上海世博会新材料应用

场馆设施篇中国馆国产高性能氟碳涂料：闪耀夺目中国红被称为“东方之冠”的中国国家馆，由多种红色组合而成的“中国红”外立面板能够在白昼阳光折射、夜间灯光投射及不同视觉高度等条件下，形成统一的具有沉稳和经典视觉效果的红色。让“中国红”如此夺目的就是国产高性能氟碳涂料，其颜色生命期长达 1520 年。新型环保塑木材料：或成发展趋势与正红色“东方之冠”相呼应的，是馆周围大片红木色的地板。这些地板既有木材的质感，也有木料的纹路，但事实上这些地板并不是木头制成的，而是一种名叫塑木的新型环保材料。塑木的主要成分是塑料和天然纤维，是采用特殊工艺如挤出、注塑、模压等将塑料和天然木质纤维加工成型的产品。与传统木材相比，塑木最大的优势就是对环境贡献大，节省木材有利于保护生态环境、不需要油漆避免对环境的污染、不怕水、在 10 年左右的使用周期结束报废后可回收利用不产生二次污染的优点。据了解，塑木主要用于室外园林景观和亲水景观，使用年限是普通木材的 310 倍。砂基透水砖：低碳型建筑材料世博会中国馆广场所用的仁创砂基透水砂岩，是北京仁创科技集团（以下简称“仁创” ）通过自主创新，以沙漠中的风积沙为原料，通过免烧结成型工艺制作而成。其“低投入、高产出、低消耗、少排放、能循环、可持续”特性不仅符合低碳经济发展需要，而且满足建设生态文明需求。 仁创此次为世博会中国馆广场特殊研制了仿花岗岩石材的透水砂岩系列产品，其外形与意大利花岗岩石材别无二样，同时又具有透水速度快、强度高、耐磨性好、本身具有自洁功能的特性。该系列产品已成功应用于水立方、国家体育馆等 11 项奥运工程，国庆六十周年长安街改造工程等。仁创开创的以“用沙”为特点的工业型砂产业，能够变废为宝、化害为利。 “小砂粒、高科技、大产业” ，为世博会体现中国文化、东方哲学对理想人居环境的憧憬提供了系统技术和产品支持。太阳能电池板：光伏建筑一体化材料中国馆采取了利用 68 米平台和 60 米观景平台铺设单晶太阳能组件的方案，总装机容量达 302 千瓦。中国馆的 60 米观景平台四周采用特制的透光型“双玻组件”太阳能电池板，用这种“双玻组件”建成的玻璃幕墙，既具有传统幕墙的功能，又能够将阳光转换成清洁电力，一举两得。 世博轴PTFE 膜材：打造世界最大顶棚膜结构阳光谷是上海世博会园区最大的单体工程世博轴的要害性节点。6 个阳光谷之间的索膜结构是迄今为止世界上规模最大的连续张拉索膜结构，总面积达 77 224平方米，最大跨度 97 米，由 31 个外侧桅杆、19 个下拉点以及 18 个与阳光谷的拉结点通过 13 种不同功能的索膜张拉而成，膜片数量 69 片，其中最大的膜单片面积达 1780 平方米。索膜选用了一种名为聚四氟乙烯（PTFE）的纤维，膜材料厚度仅为 1 毫米，但强度高，设计张力达到 5 吨/平方米，该材料具有不易燃性、防紫外线、抗风化、高反射性等特点。由于索膜表层含有一层功能性涂料，因此具有自清洁功能。此外，透明玻璃与金属架连接处采用了高性能硅橡胶和化学黏合剂。 意大利馆透明混凝土：充分实现节能意大利馆外墙采用了一种新型材料透明混凝土。这种混凝土材料，可以形成不同透明度的渐变，还能折射室外的自然光，减少室内灯光的使用，从而节约能源。意大利馆的墙壁由“透明水泥”构成的混凝土预制件制成，因此太阳光可透过墙壁到达室内，晚上可以从外面透过墙壁看到室内的灯光。每个混凝土预制件的尺寸为 100cm50cm5cm，该馆共利用了3774 个混凝土预制件，覆盖了意大利馆墙壁的 4 成左右，白天，阳光可通过窗户以外的地方进入房间内，从而可减少照明器具的使用。开发出这种透明水泥的是意大利水泥厂商“Italcementi Group 公司” 。虽然没有公布材料的详情，不过已经得知其制造方法是在不用水的情况下，使透明的热塑性树脂和氧化铝等无机材料凝固后形成的。据悉，5cm 厚混凝土预制件的光透射率最大为 20。 英国馆透明亚克力杆：时尚又低碳英国馆的造型奇特，其昵称是“蒲公英” 。 英国馆的外墙上安装的 6 万根“触须”，采用一种透明亚克力制成，每根“触须”长 7.5 米左右，大部分露在展馆外面，具有一定的柔软度，能随风轻轻舞动，让观众感觉似乎整个展馆都在飘动。英国馆不仅外形独特而且还非常低碳。“白天，触须会像光纤那样传导光线来提供内部照明，营造出现代感和震撼力兼具的空间；夜间，触须内置的光源可照亮整个建筑，是用电量比较少的几个场馆之一。”上海世博会英国馆新闻发言人露丝说。这 6 万根“触须 ”的底部装有 6 千种不同品种的植物种子，这些种子是采用特殊的工艺被浇铸进亚克力管中的，组成一座给人带来强烈震撼的“种子殿堂”。 日本馆“发电膜”：全球首次应用作为世界上首次采用“发电膜”技术的场馆，日本馆外墙使用的太阳能电池能自主产生能源。日本馆的弧形穹顶上有三个呼吸孔、三座排热塔以及透明夹层皮肤。日本馆选择了透光、轻质高强、可回收利用的夹层薄膜乙烯- 四氟乙烯共聚物 （ETFE ）作为建筑表皮系统，夹层中埋设有曲面太阳能电池为建筑提供绿色辅助能源。这张高透光性发电膜通过吸收太阳光后自主发电，正常可提供整个日本馆供电系统 1/4 的电力。透光发电膜还会随着日光及夜晚的演出情况变换各种“表情”。据悉，日本馆在建造过程中通过使用“发电膜”和“循环呼吸柱”，实现了将钢筋的使用量削减至普通建筑物的 60%。同时，设在建筑表皮上的喷雾系统可降温而不湿衣。呼吸孔与排热塔用于室内外空气的交换，强化冷暖空气流通，同时具有采光、收集雨水、散水降温的“呼吸”功能，可减少空调能耗和照明用电。 瑞士馆光伏技术与 LED：打造互动型智能帷幕瑞士国家馆 17 米高的半透明帷幕上缀着 1 万个红色的“小太阳” ，不时发出闪闪烁烁的光亮。这“小太阳”是智能帷幕的一个个单元，是一个圆盘大小的红色光敏器件，利用了最先进的太阳能发电技术，将吸收的太阳辐射转化为动力和能源。旨在用一种生动有趣的方式告诉观众：我们周围还有许多能源未被利用。每个“小太阳”包含块印制电路板，该电路板由太阳能电池、微处理器、3 个双层电容器（高能率存储装置） 、个快速开关的LED 和光感器组成，这些电子元件密封在一个红色透明的聚碳酸酯容器里，通过它们可与展馆帷幕进行互动。帷幕上的每个“小太阳” ，通过太阳能电池、光感器、LED 等的相互配合工作，根据入射光的角度和强度，将光能吸收储存并转化为电能，可以独立发光。这些电池的设计模仿生物细胞，具有自成一体、自我维持的特性，仿佛每个个体都有自己的生命。 “太阳能光伏技术本身并不算新奇，但它绿色、安全、环保，而我们用了一种聪明有创意的方式将它组合并展现了出来！”瑞士馆技术团队的主要负责人说道。 芬兰馆新型纸塑复合材料：首次亮相芬兰馆的垂直承重结构由钢材制成，水平结构由木质框架元件组成，而外部则使用了富有现代气息的鳞状花纹纸塑复合板。芬兰馆方面透露，芬兰馆外墙使用的鳞状装饰材料是由 UPM ProFi木塑复合材料制成，是一种特殊环保建筑材料，它由废纸和塑料制成，十分坚硬，不会褪色，移动或者拆卸也很方便，而且全部材料都可以被回收，这种新型环保建筑材料也是通过芬兰馆首次向世界展示。UPM ProFi 摸上去足够硬，内部水分含量低，且外观清新雅致不褪色。其主要原料是芬欧蓝泰不干胶标签材料生产中产生的废弃纸张和塑料，可重复使用，可轻易降解，完全符合各项环保标准。此次用于上海世博会芬兰馆建设的 UPM ProFi 木塑复合板共由 18吨废弃纸张和塑料合成，是对自然资源的有效再利用。JKMM 设计工作室的设计师Teemu Kurhela 在评价 UPM ProFi 时介绍说，UPM ProFi 是非常合适的、呈现可持续发展环境下理想城市的材料。韩国馆新型合成树脂：环保材料韩国企业联合馆的主题是“绿色城市，绿意生活” ，其建筑设计也体现了绿色、环保的概念。韩国企业联合馆的外立面由合成树脂做成，但跟以往很难腐化的合成树脂不同的是，韩国企业联合馆外立面用合成树脂是可腐化的。在世博会后，韩国企业联合馆将被拆除，而这些合成树脂外立面则将被制作成环保袋，赠予上海市民。瑞典馆胶合木：强度堪比钢材瑞典国家馆的入口是由纵横交错的木梁和木柱支撑起来的。这些木梁、木柱所用的材料是胶合木，是一些边角木料用胶粘成的“栋梁之材” 。胶合木的运用，既体现了瑞典馆“创意之光”的主题，也符合城市生活可持续发展的要求，是瑞典馆展示的一大亮点。胶合木由单独的规格材层板组成。木材经过烘干、刨平成板材后分类成各种强度级别，多层板材用胶粘剂黏合搭接，以获得不同的长度、厚度和形状。由于这种特殊的生产方法，胶合木可以做成尺寸和形状各异的结构部件。瑞典馆官员介绍说，今天的瑞典、美国和许多其他发达国家，从住宅到大型公共建筑，都大量应用了胶合木的梁、柱、桁条。胶合木与相同体积的普通木材相比，具有更大强度和刚性，如果按照质量计算，胶合木甚至比钢材更加“强壮” 。与钢筋混凝土结构相比，胶合木的优越性主要有 4 个方面。首先，它质量轻、强度高、易加工，可以作为各种大跨度、大面积建筑的屋顶结构。其次，它提高了木材的利用效率。用来加工胶合木结构的木材，可以用各种速生林木加工，由于应用了胶粘，结构的尺寸和形状也不受木材本身尺寸和形状的限制。再次，它抗震、防火、耐腐蚀。同等强度的胶合木梁柱结构，质量要大大轻于钢筋混凝土结构，在地震发生时就会提高安全性。瑞典馆官员举例说，20 世纪末的日本阪神大地震，就是胶合木结构的房屋提高了人们的生存几率；美国加州等地震带上的房屋，如今已普遍运用了胶合木结构。此外，新型粘胶和表面处理技术，也可以防止木材燃烧、腐蚀或虫蛀。最后，胶合木也属于低碳范畴，适合城市的可持续发展。因为从地球碳循环的角度看，林木的生长是固碳的过程，而生产钢材、水泥的过程却要排放大量的二氧化碳，用速生林木制造的胶合木结构代替钢筋混凝土结构，就相当于把二氧化碳固定在各种建筑中了。阿联酋馆特殊不锈钢板材：塑造逼真的“流动沙丘”阿联酋馆南向的“沙丘”面上是光滑的金属屋面板，而北向的“沙丘”面被设计成类似鲨鱼腮的弧形天窗，凹凸有致，犹如层层波浪。阿联酋馆在设计中采用了一种玫瑰金色的不锈钢板材，这种板材是将不锈钢板浸在热的铬和硫酸中，通过增加氧化膜的厚度来取得动态的色彩效果。这种经过特殊处理的不锈钢板材是从英国进口的。这种特殊建筑材料的运用，加上一定的自然环境，就让建筑外观达到了颜色变幻、绚丽多彩的效果，使整座建筑产生一种流动的感觉。当阳光照射在板材上时，光线分别在金属层和氧化膜上折射，通过分隔光谱，就能反射出不同的颜色。也就是说，只要有阳光，游览者站在不同角度就能看到阿联酋馆反射出不同的颜色。最重要的是，达到这样的效果无须任何能源。螺栓连接、单层网壳钢结构：让建筑物“重生”在上海世博会的众多场馆中，阿联酋馆有一个非常超前的设计理念，就是在设计时已预先考虑了它的“重生”可能性。所谓重生，是指在世博会后，这个展馆可以整体拆除，搬迁回阿联酋后重新组装起来，作为当地的文化中心长期使用。为了可拆卸，建筑和结构都必须采用全新的设计。阿联酋馆采用螺栓连接、便于拆卸的单层网壳钢结构，这在中国是第一次使用，在整个亚洲都很少见。单层网壳钢结构是采用美国的一种高精度加工技术，由阿联酋国内几家厂商联合生产。其先进之处在于，单层网壳钢结构比现在普遍采用的双层钢结构更轻，因为只有这样，才能避免焊接，而改用螺栓连接，拆卸才有可能。但更薄、更轻，也意味着单层网壳钢结构是非常不稳定的。因此，这种单层网壳的造价也相当高，1t 造价在 1 万元左右，是普通钢结构造价的四五倍。这种代表着未来趋势的新的钢结构，还需要相当长时间才能推广。德国馆革新性建筑布料：建筑外墙的第二层皮肤德国馆外墙使用的是网状、透气性能良好的革新性建筑布料，表层织入一种金属性银色材料，这种材料对太阳辐射具有极高的反射力。同时，这种网状结构的包覆材料具有透气功能，还有利于馆内空气流通，能有效防止因人流密集而导致热量聚积，减轻展馆内空调设备能源消耗的负担。据介绍，德国馆使用了 1.2 万 m2 的这种外墙材料。世博会结束后，这些建筑布料可被再利用，例如改制为小块遮阳罩，或者加工制成提包。 卡塔尔馆纳米涂料：营造“沙漠城堡”卡塔尔将展馆造型设计成沙漠城堡，以体现这个沙漠国家的传统建筑风格，但带来的施工技术难题是，必须在彩钢板的外墙上用涂料喷出凹凸不平的沙丘效果。传统的外墙涂料工艺是喷涂在水泥砂浆的腻子上，被牢牢黏结住。而直接在光滑如镜的彩钢板上黏结七八毫米厚的涂料，无论是国际还是国内、无论是涂料厂商还是工艺技术，均无先例可循。为这座“沙漠城堡”营造出土黄凹凸不平的沙丘景色的是河南洛阳大豫实业有限公司提供的新型涂料。经过技术攻关，河南洛阳大豫实业有限公司解决了直接在展馆的彩钢板上用涂料创作造型的困难，成功攻克了施工工艺中造型、防水和粘结度三大难题，最终为卡塔尔馆量身定做出两种新型涂料彩钢板专用界面剂和浮雕骨料，以及表层使用的纳米涂料。这种纳米涂料的防水、耐污和耐擦洗性能远高于普通乳胶漆涂料，尤其是耐擦洗性能指标特别突出，我国标准对内墙乳胶漆涂料的耐擦洗次数指标要求大于 20