绿色环保建筑材料在矿区土木工程施工中的应用

宋 伟

(江苏大学 土木工程与力学学院，江苏 镇江 212013)

大量建筑的拔地而起，造成自然资源严重缺乏，过度开采自然资源严重破坏生态环境。在这种情况下，绿色环保建筑材料应运而生，积极推广绿色建材可确保生态环境不再恶化[1]，提升资源利用率，降低能源消耗，推动建筑行业发展的可持续性。在矿区土木工程中全方面应用该材料，能够提升建筑行业的转型速度，打造更加完美的绿色建筑，创造优越的节能环境。矿区土木工程施工过程中会造成水与空气等污染，制造大量建筑垃圾，提升CO2的排放量，该领域CO2的排放量占据全国总排放量的一半，相比其他发达国家传统建材的消耗较高，资源循环利用率较低[2]。因此，替换传统建材、更改土木工程领域的发展模式势在必行。建材生产领域需要引进高科技人才，大量生产低消耗与低污染的绿色建材，并将其运用到矿区土木工程建筑中，达到高效率、低消耗等目的，提升了社会、经济效益。人们越来越注重生活环境质量[3]，而绿色建材恰好能够满足人们对生活环境高质量的要求，研究矿区土木工程施工的绿色环保建筑材料应用至关重要，科学合理地应用该材料，能为人们塑造更加安全的建筑环境，使人们的生活得到保障。

1 绿色环保建筑材料应用

1.1 存在的问题

(1)影响施工企业经济效益。坚固与美观已不属于矿区土木工程施工过程中的重点分析因素，人们对于节能与环保这2个因素的关注程度越来越高。目前，因矿区土木工程建筑的设计过程较为繁琐，增加施工难度，直接影响绿色环保理念的顺利实施，而绿色环保建筑材料会增加企业的成本[4]，造成企业对于绿色环保理念的重视程度较低。

(2)缺乏科学性。因实际环境的需求，导致矿区土木工程施工很难与绿色环保理念完美融合。施工过程中引入绿色环保建筑材料便会降低居住舒适性，这就需要研究科学的运用方法[5]。将该材料在最初设计过程中直接运用其中，提升运用的科学性，使企业既能运用该材料，又可以确保居住的舒适性，实现双赢的目的。

(3)材料运用的合理性较差。目前，大部分施工企业材料运用的合理性较差，直接降低节能环保效果，长期使用后，还会出现更严重的环境问题。大部分企业并未完全掌握材料运用方法，却强行运用，降低企业核心竞争力[6]，甚至导致其面临生存困难。

1.2 基于BIM技术的材料运用管理体系

矿区土木工程施工的绿色环保建筑材料运用管理的基础为信息传递的标准性，综合考虑BIM技术的特点与材料运用合理间的匹配效果，塑造材料运用管理体系，其结构如图1所示。基础数据层负责转换运用管理过程中的所需数据格式，通过BIM技术完成材料运用的全寿命周期管理。该结构内的数据格式为IFC格式，利用该格式存储材料运用效果评价以及管理的相关数据[7]，确保数据管理的统一性。土木工程施工结束后，存储全部相关资料，扩充BIM数据库，为企业后续在节能环保领域发展提供有利支持，提高材料运用管理水平。

图1 材料运用管理体系结构Fig.1 Material utilization management system structure

BIM模型层利用基础数据层中的BIM基础数据库构建绿色环保建筑材料运用效果评价模型，利用该模型评价材料应用效果，依据材料绿色度分值获取最为突出的材料性能，充分利用突出的材料性能，科学合理地应用该材料，最大限度地提升社会、经济效益、降低资源消耗与人们生活环境的舒适度等，符合矿区土木工程施工的全寿命周期管理要求。数据交换层属于BIM模型层与应用管理层间的纽带，负责传递材料应用效果的评价结果至应用管理层，BIM技术利用云平台与移动设备等实现矿区土木工程施工的全寿命周期的同步应用管理[8]。

应用管理层依据材料应用评价结果在规划、设计以及施工阶段提升材料应用的科学性与合理性。在矿区土木工程施工的全寿命周期中，全部合作方都可以在BIM技术的材料应用管理体系内获取相关数据，且能够随时获取全部信息，并实现交互。

1.3 材料优势与重要程度

(1)材料优势。绿色环保建筑材料具备低能耗、低消耗、高综合性能、无污染以及高利用率5个优势；该材料的生产工艺要求比较严格，便需提高生产水平，生产水平提高，则生产该材料的消耗便会降低；生产该材料过程中，不可将不可回收的垃圾作为原料，该材料可以回收再利用，提升节能减排的作用，降低资源消耗，该材料的综合性能高于传统材料，综合性能指不同材料间的综合应用，该性能可增加材料应用率，降低成本，综合性能与土木工程的质量息息相关，两者成正比的关系，材料的综合性能的提升，还可确保生态环境不被破坏，提升环境恢复能力，促进土木工程企业的进步；该材料内不存在任何有害物质，提升用户居住环境的舒适性与安全性；该材料的生产过程中会利用部分可回收垃圾，使资源利用率得到增加，避免出现可回收垃圾对环境二次污染的情况出现。综上所述，该材料具备改善人们居住环境的作用，积极引进该该材料可推动土木工程领域的发展。

(2)重要程度。该材料符合用户环保理念的需求，促进矿区土木工程领域的发展以及经济体系的转型。通过大力宣传环保理念，引起人们对环保理念的重视，增强环境保护强度，以确保居住环境安全性为前提，提高建筑的环保性。促进土建企业快速发展的主要因素是绿色建材，既能充分利用全部资源，又能推动社会发展，该材料的应用为矿区土木工程领域的发展带来很多机遇，使该领域充满活力。土建企业可推动经济发展，绿色建材可促进土建企业发展。因此，合理应用该材料至关重要。

2 应用效果评价模型

2.1 指标选取要求

绿色环保建筑材料应用效果的评价指标需要具备代表性，能够直接代表材料应用的本质，充分分析材料应用的特性，选取最具代表性的评价指标，使材料应用效果的评价结果更为详细。评价指标需具备全面性，通过材料应用过程中的各个方面体现应用效果是否满足环保条件，避免出现指标丢失现象。评价指标需要具备简明性，使其能够简明扼要地分析材料应用性能与应用过程中的难易程度。评价指标需要具备可操作性，使其易于获取指标数据，提高分析与计算方面可操作性。

2.2 材料绿色度

依据材料绿色度评价材料的应用效果，绿色度指材料生产与施工等应用时不同性能分析的数值。通过该数值描绘材料应用的绿色性能，能够避免因材料指标不具备统一性，导致评价结果精准性降低的情况出现。材料应用时的变化具备动态性特点，每个阶段的评价指标不尽相同，各个指标均存在一个绿色度，各应用阶段均存在相应的加权绿色度，整个材料应用管理全寿命周期中，会获取一个最终加权的绿色度。将最终的绿色度当成材料应用效果的评价标准。绿色度即绿色性能的值，以区间分值的方式，降低分析的难度，绿色度分值变化如图2所示。按照图2的变化，分析其具体含义，见表1。

图2 绿色度分值变化Fig.2 Variation of greenness score

表1 绿色度分值具体含义Tab.1 Specific meaning of green degree score value

2.3 材料应用效果评价框架

针对不同绿色性能塑造材料应用效果评价框架，该框架如图3所示。该框架充分考虑矿区土木工程施工过程中绿色度评价指标体系的科学性与实际性，分析其绿色性能的含义，依据全寿命周期评价理论，评价绿色环保建筑材料应用效果，依据评价结果提升材料应用的科学性与合理性[9]。

2.4 评价模型

以物元分析模型为基础，塑造评价模型，令该模型中材料应用效果为N，材料应用效果的特征值为H，材料应用效果的量值为X，评价模型的表达：

(1)

图3 材料应用效果评价框架Fig.3 Evaluation framework of material application effect

在评价模型内，如果材料应用效果N中存在n个特征值(H1，H2，…，Hn)，那么该材料应用效果为n维物元。在Qj为标准材料应用效果情况下，则Qj的Hi的取值区间即经典域Hi=[aji，bji]，表达公式：

(2)

在评价模型内，每个评价指标所有等级的值域计算公式：

(3)

材料应用效果综合绿色度计算公式：

(4)

式中，过程绿色度与权重分别是Dα与Wα，包含材料生产与施工应用2个阶段；每个指标的绿色度与权重分别是Dαβ与Wαβ，a=1，2；β=1，2，…，6。

聘请数位专家针对图3中的6个应用性能得到某绿色环保建筑材料各评价指标的权重，并依据权重获取各评价指标的综合绿色度即评价结果，见表2。从表2可知，材料应用效果中各评价指标的综合绿色度值均处于高绿的绿色性能分值内，说明在矿区土木工程施工中应用绿色环保建筑材料对生态环境无影响，尤其是应用效果中资源消耗、使用率、保温性、隔热性、隔音性、隔湿性、室内污染与材料辐射这个评价指标的综合绿色度分值最高，可充分发挥这些作用，将其与土木工程施工完美结合，提升材料应用的科学性与合理性。

表2 权重及评价结果Tab.2 Weight and evaluation results

3 规划与设计、施工阶段

3.1 规划阶段

在当今节约能源、保护环境的大流行模式下，绿色施工方法被广泛应用。绿色是指它与该材料相结合的应用理念，施工方确保提供的每一种材料都是无害产品加上技术工的完美操作配合下，方能展示出施工规划方案的最佳效果[10]。在施工队开展工作的过程中，一定要明确绿色技术策略与整体施工方案完美结合，并进行不断改善，最大限度地发挥其指示作用。因此，施工队才能在高效率、高质量下的采用该材料并保证技术指标中明确的方案进行施工。

3.2 设计阶段

在顶端设计阶段，需要设计者充分发挥每一种材料的性能，使其最高效地应用于顶端建设。一定要从其自身情况来分析，不能胡乱使用，那样既浪费材料的属性，又增加成本。因此，对每种材料的各项指标、参数、性能科学合理的使用是必要的，对设计者的要求是必须完全了解材料的材质、优势、劣势。

当然，对于设计员的要求远不止这些。在大部分的高层建设开始之前，设计者应当考虑这个城市的规划走向，还要具备与时俱进的建筑领域设计理念。以专业人士的角度看问题，整个建筑的外观、美感、实用性都在考虑范围内，也是设计必不可少的一环，同时，还要考虑利用哪些材料能达到绿色节能这一目的，确保整个项目可游刃有余地被操控在预算范围内。随着城市的快节奏发展，人们越来越注意的是养生，他们对楼盘的选择性更倾向于接近大自然的生态环境中，小区内的绿化面积，房间内的绿色材料都是考虑安置一个家的前提。那么在顶端设计过程中，绿色环保是一个艰巨的使命。因此，在矿区土木工程中，不遗余力地让绿色材料展现在人们面前是最具有社会价值的。

3.3 施工阶段

(1) 外部。矿区土木工程施工中的重要环节无外乎是内部和外部，内部即装修，外部即建设。在不抢工期的状态下，2个环节都是耗时耗力的环节，周期长，消耗高。当今的人们越来越注重的是环保、养生，导致绿色材料在矿区土木工程建设中的应用比例持续走高。在保温、隔热等性能上，该材料既美观又实用，同时又能满足广大消费人群的要求。该材料的另一个优点是造价成本低，且科技含量高，大多数的原材料是从废弃物中提取的，那么在环境污染的问题上它起到了减少污染和可循环利用的作用，所达到的社会效益不容小觑。目前的矿区土木工程，隔热层和保温层都使用该材料，因为是其自身属性，无需过多加工。最重要的一点是该材料有防辐射功能，并能降低辐射对人体产生的危害，在面对自然危害时，它也是很好的防护工具。在地震较频繁的地方，该材料的使用率更是略高一筹，不仅达到了抗震的效果，又保护了人们的生命财产安全。

(2)内部。当今社会，广大消费群众对“新家”的要求不再拘泥于价格，更在乎的是舒适度、美感、环保以及室内装修后的甲醛释放含量。大部分传统工艺的材料在生产环节受到种种有限的条件约束无法达到相关部门的检测标准，释放的甲醛等有害物质也会很难散去。新闻中，经常会听到、看到住户被新家的有害物质所毒害，尤其是对婴幼儿的危害让人胆战心惊。因此在内部装修中，绿色环保建材逐渐取代原始工艺的传统材料。该材料自身条件的优越性给广大消费群体带来的不仅是家的体验，更具有只有家才拥有的安全感。其有效的隔音、隔热、防水特点给大众带来的优越生活体验是绝无仅有的。室内装修时，地板、橱柜、衣柜等软装家居，该材料都是最佳选择。

4 材料应用发展建议

4.1 相辅相成

绿色环保建材的性能也不是无懈可击的，在实际建设过程中必须结合整体设计来达到土建施工的标准，该用传统材料时用传统材料，该用绿色环保建材时一定要利用绿色环保建材，二者相辅相成。

4.2 取长补短

我国当前对环保意识的状态较几十年前还是有很大改观的，生态环境的保护得到有效改善，若想坚持可持续性发展，必须坚定不移地贯彻保护生态环境理念，并且需要学习国外的先进环保理念，如就地依法整治自然湖泊，拯救自然环境免遭工厂污水、生活废水的污染。在土建时，高效利用污染小、环保率高的绿色环保建材，对于推动整个生态环境保护都具有重大意义。

4.3 优化绿色环保建材的质量

如今，城市的快节奏发展，人们对于环保理念、自身健康养生理念愈来愈重，广泛地应用绿色环保建材是每个施工团队的重心。从环保、可持续发展的角度来看，建筑行业是与时俱进的行业，稍有不慎就会被群众淘汰，传统的旧观念已然跟不上快节奏的城市步伐，在环保理念下，优化绿色环保建材的质量，将其应用于实际施工过程，是响应国家号召最好的途径，也是对生态环境做出的最好抉择。

4.4 强化材料应用程度

目前，我国各种资源均出现不断缺少的走向，自然资源的大量开采导致生态环境出现恶化的趋势。绿色环保建筑材料具备能耗低、回收率高以及资源利用率高等优势，在矿区土木工程建筑中最大限度地应用该材料能够起到降低资源消耗，提升可回收废物利用率的作用，既能提升资源应用率，又能避免废物对环境造成二次污染。

当今社会的二氧化碳排放量日益增长，是直接影响全球气候恶化的原因之一，另一个原因是土建过程中的资源消耗。二者的增长程度与气候恶化程度呈正比。为改善气候恶化程度，需要大力推广绿色建材在土建中的应用，因为该材料具备散热功能，所以应用该材料能够解决资源过度消耗问题，还能够降低二氧化碳排放量，确保生态环境不被破坏。

5 结语

绿色建材具备低能耗与高科技等优势，在矿区土木工程施工中被广泛应用。在实际建筑时，彻底贯彻环保理念，积极应用绿色建材，可促进土木工程领域的良好发展，不会因市场的革新而遭到淘汰。研究矿区土木工程施工的绿色环保建筑材料应用，通过科学合理地应用该材料，降低资源消耗，提升资源利用率，解决环境遭受破坏的问题，塑造更多的绿色建筑，增强人们生活环境的舒适感与安全感。