能占总耗能的40％。原材料的采集可能会导致资源的枯竭，建筑材料的制造要消耗能量，产生与地球温室效应和酸雨相关的污染，建筑的拆除又产生大量的建筑垃圾……因此建筑材料与人类的生存发展以及环境资源可持续发展是息息相关的。随着人们环保意识的不断增强，创造健康、高效、舒适、优美的环保型建筑——“生态建筑”成为追求的目标，从材料层面上说，“绿色建材”的研究和开发是“生态建筑”的重要组成，理应受到重视。过去人类建筑活动的一大特点就是按照自身的需要生产、加工并利用建筑材料，当不需要时即废弃之，其运行模式是：资源——建筑——废物。迄今为止建筑的建造按一次性使用的单向循环来处理，以至造成建筑物的建造变成一种将自然资源提取，再将大量废弃物排回到环境中去的恶性循环，这是一种典型的“享用浪费型”体系。当今世界“资源及环境危机”日益严重，因而，从建筑材料人手，探讨评价建筑材料的“环境效益”的科学方法，积极推行建筑材料的再生循环(Renewable Cycle)利用，就显得十分迫切，它是有效利用建筑材料，促进绿色建材及可持续发展的重要方面，是贯彻《中国21世纪议程＞中倡导的“资源与环境可持续发展”战略决策的具体体现。因此，“环境负荷评价”及“生态环境材料”(Ecomaterials)的科学理念为我们提供了有益的借鉴。
2 “生态环境材料”[Ecomaterials]和环境负荷评价LCA
2．1 生态环境材料
“生态环境材料”(Ecomaterials)又称“具有环境意识的材料”，它是赋予材料以优异的环境协调性或者那些直接具有净化和修复环境等功能的材料。其实质就是对资源和能源消耗少，对生态环境影响小，可以再生利用或者降解使用，并且具有优异的使用性能的材料。建筑材料是材料家族的一个重要成员，量大面广，对人类环境和资源的可持续发展影响巨大，所以同样具有“环境协调性”的要求。依照上述理念，相应提出“生态建筑材料”Eco—Building-Materials)这一概念。 “生态建筑材料”(Eco—Build—ing-Materals)是指在满足使用要求的前提下，使得建筑材料的开发、生产和使用过程中的资源和能源消耗少，对生态环境影响小，可以再生循环(RenewableCycle)利用的建筑材料。这要求我们在建筑材料的选择、生产和使用中首先从人类社会的长远利益出发，以满足人类社会的可持续发展为最终目标，更好地发挥建筑材料的潜能，使建筑材料具有尽可能高的使用性能和使用价值。
2．2 环境负荷评价(LCA)
分析从原料的采集一直到生产、使用、废弃及再生利用的全过程，及其对环境带来的影响，并进行定量评价的方法即为“环境负荷评价”(Life Cycle As—sessment)。它是将建筑产品寿命周期各阶段的环境负荷分解为资源及能源的使用对大气、水及土壤的污染，地球温室效应，废弃物的数量等进行解析并定量表达的过程。如图l所示为建筑材料寿命周期循环资源环境影响示意。在进行环境负荷评价(LCA)时，投入的一方要考虑资源及能源的消耗和资源再生的可能性，排出的一方要考虑对大气、水、土壤的环境污染以及固体废物数量及能耗等，上述两方面均作为环境负荷的评价指标来调查分析评价建筑材料在整个寿命周期中物质及能量的平衡和环境负荷。环境负荷评价(LCA)分析具体步骤主要包括目标和范围的确定、清单分析、影响评价和释义与改进分析。针对建筑材料来说，其目标和范围主要关注建筑材料相应的资源及能源的消耗及污染问题，清单分析主要是指收集确定建筑材料整个生命周期中的投入与产出，包括其资源能耗、系统排放的废气废水、固体废弃物及其他环境释放物。环境影响评价方法主要采用总能量消耗(GER)、温室气体排放(GWP)、固体废弃物负担(SWB)等环境评价指标。最后根据清单分析和影响评价，结合评价目的和范围的具体要求得出有关分析结果，并提出原材料、工艺设计及施工管理等方面的改进措施，从而完成整个评价过程2。
3 建筑材料的生产及再生循环((Renewable Cycle)
人类建筑发展史就是利用地球赋予的资源和能源，扩大自身的活动范围，改善人的居住生活质量、促进人类文明进步的过程。随着21世纪的到来，关系人类生死存亡的地球资源环境问题日益突出，因此作为建筑材料不仅要求先进的结构围护和舒适性，而且要考虑建筑材料与地球环境协调的问题。传统建筑材料生产具有能耗高、污染大的特点，对其关键性生产工艺进行技术改造和创新能减少建筑材料生产中的污染。例如，钢铁生产中采用先进的薄板坯连铸或双棍连铸工艺，能够大大降低能耗及CO2的污染。美国国家石膏公司发明的CALCIDRNE煅烧炉在悬浮状态下煅烧石膏原料，石膏粉在8分钟内完成煅烧工艺，从而降低了石膏煅烧和干燥能耗。另一方面，建筑固体废弃物的再生循环同样是改善和提高其环境协调性的重要方面。建筑物在解体拆除时不仅会产生大量的含有混凝土、木材、金属、塑料等成分的固体废物，而且无论新建还是拆毁时都会留下建筑残土污泥等建筑副产品，建筑废弃物占总工业废弃物的比例达40%因此，科学的治理和有效利用建筑废弃物意义重大。如图2所示为建筑固体废弃物的再生循环途径示意。再者，建筑材料的环境相容性也是建筑材料的生产及再生循环应该考虑的重要因素。例如，用含有炼钢所需的有益金属元素从AI、TI等的涂料代替普通涂料来做为建筑钢结构防腐涂料，在回收时不须考虑涂层的分离，以便于钢结构的回炉。将热塑性塑料LDPE和木材纤维、木屑等温和，利用传统的注射成型法得到多孔性的人工木材，它吸湿性低，具有良好的加工性，其性质随着塑料基体和木材废料的相对含量不同而不同，能充分利用废弃的塑料和木屑，并具有生物降解性。在聚丙烯膜或泡沫中加入适量的BaO，通过加热解聚形成回收性能良好的丙烯，这些都是提高材料环境相容性的有效方法。相信现代高科技的迅猛发展将会为建筑材料的再生循环利用开辟新的更多的途径3。
总之，建筑材料生产的节能改进和固体废弃物的再生利用是提高建筑材料环境协调性的重要措施，应当受到人们的重视。
4 建筑师在“生态建筑材料”(E—co—Building—Materials)使用和推广中的作用
建筑师直接从事建筑及构配件的设计和选材工作，肩负着“设计广厦千万间，大蔽天下寒士俱欢颜”的历史重任。无庸质疑，建筑师在贯彻绿色建筑及建材资源可持续发展方面起着举足轻重的作用。令人担忧的是，建筑师教育体系以及整个建筑市场环境存在着很多不利因素。一方面，我国的建筑学教育往往对于建筑材料的加工生产、回收利用以及生态环境保护的相关知识的传授重视不够，造成广大建筑设计从业人员缺乏这方面的必要知识，因而在设计实践中很难做到自觉利用上述知识指导各自的设计工作；另一方面，整个社会包括业主普遍缺少生态保护及绿色建材可持续发展的观念和意识，设计中片面的追求豪华气派，大量的毫无节制的使用高档名贵的尤其是不可再生的建筑材料及构配件制品，选用材料的标准只是关注其工程物理性能和表面观感效果，认识不到蕴含在建筑材料内部的许多深层次的环境和资源问题；再加上各级政府城建主管部门在有关城市发展和更新方面观念上的偏差，市政建设中的”大拆大建”之风日益盛行。上述因素使得建筑材科的可持续利用工作在我国举步维艰，长期受到冷落和忽视。建筑师应该重新认识建立在资源浪费基础上的旧建筑体系，科学评价建筑材料的“环境效益”，积极推进建筑材料的再生循环，使我们的建筑真正成为关爱自然，与自然和谐共存、造福人类的典范。
建筑师应注意以下几方面：
4．1 加强自身对建筑材料生产回收利用及生态保护的相关知识的学习，努力拓展自己的知识面，提高各自在建筑材料选材及设计工作中的环保意识，增强贯彻绿色建材及可持续发展的自觉性和历史使命感。
4． 2 建筑设计中优先考虑选择环境协调性好的建筑材料；天然材料在具有良好的使用性能的同时环境协调性也很好，生土建筑、纸制建筑和传统的纯木构架建筑这些利用可再生的天然材料来建造建筑，很好地体现了环境协调性的要求4。
4．3 在建筑设计过程中应考虑构配件的重复使用要求。借鉴建筑工业化的科学理念，将设计标准化作为大量性民用建筑设计的重要原则，提高建筑构配件(梁，柱，门，窗等)的通用性，使之便于拆装回用。
4．4 借鉴欧洲各国及日本传统古建筑重建及维护的先进经验，有意识地将传统建筑中富有特色的耐用构配件应用到新建筑中去。
这些构配件特有的历史积淀和民族特色可以很好地体现新旧建筑的历史延续及文脉特色，这种做法既很好地体现了建筑材料资源的可持续利用，又丰富了建筑师的设计手法，拓展了建筑师的设计思路。上海“新天地”的建筑开发及装修大量的保留使用原有建筑的结构骨架及构配件，这些富有浓郁的地方特色和历史文化的建筑遗产在新建筑中的巧妙利用，营造出一种迷人的怀旧氛围，使“新天地”成为上海这个国际化大都市中令人赞叹的新亮点，成为旧城区开发改造设计的典范。在旧城改造中正确的认识并发挥旧有建筑及构配件的潜在的材料资源和人文历史价值已成当务之急。
我国已成功加入WT0组织，这意味着建材行业面临与国际接轨的严峻挑战。国际材料标准化组织ISO TC207委员会起草的ISO14000对环境负荷评价(LCA)进行如下定义：LCA是汇总和评估一个产品(或服务)体系在其整个寿命周期中所有的投入及产出对环境造成的和潜在的影响的方法5。建筑材料的环境协调性评价是将LCA的基本概念、原则和方法应用到建筑材料的环境负荷评价中去。政府各职能部门应依据环境负荷评价(LCA)的基本理念，对现有的建筑材料按照其资源存量、能源消耗及再生循环利用的可能性进行环境协调性的等级评估，发挥宏观政策管理优势，利用税收等经济手段，鼓励使用环境协调性好的材料，限制使用环境协调性差的材料，以便扭转目前建筑用材的不良倾向，引导建筑材料的正确消费和可持续利用。
随着科学技术和生产力的不断发展，人类对建筑材料的要求越来越高，祖先从最初的木骨泥墙、干阑草顶和石梁石柱到砖瓦泥灰以至钢铁、水泥和钢筋混凝土，一直发展到如今令人眼花撩乱的成千上万种的新型建材，这些构成了人类引以自豪的“建筑文明”。为了切实体现和保证当今“建筑文明”可持续发展，建筑材料的“绿色化”和“生态化”是一个不可忽视的大问题。它涉及材料科学、生态学、建筑设计及施工管理等多种学科，只有通过产、学、研以及政府相关部门的通力合作才能实现这一目标。
5 结论和建议
(1)建筑材料的“生态化”是实现绿色建筑及资源环境可持续发展的关键；
(2)生命周期评价(LCA)是系统评价建筑材料环境影响的重要手段；
(3)建筑材料环境协调性的等级评估有利于正确引导建筑材料的合理消费；
(4)建筑师在绿色建树的推广及应用中起着不可替代的作用。
(作者单位：东南大学建筑学院 同济大学建筑学院)
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新闻来源:TopEnergy绿色建筑论坛:BBS.TopENergy.org 阅读次数:2586 
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