建筑材料在战争中的应用研究

张志刚（中共中央党校研究生院，北京 100091）

建筑材料在战争中的应用研究

张志刚（中共中央党校研究生院，北京 100091）

文章以战争形态演变为主线，研究了建筑材料在战争中的应用，并对未来战争中的建筑材料应用作了探讨。

建筑材料；战争；应用研究

随着人类的进化,科学技术取得了长足进步，建筑材料技术也随之发展，因而建筑材料和人类文明之间有着极其紧密的的关系，但对于人类而言，发展史本身就是一部战争史，可以说战争推进了人类文明的进步与发展。人类发明的很多东西都和战争相关，建筑材料也不例外。人类文明先后经历了原始文明、农业文明、工业文明和信息文明几个阶段。战争形态演变主要有冷兵器时代，热兵器时代，核武器时代，信息化作战时代。人类文明发展阶段与战争形态演变历程有大致对应的关系,在战争形态演变的各个阶段，建筑材料在战争中的应用都有其显著的特征。

1 冷兵器时代战争中的建筑材料

从科学技术发展阶段看，石器时代、青铜时代和铁器时代是冷兵器时代经历的三个技术阶段；从社会发展历史阶段看，原始社会、奴隶社会、封建社会是冷兵器时代经历的三个时间阶段。冷兵器时代建筑材料的发展是一个悠久而又缓慢的过程。冷兵器时代使用的建筑材料主要是石、土、木、砖，具体表现为垒石、筑土、构木、砌砖。

1.1 垒石

石材是冷兵器时代防御中最早使用的建筑材料。远古人类为了避免蛇虫、野兽、具有威胁部落的袭击等，找到了适合居住的洞穴，这就是它们加以利用的天造地设的安居之所。大约在公元前15000年左右，远古人类在长期的生存实践中，在应对外物的侵袭中，逐渐产生了原始的防御观念，开始利用洞穴附近捡来的石头、木棍等，通过码放、堆垛等方式垒石来遮掩洞穴出入口，以防御野兽或具有威胁部落的攻击。在冷兵器时代的战争中，对于石材运用最好的当属古罗马。由于古罗马石材资源丰富，因而古罗马人对于石头的利用经验相当丰富，当时他们已经能够修整出规则的石块。古罗马城池的构筑主要以石头为主，他们通常在需要加以保卫的区域周围挖沟，沟通常为正方形或长方形，在沟的内侧四周用石头构筑起来的城墙，构筑过程中辅以泥土和土砖，这样的城池在当时是非常坚固的。从当时的战略成本看，进攻的成本远远大于防御，战略手段非常有限，因而战争双方总是愿意修筑坚固的堡垒、城池。早在大约3000年以前的时候，在尼罗河、地中海、里海、黑海以及红海、波斯湾这一广阔地区，沿河或海岸线一带的筑城技术已经十分发达。古代亚述国的首都尼尼微就是古城池建筑中的闻名遐迩之作，城池的内部城墙主要用石块垒成，总长度约有十二点五公里，外城墙为了防范来自水路底格里斯河的偷袭，修筑了长达四公里的高大石墙。

1.2 筑土

中国明代以前的军事防御城池，绝大多数是土筑的，当然秦代的长城是个例外。城墙是城市的主要防御线，也界定出城市的范围。材料大多就地取材，初期以竹、木栅为主；发展到一定程度后，改为土石或砖等材料为筑墙。因此在中国古代城池往往是一副土黄色的模样。早在公元前1200年的殷商时代，中国已经出现了版筑的技术。版筑技术使用的工具是两块平直的木板、支撑木柱和夯土木杵，所使用的建筑材料就是要修筑城墙所在位置外围的泥土。到了春秋战国时代，频繁的战争使得筑城技术催生了悬版夯筑法，这种方法所使用的建筑材料依然是要修筑城墙所在位置外围的泥土。自春秋以降，中国的城防建筑设施一直采用这种就地取土的修筑办法。到元朝时，由刘秉忠负责营建的元大都，其城墙依然是由土夯筑而成。这些城池大多不太坚固，当然也有例外。东晋时夏国采用“蒸土筑城”法修建的统万城便坚固无比，抗损毁、侵蚀能力强。此方法的关键是“蒸土”。据考古专家根据遗址分析，所谓“蒸土”就是将要用来筑墙的泥土用锅蒸熟，或用太阳曝晒，一来可以高温杀死如白蚁等蛀墙虫卵，二来可以高温杀死草籽等，三来可以烘干水份。然后把“蒸”过的土、沙子和熟石灰、糯米粉掺和在一起杵筑成墙，这样的城墙坚硬无比，据说城墙建成时连铁锥都刺不进去。

1.3 构木

在战争中,对于建筑木材的使用主要是依附城墙而展开的。中国古代城池的城门大多由木头构造，并在墙头上设置了木栅栏。城墙上间隔一定的距离还用木材构筑了许多更高的城楼，以便观察或攻击。古罗马军队在战争中对建筑木材的一项重大创新型应用就是安营扎寨技术。当时古罗马军队，只要在野外过夜，都要安扎设防的兵营。早期他们主要依靠在战斗现场来寻找木材和杂料，由于建筑材料的制约，兵营的构筑相当缓慢。经过一段时间的实践摸索，他们掌握了一套与建筑材料相配合的安营扎营方法，搭建起来相当迅速。每个士兵都分配有一项专门的工作，每人携带的行军装备中包括两根木栅柱，用于构筑木栅栏。围绕兵营的四周挖有壕沟，挖出的泥土堆放在紧靠栅柱的地方，以增加栅栏的厚度和牢固度。另外罗马军队进入作战区域后，总指挥官在下级指挥官和参谋人员的协助下，首先对敌城堡防御设施及周围地域实施全面侦察，查清当地的木材、粮食、人口等资源的状况，作为全面估计形势的基础[1]。可见作为建筑材料的木材在当时的战争中具有十分重要的地位。

1.4 砌砖

在我国秦代即已出现通过陶砖来修建军事防御的城墙，那就是闻名于世的秦代万里长城修筑工程(城墙的平均高度为22英尺)，《史记·蒙恬传》 载：“始皇二十六年，使蒙恬将三万众，北逐戎狄，收河南，筑长城，因地形，用险制塞，起临洮，至辽东。延袤万余里，于是渡至阳山，透蛇而北。”在崇山峻岭之巅修建气势宏伟、逶迤蔓延的万里长城，其工程规模之大，用陶砖数量之巨，举世罕见。长城在修筑过程中，采用糯米汁砌筑砖石，但主要以陶砖为主，也就地取用了石材。可见秦代时陶砖的烧制技术已经相当成熟，与之相匹配的是汉代的陶瓦烧制技术也已经相当成熟，因而后世有“秦砖汉瓦”的说法。同时期的西方也开始使用砖、石砌筑城堡，但他们主要以石材为主。由于攻防相长的结果，随着攻城技术的进步，以及攻城手段的多样化，守城技术也得以提高。这一时期出现了更高更宽的砖石结构的城墙，而且出现了砖石结构的双层护墙，或者在城墙的内外两面都包上砖石，从而有效地防御了敌人的进攻。

冷兵器时代在战争中除了就地取材之外，还注意了因时取材，如北魏太武帝时晋将司马楚之冰墙退敌及元代时蒙古人冰河行军等等。

2 热兵器时代战争中的建筑材料

热兵器最早出现在12世纪时的中国南宋时期，尽管此时它还没有来得及制造威力巨大的火器，热兵器随后首先在欧洲普及，16世纪到 18世纪，随着军工技术的进步，出现了来复枪、自动步枪、自动机枪等的轻武器，同时滑膛炮、榴弹炮、迫击炮等自动化重武器相也继出现，以武器用火药燃爆为动力来发射子弹或炮弹为标志，人类进入了热兵器时代。

由于热兵器的出现，特别是各种威力巨大的火炮的使用，使得原有的城池逐渐在防御上不占优势，于是筑城技术引起了大家的关注。设计一种坚固、御敌的城堡成了一门颇有学问的艺术，需要具备相当广博的数学和建筑学知识。那个时代的一些一流科学家堪称这门新应用科学的专家。意大利数学家尼科洛·塔尔塔利亚和荷兰大科学家西蒙·斯泰芬作为工程师在那个时代所享有的知名度，就如他们在我们时代因其数学和力学贡献而有的知名度。甚至伽利略也在帕多瓦大学教授过筑城。这个时期的筑城术主要是加高、加厚、土城墙包砖、制造各种几何外形的城墙等等。

金属材料作为建筑材料最早出现在作为军事防御城池的城门上。由于受建筑物结构功能的影响，城门成了一座城池最薄弱的环节，它常常成为军事进攻的突破点。为了便于经常开关，城门不可能建造的太厚重，更不可能固定不动。厚而笨，守卫不能灵活开关；厚而重，门轴无法承受。如此，则城门相较于城墙而言显得非常薄弱。古代军事工程上，为了解决这个问题通常有三种办法，一是护城河加吊桥，二是城门外建瓮城，三是加固门体，也有两种或三种方法兼而用之的。一、城墙外挖护城河的，一般在护城河上设置悬门或吊桥，门、桥平时悬吊起来，仅使用时搭接河两岸。二、城池的城门处设置瓮城。瓮城是专为保卫城门而设的小城，位于城门之外。瓮城易守难攻，一旦攻破瓮城城门进入瓮城，则有“瓮中捉鳖”之险。三、把城墙城门的门体建造得更坚固。在城门上施用门钉之举，最早出现于隋唐时期。最初是出于构造的需要，在木板和穿带部位，钉上铁钉以防止门板松散。另外门板用坚厚大木制作，并蒙以金属外皮使之坚固难破。这时，金属材料作为建筑材料的一种在战争中最早出现。

在热兵器时代战争中，防御工事对于初级胶凝材料的使用。公元前2000年左右，罗马人用石灰和火山灰的混合物做胶结材料，制成了天然混凝土，这就是最初的水泥。水泥从出现之日起，就对整个罗马的军事防御建筑发展起了不可忽视的作用。考古学家在曾经古罗马帝国的城堡外围的城墙处发现了大量的石灰再加上其他材料如砖块、沙子和大理石等，这可以充分说明其在当时是一栋非常坚固的防御工事。我国秦代在修筑长城中，采用糯米汁砌筑砖石；明代修筑的南京城城墙，所用建筑材料有：长条石（地基），上筑夯土，陶土砖（砌筑城墙内外两面），泥土（夯筑城墙中间部分），用石灰作胶凝材料砌砖，在射击垛口则用石灰加糯米汁灌浆，城墙上部用桐油和土拌匀夯实，以防雨水下渗，侵蚀墙砖；北京卢沟桥南北岸，用糯米汁拌“三合土”建筑河堤数里。在我国的建筑史中记载，用糯米粉和动物血拌泥土、沙子、石灰砌筑石桥，胶凝材料凝固硬化后象石头一样坚固。其中动物血起促凝剂的作用。这些初级的胶凝材料在热兵器时代的战争中都有大量使用来砌筑防御工事，尽管有些初级的胶凝材料在冷兵器时代就已经存在。

纸面石膏板在第二次世界大战中得到广泛运用。纸面石膏板是一种新型的轻质墙体板材，它是以建筑石膏为原料制成的一种材料，其主要优点为重量轻、隔声、隔热、加工性能强、施工方法简便。相对于纸面石膏板的广泛应用，其发展历史却是极为短暂的。纸面石膏板诞生于1890年，由两位美国人发明，1902年由美国石膏公司（USG）正式投入生产。但纸面石膏板在其发明之初只是被认为是一种廉价、粗制滥造的建筑材料，并未受到广泛的应用和认可。直到美国参加第二次世界大战，国家的劳动力专注于战争工业，拥有快速和廉价特点的建筑材料被需要，纸面石膏板才以其廉价、高效的特点被广泛应用。在当时满足了作战部队机动性的需要，在需要的地方、需要的地点能够快速构筑营房设施。在1945年第二次世界大战结束时，纸面石膏板已成为在美国占主导地位的建材。随着时间的推移，石膏板已经在世界各地被广泛使用。

3 核武器时代战争中的建筑材料

在核战争中作为防御核打击的建筑材料主要是混凝土或者钢筋混凝土。1945年8月，美国先后向日本的广岛和长崎各投下一枚原子弹，标志着人类进入了核武器时代，为了防御核攻击，人们发明了抗核攻击的人防工程，主要使用的建筑材料为混凝土或钢筋混凝土。这些特殊的混凝土有防辐射混凝土、 高强混凝土及超高强混凝土、重混凝土等等。所谓重混凝土通常是采用如重晶石、铁矿石、钢屑等高密度集料或同时采用钡水泥、锶水泥等制成的混凝土。通常重混凝土干密度≥2800kg／m3。它又称为屏蔽混凝土和防辐射混凝土，主要用作原子能反应堆、粒子加速器及其他含放射源装置常用的一种有效屏蔽辐射的防护建筑材料。

防御核打击的人防工程的设计质量是人防工程建设质量的关键环节，其中重要一环就是建筑材料的选用，选用材料的正确与否直接关系到人防工程的建设质量，所以在设计时就得把好材料选用关，以免一旦实施后再返工，将造成巨大的损失。其次要加强现场建筑材料的管理，对于关键建筑材料进场必须严格把关，入场建筑材料必须随附合格证、出厂检验报告等，对于进场混凝土核对标号，符合设计强度要求，同时进行混凝土试块见证取样送检。所有关键建筑材料见证取样，业主方、施工方、监理方，三方必须同时在场封样。我国人防规范有对于抵抗核武器和常规武器的相关标准，一般抵抗核武6级的地下室，混凝土墙板厚度至少在300-400mm，5级的话更厚一些。

混领土结构置于适当的地下深度可以有效防御核攻击。地铁建设工程属于地下掩蔽工程，人防工程也属于地下掩蔽工程，因而地铁工程建设时，常常综合考虑配套人防工程。平时以交通运营为主，急时以抢运、保护人民生命、财产免遭侵害为主，战时则起人员转运、军用物资输送的地下战略通道的作用。例如在北京地铁成寿寺站和分钟寺站之间的隧道里，有一道钢制的“隔断防护门”能够根据指令自动移动至闭合。这样的大门在地铁隧道内的每个区间里都有。一旦需要，一个区间两头的“隔断防护门”闭合，通风装置开启后，一座地铁站就变成了一个与世隔绝、单独密闭的安全避难所。此外，北京市“设防”的地铁站的孔口均设计了可实现平战转换的防护设备，战时可有效抵御包括核武器在内的各种袭击和城市次生灾害。

4 建筑材料在信息化作战时代的军事应用

到了20世纪80年代随着信息技术、航空航天技术的快速发展，人类战争形态开始向信息化战争发展。

为了防止红外激光窃听，在建筑物的玻璃窗外加一层能阻挡激光的物体，如百叶窗、板栅等等；窗户玻璃改用异形玻璃，异形玻璃表面不平滑，不影响透光，但能使散射回去的激光无法接收；把窗户配上足够厚的玻璃，使之难于与声音共振。美、英、日、法驻外使馆里都装有防窃听的玻璃球状的房子，玻璃是透明的，但是经过了特殊工艺处理。这种玻璃的表面覆有特制的涂层，目前尚不知道这种玻璃的表面涂层和美国“安全帐篷”篷布的表面涂层是否为同一种特殊物质。这种玻璃不仅能够阻挡计算机工作时发出的电磁波通过窗子和玻璃泄露出去，也能阻挡外面的电磁波辐射进入玻璃房。据说防窃听功能相当好。

为了防止微波窃听，美国驻某国大使馆大楼采取了一系列防御技术措施。例如在美国大使馆大楼的窗户上装置了象鸡蛋盒子塑料那样分格排列的塑料板栅和特制的金属网，以便把微波反射掉一部分。根据美国安保方面人员讲：“安装了金属网以后，美国大使馆内遭受微波辐射的电平已经由原来的每平方厘米18毫瓦下降到了每平方厘米1毫瓦以下”。此外，美国还在他们的大使馆楼前种植了不少树木，修筑了高墙，设置了自然环境屏障。并且对一些具有战略性的保密会议室加装了防护金属板，甚至在墙壁里还灌了铅，以防微波辐射。

基于军用设备及军事通讯系统级TEMPEST防护需要，人们使用了吊顶、隔音墙瓦、隔音墙板、计算机地板、屏蔽的射频门等建筑材料。TEMPEST是研究和控制从信息处理设备中泄露辐射出来的杂散电子信号，因此它涉及的范围不仅包括计算机，而且也包括其它类型的数据处理系统，诸如武器控制和军事通信系统。TEMPEST防护技术就是用抑制和屏蔽的方法来防止无线电信号泄密。TEMPEST防护可在设备级实施，也可以在系统级实施，或在这两级同时实施。系统级TEMPEST防护的传统做法是将整个系统置放在一个大型屏蔽室内，这种大型屏蔽室内很宽敞，除能容纳多个机柜外还留有足够的工作空间。这种系统的优点是大型屏蔽室的质量很好，成本最经济；缺点是不能移动，一旦搬迁，费钱、费时，而且系统防护质量下降。在系统级提供TEMPEST防护的第二种方法是根据所要防护的设备和机柜的体积和形状来设计紧凑型屏蔽室，这种小型屏蔽室所使用的建筑材料及性能与大型屏蔽室相同，优点是体积小，重量轻，便于搬迁，而且搬迁后的屏蔽质量也不会下降。[2]

然而TEMPEST防护屏蔽室安装比较麻烦、笨重，不易移动，更无法携带，难于适应战争的机动性。基于系统级TEMPEST防护屏蔽室，美国人又发明了一种新的秘密的建筑材料“篷布”，该篷布的详细参数属于绝密信息，该材料可防止室内的辐射被室外的窃听装备收到，外界称之为“安全帐篷”，其全称为“敏感情报隔绝设施”，简称SCIF。SCIF不仅具有隔声性能，而且其材料能够阻止内部信号外泄和也能阻挡外面的电磁波辐射进入。能够离开SCIF的唯一信号是安全加密的通信信号。例如在2011年，奥巴马出访巴西里约热内卢时，就在“安全帐篷”内打机密电话了解利比亚的军事行动进展，这俨然是一个移动的作战室。由于十分便于携带和部署，通常用一个长约60公分的箱子就能装下移动式SCIF的所有部件。因此，它成为美国总统出访行李中最重要的组成部分。同样美军指挥官在海外作战时也要使用性能类似，只不过尺寸更小的装置。他们外出时一般会使用类似“电话亭”尺寸大小的“安全帐篷”，所有材料可以装进一个普通的行李箱里，携带起来更方便，能够有效适应战争的机动性。

5 建筑材料在未来战争中的应用

随着科学技术的发展，未来战争的某些方面肯定会有别于今天，如核生化战争、信息战等仍将进一步发展、甚至出现新的战争形态。但至少有一点可以肯定，人们仍然需要栖息之所，城市战仍将无法避免。在这里，我们只讨论和建筑材料相关的未来战争中的城市战，城市战即在城市中作战，在城市复杂地形的战争。对一个漫不经意的人来说，这些词似乎是孤立的，几乎是原始的。然而，这些词对职业军人来说却是那样的实实在在。他们看到过发生在柏林、斯大林格勒、顺化以及贝鲁特等城市中的大破坏和大屠杀的景象。城市战，许多军事专家都宁愿尽量避开的战争形式，仍然迫使我们不能不正视它。而且，它或许将是未来拖垮强敌最好的一种途径。美国军方战略智库机构曾经非常细致地研究未来城市战中如何争夺每一条街道和每一幢房屋的战斗所需要的武器和战术。

作为战略应对，由特殊建筑材料构筑的城市建筑物、城市巷战、城市地道战将是我们在未来城市战中必须考虑的内容。一个巨大的城市中心是立体的。敌人必须与来自地下和高楼的威胁进行斗争。每一幢建筑都应该是一个挨一个的掩蔽体，成为我们加固阵地的掩蔽工事，它们大多由钢筋混凝土建造。在交通、运输等战略要塞关键点，有我们使用特殊建筑材料所建造的和普通建筑外表类似的战略性建筑物。在城市的秘密地点，有我们用特殊建筑材料修建的永久性的TEMPEST系统防护建筑。而且，我们在自己熟悉的区域非常容易地在各个建筑物之间建立互相联通的地下阵地。由于机动空间有限，当射击距离缩到最小范围时，城市环境妨碍机动作战，并在很大程度上削弱了武器的效果。密集的建筑群引起通讯大混乱，而且增加了指挥和控制的困难。最后，战斗对敌人所产生的心理影响是巨大的。当一系列立体的威胁产生削弱敌人战斗力的效果时，将进一步加剧陷入城市战的敌人部队所害怕的崩溃过程。

除了陆地城市战，我们还必须考虑海洋城市战。由于陆地资源有限，未来人们很可能居住到海上，甚至海底。随着人们对海洋资源的争夺，海洋城市战，无可避免，甚至可能发生海洋游击战。因此，我们必须大力研发海洋建筑材料，以便我们有合适的建筑材料在海面及海底建筑房屋、堡垒、防御工事或其他军事建筑物。

未来的建材行业应该针对未来战争以创新为驱动，发挥竞争优势，跟上军事形态演变步伐和新的军工应用需要，研发、生产未来战争急需的高端精品和附加值高的军工产品。目前的状况堪忧。例如，2015年高标号的、用于隐蔽工程等特殊需要的、用于海洋工程等各种特种水泥，只占水泥总量的2%。平板玻璃，能够用于电子、国防和高档汽车的优质玻璃虽然也有，但只占2015年平板玻璃总量的约10%[3]。同样国内的建材行业目前还无法系统提供系统级TEMPEST防护屏蔽室建筑材料、SCIF建筑材料、武器库隐身材料、深海空间站材料等等，还需要进一步完善野战时快速安营扎寨的建筑材料等等。当然这些建筑材料大多数是复合材料。建材行业已经进入国防军工领域，用于电子、交通、运输与能源领域，应该进一步延伸产业链、增加深加工、开发新产品、满足新需求，使建材行业迎接在未来战争中特殊建筑材料供给不足的挑战。

[1]（美）杜普伊著.严瑞池等译.武器和战争的演变[M].北京：军事科学出版社，1985.(来自互联网：http://warstudy.com/history/general_history/weapon_war/index.xml，2017-02-18)

[2]沈鸿英著.国外窃密与国外防窃密技术[M].北京：金城出版社，1994. P150、151

[3]乔龙德.深刻认识形势正确把握机遇--靠创新驱动把建材行业推向新的发展时期.建材发展导向[J].2016年第4期 P6

Research on the application of building materials in war

The article takes the war form as the main line,studies the application of the building materials in the war,and discusses the application of the building materials in the future war.

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TU5

：B

：1003-8965（2017）02-0057-04