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摘要：建筑師的奇思妙想，推動著建筑幕墻技術不斷地創新，也帶動了相關材料的進步。而新材料的不斷涌現，也促進了幕墻技術的創新和發展，彼此相輔相成。智慧型城市建設作為當前城市的發展方向，必然推動建筑的智能化，也同時推動了生態智能建筑幕墻的發展。
關鍵詞：建筑幕墻 新材料 新技術 發展趨勢
前言：建筑自誕生之日起，就以某種特定的形式呈現在人類的面前。在構成建筑的諸多要素中，建筑表皮給人的印象最為直接和深刻。建筑表皮是包裹著建筑內部使用空間的物質元素，是分隔室內外的介質，也是塑造建筑表情和風格的關鍵。建筑表皮的具體做法和最終形式反映了不同時期、不同地域、不同國家、不同文化下的建筑水平和審美傾向。在當代建筑設計中，建筑表皮材料種類繁多，組合方式多種多樣，尤其是現代科學技術的發展，導致建筑材料的使用方法越來越巧妙，一些傳統的建筑表皮材料也獲得了新生，從而創造出前所未有的建筑形式。
建筑幕墻是建筑外圍護表皮的形式之一。建筑幕墻從20世紀70年代末期進入我國，迄今為止已經有30多年的歷史。在這短暫的30多年里，中國發展成了世界第一幕墻生產大國和使用大國，幕墻的年產量和總擁有量均為世界之最，在幕墻產品的質量和檔次上也有了很大的提升，幕墻技術也有了極大的提高，建筑幕墻近些年來在我國的發展形勢有目共睹。
建筑幕墻按照其面板材料可分為：玻璃幕墻、金屬板幕墻（詞條“金屬板幕墻”由行業大百科提供）、石材幕墻和人造板幕墻等。
用金屬板材作為建筑外表皮是當代建筑的一個重要特點。利用金屬材料平滑、冷峻的質地，建筑師們打造出一個個具有未來派風格的建筑。金屬板材的種類比較多，如鋁板、不銹鋼板、銅片、鈦鋅板等。另外，不同的加工方法也會讓同樣的材料呈現出不同的效果，如整片的鋁板和穿孔鋁板的效果就截然不同。美國著名建筑師弗蘭克·蓋里在西班牙的古根海姆藝術博物館的表皮上覆蓋了銀光閃閃的鈦合金板（詞條“鈦合金板”由行業大百科提供）;紐約洛杉磯的迪斯尼音樂廳的表皮則是銀色的不銹鋼板。
石材是建筑最早使用的材料之一，具有相對良好的耐久性能。世界上許多古老的建筑都是以石材作為主要的建筑材料，石材在當今的建筑環境中依然被普遍使用。天然石材結構均勻，質地堅硬，耐磨損，顏色美觀，外觀色澤可保持百年以上。正因其具有得天獨厚的物理特性加上它美麗的花紋，使得它成為建筑的上好材料，是眾多建筑師和開發商比較喜歡使用的裝飾材料。除通常采用的花崗巖、大理石，洞石、砂巖、火山石等天然石材外，越來越多的人造板材也應用在建筑外墻上。譬如陶板、瓷板、微晶石板等。
建筑設計的需求促進幕墻技術的進步，也帶動了幕墻面板材料的研制和開發，新型材料的出現也進而推動了建筑幕墻的發展和創新。位于廣州天河區珠江新城CBD中心地段的廣州東塔——周大福金融中心正是由于建筑師的大膽設想，使得我國傳統冰紋工藝的釉面陶板有了技術上的突破，并被首次應用在530米高的建筑外墻上，成為目前全球最高的陶板項目。
不同種類的幕墻，因使用場合的不同有著不同的功能。建筑玻璃幕墻作為建筑的外圍護結構之一，起到遮風擋雨、保溫隔熱、隔聲降噪的功能。它不僅體現建筑學、美學、結構設計的最佳結合，而且把玻璃的多種功能也完美體現出來。隨著科學技術的發展，高層、超高層建筑不斷涌現，為了減輕主體結構的荷載，建筑幕墻成為建筑外圍護結構的首選。
一、 玻璃幕墻材料的應用現狀
由于建筑效果和采光（詞條“采光”由行業大百科提供）的要求，玻璃幕墻無疑是在建筑外表皮中應用最多的形式。而通常對玻璃的運用，是發揮其澄凈、透明的特點，將室外的景物一覽無遺，創造室內外的交流的外圍護體系。隨著工業技術的發展，現在的玻璃可以是透明的，也可以是半透明或不透明的。而且，新技術、優良的絕緣性能和荷載潛力已經改變了我們對玻璃的認知。借助于科學技術的發展和設計師的巧妙構思，玻璃由傳統的窗戶和幕墻轉變為風姿綽約、千變萬化的建筑外表皮，在發揮其建筑外圍護功能的同時表現其瑰麗的裝飾效果。
建筑幕墻同傳統的墻體相比較，重量減輕了很多，但是能耗非常大，因此建筑的窗戶和幕墻仍是建筑圍護結構節能最薄弱的環節。在我國的能耗結構中，建筑能耗占到總能耗的40%以上，而通過門窗流失的能耗占到了建筑能耗的51%，我國目前已將節能門窗納入節能減排戰略，制定節能門窗的標準，中空玻璃間隔條（詞條“中空玻璃間隔條”由行業大百科提供）的作用至關重要。隨著節能要求的提高，越來越多的節能材料和技術將應用在建筑外表皮上。
1.1中空玻璃的應用
在中空玻璃出現之前，房屋多使用雙層窗，后來又采用雙層玻璃，直到1865年美國人發明了中空玻璃。隨著技術的進步而不斷改進，目前的中空玻璃是用兩片(或三片)玻璃，使用高強度高氣密性復合粘結劑（詞條“粘結劑”由行業大百科提供），將玻璃片與內含干燥劑的鋁合金框架粘結，制成的高效能隔音隔熱玻璃。中空玻璃因兩層玻璃之間有一個空腔，減少了熱的傳導，起到了保溫作用，因此也叫保溫玻璃（詞條“保溫玻璃”由行業大百科提供），是一種良好的隔熱、隔聲、美觀適用、并可降低建筑物自重的建筑材料，中空玻璃多種性能優越于普通雙層玻璃而一直被采用。中空玻璃要減少氣體傳熱，還可用大分子量的氣體(如惰性氣體：氬、氪、氙)來代替空氣，以提高保溫隔熱性能。
1.2Low-E玻璃的應用
Low-E是英文Low Emissivity的簡稱，為低輻射（詞條“輻射”由行業大百科提供）鍍膜玻璃，是相對熱反射玻璃而言的一種節能玻璃。
隨著對建筑物性能要求的不斷提高，人們在選擇建筑物的玻璃門窗時，除了考慮其美學和外觀特征外，更注重其熱量控制、制冷成本和內部陽光投射舒適平衡等問題。這就使得鍍膜玻璃家族中的新貴——Low-E玻璃脫穎而出，成為人們關注的焦點。
Low-E具有優異的熱性能。外門窗玻璃的熱損失（詞條“熱損失”由行業大百科提供）是建筑物能耗的主要部分，占建筑物能耗的50%以上。有關研究資料表明，玻璃內表面的傳熱以輻射為主，占58%，這意味著要從改變玻璃的性能來減少熱能的損失，最有效的方法是抑制其內表面的輻射。普通浮法玻璃的輻射率高達0.84，離線單銀Low-E玻璃的E值可以達到0.06，這種低輻射膜系對遠紅外熱輻射的反射率很高，能將80%以上的遠紅外熱輻射反射回去，從而避免了由于自身溫度提高產生的二次熱傳遞，所以Low-E玻璃具有很低的傳熱系數，具有良好的阻隔熱輻射透過的作用。用Low-E玻璃制造建筑物門窗，夏季可大大降低因輻射而造成的室外熱能向室內的傳遞，冬季也可以減少室內熱量項室外傳遞而增加制暖能耗，達到理想的節能效果。
Low-E玻璃目前分兩種：在線Low-E玻璃和離線Low-E玻璃。在線LOW-E玻璃品種單一，離線Low-E玻璃品種多樣，根據不同氣候特點可以制作高、中、低多種透過率產品，并且顏色上有銀灰、淺灰、淺藍和無色透明等，用著色玻璃（詞條“著色玻璃”由行業大百科提供）還可制作綠色等其他多種顏色。
Low-E玻璃又分為單銀Low-E玻璃、雙銀Low-E玻璃和三銀Low-E玻璃。任何鍍膜玻璃在限制太陽熱輻射透過的同時都會不同程度地限制可見光的透過。雙銀Low-E玻璃比單銀Low-E玻璃能夠阻擋更多的太陽熱輻射熱能。換句話說，在透光率相同情況下，雙銀Low-E具有更低的遮陽系數Sc（詞條“遮陽系數Sc”由行業大百科提供），能更大限度地將太陽光過濾成冷光源。
雙銀Low-E玻璃傳熱系數較單銀Low-E更低，能進一步提高外窗的保溫性能，真正達到冬暖夏涼。簡單來說，由于雙銀Low-E玻璃大大減少了室內外環境透過玻璃進行的熱量交換，因此當空調進行制暖或者制冷時，在室內溫度達到了設定溫度后，空調就能夠更長時間的處于待機狀態，從而節省耗電量。
圖1-中空玻璃太陽能透過量分配
目前在建筑幕墻上普遍采用的均是Low-E中空玻璃。雖然鋁間隔條的應用使中空玻璃的現代生產成為可能，但其也具有一個不可回避的缺點，那就是隔熱性能不好，間隔條隔熱性能差是中空玻璃失效和內表面結露或者霉變的一個重要的原因。因為鋁間隔條的導熱性能強，使中空玻璃內表面溫度低于中空玻璃中央部分的溫度，這樣不僅造成了屋內夏天的冷負荷增大，冬天的熱損失增大，而且會在窗前形成小范圍的空氣對流，降低室內的舒適度，在嚴重的時候會形成玻璃內表面結露，而長時間的結露會造成中空玻璃失效。
1.3 呼吸式幕墻
呼吸式幕墻由內外兩層玻璃幕墻組成，與傳統幕墻相比，它的最大特點是由內外兩層幕墻之間形成一個通風換氣層，由于此換氣層中空氣的流通或循環的作用，使內層幕墻的溫度接近室內溫度，減小溫差，因而它比傳統的幕墻采暖時節約能源42%-52%;制冷時節約能源38%-60%。另外，由于雙層幕墻的使用，整個幕墻的隔音效果得到了很大的提高。呼吸式幕墻分為外循環式和內循環式兩種，目前國內應用較多的是外循環式幕墻。
我國第一座超低能耗示范樓于2005年在清華大學落成并對社會開放。該樓位于清華校園東區，其南立面即采用了雙層呼吸式幕墻，而且內層幕墻采用了真空玻璃復合中空結構的高性能玻璃幕墻。冬季晚上的耗熱比單片白玻璃減少了83%，比普通中空玻璃減少了70%c，比離線Low-E中空玻璃減少了37%。由此可見高性能真空玻璃熱工性能之優異，節能效果之明顯。
圖2-北京清華大學超低能耗示范樓
圖3-呼吸式幕墻工作原理
二、新技術在玻璃幕墻上的應用
2.1 中空玻璃暖邊技術
從2015年開始部分地區全面執行居住建筑節能75%、公共建筑節能65%的設計標準。從節能角度來講，整個建筑的能量損失中約50%是從門窗上損失，對于整幢建筑來說，門窗的面積占建筑面積的比例超過20%，玻璃在門窗中約占70%以上，因此，增強門窗的保溫隔熱性能，減少門窗的能耗， 是改善室內熱環境和提高建筑節能的重要環節，而其中通過玻璃減少的能量損失越來越被重視。因此要減少建筑門窗的能耗，開發新型的中空玻璃邊部間隔密封材料（詞條“密封材料”由行業大百科提供）是關鍵，間隔系統的性能直接決定中空玻璃的節能和使用壽命。
為了解決中空玻璃邊部的熱損失問題，暖邊間隔條應運而生。所謂暖邊，簡而言之就是暖邊間隔條使中空玻璃里面形成了斷橋。暖邊中空玻璃是相對于傳統鋁間隔條中空玻璃而言。在ISO10077中有明確的定義叫熱改進間隔條，標準中規定導熱因子 ∑(d×λ)<0.007 W/K。通常來說，采用非金屬材料或非金屬與薄的金屬復合而成的間隔條，基本能夠滿足標準的規定，因此可以稱為暖邊中空玻璃間隔條;而鋁合金間隔系統的計算結果是0.1120W/K，遠遠大于0.007 W/K，所以定義為冷邊系統。
暖邊技術看得見的優勢就是防結露，相對于傳統的鋁合金間隔條的中空玻璃，采用暖邊間隔條的中空玻璃有更好的防結露和保溫隔熱功能。目前普遍應用的中空玻璃暖邊系統基本有兩種：一種為低導熱系數的金屬框與密封膠組成的剛性間隔，如泰諾風的GTI不銹鋼暖邊間隔條系統;另一類是以高分子材料為主制成的非剛性間隔條，如熱塑性隔條密封系統(TPS)。
結露不僅發生在嚴寒地區。結露的原理是：濕度、飽和、露點。滿足了這三點要素，在南方地區同樣會出現結露的現象。譬如2017年冬季江浙滬地區出現的極端低溫，很多住宅的窗戶都出現了結露現象。
圖4-普通中空玻璃結露現象
防止玻璃邊緣結露的有效的手段就是提高玻璃內表面溫度。在建筑節能設計中，最初采用的是普通中空玻璃，其后是Low-E中空玻璃，現在則是暖邊技術。較高檔的建筑玻璃構件（詞條“構件”由行業大百科提供）都采用了Low-E中空玻璃內充惰性氣體并配上暖邊技術的方法提高熱工性能，這在發達國家很普遍，但是在國內推廣難度比較大，主要原因是造價問題。
對中空玻璃而言，暖邊技術已成為一個工業詞匯。在經歷了幾十年的發展之后，中空玻璃的結構都基本相似，但隨著材料科學的發展，玻璃的物理化學性能得到很大的改進，鍍膜玻璃以及各種高分子材料的組合應用，使得中空玻璃的隔熱性能有了很大的提高，能滿足各種不同場合的需要。發達國家都能根據具體的使用要求設計出各種類型的中空玻璃，并不斷開發出暖邊間隔物的新品種。我國建設部也已把中空玻璃列為推廣應用的建材節能產品之一，這使我國中空玻璃的研制和生產面臨著良好的發展機遇。
中空玻璃的隔熱能力主要來自密封著的空氣層，在溫度為20時，空氣的導熱系數為0.026W/ m•K，而普通透明玻璃板的導熱系數為0.76W/ m•K。在中空玻璃的邊部，由于密封系統與玻璃板緊密接觸，所以是多層平壁之間的傳導傳熱。間隔條材質的導熱系數對熱阻（詞條“熱阻”由行業大百科提供）的影響極大，最初使用的鋁質隔條導熱系數大，熱阻小。純鋁的導熱系數為202W/m•K，鋁合金的導熱系數一般也在130~ 150W/m•K。所以，邊部的熱阻遠遠小于中間部分。
采用導熱系數較低的材料替代傳統的鋁質間隔條，能使內層玻璃周邊溫度比過去高，避免內層玻璃邊緣處的結露。由于不銹鋼的導熱系數大大低于鋁，用不銹鋼材料替代鋁質間隔條，它們的導熱系數之比為1:11，所以，可改善中空玻璃邊部熱阻過小的狀況。泰諾風公司的TGI暖邊間隔條就是鋁間隔條的替代產品，由高強度聚丙烯(PP)與不銹鋼薄層(SS)采用熱塑擠壓工藝共擠而成。
鋁間隔條和不銹鋼間隔條均屬于以低導熱系數的金屬框與密封膠組成的剛性間隔，還有一種是以高分子材料為主制成的非剛性間隔條。由于高分子材料導熱系數小，所以采用熱固性（詞條“熱固性”由行業大百科提供）材料做間隔條得到很大發展。
熱塑性間隔條TPS是一種新型的中空玻璃暖邊系統，它是以特殊丁基膠為輔料，填入分子篩（詞條“分子篩”由行業大百科提供）的熱塑性隔條，可以完美取代傳統中空鋁條。TPS是一項非常成熟的產品，也是目前全世界節能效果最好的中空玻璃暖變系統。熱塑性暖邊間隔條熱傳導值只有0.168W/㎡•K，是鋁間隔條的1/950，是不銹鋼間隔條的1/85。用熱塑性暖邊間隔條制作的中空玻璃與槽鋁式中空玻璃相比，其邊緣溫度較高，大大提高了中空玻璃的抗冷凝性，是目前最先進的綠色節能中空玻璃系統。
2.2 真空玻璃的應用
真空玻璃是將兩片平板玻璃四周密閉起來，將其間隙抽成真空并將排氣孔密封，兩片玻璃之間的間隙為0.1-0.2mm，真空玻璃的兩片玻璃一般至少有一片是低輻射玻璃，這樣就將通過真空玻璃的傳導、對流和輻射方式散失的熱降到最低。真空玻璃還有一個更好的功能就是隔音，由于真空層無法傳導噪音，所以真空玻璃可以隔絕百分之九十的噪音。
標準真空玻璃(4+0.3V+4mm)的K值為0.48 W/㎡•K，比中空玻璃低得多，而且還兼有下列優點：
1)由于熱阻高，防結露結霜性能更好。
2)由于間隔是真空，因而隔聲性能好，不存在中空玻璃結霧結露問題，不存在中空玻璃運到高原低氣壓地區的脹裂問題。
3)由于兩片玻璃形成剛性連結，抗風壓（詞條“風壓”由行業大百科提供）強度高于同等厚度玻璃構成的中空玻璃。比如，4mm玻璃構成的真空玻璃，抗風壓強度高于8mm厚玻璃，是兩片4mm 玻璃構成的中空玻璃的1.5倍以上。
《公共建筑節能設計標準》GB50189-2015的頒布實施引起了業內的普遍關注，建筑節能新標準對節能玻璃的應用提出了明確要求。人們希望公共建筑更加通透明亮，建筑立面更加美觀、形態更為豐富，窗墻面積比越來越大。如果整幢建筑都采用透明幕墻（詞條“透明幕墻”由行業大百科提供）的話，就需要采用高性能的節能幕墻。真空玻璃幕墻或者雙層真空玻璃幕墻就是既能夠達到節能標準，又能滿足通透明亮的高性能節能玻璃幕墻。
坐落于北京市東城區東直門立交橋東北角的天恒大廈是世界首座整棟真空玻璃高節能甲級寫字樓，總建筑面積57238萬平方米，地下4層，地上22層，大樓采用半隱框真空玻璃幕墻，7000平方米，采用真空玻璃鋁合金斷熱窗2500多平方米。
該樓真空玻璃采用真空組合中空的結構，經國家建筑工程質量檢驗中心檢測，其傳熱系數K=1.2W/㎡K，達到和超過國標保溫窗最高級10級標準;該真空玻璃的計權隔聲量Rw=36分貝，達到國標隔聲4級的標準。大廈整體運用真空玻璃，單項成本僅提高10%-15%。
2.3 多功能幕墻
除了節能產品的應用以外，各種新型材料也已幕墻為載體，應用在建筑上。為建筑增添了新的功能。
2.3.1光伏幕墻：光伏建筑一體化(BIPV)技術即將太陽能發電(光伏)產品集成到建筑上的技術。BIPV即Building Integrated Photovoltaic，其不但具有外圍護結構的功能，同時又能產生電能供建筑使用。將光伏電池元器件(如單晶硅或多晶硅（詞條“多晶硅”由行業大百科提供）)嵌入兩塊玻璃和透明度高的樹脂中制作成幕墻玻璃板塊，實際上就是太陽能光伏幕墻玻璃。光伏幕墻充分體現了建筑的節能化與人性化特點。
目前，中國最大的太陽能
光電系統安裝在無錫尚能研發樓及康樂中心
光伏玻璃幕墻上。總面積23235㎡，它是集發電、隔音、隔熱、安全、裝飾功能于一體的新型建筑幕墻，代表著國際上建筑光伏一體化的最新發展方向。
圖5-北京天恒大廈
圖6-無錫尚能研發樓光伏幕墻
2.3.2 LED（詞條“LED”由行業大百科提供）媒體幕墻現代化都市社會中， LED媒體幕墻已經成為城市藝術的重要展現窗口，它們每天都在展示著城市的各種藝術與廣告信息，并為現代城市創建了科學與藝術結合的新型城市景觀。
LED媒體幕墻是一種基于LED材料顯示技術、多媒體技術和外墻形象的藝術設計創意視角，加上聲音和圖像等設計元素，構成一個新的幕墻藝術形式。它們的大多數表現形式是通過玻璃幕墻LED顯示屏等動態屏幕，顯示動態的視頻及圖片內容，帶給人們與以往不同的體驗。近年來，隨著世界經濟的提高，城市的發展，現代城市中媒體幕墻藝術形式越來越受到市民歡迎。越來越多的先進多媒體設備和先進技術出現，通過LED媒體建筑幕墻轉化為美化城市環境、提高城市藝術氛圍、塑造城市空間藝術的工具，給人們帶來了一種新穎的視覺形式。比如上海浦東震旦大廈、花旗銀行的矩形LED屏幕不僅給人們帶來視覺享受，同時也產生了巨大的經濟收益。
圖7-上海浦東震旦大廈、花旗銀行LED
由澳大利亞COX建筑設計事務所作為外方設計公司，并由Philip Cox本人擔當主設計師的長春國際金融中心項目，創造性地提出了文化建筑的概念，在主樓立面幕墻上，利用LED將書法家舒同的書法作品展示在建筑立面上，實現了文化與建筑的有機結合。
該項目由于窗墻比較大，玻璃幕墻的傳熱系數限值為1.8W/㎡•K。玻璃幕墻構造設計中采用22mmPA66GF25隔熱條、夾膠中空玻璃并采用暖邊中空玻璃間隔條，玻璃幕墻整體傳熱系數達到1.78W/㎡•K，滿足了規范要求。
三、金屬與石材幕墻的新技術應用
3.1 傳統制造工藝的應用
相對于玻璃幕墻，金屬幕墻和石材幕墻屬于偏裝飾性的幕墻。幕墻的設計與應用也主要側重于裝飾效果，主要是面板材料顏色、花紋、肌理的評判。在金屬板幕墻的應用上，主要有鋁單板、鋁復合板、鋁蜂窩板（詞條“鋁蜂窩板”由行業大百科提供）、不銹鋼板、搪瓷板等。除此之外，還有各種仿天然石材飾面的鋁板，如仿石材鋁板、三維板、幻彩鋁板以及鋅合金板的應用;石材幕墻除天然石材板的應用外，出現了很多人造板材。如陶板、瓷板、微晶石、千思板、超薄石材蜂窩板、混凝土薄板等。而一些傳統的陶瓷工藝經過創新研發，也應用在建筑幕墻上。
圖8-長春國際金融中心
廣州東塔——周大福金融中心，位于廣州珠江新城的高度530米，全球第五高樓，其幕墻豎向裝飾框采用波浪紋白色開片釉陶板，應用傳統的哥窯陶瓷開片工藝——將俗稱“金絲鐵線”的哥釉瓷細致、精美的冰裂紋的獨特效果完美地展示在建筑上，是迄今為止全球最高的陶板幕墻項目，也是中國陶瓷工藝與建筑藝術完美結合的典范。
圖9-廣州周大福金融中心釉面陶板
圖10-鄂爾多斯體育中心建筑菱形混凝土板。
隨著材料技術的不斷發展，會有更多的新材料出現，并應用在建筑幕墻上。外形相似的建筑幕墻裝飾構件，若采用不同的材料制作，則會呈現出不同的裝飾效果。
圖11-上海招商銀行總部——鋁合金型材豎框
圖12-南京招商銀行總部——鋁單板（詞條“單板”由行業大百科提供）裝飾框
圖13-廣州周大福金融中心——冰裂紋釉面陶板
3.2 鋁蜂窩板復合技術的應用
在既有建筑的翻修改造中，常常會有對外立面效果整新如舊的要求，即要保持原有建筑石材的飾面效果，這就需要將原來建筑上的石材拆下后依然用在建筑上。由于原有石材的數量有限，拆除后石材可能也無法滿足改造所需的石材用量，新開采的石材又與原有石材的顏色、品質無法匹配。
利用鋁蜂窩板復合技術，將舊樓的石材拆下后切割成6mm的薄片，與鋁蜂窩板復合加工成超薄石材蜂窩板后，再采用干掛石材幕墻方式安裝在建筑上。這樣，可以有效利用原有石材作為裝飾面板，使建筑外觀依然保持原有建筑的石材效果和年代感，同時，由于石材蜂窩板較薄較輕，而且強度較高，既減輕了建筑荷載又保證了石材改造復裝后的安全性，利用成熟的鋁蜂窩板技術，讓老建筑舊貌換新顏。
3.3 透光混凝土掛板的應用
透光混凝土的出現給國內的建筑提供了一種新的材料。2010年世博會意大利館采用了透光混凝土技術，引起了國內對透光混凝土的關注。
透光混凝土是將傳統混凝土和光導纖維結合制備出的具有一定透光性能的透光混凝土。可以利用各種成分的比例變化達到不同透明度的漸變。白天自然光可透過透明混凝土和玻璃外墻射入室內,從而減少對電燈的需求,達到節能的目的,而到晚上，建筑內部的燈光半透到室外，墻面上能夠映出人的活動狀態，看上去很像皮影戲，形成夢幻般的效果。
圖14-上海世博會意大利館白晝
圖15-上海世博會意大利館夜晚
目前國內已經有企業實現了透光混凝土板的量產。透光混凝土板可以像石材面板一樣采用干掛的形式安裝——混凝土板幕墻。
圖16-干掛透光混凝土板
四、建筑幕墻的發展趨勢——智慧幕墻
隨著我國經濟的快速發展和人們審美理念、生活需求的不斷變化，超高層建筑的大量增加，建筑幕墻行業必然會在興旺發展的同時有新的變化和發展。節能環保理念作為當前的重點，也是政府和社會廣泛宣傳和推廣的熱點之一，智慧型城市建設作為當前城市發展方向，必然推動建筑的智能化。因此綠色低碳、節能環保型將成為未來建筑幕墻的發展趨勢。其實在建筑幕墻行業，很早就有了關于節能的構想和實施。目前階段，建筑幕墻已經成功實現對太陽能的利用，將太陽光轉向照明技術和光電幕墻技術。
4.1 垂直景觀-生態綠植幕墻。
智慧型建筑的另一重要特征是垂直景觀。垂直景觀就是高層建筑的綠化，把植物或其他有生命元素引入高層建筑中，或在地面層引入景觀，如此處理可以在高層建筑中改善微氣候。綠色植物可以吸收二氧化碳和一氧化碳，通過光合作用產生氧氣，為使用者提供舒適的環境與新鮮的空氣。垂直景觀主要是通過對空中庭園的綠化，伴隨著風的作用，共同改善室內環境。
由Ateliers Jean Nouvel和PTW Architects共同合作完成的One Central Park中央花園堪稱悉尼新的“世界之最”，并奪得世界高層都市建筑學會的“全球最佳高層建筑”頭銜。悉尼中央公園由兩棟住宅塔樓及一座商業中心構成，整棟建筑由Patrick Blanc設計的綠墻及綠色幕墻包圍。作為全澳洲最大的綠色幕墻項目，植物設計經過反復多次不同程序的技術性測試來確保設計的成功，對幕墻進行風速及日照分析來確保植物的可持續性。中央花園提供了一個與自然世界和諧并存的生活新途徑。250多種澳洲植物和花卉種植和攀爬在大樓上，從底層到最頂層，讓整棟大樓變成為一個空中花園。
事實上，這樣的具備“智慧”的
生態建筑已經在中國出現。深圳智慧廣場就實現了“地下-地面-空中屋頂”這樣的四重立體綠化，尤其是每一層樓宇都有800平方米以上的空中花園，從而第一次將景觀與建筑、人并列成商務空間的主角，“生態辦公”理念首次在深圳得以實現，在中國商務樓宇設計中也絕無僅有。
圖17-悉尼Central Park大廈
在建筑外立面上，深圳智慧廣場采用綠化結合Low-E中空玻璃的幕墻，通透采光、隔熱隔音，兼具環保功能;其陽光屋頂采用納米中空材料制作成透明罩，具有采光隔溫、過濾紫外線的效果。
上海世博園主題館——世界最大生態綠墻。上海世博園主題館東西立面設置垂直生態綠化墻面，被稱為“金枝玉葉”：金屬結構、金屬種植面板、種植土、綠化植物和滴灌系統，共同組成的垂直綠化近6000平方米，是國內最大面積的單體垂直生態墻，年吸收二氧化碳4噸。金屬質感的墻體與碧如翠玉的綠草相互映襯，漸變的圖案呈現出焰火般絢麗的視覺效果。
東西立面設置的垂直生態綠化墻面達5000平方米，為目前世界最大的待建生態墻(日本愛知世博會生態墻面積約2500平方米)。利用綠化隔熱外墻在夏季阻隔輻射，并使外墻表面附近的空氣溫度降低，降低傳導;在冬季既不影響墻面得到太陽輻射熱，同時形成保溫層，使風速降低，延長外墻的使用壽命。
圖18-上海世博園主題館綠植幕墻
4.2 智能幕墻
智能幕墻主要指的是幕墻以一種動態的形式根據外界氣候的變化而隨之變化，進而自動調節遮陽、室內溫度、通風情況等。
當前國際上流行的新世紀建筑三大原則：“開放與交流、舒適與自然、環保與節能”。以“高貴的理想主義”的思維，沖破傳統觀念的羈絆，從而使建筑幕墻不僅滿足建筑美學和建筑功能的要求，更應體現出“舒適與自然、環保與節能”的設計精髓，使建筑幕墻成為高技術含量的智能型產品。
4.2.1智能遮陽百葉
不同于傳統的老式遮陽系統，智能遮陽系統通常是由遮陽百葉(簾)、電機及控制系統組成。控制系統軟件是智能遮陽控制系統的一個組成部分，與控制系統硬件配套使用，根據周圍自然條件的變化，通過系統控制，自動調整百葉角度或作整體升降，完成對遮陽百葉的智能控制功能，既阻斷輻射熱、減少陽光直射、避免產生眩光，又充分利用自然光，節約能源。
智能遮陽系統，根據其自身特點，可分為人工電動控制及感應智能控制。人工電動控制可以根據一天內太陽光的照射角度及強弱對遮陽系統人為地進行角度的調節。而感應智能控制則是通過探頭對太陽照射高度位置、方向及太陽光強弱的感應來自動調節遮陽板的方向、角度、位置、面積大小等，以達到遮陽的目的。這種遮陽系統對用于屋面采光系統的遮陽具有特別好的效果。
圖19 電動外遮陽百葉
與遮陽卷簾相比，智能遮陽百葉有其獨到的特點。
1) 根據人們對室內光線的需求量，遮陽百葉可以光控、風控、通過變換角度來調整進光量;
2) 可置于雙層幕墻或兩層玻璃之間，形成“可呼吸外表皮”，冬暖夏涼;
3) 遮陽百葉還可以解決私密性和防盜問題。
結合卷簾的做法，使百葉自由收放。需要時散開百葉，不需要時折疊收起，做成可動的遮陽百葉，使冬日陽光通暢地進入室內，夏日陽光絕大部分被遮擋在外。這種自由呼吸式的外墻提升了人們在建筑中的舒適度。其優點表現在:房間空氣始終舒適宜人;隔音性能好;光能利用率高;與普通玻璃幕墻的安裝在外觀上無異;輕盈美觀。目前對智能遮陽系統的推廣還存在不少現實困難，主要原因是造價較高。但是，隨著社會經濟的迅速發展，人們對室內綠色環境的追求，這種“智能遮陽系統”將會得到普遍應用。
4.2.2 智能玻璃
電致變色玻璃是一種新型的功能玻璃（詞條“功能玻璃”由行業大百科提供），這種由基礎玻璃和電致變色系統組成的裝置，利用電致變色材料在電場作用下而引起的透光(或吸收)性能的可調性，可實現由人的意愿調節光照度的目的。
電致變色玻璃的能耗比較小、驅動電壓低，最適合光伏驅動。由安裝在幕墻上的光伏組件（詞條“光伏組件”由行業大百科提供）來作為電致變色玻璃的驅動電源，可以在3.5%—62%的范圍內調節入射光強度。電致變色智能玻璃具有光吸收透過的可調節性，可選擇性地吸（詞條“地吸”由行業大百科提供）收或反射外界的熱輻射和內部的熱的擴散，減少辦公大樓在夏季保持涼爽和冬季保持溫暖而必須消耗的大量能源。同時改善自然光照程度、為辦公室工作人員提供一個舒適的辦公環境。從建筑幕墻一體化設計的意義上說智能玻璃幕墻(窗)=智能玻璃+電子窗簾+外遮陽。
圖20-Low-E+百葉窗簾 圖21-EC玻璃+電子窗簾
自從智慧城市的理念提出，便在全球各國掀起一股熱潮。上至國家政府，下至平民百姓，對智慧城市都充滿想象和期待。而要實現這一目標，少不了建筑智能化工程的推進。智能幕墻的誕生也正順應了智慧城市發展的要求。
4.2.3 MEDIASKIN——智能玻璃幕墻媒體系統
MEDIASKIN的智能玻璃幕墻媒體系統采用以媒體嵌入玻璃幕墻為核心的革新技術，在美化城市建筑外觀的同時，可實現高效率數字信息的發布，屏幕不運行時即為普通幕墻，運行時則成為一個強大、時尚的高端數字媒體。MEDIA SKIN實質上是一款透明的高清智能玻璃幕墻，在向外部播放影像，展示任意精美數字內容的同時還能保證玻璃的通透，不影響樓內正常采光，并且具有隨周邊環境光線變化調整亮度的功能，達到了將城市建筑玻璃幕墻與LED顯示產品的完美融合。智屏科技將MEDIASKIN稱為突破建筑與媒體界限的“顛覆性技術革新高清城市媒體”。
MEDIASKIN以高維度視角，創新地將城市建筑自身轉變為內容的載體，擺脫場景束縛。通過獨有的專利設計，使MEDIASKIN的應用場景廣泛城鎮市民生活，從而極大程度地實現了多元化特點。
圖22-智能多媒體幕墻
MEDIASKIN不光具有高達60%—90%的高透明度，可完美地與建筑融為一體，并可以通過手機預定已經創意的文字和圖案，在MEDIASKIN上展示你的心聲。通過手機APP定制預想的內容，然后在城市鬧市區的媒體幕墻上展示出來。MEDIA SKIN使建筑外表皮從冷冰冰的裝飾構造，變成了融入民眾生活的有溫度的載體。不僅對城市景觀具有美化作用，更實現了高效率的內容傳播，進一步推動城市與人之間的溝通協作。
MEDIASKIN所扮演的不僅是智能媒體的角色，它背后所承載的實際是一個更為高級的數字媒體生態體系。MEDIASKIN可安裝應用于幕墻、觀光電梯、透明護欄、信息屏、商業櫥窗等多種場景，在未來的城市建設中，承擔災害預警、娛樂生活以及人機互動等功能。MEDIASKIN瞄準的市場正是一片藍海。通過MEDIASKIN，數字媒體千億量級的巨大潛力將在城市中得到有效釋放，平日單調的建筑與空間將迎來全新商機。
結束語
通過智能樓宇控制可以實現通風、遮陽、LED、多媒體屏等很多功能;建筑的生態化、智慧化是國際建筑設計的大趨勢，智慧建筑讓城市不再冰冷，智慧型生態建筑幕墻讓處在高層、超高層建筑內生活和工作的人們每時每刻都有置身于大自然中的感覺，垂直綠化使建筑充滿了生機。節能技術的應用為建筑幕墻節能技術的發展翻開了嶄新的一頁。機械工藝、材料技術和建筑技術的進步必將推動智慧型生態建筑幕墻的發展，智慧型幕墻將隨著智慧城市的建設步伐為高層建筑的發展帶來了勃勃生機。
作者單位：同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司
