1.1　建筑材料与社会进步

1.1.1　建筑材料对建筑风格和社会习俗的影响

建筑是人类改造自然的活动，是人类使用材料营造人造环境来替代自然环境的手段，是人类对能源（尤其是热能）的利用。建筑材料是人类最早使用和生产最多的材料，其在衣食住行中占的重量超过其他材料，如粮食、衣服、交通工具的总量。

中外建筑设计是在相对封闭的系统内各自沿着不同的道路前进的。不同的自然地理条件影响了不同的建筑材料，为其各自的建筑设计提供不同的可能性。传统的中国建筑始终围绕木料进行设计，其历来沿用的梁柱式构架结构很少受外来因素的影响，系统独立，历史悠久。

巨石建筑多集中在西欧、北非，而木制建筑出现在中国东部，这一事实似乎表明至少在距今7000～8000年以前，中国和西方建筑就因选材不同，走上不同道路。

传统西方建筑和哥伦布前的美洲建筑，从开始起就以石材为主要材料，而传统中国建筑则以木材为主要材料，在以钢铁、水泥、玻璃为代表的现代建筑出现以前，世界上已经发展成熟的建筑体系，包括属于东方建筑的印度建筑，基本是以砖石为主要材料的砖石结构系统，例如埃及金字塔、希腊神庙、罗马斗兽场、遍布欧洲各地的教堂……无一不是由石材构成。唯有中国传统建筑（含深受中国文化影响的日本、朝鲜建筑）是由木材来做房屋的主要构架，属于木结构系统。西方传统建筑是石块的交响乐，中国传统建筑则是木头的叙事诗。

选择材料的不同产生了风格迥然不同的建筑，并且深刻影响了中国和西方的传统政治、经济、文化、哲学、伦理观念、科学技术，成为中西文明差异的重要特征。

从西方对石材的肯定，可以看出西方理性在人与自然的关系中强调：人是世界的主人，人的力量和智慧能够再现神性的辉煌，达到永恒。

中国以原始农业为主的经济方式，造就了重视生长，偏爱有机材料的特点，宣扬“天人合一”的宇宙观，相信自然与人乃息息相通的整体，将木材选作基本建材，正是重现了它与生命间的亲和关系，重视它的生长、腐坏与人生循环往复的关系的呼应。两种不同理念带来的结果也显然易见，一是中国每朝每代都在大兴土木不断重复修造，在建筑上投入了令整个西方世界瞠目结舌、望洋兴叹的财力、物力、人力；二是在中华大地上留存的古代建筑远远少于西方，绝大多数精雕细刻的建筑都化为遗墟（万里长城可能是唯一例外），而西方用笨重石块砌矗的建筑大多经历千年风雨，流传至今，显示自希腊、罗马至今一脉相承的特点。

但从另一角度考虑，采用木材结构的建筑也有许多特点：首先它施工简易，工期较短；其次房屋室内隔墙一般较少用于承重，结构较为自由，门窗较多，易于进光、通风。

此外，木结构由于结构的弹性和自身重量较轻，有良好的抗震性能，在地震时吸收的地震力也相对较少，所以具有较强的抵抗重力、风力和地震力的作用，适于地震频发，风暴常临的中国地形和气候特点。

而西方传统建筑主要采用的是垒石结构，荷重完全靠石墙、石梁、石柱承担。石材形体较小，跨度不可能很大。由于墙壁用以荷重，墙上开辟门窗必然减损荷重能力，因而其门窗的位置、大小、数量的安排，就受到极大限制。

建筑大师梁思成和林徽因更加深刻地对比了建筑与材料的关系。他们指出，在现代钢架、钢筋和水泥材料的构架出现以前，在众多欧洲建筑流派之中，只有哥特式建筑曾经用过构架原理。哥特式建筑构架、规模与单纯木架甚是不同，而哥特式建筑中的“半木结构法”则与中国构架极相类似，但同时也因垒石制的影响，其应用始终未能如中国构架之彻底、纯净。材料不同，建筑风格只会大相径庭。

中国传统建筑将不同要素组合排列，以实体与虚空的相互穿插取胜，从而形成庭院错落、横向铺开、层层扩展的典型风貌。而欧洲、非洲、美洲的建筑，都是以石块承重呈现出构图严整的单体建筑，注重在垂直方向上加以强化，于是出现石材特有的卷柱、穹窿、尖塔、拱顶，产生雄伟巨大、似乎力图腾飞向上、超凡脱俗的建筑。甚至可以说材料的不同，不仅影响建筑的外观，还在一定程度上影响深层次文化中的群体心态，诸如伦理思想、审美趣味、价值观念、道德标准、宗教感情、民族性格。例如中国古代取土烧砖成为延续2000多年的不变模式，一座万里长城的修造，无数良田荒芜、森林被伐，沿途一片荒山秃岭；“蜀山兀，阿房出”，应是真实写照。中国历代王朝，都喜欢将前朝建筑焚之一炬，竭力消除前朝一切痕迹，然后重新大兴土木。隋统一后竟将繁华的南陈京城建康城（今日南京）全部建筑破坏殆尽（以泄王气），重新成为农田。如此大的破坏在中国历史反反复复一二十次，直到清代才基本停止。

中国历代在建筑上投入的财力、物力、人力远远高于西方各国，中国历代建筑（也包括今日建筑）对生态环境的破坏，也远远高于西方各国。但是中国留传至今的古代建筑数量远远少于西方各国，究其原因，中国与西方主要使用的建筑材料不同，无疑是一重要因素。

例如中国唐代宫殿气势雄浑，傲视古今，太极宫城面积超出明清故宫6倍以上，但如诗人王维描绘的“九天阊阖开宫殿，万国衣冠拜冕旒”早已荡然无存。今日西安连同大片郊区的建筑、道路全部建在昔日唐代宫殿的遗址之上。

在使用砖瓦砂石的时代，晶莹透明的水晶宫只能存在于神话世界；在使用木料筑房的时代，李白称颂的“手可摘星辰”的百尺名楼高度不及现在一幢普通住宅，不会具有埃菲尔铁塔和摩天大楼的雄姿。人们关注建筑的设计、风格，而在一些场合，建筑材料也发挥了不可替代的关键作用。例如被誉为“民间故宫”的安徽徽派建筑，其特点之一是结构巧妙，营造精细的木结构和享有盛誉的“三雕”装饰（砖雕、木雕、石雕）。自20世纪80年代开始，一些商人见有利可图或假装风雅，当地居民贪图小利，双方开始大规模的拆迁活动，先后有数百幢建筑被化整为零，所有的建筑材料都被按照顺序仔细包装，然后有的运到外地，有的漂洋过海，重新还原。这些建筑能被整体移走，数百年前生产的建筑材料起到了关键作用。2013年4月，著名电影演员成龙将自己收藏的4间徽派建筑捐赠给新加坡大学，而这些建筑的材料多为紫檀等名贵木种，价值已超数亿。消息传出，舆论一片哗然。新加坡科技设计大学计划将建筑材料原样组装，安放在校区用于教学研究，这就成为真正古建筑的搬迁。而用现在的建筑材料，不论多么惟妙惟肖，建造的只能是仿古建筑。

建筑向节能、舒适、与自然和谐的方向发展的历史，在很大程度上就是建筑材料质量的提高，是一切能工巧匠、设计大师得以成功的先决条件。据统计，仅房屋工程所需的材料就有76大类，2500多个规格，1800多个品种，材料占据建筑产品成本的2/3以上，钢铁、木材、水泥、玻璃等材料占据总消耗量的很大部分，甚至全部。对材料的选用很大程度上决定了建筑的“绿色”程度。国际住房与规划联合会召开的世界大会为此达成共识，将绿色建材的研究、生产和高效利用与能源技术密切结合是未来建筑的发展趋势。到20世纪中期以后，随着新材料与新结构的运用，使传统建筑的整个梁柱体系随之改变，出现悬索、拉杆、壳体、空间网架、膜结构等概念，建筑造型进入新的天地。

1.1.2　建筑材料与科技进步

自古以来，人类使用、发明种类众多的材料，这些材料如砖瓦、玻璃、钢铁、塑料、纳米材料、太阳能材料都是当时的“高科技”产品，一旦技术突破开始规模生产以后，人们就将它们投入人类社会最大的市场——建筑市场，作为建筑材料使用，而且需求量百倍、千倍的扩大，又对材料生产技术产生强烈推动。以光伏材料为例，最初以人造卫星电源开发为目的，现在成为研制太阳能建筑一体化的重要组成，产量由初始不足1m²增加到数千万平方米，材料的性能有质的飞跃。

建筑材料的发展阶段与建筑及整个科技的发展相互适应，相互促进。

意大利建筑家奈尔维，这位设计过巴黎联合国教科文组织总部和罗马体育宫的设计师写道：“所谓建筑，就是利用固体材料来修造出来的一个空间，以适用于特定的功能要求和遮蔽外界风雨。一个结构物，不论其大小，都必须坚固和耐久，并满足这一建筑的功能要求，同时还必须以最少的代价获得最大的效果。”

材料的选择和运用是强烈影响艺术表现效果的技术因素。如石墙、玻璃墙和砖墙的效果明显不同。有学者指出，自由奔放、富丽夸张的巴洛克建筑和弘扬力量与精神的文艺复兴时代、埃菲尔铁塔与19世纪的法国、钢筋玻璃的帝国大厦与美国都有千丝万缕的联系，都是当时文明的记录。

建筑是人类基本生存需要之一，自古以来，人类修造过的建筑如不毁坏，面积早已超过地球陆地面积，人类生产、使用过的建筑材料重量肯定胜过许多高山长岭。在一座建筑甚至整个城市土崩瓦解之后，混杂在泥沙之中的砖瓦、石块等材料的碎片是揭示古代文明的唯一信息载体。

建筑是一个文明的重要成果和显著象征，材料和信息（设计、技术）是建筑两大支柱。建筑材料本身就是新的材料推广和最大应用领域，如砖瓦、玻璃、水泥都被列入人类有史以来重要的科技成果之列。

建筑的起源就是古人对周围材料有目的的堆砌、营造。史前人类凭借火和建筑，开始向世界各地迁徙。从使用天然材料到能够加工材料，再到合成材料，人类经历了漫长岁月。

材料的发展并不是孤立的社会现象，而是人类社会的一种文明显现，建筑材料技术影响到建筑结构、形式与功能，进而推动科学、技术、文化与社会的协调发展。迁徙到新的环境中的人们只能采集与原居住地不同的材料建房，他们开始仍会沿袭自己家乡的模式，但是在他乡明月的照耀下，人们在建筑中自然而然地会吸收、融合一些当地建筑特征。材料、能量（工程规模、人力、财力）和信息（施工技术、设计方案和组织能力）是建筑3个不可或缺、相互影响的要素。现在人们偏重建筑的设计理念，如各种不同流派的风格特色。但是材料的作用更不容小觑。公元12～13世纪的法国，人们在信仰的支撑下，筚路蓝缕地修筑教堂，100年间修筑了80座大教堂和500座修道院（一些闻名遐迩的教堂就是那时的产物），挖掘的石块数量超过埃及金字塔和神庙的总和。建筑活动是当时科学技术的主要动力，历史学家称这一时期为法国科技革命时期。

如果将建筑称为凝固的音乐，不同材料就是奏写不同音乐的音符和基调。从历史角度观察，材料对建筑影响极为深远。中国传统建筑从最高等级的皇宫坛庙到寻常民居，多数采用木构架为承重体系，于是才出现木材特有的抬梁式、穿斗式、干栏式和井干式体系，才有各式各样斗拱和复杂多变的屋顶形式。人们用材料和信息（技术、概念）修造的最好建筑，就是试图重现当时自己心目中天堂的形象。天上白玉京、海底水晶宫、通天塔上供天神直接休息的宫殿都是如此。

在古亚述时代被誉为武功最盛的君王兼伟大建筑创造者提格拉·帕拉萨用石块修造许多神庙，并留下如下豪言：“吾欲使其内部美若天庭，四壁灿若星辰，屋顶金光闪耀。”以希腊、罗马为代表的以石块为主要材料修造的宫殿、寺院是西方文明宗教情感、哲学观念、思想观念和审美情趣的重要内容。

在建筑材料上含有众多文字信息、艺术信息、科技信息。如美国学者博纳维尔写到：北京故宫每个建材的颜色，花纹都大有深意。又有学者指出：撒马市“不死王陵”墙垣延绵，每个朝代的历史花纹都不一样。还有，古代一些达到很高水平的建筑材料的生产技术，因为工序繁杂，秘不外传，现在已成绝响，成为技术史上的憾事。例如北京定陵地宫地面的细料方砖，因敲起来有金石之声，又叫“金砖”。砖由当年江南苏州资深工匠精心制造，要经过多道工序，用130天左右的时间反复烧成，破碎率高达99%，有“百不得二”的说法。铺墁时还要仔细加工，即所谓“磨砖对缝”，首先要经过试铺合适后再正式铺墁刮平，最后还要浸以生桐油，才算最后完成，用金砖铺地，表面光润，不滑不涩。可惜金砖的工艺随明朝覆灭已经失传。又如古印加人建筑更留下千古之谜。古印加人在没有任何金属工具，不懂任何化学知识，不会饲养任何可以替代人力的牲畜，甚至没有滚轮、滑轮、绳索的时代，是用什么方法，将重达几吨、几十吨的石块跨山越涧，穿过人和野兽难以通过的密林，搬运到3000m的山顶，更重要的是，将石块加工得平整、严丝合缝，堆垒成为细薄刀片都无法插入的高大建筑的。解释这些谜团，是建材史的课题。

在奥运科技专项《奥运绿色建筑评估体系及标准的研究》中，首次将建筑材料对建筑的影响作为独立而完整的评价内容加以研究。该项目基于建筑全生命周期概念对建筑提出了4个评估指标。从建筑材料全寿命周期过程评价建筑所用建筑材料的资源消耗（土地与耕地、森林与植被、水等），不可再生能源的消耗（煤、石油、天然气等），对环境的影响（CO₂、CH₄、SO₂等的排放量），对人类健康的影响（有害气体、放射性等）。评估的目的是降低建筑材料生产，使用和运输过程对资源、能源的消耗和对环境的污染，延长建筑物的使用周期，减少废弃物。建筑材料生产对环境的影响评价见图1-1，生态建材输入输出评价流程见图1-2。

1.1.3　建筑材料与现代建筑

建筑材料不仅对于单独建筑，而且对于整个城市布局都产生影响。

建筑及其所处环境（河流、山丘、交通网络）共同构成城市。由于新材料、新技术不断涌现，人们通过建筑立体造型及其外部建筑材料，传递对于城市、都市空间的体验和认识。建筑形成不仅反映了内部使用功能及构造体系要求，还反映了与城市空间共同塑造多层次、多元化的整体环境。从秦砖汉瓦到水泥、钢材、玻璃，再到太阳电池、集热采光装置，都导致建筑形式的转化，对整个城市空间进行重组（如广场、街道、绿化空间）、新的界定、建筑群天际轮廓线、建筑物高度和密度，均产生直接影响。又如太阳能电池和采光装置的应用，使终年不见阳光的北向房间也能阳光明媚，暖风不断，这对人们的居住心理和消费心理产生了直接的影响。

近半个世纪以来，世界建筑界相关领域涌现出一批知名专家，他们或以研究设计的建筑实践，或以一个组织或者专著发表观点，对可持续建筑的发展产生了影响，而基于新材料基础的对太阳能和其他可再生能源的利用，则是他们关注的重点。

例如世界生态建筑的开拓者西姆·范·德·莱恩提出设计结果应来自环境本身，生态支出是评价设计的标准；生物学家约翰·托德提出生态建筑必须基于可再生能源、资源；英国设计师戴维·皮尔森提出为星球和谐、可持续发展与身体健康而设计；哲学家、建筑师威廉·麦克唐纳等提出结合功能需要，采用简单的适用技术，针对当地气候采用被动式能源策略；布兰达·威尔等在绿色建筑6个原则中将节约能源列为第一项等。这些论述对正在兴起的太阳能建筑的理论和实践都产生启迪和推动。

在国内外，自20世纪80年代开始，也陆续出现一批开一代新风的太阳能建筑。由于建筑的智能化发展和绿色要求，传统的建筑行业具有前所未有的复杂性。多元化的建筑发展道路，使建筑的材料与精神内涵都得到长足研究和推动，建筑不仅供人生活、工作，还参与管理、通信甚至文化娱乐、教育传播，甚至参与农业、林业、畜牧生产。从一定意义上来说，能够汲取并提供能源、减少建筑能耗的太阳能建筑，是更高层次上的智能建筑，更高层次上的绿色建筑。太阳能建筑因此真正成为建筑学、结构学、构造学、美学、哲学、历史学、人体工程学、经济学、市场学、社会学、心理学、声学、光学、电子技术控制等多学科复杂交融的产物，使建筑这门最古老的学科，同时成为最新型的学科。

太阳能建筑对未来建筑、未来城市发展产生深远的影响，会在很长时间内陆续显示出来。