若干年来，我们见证了设计师对于表面和新材料的无尽幻想，这不仅体现在无数的出版物、贸易展会、相关研究和咨询提案上，还体现在新一代建筑师的设计中。无论是立面的外表覆层，还是内部的垫层，建筑的表面材质设计通常会成为一个设计重要的开端，人们对于这一主题的处理已经愈发世界化，也更具实验性。材料创新对于构造技术发展的重要性是不言而喻的，建筑的结构、性能、形式以及经济的需求都需要材料技术的创新。

现在，作为发展新型材料的领军力量——汽车工业与航空工业的实验室和智囊团，这些拥有杰出人才的研究中心开发出来的轻质高强、性能高效、耐磨绝缘的材料与涂层也为错综复杂的建造设计提供了更多新的机遇。尽管如此，建筑材料与工艺的创新相比较其他制造领域的发展却依然滞后，其显著的特征就是那些在其他高科技产业中高度专业化的材料转化为可用的建筑产品以及建造工艺通常要耗费很长的时间。不过这也是正常的，因为建筑本身就非高尖端的技术，并不是所有的建筑师或者产品工程师会立即认识到创新转化的可能性，即便开始了转化，也可能因为资金的巨大耗费或者研究、核准程序漫长的时间而中途产生变故，比如在研究的过程中已经有了更好的解决方法，这会导致研究落入进退两难的困境。

当然，如果确实有助于提高建筑品质的材料，即使时间再长，也还是会得到应用的。纳米材料气凝胶就是一个例证，这是由美国航天局早在20世纪50年代就开发出的一种绝缘材料，又称为“固态烟雾”，是迄今人类发现或者合成的固态材料中密度最低的一种，它具有极佳的绝缘性能。气凝胶含有99.98%的空气，其余0.2%超细微的硅泡沫，气孔的直径比太阳辐射的波长还要小，因此气凝胶的导热性比静态空气还要低。这种材料直到其发明50年之后，才被正式应用于建筑产品，现在，第一批由气凝胶制成的半透明保温板已经投入市场了（图4－61）。

图4－61　气凝胶经过工艺改进形成了透明纳米水凝胶透光保温板

资料来源：［德］黑格.构造材料手册［M］.张雪晖，译.大连：大连理工大学出版社，2007：14

保温材料一直都是建筑产品中的重要组成，在气凝胶之前，科学家已经研发了众多有机和无机的保温材料，如聚氨酯、聚苯乙烯、泡沫混凝土等（图4－63）。在保温材料的研究中，人们逐渐认识到气体空腔对导热性的重要辅助作用，进而研究出了真空保温板技术和纳米孔泡沫加强保温效果。真空保温板由带密闭的覆层的开孔式核心（如硅酸粉末或聚氨酯泡沫）构成，得益于细胞状的结构，真空保温板可以获得比传统保温材料低得多的导热值。纳米孔泡沫可以产生和真空保温板一样的保温效果，并且不像前者那样容易受到机械损坏，然而该项技术尚未实现批量化的工业生产，依然需要实验验证。

图4－62　保温材料的发展

资料来源：［德］黑格.构造材料手册［M］.张雪晖，译.大连：大连理工大学出版社，2007：16，17

除了带孔类的材料，最近，另一种具有被动制冷的材料——相变材料的研究也获得了突破。相变材料（PCM）是一种通过相位的转换（如从固态到液态）储存热量的物质，在相位转换完成以前，材料的温度都不会发生改变。这种原理很早就被应用了，比如通过冰块保持食物的新鲜，只要冰块还未融化，温度就不会发生改变。但在建筑产品中，这种应用并不容易，首先要找到一些能在期望温度范围内发生相位变化的物质，其次要有相应的容器，这种容器本身要与建筑的组成要素有一定的关系。早期，建筑师尝试了使用水槽来储存注满盐水化合物以保存太阳能，但这种工艺比较复杂，在实际应用中的灵活性较差。之后，人们开始使用石蜡作为水的替代物。在迪特里希·舒瓦茨（Dietrich Schwarz）设计的位于瑞士埃布纳特（Ebnat－Kappel）的太阳能住宅（Solarhaus）中，建筑师设计了一种蓄热元件，该元件是通过在玻璃墙体内嵌入注满石蜡的塑料箱子形成的，这种元件可以有效地缓解夏季的高温并为冬季储存能量［31］（图4－63）。

图4－63　迪特里希·舒瓦茨利用石蜡作为蓄热元件，既实现了墙体高效的热工性能，又获得了富于变化的形式

资料来源：http：//www.flick.com

技术的进步已经将相变材料的密封技术向微观水平继续发展。借助微型密封石蜡，科学家已经可以将相变材料融合到如石膏、石膏板和碎料板这样的建筑材料中，这些材料的使用可以有效地实现被动式制冷。不过由于尚处于市场研发阶段，材料合成工艺较为昂贵，如何在市场上进一步推广还有赖于工艺的成熟。可以肯定的是，相变材料的制冷机制将为日后的建筑节能发展做出重要贡献。

上述这些完全由技术革新所引发的材料研发改善了建筑特定的性能，这些材料都有各自的功能，在建筑中悄然无声地履行自己的职责。它们的美观或者触觉特性并不是预先设计的结果，而是材料本身的特性使然，比如舒瓦茨在太阳能住宅中采用的蓄热元件（石蜡）在凝固时和吸收太阳辐射热融化后所呈现出的不同透明度。如果只是凭借产品的技术性能，进一步拓展市场的可能性是有限的，毕竟建筑师才是市场的主导。如果作为应用者的建筑师未参与研究，那么将大大减少材料研究中可被挖掘的潜能，以致研究的成果不能达到预期效果；如果在价值创造的初始阶段就让建筑师参与进来，产品的技术性能就有可能更好地与专业人士所期望的独树一帜的艺术表现力达成一致，并转化为可以大量应用的工业技术。(www.daowen.com)

从20世纪70年代开始，以弗兰克·盖里、德梅隆和赫尔佐格、扎哈·哈迪德等为代表的众多建筑师就将改变材料以适应新的用途作为建筑设计研究的重要主题。将新的材料转化为一种非比寻常的、可以塑造特殊意义的环境对当代建筑师是极具吸引力的，这是一种继艺术风格之后新的审美自由。20世纪90年代之后，新型的计算机信息技术与工业化制造技术的结合将传统的材料开发转化为复杂外形的过程变得简单，建筑师也可以像材料制造商那样成为“建筑材料的发现者”。例如在OMA位于鹿特丹的事务所中就设置了“材料经理”一职，负责处理所有的材料开发项目并与制造商接洽。在1992年OMA设计的鹿特丹艺术馆中，采用了市场上出售的聚碳酸酯双面和多面墙板以及霓虹灯管。

之后，OMA和普拉达（Prada）合作共同开发了一种绿色半透明聚氨酯化合物——“普拉达泡沫”。这种特殊的泡沫材料——一种含有开气孔的米黄色材料——最早因为其迷人的表面被用在1∶50的模型中作为城市规划模型中的植物造型。之后，诸多相关其表面特质的实验研究：软硅胶树脂、镀络金属、橡胶、抛光、亚光、不透明、半透明等相继开展。OMA位于鹿特丹的事务所最终在办公现场通过手工完成了符合审美标准的材料孔洞位置布局与形状安排，这个工作直到完成了合适的光线渗透性与外观表现为止。随后，设计师以3.0m×1.5m的尺寸为单元，并将其3D结构输入电脑，最终通过CNC打磨出所需要的凹模。经过近两年的实验，这种材料最终在2004年建成的洛杉矶罗迪欧大道的普拉达专卖店中与世人相见，而这种材料也成为OMA与普拉达共享的开发成果，只有两者共同允许，这种特殊的材料才能得到使用，由此，该材料的独特性获得了保证（图4－64）。

图4－64　OMA与普拉达合作研发的半透明聚氨酯合成材料

资料来源：［德］黑格.构造材料手册［M］.张雪晖，译.大连：大连理工大学出版社，2007：13；http：//www.flick.com

在同一年，由一位瑞士研究生发明的“透明混凝土”新型材料也获得了成功，这个发明被《时代周刊》评为了‘2004年创新成果’之一。所不同的是，这个材料的发明并未像之前的“普拉达泡沫”那样获得大集团的经济支持，而研究的成果也并非为了独特性，而是为了实现向市场全面推广。阿伦·洛孔齐（Aron Losonczi）这位来自匈牙利的年轻建筑师，完全凭借自己的灵感和对半透明混凝土设想的热情，在奖学金的资助下开始了独立研究。从石膏和玻璃纤维制成的第一批标准砖一样大的样品，洛孔齐花了2年逐渐完成了透光混凝土的制作工艺。在匈牙利，第一块成功的样品是由手工完成的：透光混凝土板的尺寸为1　500mm×800mm×200mm，重600kg，纤维结构被一层一层地通过手工放置到细骨料混凝土中。尽管只有4%的混凝土被玻璃所替代，但墙体却获得了精致的通透性，也正因为如此，混凝土本身的荷载承受力也未受到明显影响。这种神奇的材料改变了以往混凝土粗糙的形象，提升了混凝土的审美品质，很快就得到了生产制造商的青睐，经过工业化生产的这种新材料并命名为“LiTraCon”（透光混凝土），并逐渐开始在建筑中得到实际应用（图4－66）。

当下，对材料表观特征的发掘已经成为建筑师研究材料的主要目的；而有的建筑师则更进了一步，充分挖掘材料的结构特性，形成全新的结构形式。2003年由莫里斯·尼奥（Maurice Nio）设计的荷兰霍夫多普（Hoofdrorp）公共汽车站是有史以来最大的完全由塑料建成的建筑。为了创造一种坚固且富有动感的形象，在项目的一开始，设计就被一种象征性的形式推动着向前发展，而何种材料适合这一形式，也是在多次研究后才被决定的。一开始设计打算使用混凝土，但复杂的模板制造所需要的费用远远超过了预算，建筑师在寻找替代材料的过程中受到了造船技术的启发。最终看似厚重如同实心混凝土的建筑实际上是由质量很轻的聚氨酯泡沫组成的：通过和一家游泳产品制造商与造船厂合作，在电脑中被分解的建筑单元直接输送到铣床内，承重的塑料泡沫由五轴CNC铣床进行预制，然后涂上半透明聚酯纤维树脂，最后运输至现场黏结，2m深的混凝土基础将这个轻质的建筑锚固在地基上。只用了100万欧元，特殊的材料与构造设计不仅完成一个极具创造力的方案，还创造了世界上尺寸最大（50m×10m×5m）的聚苯乙烯泡沫建筑（图4－66）。

图4－65　透光混凝土的研制与应用

资料来源：http：//www.flick.com

图4－66　霍夫多普公共汽车站：新材料的应用不仅解决了形式需求，还节省了建造成本

资料来源：［西］迪米切斯·考斯特.建筑师材料语言：塑料［M］.孙殿明，译.北京：电子工业出版社，2012：157

在这个信息泛滥的世界，各种计算机化的无定形、任意的材料虽然赋予我们更丰富的视觉与触觉体验，但也存在一个潜在的危险：表面变得越来越肤浅，最终演变成为哗众取宠的噱头，让建筑师忽略了建筑功能、空间、结构等重要的创作要素。因此，霍夫多普公共汽车站之所卓尔不群，不仅是因为建筑师敏锐地发现了一种新材料，还在于建筑师通过综合建筑空间、结构、功能与建造成本需求，合理地改良了这种材料的构造技术，使其适用于这个特殊的工程。

新的材料并不一定适用于建造，即便是通过无限制的经济手段在特定的工程中实现了新材料的应用，脱离现实的创造也只能是昙花一现。建筑毕竟不是艺术品，无论关于材料的理念是多么让建筑师着迷，建材工业都只会依照经济标准运行，其中包括了产品批量的大小、销售情况和收益情况的制约。即使这一产业暂时不考虑眼前的投入与产出的比例，也需要从长远的角度考虑这些实验可能带来的影响。所以，材料的研究与创新需要建立不同部门之间的战略合作关系，这样大家可以共同获利：建筑师可以借助生产部门的专业设备更好地进行可行性研究，生产部门则可以利用建筑师的理念开辟新的市场。