未來建築業十大別出心裁建築技術

知識 08-16

最早期的人類居所由太陽下烤乾的泥和稻草做成的磚建造的。而最早用混凝土的是古羅馬人，他們把石灰和火山岩混合建造出萬神殿這樣巍峨壯觀的建築。萬神殿至今都有世界上最大的無筋混凝土圓頂。

未來建築業十大別出心裁建築技術

在過去的幾個世紀里，工程師和建築師們一直革新材料採用如鋼樑、抗震地基和玻璃幕牆等材料推陳出新構建出了更高、更牢固和更漂亮的作品。但建築技術的未來是什麼?會有一天混凝土地基上的裂縫奇蹟般地自我修復嗎？加油站會被自充電的道路上奔跑的電動汽車取而代之嗎?接下來我們將列出在不久的將來會振奮人心的十項建築創新，其中部分甚至已在今天有所應用。

自修復混凝土

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混凝土是世界上最廣泛使用的建築材料。事實上，它是水之後地球上第二大消費品。試想一下我們每年有多少的混凝土住宅、辦公樓、教堂和橋樑建成呀。混凝土有廉價和廣泛適應性等優點,但也容易開裂，在極熱和極冷環境下抗壓性能會惡化。

過去修復有裂縫的混凝土的唯一途徑就是修補它、加強它,或者把它敲下來從頭開始。但以後將不需在這樣了。2010年, 羅德島大學的研究生和化學工程教授創建了一種新型「智能」混凝土，可以「智能」修復自身的裂縫。這是因為混凝土混合物中嵌入了微型水玻璃膠囊。當裂紋產生時，膠囊破裂並釋放一種凝膠狀癒合劑,變硬填補空隙，實現自我修復。

這不是自修復混凝土的唯一修復方法。其他研究人員利用細菌或嵌入玻璃毛細管或聚合物微膠囊達到類似的效果。然而，羅得島大學的研究人員認為他們的方法是最划算的。

延長混凝土的壽命能帶來巨大的環境效益。目前世界範圍內的混凝土生產佔全球二氧化碳排放的5%。智能混凝土不僅會使我們的結構更安全，也可以減少溫室氣體的排放。

碳納米管

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碳納米管具有比地球上其它任何材料都高的比強度，可以拉伸超過厚度的一百萬倍。一納米只有一米的十億分之一，這是微乎其微的小。一張紙的厚度是100000nm。人的指甲的生長速度大約1nm每秒。即使人的DNA鏈也只是2.5nm寬。這樣看來構造「納米」級的材料似乎是不可能的。但科學家和工程師通過使用電子束光刻技術等尖端技術，已經成功的創造出壁厚只有1nm的碳納米管。

當大的粒子變小時，其比表面積在不斷增加。碳納米管的質量之輕和強度之高，使它們可以嵌入到其他金屬、混凝土、木材和玻璃等建築材料中來增加材料密度和抗拉強度。工程師們甚至嘗試在建築材料加入納米感測器，這樣可以在材料破裂和開裂之前監測出來。

透明鋁材

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透明鋁材可以需要更小的內部支撐來建造高聳的玻璃幕牆摩天大樓。

幾十年來，化學工程師夢寐以求一種結合了金屬的強度和耐久性的與玻璃般透亮的材料。這樣一種「透明金屬」可以在內部支撐更少時來建造高聳的玻璃幕牆摩天大樓。軍事建築可以安裝這種薄而透明的金屬窗戶經受起最高級的炮火的攻擊。想像一下用這種材料建造出的巨大的水族館會是一幅怎樣的景象!

早在1980年代，科學家們就開始試驗一種新型由鋁、氧和氮混合粉體製得的陶瓷。陶瓷經過熱處理和冷卻的過程得到的硬度很高的晶體材料。他們將混合鋁粉置於巨大的壓力之下, 在2000 ℃高溫加熱數天，最後拋光生產出透明如玻璃一般又兼具鋁的強度的新材料。這種被認為是透明鋁材或者ALON的太空材料已經用于軍隊生產裝甲窗戶和光學透鏡。

透水混凝土

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較大顆粒和缺砂透水瀝青產生很多相互聯通的空隙，允許水通過地表，可以減少雨水徑流。

當暴風雨襲來，會有成片的雨水落下來，澆落到馬路、便道和停車場上，沖刷起大地表面的碎屑和污染物，把汽油這些潛在危險化學品直接衝到下水道和溪流中。美國環境保護署已經確認城市地區的雨水徑流是水質污染主要來源。

自然有自己的方式,從雨水中過濾有毒物質。土壤是一個巨大的過濾器濾掉金屬和其他無機物質。隨著雨水的向下滲透穿過土壤層，微生物和植物根系吸收了過量的化學物質。了解這點後，工程師們創造出了一種新型的透水混凝土，它可以使雨水透過道路進入土壤，讓大自然做它的過濾工作。

透水混凝土由較大顆粒的岩石和沙子組成，使道路中有15至35%的開放空隙。透水混凝土的石板鋪設在礫石或其他多孔基材之上，這樣雨水會流入下面的土壤中。透水混凝土是停車場上瀝青的一個很好的替代品。它不僅可以顯著減少徑流，其淺顏調還可以反射陽光，在夏天保持涼爽。

氣凝膠隔熱材料

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放在櫻花上的氣凝膠碳海綿，它比氦氣還輕，卻可以吸收自重250-900倍的油。

如果米開朗基羅著名的大理石雕像大衛是由氣凝膠構成的話，它將只有2公斤！氣凝膠是地球上最低密度的物質之一，是一種泡沫狀固體材料，儘管幾乎輕如空氣確保有固定形狀。有的氣凝膠的密度只有空氣的三倍，但通常氣凝膠是空氣的15倍重。

你可能會認為凝膠是如髮膠一般濕濕的物質。實際上氣凝膠是通過排除凝膠中的液體製得的。除去99%到90%的空氣以外，剩下的只是二氧化硅結構。氣凝膠是幾乎沒有重量，但是可以拉長成薄片氣凝膠織物。在建設項目中，氣凝膠織物具有「超強隔熱」的特性。其多孔結構使熱量很難通過。測試表明氣凝膠織物的隔熱能力是傳統的玻璃纖維或泡沫絕緣材料的兩到四倍。一旦價格適中，它就可以廣泛應用於建築。

溫控反應瓷磚

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由於桌子具有溫度控制表面，當熱的東西放在桌子上面時，桌面就會變色。

如今，一家名為移動顏色的公司生產著一種玻璃裝飾瓷磚，瓷磚表面塗覆一種熱致變色染料，可以像「活著」一般隨表面溫度發生變化。在室溫下，瓷磚是一個光滑的黑色，但當你接觸到瓷磚或者有光直射或溫水接觸時，瓷磚顏色就像北極光一樣轉變成彩虹般的藍色、綠色和粉紅色。最酷的應用一定是變色浴室了。

機器人群體建築

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2014年在芝加哥美國科學促進會的會議上哈佛大學人工智慧學術研究員 Kirstin Petersen演示了受白蟻啟發而開發的機器人。

自然界最巧妙的建築者之一是不起眼的白蟻。它用只有沙子一般大小的大腦，與成千上萬的同胞們一起工作建立起龐大複雜的泥巴結構。白蟻引起了哈佛大學機器人研究人員的注意，因為這種昆蟲並不是聽取來自蟻穴中央的命令，每個白蟻只是根據基因程序規定的行為工作。這一群專一的個體在一起創造出了不朽的「泥塑」作品。

受到白蟻啟發，哈佛大學自組織系統研究小組的研究人員組建了小型建築機器人群體進行工作。四輪機器人可以在空地上通過搬磚、爬牆和鋪磚砌出磚牆。它們有感測器來檢測其他機器人的存在並按規則彼此互不干擾的工作。就像白蟻一般，沒有人「控制」它們，但它們按照程序齊心協作把設計變成現實。

想像一下這樣的應用場景:成群的機器人沿著淹沒海岸線建造堤壩牆；成千上萬的微型機器人在火星上建造出空間站，或者深海底天然氣管道被海里成群遊盪的機器人組裝完成。類似的嘗試是用一群自主飛行機器人用來構建一個巧妙起伏的磚塔。

3D列印房屋

馬義和展示他公司在上海建造的房屋的3D列印牆體。他的公司計劃一天建造十幢這樣的房屋。

3D列印終於變成了主流。一家荷蘭建築公司已經啟動了一項雄心勃勃的公共藝術項目來建造一幢3D列印的房子。但首先他們必須建立起一個世界上最大的3D印表機，稱為房屋製造者。它使用塑料為原料，可以列印出像樂高積木一樣的大塑料組件，之後將其組裝成大房子的各個房間。再一次像樂高積木一樣，把各房間固定在一起，加上列印成型的外部設計使房屋看起來像傳統的荷蘭式傍水小宅。

同時，一家中國建築企業也在使用巨大的3D印表機建造房屋。這個巨大的3D印表機能噴塗水泥層和建築廢料來組裝的房屋。這家建築公司介紹說房子將花費不到5000美元，而且它一天可以產生多達10套這樣的房屋。

智能公路

如果我們發明出可以給新能源汽車無線充電的道路，那我們就不再需要鋪滿太陽能電池板的汽車了。

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