全球建筑师的前沿建筑材料实践（微信文章未删减版）

面对当下人工智能、太空探索、碳基与硅基的转化等科技的爆发，以及对地球环境保护势在必行的现状，传统建筑学和建造方式也在不断被颠覆，建筑师们或主动或被动的进行着适应性的探索和实践。

在建筑学中，材料不仅是建构的物理载体，同时也反映着人类所处时代的科技水平与人文追求。在面对资源匮乏和环境挑战的今天，建筑师对新型材料的探索，既是对未来生活方式的追求，更是对自然资源的优化利用，是实现绿色未来、可持续发展的重要途径。

本篇梳理了全球各地的建筑师和研究人员对前沿建筑材料的试验与实践，试图在其中找到未来建筑新的启示。

菌丝体

Mycelium

材料构成：菌丝网络、植物纤维

关键词：轻盈、绝缘、阻燃

△ 菌丝体生长形态实验 © mycelium-tectonics

菌丝是真菌根部的单条管状细丝，它们在基质中蔓延生长形成的网状菌丝群被称菌丝体。菌丝能够包围并有机连接分散的基质，形成自支撑的复合材料。与混凝土和钢材等传统建筑材料不同，菌丝体复合材料是可再生、可生物降解的环保替代品。此外，这些材料还具有轻盈、绝缘和阻燃的特性。

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△ PLP LABS菌丝体复合材料装置展 © PLP LABS

英国PLP建筑事务所的研究部门PLP LABS对菌丝体进行了长达一年的实验，探索菌丝体生物复合材料的结构能力和建筑潜力。

他们将种植了菌丝体的基质装入3D打印的框架中，在受控环境中生长的菌丝体逐渐吸收由稻草、木片或锯末等农业废料构成的基质，最终形成致密耐用的材料。

△ PLP LABS使用3D打印成型的框架 © PLP LABS

研究及试验表明，菌丝体材料的强度满足其在建筑结构中的使用，它的热性能和抗压强度类似于土坯砖。

△ PLP LABS菌丝体复合材料形态研究 © PLP LABS

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△ Mycelium © Nomy

挪威Snøhetta建筑事务所与挪威初创生物科技公司NoMy合作研发了新材料Mycelium，这种由菌丝体与农业和造纸业废料制成的复合材料隔音、防火，且完全可被降解。该材料目前被应用于瑞典的先锋实验室Sally Lab，用于改善室内声学效果，提升研究环境。

△ Sally Lab 的菌丝体墙面 © Sally Lab

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△ 用作Hi-Fi墙体构筑的菌丝体砖 © The Living

Ecovative Design是美国一家专注研发生物环保材料的机构，作为菌丝体复合材料领域的开拓者，他们起初利用这种材料研发产品包装。宜家和戴尔的部分产品就使用了他们的完全可生物降解包装。

在这之后，Ecovative Design与美国的建筑设计公司The Living合作了Hi-Fi——一个由10,000块菌丝体砖组成的高达13米的凉亭。

△ Hi-Fi © The Living

这些菌丝体砖在不到一周的时间里生长而成，它们的基质由切碎的玉米杆构成，并通过棱柱形模具塑形。凉亭位于纽约MoMA PS1艺术馆前，举办了三个月的公共文化活动后，它被拆解并制成肥料，回馈给当地社区的花园，用于土壤改良。

生物混凝土

Bio-concrete

材料构成：微生物、混凝土

关键词：抗压、隔音、隔热、自修复

△ BioConcrete © GXN

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△ 微藻矿化砖的生长成型 © Prometheus Materials

美国科罗拉多州博尔德大学的四位教授合作开发了一种利用微藻生产建筑材料的技术。微藻在富含营养物质的水中受到发光二极管的刺激会产生叶绿素，并在生物矿化过程中生成碳酸钙，从而形成微藻矿化砖，整个过程就类似于贝壳和珊瑚礁的自然形成方式。

△ 微藻矿化砖的生长成型 © Prometheus Materials

四位教授基于此创立了可持续建材公司Prometheus Materials，目标是实现负碳未来。他们利用微藻矿化技术研发了Bio-Block™，这种材料具有传统混凝土的抗压性，并且在抗弯性、隔音性、防爆性能和隔热性能上表现比传统混凝土更为优异。

△ 芝加哥建筑双年展开幕式上的装置Bio-Block™ Spiral © Prometheus Materials

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△ BioConcrete © GXN

丹麦3XN建筑事务所的研究部门GXN与美国可持续建材公司BioMason合作研发了利用微藻制成的生物混凝土BioConcrete。固定框架中的骨料借由微生物的生长，经过七十二小时后会紧密联结在一起，形成坚固而稳定的结构。BioConcrete重量仅为传统混凝土的80%，但其强度却是传统混凝土的三倍。

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自修复混凝土 (SHC - Self-Healing Concrete) 技术是通过向混凝土中添加的自修复剂或微生物使其裂缝自行愈合，从而延长它的使用寿命。这项技术首次被提出是在20世纪末，而近些年的研究使其不断优化。

△ 不同种微生物的裂隙修复能力 © N. Shaheen, R. A. Khushnood, S. Memon, F. Adnan

现阶段，修复能力最为突出的生物混凝土为巴基斯坦学者Shaheen等人的研究成果。在他们的实验中，混凝土的平均自修复裂缝达到了0.8mm，强度恢复率则为86%。这些微生物通过延长结构寿命、降低维修成本和保护自然资源使混凝土成为了可持续性材料。

低碳/负碳混凝土

Low-carbon / Carbon-negative Concrete

材料构成：工农业废料（二氧化硅、碎木、甘蔗纤维渣）、混凝土

关键词：碳储存、生物炭

△ Seratech的负碳混凝土样品 © Helene Sandberg

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△ Seratech研发的碳中性混凝土 © Seratech's technology

致力于碳中和混凝土的英国材料公司Seratech's Technology研发了用二氧化硅取代混凝土中部分水泥的技术。这能使混凝土生产过程中所需的波特兰水泥用量减少40%。通过这种方法制备的混凝土抵消了自身的碳排放，降低了建筑活动产生的碳足迹，使负碳混凝土成为可能。

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△ FutureCem®的材料构成 © Unicon

丹麦BIG建筑事务所联合挪威材料研究机构Unicon开发了一种名为FutureCem®的低碳混凝土。其减碳方式主要是使用煤灰、硅粉等工业废料替代部分混凝土中的水泥。FutureCem®在BIG位于哥本哈根的事务所新总部大楼中得以实践应用。通过这种低碳新材料，总部大楼的建筑建造过程减少了约25%碳排放。

△ 应用了FutureCem®的BIG新总部大楼 © BIG

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△ Snøhetta研发的碳中性混凝土Biocrete © Snøhetta

挪威每年总共丢弃约100万吨冗余木材，它们经过焚烧或分解会排放大量的温室气体。Snøhetta建筑事务所通过研究生物炭和混凝土的配比，将这些木材热解产生的生物炭加入混凝土中，从而实现“碳储存”。他们将这一混合了生物炭的新型混凝土材料命名为Biocrete。在2021年，Biocrete成功浇筑了首块负碳预制混凝土墙，并于2023年首次被应用于实际建筑中——位于挪威奥斯陆郊外的一座谷仓。

透明木材

Transparent Wood

材料构成：木料

关键词：透明、稳定、轻盈、低碳

cr: internet

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△ 光学透明木材 © heyjolene.com

瑞典皇家理工学院的研究小组成功制备了透光率高达85%且雾度为71%的光学透明木材（TW - Transparent Wood）。这一做法首先通过去除木质素来去掉木材本身的颜色，继而使用预聚甲基丙烯酸甲酯（MMA）浸渍木材细胞壁内的腔体和纤维网，从而制备出透明木材。后续通过改变纤维素的体积分数，还可以对透明木材的光学特性进行适应性调整。

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△ 透明木材实验 © 马里兰大学材料科学与工程系

美国马里兰大学开发出一种透光率为91%（与玻璃相当）、雾度为15%的透明木材，其韧性是玻璃的3倍，但热导率却只有玻璃的五分之一。由于其高透性、强韧性、低热导率的特性，透明木材在当前的建筑业中可以被称为是潜在的“可持续的窗户”，具有显著的环境和经济效益。

农副产品衍生材料

Agricultural by-Product Derived Materials

材料构成：农副产品（椰壳、番茄茎、稻草）

关键词：有机、低碳

△ 各类研发新型板材的有机原料 © GXN

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△ 椰壳纤维板 © Tanner Whitney

Willow Technologies作为加纳本土的材料研究和建筑技术实践公司，近年来的研发工作聚焦于如何更有效的利用本地的农副产品，将其转化为有机的建筑材料。

加纳本地的成熟椰子木质素含量较其他地区的椰子更高，这赋予其在生产高密度纤维板等建筑材料时的结构优势。Willow Technologies利用这一特性，通过热压加工和生物基胶使用椰子壳制出低碳、无毒的纤维板。

△ 椰壳纤维板制成的装置Thresholds of Return © Selma Gurbuz

目前，这种由椰壳制成的建筑材料已应用于耶鲁大学位于内罗毕的生态系统与建筑中心以及迪拜未来博物馆的展览中。

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丹麦3XN建筑事务所的研究部门GXN利用当地丰富的生物资源，如番茄茎、稻草、海藻、亚麻纤维等材料，制成单一或复合的新板材，这些具有综合性能的材料可以成为玻璃纤维和铝等传统建筑材料的环保替代品。

目前，他们仍在探索生物原材料制成板材的可能性，并将这些板材送至丹麦技术研究所测试其材料的稳定性及可用性。

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为了最大化农业废料的剩余价值，东伦敦大学与伦敦的甘蔗制糖企业Tate & Lyle Sugar合作开发了一种名为Sugarcrete™的创新建筑材料。Sugarcrete™是由甘蔗纤维渣与矿物粘合剂结合制成的生物纤维砖，它比传统砖块更轻，且碳足迹仅为传统砖的15%-20%。在实际应用中，Sugarcrete™具有良好的稳定性，在绝缘和防火性上与传统砖块相当。

3D打印原料

3D Printing Materials

材料构成：矿物泡沫、木材、结晶盐

关键词：轻盈、绝缘

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苏黎世联邦理工学院与瑞士建材研发企业FenX合作研究了回收废料制成的无水泥矿物泡沫在建筑中的实际应用。无水泥矿物泡沫是一种多孔材料，其密度可以根据需要进行适应性调整。

研究团队使用大型3D打印机加工无水泥矿物泡沫，制作出的材料目前主要应用于建筑的保温层。这种材料既回收利用了工业矿物废料；同时因其可调整密度的特性，在构造中能以单一材料构建完整组件，为未来的组件重复利用和回收提供了可行性。

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代尔夫特理工大学材料中心提出了木料在3D打印中的应用。木料中的纤维素具有出色的抗拉强度和吸湿性；而其中的木质素则具有刚性且不易腐烂。研究中的木料主要来源于建筑和农业废弃物。

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慕尼黑工业大学的Vesna Pungercar等人对结晶盐与不同粘合剂的混合物进行了研究，结果表明，盐结晶在3D打印浆料中可以替代70%的其他材料，并且可以配合不同的黏合剂以调控打印浆料的可加工性。

天然盐板

Natural Salt Slab

材料构成：结晶盐

关键词：低碳

在建筑史上，盐板作为建筑材料被应用于干热气候地区，以及一些无法获得常规资源的区域。这其中较为典型的建筑实践为位于玻利维亚的乌尤尼盐沼的Palacio de Sal酒店，它由一百万块盐砖建成。

此外，由Atelier Luma运营的结晶盐板工厂也为这一材料的开发提供了新的思路。该工厂的总部位于法国南部的罗纳河三角洲，团队利用当地丰富的咸水资源开发具有当地特色美学的材料。他们使用定制框架固定于盐田中，自然生长的结晶盐板最终可形成纯天然的建筑材料。

放眼于未来，除却对环境可持续发展的贡献，这些前沿建筑材料也有可能在一定程度上帮助我们实现曾经囿于传统技术条件无法实现的设想。

对前沿材料的探索和研发不仅带来了建造技术的突破，也是对人与自然关系的重塑，使得建筑不再仅仅是物理世界的构筑，而是文化、技术与自然和谐共生的载体。