過去幾個世紀里，建筑材料在不斷地推陳出新，引領(lǐng)工程領(lǐng)域不斷創(chuàng)造出更美觀、更堅固和更舒適的建筑作品。那么建筑技術(shù)的未來會是什么樣子？下面這十項在不久的將來振奮人心的建筑創(chuàng)新，其中部分甚至已在今天有所應(yīng)用。
一、自修復(fù)混凝土
混凝土是世界上使用最廣泛的建筑材料。事實上，它是水之后地球上第二大消費品。混凝土有廉價和廣泛適應(yīng)性等優(yōu)點，但也容易開裂，在極熱和極冷環(huán)境下抗壓性能會惡化。
過去修復(fù)有裂縫的混凝土的唯一途徑就是修補它、加強它，或者把它敲下來從頭開始。但以后將不需再這樣了。2010年，羅德島大學(xué)的研究生和化學(xué)工程教授創(chuàng)建了一種新型“智能”混凝土，可以“智能”修復(fù)自身的裂縫。這是因為混凝土混合物中嵌入了微型水玻璃膠囊。當裂紋產(chǎn)生時，膠囊破裂并釋放一種凝膠狀愈合劑，變硬填補空隙，實現(xiàn)自我修復(fù)。
這不是自修復(fù)混凝土的唯一修復(fù)方法。其他研究人員利用細菌或嵌入玻璃毛細管或聚合物微膠囊達到類似的效果。然而，羅得島大學(xué)的研究人員認為他們的方法是最劃算的。
延長混凝土的壽命能帶來巨大的環(huán)境效益。目前世界范圍內(nèi)的混凝土生產(chǎn)占全球二氧化碳排放的5%。智能混凝土不僅會使我們的結(jié)構(gòu)更安全，也可以減少溫室氣體的排放。
二、碳納米管
碳納米管具有比地球上其它任何材料都高的比強度，可以拉伸超過厚度的一百萬倍。
一納米(nm)只有一米的十億分之一，這是微乎其微的小。一張紙的厚度是100000nm。人的指甲生長速度大約1nm每秒，即使人的DNA鏈也只是2.5nm寬。這樣看來構(gòu)造“納米”級的材料似乎是不可能的。但科學(xué)家和工程師通過使用電子束光刻技術(shù)等尖端技術(shù)，已經(jīng)成功地創(chuàng)造出壁厚只有1nm的碳納米管。
當大的粒子變小時，其表面積在不斷增加。這些碳納米管具有比地球上其它任何材料都高的比強度，可以拉伸超過厚度的一百萬倍。碳納米管的質(zhì)量之輕和強度之高，使它們可以嵌入到其他金屬、混凝土、木材和玻璃等建筑材料中來增加材料密度和抗拉強度。工程師們甚至嘗試在建筑材料加入納米傳感器，這樣可以在材料破裂和開裂之前監(jiān)測出來。
三、透明鋁材
透明鋁材可以需要更小的內(nèi)部支撐來建造高聳的玻璃幕墻摩天大樓。
幾十年來，化學(xué)工程師夢寐以求地開發(fā)一種結(jié)合了金屬的強度和耐久性的與玻璃般透亮的材料。
這種“透明金屬”可以以很小的內(nèi)部支撐來建造高聳的玻璃幕墻摩天大樓。軍事建筑可以安裝這種薄而透明的金屬窗戶經(jīng)受起最高級的炮火攻擊。而早在1980年代，科學(xué)家們就開始試驗一種由鋁、氧和氮混合粉所形成的新型陶瓷。陶瓷經(jīng)過熱處理和冷卻過程得到硬度很高的晶體材料。他們將混合鋁粉置于巨大的壓力之下，在2000℃(3632F)高溫加熱數(shù)天，最后拋光生產(chǎn)出透明如玻璃一般又兼具鋁的強度的新材料。這種被認為是透明鋁材或者ALON的太空材料已經(jīng)用于軍隊生產(chǎn)裝甲窗戶和光學(xué)透鏡。
四、透水混凝土
較大顆粒和缺砂透水瀝青產(chǎn)生很多相互聯(lián)通的空隙，允許水通過地表，可以減少雨水徑流。
當暴風雨襲來，會有成片的雨水落下來，澆落到馬路、便道和停車場上，沖刷起大地表面的碎屑和污染物，把汽油這些潛在危險化學(xué)品直接沖到下水道和溪流中。美國環(huán)境保護署(EPA)已經(jīng)確認城市地區(qū)的雨水徑流是水質(zhì)污染主要來源。
從雨水中過濾有毒物質(zhì)，是一個既自然又有效的解決方法。土壤是一個巨大的過濾器，濾掉金屬和其他無機物質(zhì)。隨著雨水的向下滲透穿過土壤層，微生物和植物根系吸收了過量的化學(xué)物質(zhì)。
了解這點后，工程師們創(chuàng)造出了一種新型的透水混凝土，它可以使雨水透過道路進入土壤，讓大自然做它的過濾工作。
透水混凝土由較大顆粒的巖石和沙子組成，使道路中有15%至35%的開放空隙。透水混凝土的石板鋪設(shè)在礫石或其他多孔基材之上，這樣雨水會流入下面的土壤中。透水混凝土是停車場上瀝青的一個很好替代品，它不僅可以顯著減少徑流，其淺顏色色調(diào)還可以反射陽光，在夏天保持涼爽。
放在櫻花上的氣凝膠碳海綿，它比氦氣還輕，卻可以吸收自重250～900倍的油。
如果米開朗基羅著名的大理石雕像大衛(wèi)是由氣凝膠構(gòu)成的話，它將只有4磅(2公斤)!氣凝膠是地球上最低密度的物質(zhì)之一，是一種泡沫狀固體材料，盡管幾乎輕如空氣確保有固定形狀。有的氣凝膠的密度只有空氣的3倍，但通常氣凝膠是空氣的15倍重。
你可能會認為凝膠是如發(fā)膠一般濕濕的物質(zhì)。實際上氣凝膠是通過排除凝膠中的液體制得的。除去90%到99%的空氣以外，剩下的只是二氧化硅結(jié)構(gòu)。氣凝膠幾乎沒有重量，但是可以拉長成薄片氣凝膠織物。在建設(shè)項目中，氣凝膠織物具有“超強隔熱”的特性，其多孔結(jié)構(gòu)使熱量很難通過。測試表明氣凝膠織物的隔熱能力是傳統(tǒng)玻璃纖維或泡沫絕緣材料的2到4倍。一旦價格適中，它就可以廣泛應(yīng)用于建筑。
六、溫控反映瓷磚
由于桌子具有溫度控制表面，當熱的東西放在桌子上面時，桌面就會變色。
而如今，一家名為移動顏色(MovingColor)的公司生產(chǎn)著一種玻璃裝飾瓷磚，瓷磚表面涂覆著一種熱致變色染料，可以像“活著”一般隨表面溫度發(fā)生變化。在室溫下，瓷磚是一個光滑的黑色，但當你接觸到瓷磚或者有光直射或溫水接觸時，瓷磚顏色就像北極光一樣轉(zhuǎn)變成彩虹般的藍色、綠色和粉紅色。
七、機器人群體建筑
2014年在芝加哥美國科學(xué)促進會的會議上哈佛大學(xué)人工智能學(xué)術(shù)研究員KirstinPetersen演示了受白蟻啟發(fā)而開發(fā)的機器人。
自然界最巧妙的建筑者之一是不起眼的白蟻。它用只有沙子一般大小的大腦，與成千上萬的“同胞們”一起工作建立起龐大復(fù)雜的泥巴結(jié)構(gòu)。白蟻現(xiàn)象引起了哈佛大學(xué)機器人研究人員的注意，因為這種昆蟲并不是聽取來自蟻穴中央的命令，每個白蟻只是根據(jù)基因程序規(guī)定的行為工作。這一群專一的個體在一起創(chuàng)造出了不朽的“泥塑”作品。
受白蟻啟發(fā)，哈佛大學(xué)自組織系統(tǒng)研究小組的研究人員組建了小型建筑機器人群體進行工作。四輪機器人可以在空地上通過搬磚、爬墻和鋪磚砌出磚墻。它們有傳感器來檢測其他機器人的存在并按規(guī)則彼此互不干擾地工作。就像白蟻一般，沒有人“控制”它們，但它們按照程序齊心協(xié)力把設(shè)計變成現(xiàn)實。
想象一下這樣的應(yīng)用場景：成群的機器人沿著淹沒海岸線建造堤壩墻;成千上萬的微型機器人在火星上建造空間站，或者深海海底天然氣管道被海里成群游蕩的機器人組裝完成。
八、智能公路
一家新西蘭公司已經(jīng)建成一個大型“能源墊”，可以給停著的電動車無線充電。下一步就是將無線充電技術(shù)嵌入到實際路面里，這樣電動汽車可以在行進中充電，而不會再需要充電站!
其他有趣的想法也可能在將來實現(xiàn)，比如路面吸收陽光發(fā)電，或者把壓電材料嵌入道路，捕捉過往車輛的振動能，并將其轉(zhuǎn)換為可用的能源。
九、二氧化碳建筑
由發(fā)電廠和機動車排放出的二氧化碳是人造溫室氣體的最大來源。每年，我們約有300億公噸的二氧化碳排到大氣中。目前，一組麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員已經(jīng)成功地利用轉(zhuǎn)基因酵母將二氧化碳氣體轉(zhuǎn)化為了固體碳基建筑材料。
像哈佛大學(xué)的“白蟻”團隊一樣，麻省理工學(xué)院的研究人員用滿滿一燒杯的轉(zhuǎn)基因酵母就可以利用只有1磅(0.5公斤)的二氧化碳產(chǎn)生出2磅(1公斤)的固體碳酸鹽。想象它們能利用300億噸的二氧化碳生產(chǎn)出多少碳磚。
十、3D打印房屋
3D打印房屋終于變成了現(xiàn)實。
最近，一家荷蘭建筑公司已經(jīng)啟動了一項雄心勃勃的公共藝術(shù)項目來建造一幢3D打印的房子。但首先他們必須建立起一個世界上最大的3D打印機，稱為Kamermaker或“房屋制造者”。Kamermaker使用塑料為原料，可以打印出像樂高積木一樣的大塑料組件，之后將其組裝成大房子的各個房間。再一次像樂高積木一樣，把各房間固定在一起，加上打印成型的外部設(shè)計使房屋看起來像傳統(tǒng)的荷蘭式傍水小宅。
而在更早些時候，國內(nèi)一家企業(yè)已經(jīng)早就開始使用3D打印機建造房屋了。十大建筑創(chuàng)新技術(shù)，正在逐漸成為現(xiàn)實。
