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在苹果公司9月的新品会上,宣布了Apple Watch和爱马仕的合作。这个消息令由美国技术公司主导的智能腕表与欧洲传统制表业之间的潜在冲突进一步升级。有人将智能腕表带来的挑战称之为欧洲制表业的“第二次石英危机”。1970年代,一些日本品牌推出以石英为机芯的电子表,它们造价低廉,可以批量生产,电路板不但纤薄,还可以加入越来越多的功能。瑞士的机械制表工艺几乎完全被它打败。石英危机对行业的冲击是巨大的,它直接导致了今天的欧洲制表业不断追求在兼具复杂功能的同时,相互竞争着让机芯越来越纤薄。30年之后,智能腕表来袭。Jean-Claude Biver先生在从业的40年间先后经历了这两次行业巨变。作为现任宇舶表董事会主席兼全球最大奢侈品集团LVMH的钟表部门总裁,他与《第一财经周刊》分享了其对智能腕表的看法。
C:最近苹果开会宣布Apple Watch和爱马仕合作,想要跻身真正的奢侈品行列,你如何看待?
B:苹果和爱马仕之间的合作给智能腕表一些尊贵的感觉,这对于智能腕表整体而言影响很好。但是,这样的合作会对整个传统瑞士制表艺术造成任何影响吗?我的回答非常明确,不会。因为不管爱马仕款的Apple Watch多么尊贵和独一无二,十年之后你还是不得不停止使用,因为它很有可能无法再继续工作了。技术是不断发展更新的,它总有一天会被淘汰,被新技术取代;只有艺术才会永恒长存,艺术不会消亡。这是它们各自的命运。这也是技术公司和瑞士制表业对“腕表”的不同理解。如果不能用了就买个新的吧,这种想法也没错,尤其是对一些年轻人而言。但当人们具备一定实力、消费升级的时候,他们会开始追求一种更有价值的感觉。瑞士高级制表的原则就是,我们是艺术家,我们建造永恒。也就是说,你可以把它赠予你的孩子,你的孩子又可以赠予她的下一代,在家族中流传500年,你不会把它随便丢弃掉。另一方面,智能腕表一旦超出了一定的价格定位就很难销售了,因此它和传统制表业之间的竞争冲突也是有限的。
C:迄今为止制表行业最大的变化和挑战是什么?
B:智能腕表是一个巨大的变化,它对行业的影响不可低估。第一,它会帮助年轻一代了解到佩戴腕表的重要性。因为通常年轻人现在不怎么佩戴腕表―纯粹看时间的功能在手机上就可以解决。智能腕表的流行可能会创造一种新的潮流,这意味着他们今后某一天会准备好佩戴一只具有真正永恒意义的腕表,所以这对于传统腕表行业而言是一种促进作用。不过,对于那些定价较低的腕表品牌,则可能更多是一种挑战―同样的价钱,是去买一只简单的石英表,还是购买一只智能腕表?人们可以选择。所以瑞士制表行业可能会有一部分品牌因为智能腕表的出现而受挫,除非它们做出一些调整和改变。第二,价位更高的高级奢侈品腕表会因为智能腕表的兴起而受益,因为它会提升真正腕表的价值。因此,我觉得智能腕表可能是瑞士制表业在21世纪最大的变化。
关键字:生态性智能性21世纪建筑设计环境保护
一、21世纪的到来使人们从工业时代转入到了信息时代,有建筑业的权威曾说过:21世纪的高消费就是回归大自然,回归乡土。就其原因可以概括为以下几点:
(一)应该走客车学发展的建筑设计道路具体来说就是在进行建筑设计时首先要研究生态环境状况,考虑解决好与周边环境的协调,解决好自然能源的利用,自然材料的合理利用。采光照明设计,内部空间物理性能调节设计,建筑装饰,装潢,室内设计中景可能的多利用自然元素和天然才智,创造出自然质朴的生活工作环境,建筑应尽量减少能源消耗,开发资源和材料再生利用,按“绿色建材”概念装修房屋,改变人们现存的世俗审美观判断标准不搞病态空间,不搞过渡装饰,减少视觉污染,减少人力,物力的滥用和浪费,使建筑更贴近自然,使能源利用和景观创造都达到新的高度。
(二)努力做好面向未来的设计建筑设计应具有物质功能和精神功能的两面性,设计在满足物质功能的基础上更重要的是满足精神功能的要求,要创造出风格,意境和情趣来满足人们的审美要求,形象简洁,造型亲切,经济透明,功能多样,材料自然,无毒无害和可再生性以及细部设计要达到细致入微才会受到人们的欢迎。
二、21世纪的建筑设计是个大问题,它的发展方向主要有以下几个方面:
1.应该走可持续发展的建筑设计道路21世纪是信息时代,更应该是生态文明时代。人类运用高新科技,探索生存生产和生活环境的可持续发展的模式,按照国际社会所承认的原则进行设计。
①对涉及的地方性,地域性理解,重视地方场所的文化脉络;
②运用技术的公众意识,结合建筑功能要求,采用简单合适的技术;
③树立建筑材料蕴含能量和循环使用的意识,在最大范围内使用可再生的地方性建筑材料,避免使用高温能量,破坏环境,产生废物以及带有放射性的建筑材料,征求重新利用旧的建筑材料和构件;
④针对当地的气候条件,采用别动式能源策略,尽量应用可再生能源;
⑤完善建筑空间使用的灵活性,以便减少建筑体量。将建设所需的资源降至最少;
⑥减少建筑过程中对环境损害,避免环境的破坏,资源的浪费以及建材的浪费;
2.重结构体系将要以框架结构为主众所周知目前大量已有的住宅均以砖混结构为主,这种建筑结构体系有很多的缺点如抗震性能差,总高度受到施工限制,机械化程度难以提高,作业量大,施工质量难以保证。住宅采用框架结构之后有利于新型墙体材料的推广应用,提高了住宅的抗震性能,并可以为住户提供自由分割的空间,丰富住宅的立面造型,使用面积系数也可提高自重,比砖混结构的轻,单位面积造价与砖混结构持平,由此可见,框架结构是住宅在承重结构体系上的一大发展。
3.住宅的寿命将要大大的延长,超耐久性住宅将要大量出现目前,住宅的使用寿命按其设计方案来说一般是在50年左右,人们用几十年以至终身的积蓄来购买一栋房屋,在使用之后就要报废,这种现实的现象实在是有点太残忍了,所以人们很迫切的要求提高住宅的耐久性,现在超耐久型混凝土的研究正在兴起,在不远的将来有望使混凝土的耐久性达到几百年以至上千年,当住宅采用框架结构之后,就可以采用超耐久型混凝土从而大大的提高住宅的耐久性,实现我们拥有超耐久型住宅的梦想,其显著的经济效益和社会效益是不言而喻的。
4.建筑时空的延续性关怀自然,就是关怀人类本身,真正意义上的“以人为本”就在于此。因此,“以人为本”的住宅建筑有相当一部分就是强调其自然方面的因素,由其自然性引发出其在时空中的循环延续,进而成为一个整体,使得建筑生命周期(life-cycle)构成设计工作中一个十分重要的因素。住宅建筑中时空的延续性,就是要求在住宅创作中,在遵循自然因素的前提下,从传统居住形态中汲养分,提取要素,结合当代住宅科技特点和居住需求,创建的再现建筑地域空间文化特点,以寻求住宅建筑的个性表达。这种延续形式的传统居民范式中的要素运用现代建筑语言创新的再现,其再现可以是局部或全部,有形的或无形的,均可兼而有之,目的就在于给传统居住形式一个延续和生存的空间,并使之与时代同步与传统居住文明相辅相成。
5.住宅建筑时空的全面性“以人为本”的住宅建筑,时空的延续性使其具有了某种低于建筑空间文化的特质,实现了抵御建筑空间文化创新的再现,丰富了当前颇为雷同的居住模式。然而,仅有时空的延续性,并不能符合现代人的要求。为此,还必须考虑其时空的全面性。在完成了人性空间与自然空间的合理结合之后,需将适合现代化社会发展的人类自身生活方式的一些必要因素考虑到其中,主要包括住宅建筑的舒适性,适应性,生态性,信息性,文化性,智能型等等。
①住宅建筑的舒适性住宅建筑的本质就是为人服务,首先就要讲舒适性,也就是说住宅建筑要寻求一种在符合购买面积,户型的基础上,使得各功能空间有合理有效的安排,各得其所,分区明确,并使各功能的空间有诗意的尺度,比例,方便家具的布置和人的活动,同时要保证各功能空间的相对私密性。为满足室内环境质量,各功能空间要采光充足,通风良好,使用率高,并体现一定的艺术性和超前性。对于外部空间的环境,居民交往的空间创建也是居住舒适性的重要体现,应力求把原有的生活纳入进来,作为居民生存环境的重要组成部分,规划要结构明朗,形象纲举目张,群体设计要多种围合,变化多变的私密,半私密的空间,配合如一,广场,绿地,小品,通透环廊等构成统一景观,做到安全宁静,温馨而利于交往。
②住宅建筑的适应性主要表现在多样性和可变性两方面,多样性:由于住宅市场需求的多样性,住宅开发建设单位要避免“贫富皆宜”的单一项目而要有一定的特殊,适合多种目标群体,赋予个性化的项目,来满足日益多样的市场需求,可变性:由于功能的多样性和技术的可行性,使居住空间的灵活可变得以实现,其可变性一般是以“户”为设计单位,按基本间定型的厨卫等定型设计,居室部分采用活动式隔断灵活分隔,即每户的平面围护结构不变,管道基本固定不动,厅室隔断按一定模数灵活不止,分户墙可以固定,也可采取取消分户墙而根据实际购买需求取舍的售楼方式,据此,住户的室内布置就可以各尽其能,各取所需,设计布置一个温馨而有个性的家,如此自然提高了居住建筑的使用效率,使住宅建筑易于改造而拥有更长的使用寿命。
③住宅的生态型如今生活在都市里的人都渴望回归自然,希望更多地与大自然接触,但住宅建筑仅有绿色还不能说其具有生态型,住宅的生态型是以绿色为基础涵盖生态环保,可持续发展等多种理念。首先就绿色本身而言,要达到国家有关标准,并具有完整的包括设计,施工,物业管理等多个环节的生命周期评价,且要和所有城市的整体环境质量相结合。
三、生态的建筑设计应该具有以下几个方面的特点:
1.尊重设计地段内的土地,环境,及植被的特点,因地制宜。
2.整体,全面的考虑设计区域内部与外部环境关系。
3.强调人与环境的和谐共存,不可分割。
4.设计过程的多学科综合性为实现这些特点,主要有以下几个有效途径:
(一)开发地下空间解决城市用地紧张的途径有两种,一是向城郊发展,会导致耕地面积减少,生态平衡破坏,城市化程度增加。二是向高空发展,往往导致人口密度增加,空气污染严重,交通更加拥挤,开发利用地下空间具有无法比拟的优势:1.节省土地资源,减少对城市土壤的破坏,减轻地面上住宅,交通生产和生活服务,社会活动的相互干扰。2.节约能源,土壤具有隔热和蓄热的双重功效。据测地下建筑比地上建筑可节省热能25~80%。3.有利于生态平衡,不破坏植被,不侵占农田,有利于美化环境,净化空气,改善小气候。4.防尘,防毒。地下空间无大气污染。5.利于储存蔬菜,水果,粮食。地下环境相对湿度适宜,避免鼠害虫害。6.抗震性能好,维护费用低。
(二)物质能量循环利用随着科技的进步,人类对可再生能源的开发利用已经有了相当大的进展,各种生态住房,低能耗住房大量兴建。将来的房屋建设对能量的利用将主要有以下两种形式:
1.自然能(太阳能,风能等)的直接利用直接利用各种技术装置如风车,太阳能收集装置,将太阳能,风能转化为人们生活的动力来源。
2.太阳能的间接利用——生物能循环1991年9月,美国利桑那州沙漠进行的生物圈号计划,八个人与3800多个物种在一个建筑物内生存了2年。室内有微缩的沼泽,海洋,草原,沙漠,热带雨林等生态系统,空气,水,营养物质将在其中循环,以取得生物能循环的经验,生物能循环的简单形式是立体种植,通过绿化可以美化环境,利用空间,增加产量,同时又可以起到保温节水,净化空气,调节室内气候等效果。
(三)加强绿化设计城市与建筑的绿化是改善生态环境的重要手段,绿色植物有时放氧,净化空气,杀菌,调节空气等作用。还具有一等的心理功能。要提高环境的绿化覆盖,增加绿地面积以外,还可以立体发展,想空中拓宽,采取屋顶绿化,窗,墙垂直绿化等手段,日本的“与环境共生的住宅”中。屋顶种植有地锦植物和蔬菜,在提高绿化率的同时,加强了建筑的隔热功能。有效的防止了热辐射,改善了夏季室内环境,阳台上采用垂直绿化。同时装饰了中庭,用生物气候来调节室内气候。
(四)建立自然生态环境,保护生态平衡1935年斯坦力提出“生态系统”的概念,他认为人们对生物体的基本看法,不能把生物体与它们的环境分开,在自然界中,生物系统和环境系统相互作用构成的自然整体,就是“生态系统”。自然生态系统是由生物及其栖息地组成的复杂的整体系统,自然生态系统具有一定的结果和功能,再发展中系统内各种生物的因素和环境内因素按一定的规律相互联系。保护原因的环境的生态平衡是不可能的,虽然保护生态环境和自然资源诗人们实践活动所必须遵守的,但保护是为了利用,合理利用自然环境和资源就可以实现保护生态环境,维护生态平衡的目标。
(五)智能型建筑20世纪80年代以来,电子科技高度发达,通信技术迅猛发展,信息高速公路的开通使智能建筑应运而生,人们的梦想成为现实。
智能建筑是把现代的高新技术——智能型计算机,多媒体现代通信,智能保安,环境监控等技术与建筑艺术相融合在一起,通过对设备的自动监控,对信息资源和对使用者的信息服务及其与建筑优化组合,使人获得投资合理适合信息社会需要,并且具有安全,高效,舒适,便利,灵活的建筑空间。
通俗的讲,智能建筑就是一种有创造力的环境。在智能建筑里,人们可以获得:
(1)安全,健康,节能,舒适宜人,能提高工作和生活质量的环境,温度,湿度,照度可以自动调节,环境的色彩,味道与背景噪音可随心所欲,尽量利用自然界的光,冷,热,大气等,自动调节室内环境,最大限度的减少能源消耗,创造更有人性的生存行为环境。
(2)不同用户对不同环境的要求,开放式的大跨度和大空间结构,允许拥护迅速,方便的改变建筑物的使用功能。
(3)现代化的通讯手段与办公条件,在智能建筑内,人们可以通过国际直播电话,可视电话,电子邮件,声音邮件,电视会议,信息检索等手段,获得全球性情报,信息,以空前的高速度与世界各地的人们进行商贸活动。
未来的新世纪是一个注重生态,环保,追求人与自然科学整体协调发展的社会。传统的粗放型工业生产对城市和自然造成的环境污染,生态恶化的负面影响正在逐步的得到遏制。未来的工业生产必须在生态环保方面加大力度,依靠科技进步的力量,采用先进的技术措施,达到既能保证生产,又具有自净能力,杜绝废气,废料,有害化学物质对城市空气水源,土壤,生物造成的环境污染,同时,尽可能利用工业生产中产生的余热,对于可重复利用的废料实现循环利用,降低能源,资源消耗。其中的环保措施如净化回收装置,空调洁净设施,采热利用设备等。在国外,一些工厂在保护自然,创造健康的工作环境方面做出了很好的表率,生态环保意识不仅体现在建造阶段,而且体现在产品生产过程中,如生产中只能用生态的被降解的原料,而最后的产品也要尽可能是再生产的,从而将生产带来的负面影响力降到最小程度。未来的工业生产对生产工艺,工人专业技能,生产环境,企业管理等方面都提出了更严格的要求。
“整个地球只需要五台计算机就够了。”
很难想象这是在1943年,刚刚创立不久的IBM公司董事长托马斯・华生说出的话。然而,当时的计算机足足有半个房间大,执行的也都是破译密码、计算导弹路线之类的“高大上”任务。没有人能预见到只用了半个世纪的时间,它就变成了家家户户都拥有的日常工具。
“美国人需要电话,我们则不然。我们有足够的邮递员。”
1876年,当贝尔发明电话的消息传来,英国邮局首席工程师威廉・普利斯的脑洞显然开错了方向。实际在电话普及之后,人们还是把写信的习惯保持了很长时间。直到后来电子邮件和短信才彻底取代了纸质信件。
“骑马是会一直流传下去的交通方式,而汽车只是一时的潮流而已。”
当1903年,美国后来的“汽车大王”亨利・福特打算建造自己的第一家汽车厂时,他的律师忧心忡忡,用这样的话来劝说他。虽然这位律师出自一片好心,但很明显,他对科技发展的看法实在太陈旧了。
“最多在六个月后,电视将失去新鲜感。人们会很快厌倦每天晚上盯着一个胶合板箱。”
在电视机刚刚被发明出来的1946年,很多电影公司的老板都还抱着这样的幻想。但之后无情的事实向他们说明,电视对人们的诱惑力太大了。不少人都放弃了去电影院看电影的习惯,改为在家看电视。
“核动力真空吸尘器很可能在十年之内成为现实。”
与上面的“保守观点”相比,这个看法又犯了“过于超前”的错误。不说别的,为了吸一点地面上的灰,至于要动用核能吗?
“在未来,你的邮件将通过制导导弹在几个小时之内从纽约送到澳大利亚。我们要迎来火箭邮件时代。”
这是在1959年,美国的一位邮电部官员发出的豪言壮语。但地球上百分之百的人都肯定不想让一枚送信的导弹击中自己家的房子!
“网上购物终将失败。”
《时代》杂志算是美国一本非常权威的时事分析杂志。然而即使是它的编辑,也小看了互联网的力量。今天,遍布全球的电子商务网络和大大小小的网络购物节,都远远超出了它的想象。
“手机绝不会取代固定电话。”
虽然马丁・库珀是手机的发明者,但在一开始,因为架设信号网络非常复杂,他也无法预见到手机会在未来变得人手一只。而是以为人们只会在出门时用手机,而在家里还是会用固定电话。
【关键词】生态建筑设计可持续发展
随着社会的进步和人们生活条件及水平的日益提高,尤其是可持续发展战略的提出并逐渐被人们所认识,生态建筑及其设计已经成为我国及世界许多国家建筑设计的一个新理念,并逐渐成为建筑领域的一个新的热点和一种发展趋势。近年来,“生态建筑”、“绿色建筑”、“可持续发展的建筑设计”等名词、概念在建筑界不仅成为时尚,而且确实已成为建筑学科发展的前沿,也是人类理智和文明的升华。但是概念上的模糊、认识上的混乱以及统一技术标准和评价方法的缺乏,已成为建筑产业可持续发展的制约因素之一,生态建筑的设计可以被看作是可持续发展体系在人居环境中的应用,应该受到行业的关注。
1、生态建筑设计的原则
1.1整体及环境优化原则
生态建筑设计是充分的以保护环境为基础,然后开始对建筑整体进行设计,在建筑中充分的展现出当地的文脉和人文景观,使建筑与环境充分的结合于一体,达到环境效益的最大化,建筑无论从地形、地势还是技术和材料等都要充分考虑到环境保护的因素,加强对绿色材料的使用,尽量减少对环境所带来的污染和破坏,使建筑在体现美感的同时,还创造一个生态平衡的环境。
1.2简单高效发展的原则
生态建筑通过对绿色能源及高科技技术的应用来实现节约能源和智能化的设计,在设计当中应充分的利用可再生的能源,加大电子技术、信息技术和智能化技术的应用,做好近期和中长期的规则,要有发展的眼光去研究建筑与社会发展的关系,从而为未来扩建及建筑留有一定的余地。
1.3健康舒适的原则
在生态建筑的设计上要充分的利用太阳光来保证室内的采光度,同时在创造室内良好的通风对流环境,保证室内的温度及湿度,使居住者在视觉和声环境中具有良好的享受,建立完善的立体绿化系统净化环境。充分的体现出建筑对人的关怀,使建筑、人和环境达到完美的融合。
2、生态建筑观在建筑设计中的应用
生态建筑观在具体的设计过程中注重以自然为主,通过对自然资源的充分了解来利用能源进行设计,降低了不可再生资源的消耗率,减少了建筑在设计过程中产生的环境污染,给人们打造了一个更加健康、和谐的生活环境和工作环境。当前,我国受经济迅速发展和环境保护的双重打压,而怎样充分的把生态建筑理论应用到建筑设计中,成了当前解决环境污染、能源和资源短缺的重要途径。
2.1注意与自然环境保持协调
在生态建筑观中的建筑设计,应该从一开始就注重建筑与周围环境相互协调原则,从选址开始,从实际出发,在设计过程中科学合理的协调建筑、环境以及环境效益这三者之间的矛盾,使其能够实现更优化。如果周围有旧建筑,必须把旧建筑与新建筑两者之间的关系处理好,比如在设计绿化公园、美化工程的方案时,应该以回归自然为主题,不能对现有的植被进行破坏,要依山选址,就势造观,不要过度的重视经济效益而铺张浪费,建造大型的活动场所,更重要的是使自然风突出,只将建筑作为点缀,使人工建设的痕迹最大程度上的淡化。
2.2设计方案应个性化
建筑的设施方案与手法在生态建筑理念的指引下还需要具备一定的个性化,不能只考虑环保效果而把建筑本身的多样性的特点给忽略掉。建筑只有具备美好的外观形象,才能使其美感展现出来,并且使建筑能够更好地融入到周围环境中,生态建筑理念也会凸显出来。生态建筑要求把持好设计的尺度,把建筑平面与里面设计和造型很好的与周围的环境相结合,让建筑能更加便捷,流线也明快顺畅,同时还需对地形地貌加以充分的运用,有机的组合各个空间,采用多种手法使建筑整体呈现处疏密有致、高低错落的效果,并能和四周互相呼应,更好的体现其在大自然中的特色。我国早已具备了生态观建筑的可持续发展观,要是在多雨潮湿的南方临朐,建筑运用干阑式,房屋下部保持架空,不但能流通空气、使潮湿减少,还很安全,而如果是在黄土高原地区,则多运用生土技术来建造窑洞,这样就会较好的节约耕地,不会对环境造成很大的破坏,其实这两种建筑形式都属于传统的生态建筑。
2.3室内空间绿化
(1)室内外的空间一体化设计
空间一体化指的是在对建筑进行设计的过程中,可以对建筑的结构特点进行充分的运用,把室内室外构建成相同的模式,最大程度的增加室内的空间,这样对于景观的设计也十分有利。同时,这种设计在建筑设计中也是较为常见的,大多数大型建筑的庭院或者大厅都采用的是这种方式,再加上把先进的科技手段应用进去这就给室内的温湿度调节呈现出很好的状态,还能够运用取消部分墙壁的方法,把室内和室外连接起来使其成为一个统一的整体,这样一来时能就可以更好的获取光照条件,同时还可以得到新鲜空气,不但降低了室内空调的能源消耗,同时在绿色环保的基础上还方便了景观的建设,大大的增加了建筑室内的使用空间。
(2)室内外的景观一体化设计
从古代以来就已经有了室内景观练成一体的设计手法,这种设计手法是很好的把室外景观和室内景观直接连接到了一起,使室内和室外能够形成一个和谐统一的有机体,这样也就使其美观效果得以实现,不但给居住者增添了生活情趣,而且还达到了生态设计的目的,提供了自然气息。其实较为常用的室内和室外景观一体化的设计方法就是对盆栽的绿化,或者是引水入室。
2.4建筑技术生态化、节能化
建筑在设计的过程中应该多应用自然能源,尽量避免利用十分匮乏的不可再生能源,从而获取适应的居住环境。生态建筑不但需要在方案设计时考虑生态环境,在其建筑材料的选择以及施工过程中都应该采用节能措施,争取每一处都能体现出其生态化。建筑在设计的过程中应该对新技术和新材料充分加以利用,从而减少能源和资源的浪费及对环境的破坏,通过使用现有资源来满足地方需求,尽可能的减少使用外来物质,大力提倡使用可再生资源的建筑材料,实现建筑的生态化设计,最好多用天然石材、木材以及可再生能源等一些天然性的节能材料。要注意在生态建筑中的技术特点,即充分运用计算机技术和信息技术,对固定的建筑结构进行相对于气候能够进行自我调整的围合建筑,比如用绿色的植栽把分割墙体替换掉,分隔开空间,选择或树木将墙壁和梁柱代替掉,或者建造绿色强,使建筑与景观更好的实现一体化。
3、结语
首先,对生态型绿色空间规划的体现在于建筑与环境共存。
其次,进行建筑规划的过程中,合理恰当的利用大自然所给予我们资源,但要坚持适度原则,不能对大自然进行无止无尽的需求,而绿色建筑则要与我们所需的自然资源进行合理的结合,遵循可持续发展的理念。
再次,实现资源利用率的有效提高,减少建材的能耗,以及使用新型建材,采用新能源。将高效无污染成为建筑考虑的关键因素,因此设计人员要因地制宜,对当地各个方面进行了解,选择相适应的方案,重视可再生能源的利用,如太阳能,风能,潮汐能等等,实现生态理念离不开新能源的推广,这样才能让建筑成为绿色建筑。
参考文献
[1]邹永华.宋家峰.关于生态建筑的哲学思考[J].建筑学报.2002(12).
关键字:生态性智能性21世纪建筑设计环境保护
21世纪的到来使人们从工业时代转入到了信息时代,有建筑业的权威曾说过:21世纪的高消费就是回归大自然,回归乡土.就其原因可以概括为以下几点:
(一)应该走客车学发展的建筑设计道路具体来说就是在进行建筑设计时首先要研究生态环境状况,考虑解决好与周边环境的协调,解决好自然能源的利用,自然材料的合理利用.采光照明设计,内部空间物理性能调节设计,建筑装饰,装潢,室内设计中景可能的多利用自然元素和天然才智,创造出自然质朴的生活工作环境,建筑应尽量减少能源消耗,开发资源和材料再生利用,按“绿色建材”概念装修房屋,改变人们现存的世俗审美观判断标准不搞病态空间,不搞过渡装饰,减少视觉污染,减少人力,物力的滥用和浪费,使建筑更贴近自然,使能源利用和景观创造都达到新的高度。
(二)努力做好面向未来的设计建筑设计应具有物质功能和精神功能的两面性,设计在满足物质功能的基础上更重要的是满足精神功能的要求,要创造出风格,意境和情趣来满足人们的审美要求,形象简洁,造型亲切,经济透明,功能多样,材料自然,无毒无害和可再生性以及细部设计要达到细致入微才会受到人们的欢迎。
21世纪的建筑设计是个大问题,它的发展方向主要有以下几个方面:
1.应该走可持续发展的建筑设计道路21世纪是信息时代,更应该是生态文明时代。人类运用高新科技,探索生存生产和生活环境的可持续发展的模式,按照国际社会所承认的原则进行设计。
①对涉及的地方性,地域性理解,重视地方场所的文化脉络;
②运用技术的公众意识,结合建筑功能要求,采用简单合适的技术;
③树立建筑材料蕴含能量和循环使用的意识,在最大范围内使用可再生的地方性建筑材料,避免使用高温能量,破坏环境,产生废物以及带有放射性的建筑材料,征求重新利用旧的建筑材料和构件;
④针对当地的气候条件,采用别动式能源策略,尽量应用可再生能源;
⑤完善建筑空间使用的灵活性,以便减少建筑体量。将建设所需的资源降至最少;
⑥减少建筑过程中对环境损害,避免环境的破坏,资源的浪费以及建材的浪费;
2.重结构体系将要以框架结构为主众所周知目前大量已有的住宅均以砖混结构为主,这种建筑结构体系有很多的缺点如抗震性能差,总高度受到施工限制,机械化程度难以提高,作业量大,施工质量难以保证。住宅采用框架结构之后有利于新型墙体材料的推广应用,提高了住宅的抗震性能,并可以为住户提供自由分割的空间,丰富住宅的立面造型,使用面积系数也可提高自重,比砖混结构的轻,单位面积造价与砖混结构持平,由此可见,框架结构是住宅在承重结构体系上的一大发展。
3.住宅的寿命将要大大的延长,超耐久性住宅将要大量出现目前,住宅的使用寿命按其设计方案来说一般是在50年左右,人们用几十年以至终身的积蓄来购买一栋房屋,在使用之后就要报废,这种现实的现象实在是有点太残忍了,所以人们很迫切的要求提高住宅的耐久性,现在超耐久型混凝土的研究正在兴起,在不远的将来有望使混凝土的耐久性达到几百年以至上千年,当住宅采用框架结构之后,就可以采用超耐久型混凝土从而大大的提高住宅的耐久性,实现我们拥有超耐久型住宅的梦想,其显著的经济效益和社会效益是不言而喻的。
4.建筑时空的延续性关怀自然,就是关怀人类本身,真正意义上的“以人为本”就在于此。因此,“以人为本”的住宅建筑有相当一部分就是强调其自然方面的因素,由其自然性引发出其在时空中的循环延续,进而成为一个整体,使得建筑生命周期(life-cycle)构成设计工作中一个十分重要的因素。住宅建筑中时空的延续性,就是要求在住宅创作中,在遵循自然因素的前提下,从传统居住形态中汲养分,提取要素,结合当代住宅科技特点和居住需求,创建的再现建筑地域空间文化特点,以寻求住宅建筑的个性表达。这种延续形式的传统居民范式中的要素运用现代建筑语言创新的再现,其再现可以是局部或全部,有形的或无形的,均可兼而有之,目的就在于给传统居住形式一个延续和生存的空间,并使之与时代同步与传统居住文明相辅相成。
5.住宅建筑时空的全面性“以人为本”的住宅建筑,时空的延续性使其具有了某种低于建筑空间文化的特质,实现了抵御建筑空间文化创新的再现,丰富了当前颇为雷同的居住模式。然而,仅有时空的延续性,并不能符合现代人的要求。为此,还必须考虑其时空的全面性。在完成了人性空间与自然空间的合理结合之后,需将适合现代化社会发展的人类自身生活方式的一些必要因素考虑到其中,主要包括住宅建筑的舒适性,适应性,生态性,信息性,文化性,智能型等等。
①住宅建筑的舒适性住宅建筑的本质就是为人服务,首先就要讲舒适性,也就是说住宅建筑要寻求一种在符合购买面积,户型的基础上,使得各功能空间有合理有效的安排,各得其所,分区明确,并使各功能的空间有诗意的尺度,比例,方便家具的布置和人的活动,同时要保证各功能空间的相对私密性。为满足室内环境质量,各功能空间要采光充足,通风良好,使用率高,并体现一定的艺术性和超前性。对于外部空间的环境,居民交往的空间创建也是居住舒适性的重要体现,应力求把原有的生活纳入进来,作为居民生存环境的重要组成部分,规划要结构明朗,形象纲举目张,群体设计要多种围合,变化多变的私密,半私密的空间,配合如一,广场,绿地,小品,通透环廊等构成统一景观,做到安全宁静,温馨而利于交往。
②住宅建筑的适应性主要表现在多样性和可变性两方面,多样性:由于住宅市场需求的多样性,住宅开发建设单位要避免“贫富皆宜”的单一项目而要有一定的特殊,适合多种目标群体,赋予个性化的项目,来满足日益多样的市场需求,可变性:由于功能的多样性和技术的可行性,使居住空间的灵活可变得以实现,其可变性一般是以“户”为设计单位,按基本间定型的厨卫等定型设计,居室部分采用活动式隔断灵活分隔,即每户的平面围护结构不变,管道基本固定不动,厅室隔断按一定模数灵活不止,分户墙可以固定,也可采取取消分户墙而根据实际购买需求取舍的售楼方式,据此,住户的室内布置就可以各尽其能,各取所需,设计布置一个温馨而有个性的家,如此自然提高了居住建筑的使用效率,使住宅建筑易于改造而拥有更长的使用寿命。
③住宅的生态型如今生活在都市里的人都渴望回归自然,希望更多地与大自然接触,但住宅建筑仅有绿色还不能说其具有生态型,住宅的生态型是以绿色为基础涵盖生态环保,可持续发展等多种理念。首先就绿色本身而言,要达到国家有关标准,并具有完整的包括设计,施工,物业管理等多个环节的生命周期评价,且要和所有城市的整体环境质量相结合。
生态的建筑设计应该具有以下几个方面的特点:
1.尊重设计地段内的土地,环境,及植被的特点,因地制宜。
2.整体,全面的考虑设计区域内部与外部环境关系。
3.强调人与环境的和谐共存,不可分割。
4.设计过程的多学科综合性为实现这些特点,主要有以下几个有效途径:
(一)开发地下空间解决城市用地紧张的途径有两种,一是向城郊发展,会导致耕地面积减少,生态平衡破坏,城市化程度增加.二是向高空发展,往往导致人口密度增加,空气污染严重,交通更加拥挤,开发利用地下空间具有无法比拟的优势:1.节省土地资源,减少对城市土壤的破坏,减轻地面上住宅,交通生产和生活服务,社会活动的相互干扰.2.节约能源,土壤具有隔热和蓄热的双重功效.据测地下建筑比地上建筑可节省热能25~80%.3.有利于生态平衡,不破坏植被,不侵占农田,有利于美化环境,净化空气,改善小气候.4.防尘,防毒.地下空间无大气污染.5.利于储存蔬菜,水果,粮食.地下环境相对湿度适宜,避免鼠害虫害.6.抗震性能好,维护费用低。
(二)物质能量循环利用随着科技的进步,人类对可再生能源的开发利用已经有了相当大的进展,各种生态住房,低能耗住房大量兴建.将来的房屋建设对能量的利用将主要有以下两种形式:
1.自然能(太阳能,风能等)的直接利用直接利用各种技术装置如风车,太阳能收集装置,将太阳能,风能转化为人们生活的动力来源。
2.太阳能的间接利用——生物能循环1991年9月,美国利桑那州沙漠进行的生物圈号计划,八个人与3800多个物种在一个建筑物内生存了2年.室内有微缩的沼泽,海洋,草原,沙漠,热带雨林等生态系统,空气,水,营养物质将在其中循环,以取得生物能循环的经验,生物能循环的简单形式是立体种植,通过绿化可以美化环境,利用空间,增加产量,同时又可以起到保温节水,净化空气,调节室内气候等效果。
(三)加强绿化设计城市与建筑的绿化是改善生态环境的重要手段,绿色植物有时放氧,净化空气,杀菌,调节空气等作用。还具有一等的心理功能。要提高环境的绿化覆盖,增加绿地面积以外,还可以立体发展,想空中拓宽,采取屋顶绿化,窗,墙垂直绿化等手段,日本的“与环境共生的住宅”中。屋顶种植有地锦植物和蔬菜,在提高绿化率的同时,加强了建筑的隔热功能。有效的防止了热辐射,改善了夏季室内环境,阳台上采用垂直绿化。同时装饰了中庭,用生物气候来调节室内气候。
(四)建立自然生态环境,保护生态平衡1935年斯坦力提出“生态系统”的概念,他认为人们对生物体的基本看法,不能把生物体与它们的环境分开,在自然界中,生物系统和环境系统相互作用构成的自然整体,就是“生态系统”。自然生态系统是由生物及其栖息地组成的复杂的整体系统,自然生态系统具有一定的结果和功能,再发展中系统内各种生物的因素和环境内因素按一定的规律相互联系。保护原因的环境的生态平衡是不可能的,虽然保护生态环境和自然资源诗人们实践活动所必须遵守的,但保护是为了利用,合理利用自然环境和资源就可以实现保护生态环境,维护生态平衡的目标。新晨
(五)智能型建筑20世纪80年代以来,电子科技高度发达,通信技术迅猛发展,信息高速公路的开通使智能建筑应运而生,人们的梦想成为现实。
智能建筑是把现代的高新技术——智能型计算机,多媒体现代通信,智能保安,环境监控等技术与建筑艺术相融合在一起,通过对设备的自动监控,对信息资源和对使用者的信息服务及其与建筑优化组合,使人获得投资合理适合信息社会需要,并且具有安全,高效,舒适,便利,灵活的建筑空间。
通俗的讲,智能建筑就是一种有创造力的环境。在智能建筑里,人们可以获得:
(1)安全,健康,节能,舒适宜人,能提高工作和生活质量的环境,温度,湿度,照度可以自动调节,环境的色彩,味道与背景噪音可随心所欲,尽量利用自然界的光,冷,热,大气等,自动调节室内环境,最大限度的减少能源消耗,创造更有人性的生存行为环境。
(2)不同用户对不同环境的要求,开放式的大跨度和大空间结构,允许拥护迅速,方便的改变建筑物的使用功能。
(3)现代化的通讯手段与办公条件,在智能建筑内,人们可以通过国际直播电话,可视电话,电子邮件,声音邮件,电视会议,信息检索等手段,获得全球性情报,信息,以空前的高速度与世界各地的人们进行商贸活动。
未来的新世纪是一个注重生态,环保,追求人与自然科学整体协调发展的社会。传统的粗放型工业生产对城市和自然造成的环境污染,生态恶化的负面影响正在逐步的得到遏制.未来的工业生产必须在生态环保方面加大力度,依靠科技进步的力量,采用先进的技术措施,达到既能保证生产,又具有自净能力,杜绝废气,废料,有害化学物质对城市空气水源,土壤,生物造成的环境污染,同时,尽可能利用工业生产中产生的余热,对于可重复利用的废料实现循环利用,降低能源,资源消耗.其中的环保措施如净化回收装置,空调洁净设施,采热利用设备等.在国外,一些工厂在保护自然,创造健康的工作环境方面做出了很好的表率,生态环保意识不仅体现在建造阶段,而且体现在产品生产过程中,如生产中只能用生态的被降解的原料,而最后的产品也要尽可能是再生产的,从而将生产带来的负面影响力降到最小程度.未来的工业生产对生产工艺,工人专业技能,生产环境,企业管理等方面都提出了更严格的要求.其中,室内的恒温,恒湿,洁净,照明,防火,保安等方面需要先进的技术措施加以管理.现在,这些方面已开始逐步实现智能化管理和监控,对供暖,空调,供电等设备专业的设计提出了更高的要求。也只有这样,才能保证生产的安全,高效,高质量,才能使产品更具有市场竞争力,企业才更具有发展前途.网络化,信息化时代的到来,对传统的工业建筑设计观念提出了挑战.顺应时代,研究新时代工业建筑的新特点,新模式,努力做到以人为本,创造具有时代精神,人文关怀的工业建筑形象,是我们当代建筑师的历史责任.我们相信,工业建筑一定会在有着高科技,多样化,个性化的时代,重新绽放异彩,为城市景观增辉添彩。.如今,世界大型建筑的主流是生态建筑和智能建筑,我国目前正在建造和将要建造的大型综合建筑使用期限至少在50年以上,都是面对21世纪的,无论是在建筑艺术上,还是在设备上,都应有超前意识。随着生态意识的普及和可持续发展的深入人心,以我国目前的经济实力,建筑技术,科学技术的实际水平,建设有前途的大厦将作为我国提高综合国力的具体表现,将带动建筑业的迅猛发展。
参考文献
①《发展生态建筑,改善人民环境》刘海龙《住宅科技》2001.9
②《可持续的生态建筑设计》李效军,陈翔等《建筑学报》2000.5
③生态危机的对策——建筑创作中的5r原则陈易《建筑学报》2001.5
④浅议住宅建设的可持续发展策略周金萍周联军等《住宅科技》2001.6
⑤绿色生态住宅小区建设要点与技术导则《住宅科技》2001.6
⑥21世纪人居环境的建设李熙成等《住宅科技》2000.3
关键词:盾构隧道;管片和衬砌;成本缩减;地下空间
1 引言
在现代城市建设中,地下空间的开发利用已成为一个重要的组成部分。而盾构法隧道,由于其先进的施工工艺和不断完善的施工技术,使得其在城市地下空间的开发中取得了巨大的成功,并被越来越多地应用于城市地铁、上下水道以及地下共同沟等隧道工程建设中。在我国的各大主要城市,如上海、北京、深圳、广州和南京等地,已建和在建的地铁隧道大都采用盾构法施工。但是,一方面伴随着各主要城市为解决制约城市经济发展的交通瓶颈问题,对发展地下轨道交通有着较大的需求,另一方面,采用盾构法施工的隧道,从工程造价上来看是非常昂贵的,这在一定程度上制约了城市地下空间的开发和利用。
因此,如何合理地控制盾构隧道的建设成本、降低工程造价,已成为当前地下空间开发必须认真研究的课题。目前,这一研究工作已取得阶段性成果,如日本建设省制定了“降低土木工程造价的指导方针”[1],要求从设计阶段开始就采取缩小结构物断面、结构物形状单纯化、构件预制化、材料规格化和标准化以及施工技术标准化等5大措施。关宝树[1]总结了影响地下铁道造价的主要因素,并指出降低建设费主要应从以下三个方面入手:降低车辆等设备购置费、降低运营管理费,以及降低作为基础设施的土建工程的费用。张凤祥[2]等人基于当前我国盾构技术发展的现状和特点,提出了今后我国盾构技术开发的方向:降低成本、提高质量、施工高速化、使用寿命长等,即通过机械化、智能化、信息化、设计规范化、新材料和新工艺的采用等几个方面来实现。Y.TAYAGAKI[3]等人提出了增加盾构隧道管片宽度,提高经济效益,从而降低成本的措施。最近,日本和中国[4][5]都在开展预应力高强管片的应用研究,由于这种管片省去了接头螺栓和二次衬砌,使得盾构隧道的外径缩小,从而降低总的建设费用。本文在分析了盾构法隧道成本构成的基础上,总结了国内外众多的施工业绩,并结合现有的技术水平,从设计和施工技术的角度论述了如何进行成本缩减,从而达到降低工程造价的目的。
2 盾构隧道的成本构成
表1是对中、日两国盾构隧道建设成本的构成分析[7],从中我们可以看出各主要项目在整个隧道建设成本中所占的比例。并且,还可发现构成费用的主体主要有这几大项:管片衬砌、机器设备、废土运输处理及竖井建造的防护费用。因此,本文对成本缩减研究的重点也在于此。
3 盾构隧道的成本缩减研究
3.1 管片和衬砌的成本缩减
3.1.1 合理的设计方法
盾构隧道的设计主要是针对管片和衬砌的设计,而目前应用较多的就是惯用设计法。惯用设计法是一种不考虑管片接头刚度降低而将其视作刚度均匀的圆环的设计方法,计算时假定土体随管片环的变形而产生地基反力。这种设计法由于没有考虑管片接头刚度的降低,因而计算出的结果相对来说要偏高。而梁—弹簧模型法[6]则是将管片环模拟为梁的构架(直梁或曲梁),用旋转弹簧和剪切弹簧分别模拟管片接头和环间接头,将其弹性性能用有限元法进行构架分析,计算截面力。据认为,这种计算法是一种解释管片环承载机理的有效方法。
在某高速公路隧道的设计中,应用梁—弹簧模型法计算出的管片厚度为40~45cm,而采用惯用设计法计算出的则为50~65cm。可见,使用前者可以提高计算的精度,降低的管片厚度,一方面使得隧道断面缩小,另一方面则降低了制造费用。
3.1.2 二次衬砌的省略
盾构施工法中施作二次衬砌的作用在于:防腐、放水、防火、隧道内表面光滑、管片拼装蛇行修正以及隧道衬砌的补强作用。在确保衬砌强度和结构安全性的条件下,二次衬砌的省略,其优点主要有以下几点:
(1) 由于二次衬砌的省略,直接导致成本的降低;
(2) 由于二次衬砌的省略,工期得以缩短;
(3) 由于掘削断面的缩小,排出的弃土将会减少,从而使得机器设备、始发及到达竖井等的规模缩小。
3.1.3 增加管片宽度
通过增加管片的宽度,则沿隧道纵向管片接头的数目可以减少,从而管片的生产费用就会降低;在隧道长度不变的情况下,增加管片宽度,组装次数减少,日推进量增加,工期可以缩短;增加管片宽度,相应减少了隧道的环缝数量,不仅改善隧道的防水状况,而且还减少了接缝止水材料以及连接件的投资。但是,管片宽度的增加可能会出现这样的问题:由于管片环接头螺栓处产生的剪切力的作用,导致管片弯曲应力增加,并且主要集中于管片断面的边缘部位。对此,Y.TAYAGAKI[3]提出将加宽后的管片按错缝拼装使其具有很高的强度,以此来保证隧道的结构安全;另外,采取高强连接接头、管片边缘部位钢筋加密以及等分布置管片等措施,能很好的消除接头部位的应力集中。
转贴于 3.1.4 预应力高强管片的使用
这是一种新型的盾构隧道用管片,其作法是将在工厂制作的混凝土管片在盾构机后方组装成一个环,并将预应力钢绞线插入预先埋设在管片内的套管中进行张拉和锚固,从而形成一个预应力管片环,并具有无裂缝,以及真圆性、止水性、耐久性等均好的特点。
使用这种结构的优点在于:
(1) 由于省去了二次衬砌和减小了构件厚度,使盾构隧道的外径缩小,这样可以降低总的建设费用。
(2) 由于省去了管片之间、环之间的接头螺栓类,提高了施工性,有利于缩短工期。此外,由于接头部分省去了螺栓等金属物件,使得管片钢筋配置简单化。
(3) 不使金属物件露在表面,不仅提高了止水性也使内表面相对平滑,这对省去二次衬砌也具有很好的适应性。
3.2 机器设备的成本缩减
3.2.1 合理的盾构机选型
盾构机选型主要包括:盾构类型的选择,如泥水式还是土压式;盾构机具体结构的选择,如刀盘形式、刀头配置、开口位置及开口率、推进千斤顶的推进行程等。盾构机选型不仅直接关系到设备的购置费,更与造价的合理性有关。不合理的选型,一方面会因为设备的预留储备过多,设备的利用率低,从而造成设备购置费用占整个工程造价的比重过高,形成不必要的浪费;另一方面,如果所选盾构不具有很好的地层适应性,不仅会造成高能耗低产出,而且会造成工期的延误,从而最终导致工程造价的剧增。因此,合理而科学的盾构选型应结合拟建隧道的功能、总长度、埋深、地质条件、沿线地面建筑物、地下构筑物和管线等环境条件,以及对地表变形的控制要求等做综合的分析后决定,从而使得所选盾构产生最大的费效比。
3.2.2 特种盾构机的使用[7]
(1) 适应长距离掘进的盾构机
盾构掘进的长距离化,一方面有助于减少同时施工的盾构机台数,另一方面也有利于减少中间连接竖井的数量和进出洞时的地层改良次数,从而达到降低工程造价的目的。
(2) 适应断面形状变化的盾构机
地铁隧道大多是圆形的,在地铁建设过程中,往往会遇到两种不同断面形状的隧道在地中结合的情况(如地铁车站等处)。通常,都是在断面变化处建造竖井,并分别采用不同断面形状的盾构机来施工。无论是不同断面形状的盾构机的使用,还是中间连接竖井的建造,都势必造成整个施工成本的高涨。因此,应对的措施是采用断面形状可伸缩变化的特种盾构机。举例来说,就是当遇到地铁隧道与车站相连的情况时,在相邻车站间的隧道采用圆形盾构,而到达车站时,则两翼展开成三圆盾构进行车站的掘进;当遇到断面直径由大突变至小的情况,宜采用母子盾构机,并在变径处实现母、子盾构机分离。所有这些情况均只采用一台盾构来施工,而将中间的连接竖井省略掉,从而达到降低造价的目的。
3.2.3 高效高能切削刀具的使用
为了适应长距离化掘进,对于所选盾构机及其配套设备有如下的要求:
(1) 尽量减少损耗材料的更换次数
这里主要指的是切削刀具和密封材料的更换,减少它们的更换次数,就避免了更多的停工延误时间。同时,为了解决长距离推进过程中刀具的更换问题,一些制造厂商开始研制可在常压下能够随时安全、快速进行刀具更换的盾构机。最近,日本三菱重工与石川岛播磨重工已联合研制成功了一种新型盾构机,其刀盘采用“球体”技术,可旋转180°后,在大气压下更换刀具。
(2) 切削刀具耐久性的提高
耐久性的提高,主要有赖于刀盘、刀具材质的提高(如在刀具上镶嵌超硬合金刀头,对刀头磨损有明显的减轻);刀盘和刀具形状的合理选择;以及各种切削刀头的合理布置。此外,刀头的大型化也是提高耐磨性的必要手段之一。
(3) 施工材料和掘削土砂运输的高效化
长距离掘进,由于减少了中间竖井数,则运输距离相对延长。因此,对材料输送设备提出了新的要求,如设备的大容量化,以及运输的高效化。
3.3 竖井建造的成本缩减
一般来说,地铁隧道的总长度越长,则所需的地中结合竖井也越多。为此,竖井建造费和盾构机进出洞处的地层改良费也就越高。因此,合理地选择竖井数量及其结构形式,将直接关系到成本总量。为了尽量减少竖井建造的成本,可采取的有效措施包括:盾构掘进的长距离化,减少中间竖井的数量;采用特种盾构,使地中分叉、地中变径处的竖井得以省略;在操作空间得以保证的前提下,尽量减少竖井的建造面积。此外,选择合理的施工工法(地下连续墙、SMW工法、沉箱法)和竖井结构形式的选择(矩形、圆形)等也很重要,对此须做详细的技术经济比较。
3.4 施工高速化
高速化施工,可明显缩短工期,有助于降低设备维护费和人工费用,从而有利于总建设成本的降低。为达到高速施工的目的,可采取的措施有:
(1) 掘进速度的提高:即采取大功率、大容量的设备;
(2) 管片拼装的高效化:增加管片宽度,减少接头数量;简化接头形式,如改变螺栓式接头为插入式接头;
(3) 管片拼装和盾构掘进的同时进行;
(4) 运输高速化:包括运输设备大容量化和运输速度的提高。
4 结语
影响盾构隧道建造成本的因素有很多,如隧道长度、隧道埋深、隧道断面形状、隧道线性条件、盾构穿越地层的地质条件、隧道沿线的环境条件以及障碍物情况等。因此,盾构隧道的成本缩减研究要从多方面着手。本文则是在分析国内外众多工程实例的基础上,研究了盾构法隧道的成本构成,并结合现有的技术水平,从管片和衬砌、盾构机器设备、竖井建造和高速化施工等四个主要方面论述了如何进行成本缩减,从而达到降低工程造价的目的。此外,新技术的开发、新材料和新工艺的应用,正越来越成为降低建设成本的主要对策。
参考文献
[1] 关宝树.再谈降低地下铁道工程造价问题,地下铁道新技术文集[C].成都:西南交通大学,2003
[2] 张凤祥,杨宏燕,顾德昆等.对我国发展盾构技术的一点看法[J].岩石力学与工程学报,1999,18(5):611~614
[3] Y.TAYAGAKI,A.YAMAGISHI,M.WATANUKI.翟进营译.增加盾构隧道管片宽度,提高经济效益[J].地下空间,2003,23(1):100~104
[4] 小泉淳.セグメントの新技术[M].土木工学社,平成12年2月
[5] 于宁.盾构隧道预应力管片的模型试验与计算方法的研究[D].同济大学博士学位论文,2004
关键词:建筑遮阳;发展线索;艺术化;误区;对策
遮阳节能在我国的发展背景
近年来,随着建筑遮阳的发展,各种产品的问世,更多的人开始关注建筑遮阳这块领域。在建筑设计中,遮阳构件的处理手法也越来越艺术化和多样化。同时,相关部门也开始颁布条例对该领域进行规范和管理。种种迹象表明,建筑遮阳产业在我国的发展已经具有了一个良好的起步,并初具规模,值得期待。
今天,当我们回头看的时候,不难发现,过去对于建筑遮阳的理解过于狭隘。建筑遮阳的意义,或许不仅仅局限于遮挡室外的阳光。简单的来说,主要解决两个方面的问题:一是节能,二是造型。但是,从实际来看,我们在这两方面做的都不够。在节能方面,我国人口众多,建筑量较大,如果每一栋建筑都能做好遮阳设计,那么从总体上看,可以节约下大量的能源,这将为打造可持续发展的节约型社会提供巨大的帮助,同时,也积极响应了环保组织提出的创建绿色低碳生活的号召。在造型方面,当下,大玻璃面的建筑设计巍然成风,千城一面,毫无风土性和地域感可言,遗憾的是,众多设计师和建造商身在其中,熟视无睹,依旧争先恐后的开展“玻璃盒子”的设计竞赛。结果,街道的风貌被严重破坏,城市的文脉传承难以再现,众多具有地域特色和历史风貌的古老镇市正在迅速的消失。以上这些问题就存在于我们身边,所以,解决建筑遮阳的问题是紧迫的,也是必要的。
二、外遮阳的发展线索
遮阳构件以空间位置划分可分为:外遮阳和内遮阳。其中,外遮阳的遮阳效果要明显优于内遮阳。本文以外遮阳为主要对象,讨论其在建筑造型上的艺术化处理。
通过对不同时间外遮阳构件的空间形态的观察,我们可以清楚的看到它的发展线索,即:点――线――面――壳――智能化。
点。原始社会时期,人类通过各种巢居建筑,遮风挡雨,抵抗自然力的压迫。这样的建筑构造简单,由植物的枝干搭建而成。其实,这时人类并没有刻意去建造遮阳构件,遮阳的构件与建筑物的墙体、屋顶形成一个整体,或者说,建筑物的墙体屋顶,起到了遮阳的作用。很明显,这时的遮阳构件是以一种“被动”的形式出现。从整体上看,村落中的建筑是以一种单体的形式独立存在,所以,当时的遮阳构件体现出“点”的特征。
线。人类进入了封建社会,建筑水平也有所进步。在这个时期,人们具有了初步的遮阳意识和追求。最具有代表性的就是中国唐朝的大屋顶建筑。硕大的斗拱支撑着深远的的挑檐,这种手段在很好解决艺术造型和屋面排水问题的同时,也起到了不错的遮阳效果。从造型上看,屋檐的遮阳构件的分布是以线条状的形式出现的。
面。进入了20世纪以后,钢筋混凝土建筑走进了人们的视野。建筑在高度上取得了重大的突破。建筑的立面面积随着高度的增加而变大。显然,仅仅依靠一个巨大的挑檐来解决立面上所有窗口的遮阳问题已不可能。于是,人们将遮阳的问题细化到每一个窗口,巨大的立面上均匀的分布着一个个遮阳构件,体现出一种节奏性和韵律感,形成了一种匀质的肌理。这时,人们开始独立主动的思考遮阳的问题,遮阳构件开始从其他构件中分离出来。
壳。20世纪的末端,“双层皮”的理念被提出。这样的外皮以网状形式存在,大多使用在高层筒体的办公楼上。在建筑各个墙面的前方,均设置了遮挡阳光的匀质构件,这些构件连接起来形成了一个封闭的几何体,像一个蛋壳,把建筑完全包住,有不错的遮阳效果。
智能化。近年来,一种自行变化的遮阳构件被越来越多的使用。它可以通过智能化控制,跟随太阳的位置变化,改变遮阳板的角度,来遮挡室外的阳光。它完全颠覆了以前结合不同季节太阳高度角的变化来计算遮阳板长度的方法,化被动为主动。同时也赋予了建筑一张“可变化的脸”,使建筑立面变得更加生动。至此,遮阳构件无论在设计的意识上,还是构件本身的可变性上,都趋向于主动化。主动遮阳的时代正向我们走来。
三、外遮阳的艺术化分析
外部遮阳在解决了节能问题的同时,对建筑的立面处理有很大的影响。在我国,大多数建筑都使用了外部遮阳。所以,做好外遮阳的艺术化处理,无论是对单体建筑的造型,亦或是对街道区域的建筑风貌保护,都有着深远的影响。
1.外遮阳的分类
一般的来说,可以把外遮阳划分为三种类型:绿化遮阳、构件遮阳和结构遮阳。
绿化遮阳:利用落叶乔木,像铃木、白杨、槐、桉、椿等,以及藤架等。既可以点缀环境,美化环境,而且随季节之变化在不需要时即落叶,但是,仅适用于低层建筑。
构件遮阳:构件遮阳分为两个部分,可拆卸的遮阳布篷和固定不变的遮阳板。遮阳布篷安装简单,操控灵活,成本低廉。在对没有遮阳构件的老建筑进行整改处理时,这是一种常用的手段。遮阳板是当前的主流遮阳构件,通过在设计立面时候统一规划,有很好的遮阳效果和艺术造型。在我国,这种遮阳手段的应用范围很广。
结构遮阳:有的时候,可以通过结构和体量的变化达到遮阳的效果。比如说上层空间出挑、悬挂结构等。但是,这种这样方式对建筑的结构的依赖性比较强,使用时存在一些限制,相比构件遮阳而言,使用率较低。
2.外遮阳的艺术处理手法
(1)面处理――建筑语汇、节奏感和尺寸调节。通过对遮阳板的艺术处理,可以创造出各种各样的建筑语汇,起到对立面的优化作用。比如在一个面宽较大,高度较低的建筑立面上,垂直设置遮阳板,一方面,形成了一种特有的表皮,打破了巨大建筑立面的单调性,另一方面,垂直的立面线条,削弱了立面横向长条状的的感觉,起到了尺寸调节的作用。
(2)体块处理――虚实相生,变化多样。在立面设计时,我们把混凝土墙体定义为“实”,把玻璃面定义为“虚”,但是,这两种材质在空间上来看,往往以平面的形式出现,在垂直于墙面的的方向上缺乏体量的变化。这固然是可以通过体量的凹凸来解决立面进深丰富性的问题,然而,那样往往会影响内部功能的布置。
(3)点处理――强调细部,重点突出。为了使建筑统一中有变化,避免单调以达到一定的美观要求,也常在反映该建筑性格的重要部位,如用遮阳百叶、遮阳纱幕结合一定造型的窗户,使得墙面与窗户简单组合,插入了细部元素,不仅可以强化建筑的个性,同时可以材料的质感不同,也会给人以不同的感觉。如天然石材和砖的质地粗糙,具有厚重及坚固感;金属及光滑的表面感觉轻巧、细腻。立面设计中常常利用质感的处理来增强建筑物的表现力。
光影处理――立面的丰富性及控制性。通过对遮阳构件进行合理的设计,可以创造出具有艺术性的光影效果,提升立面品质。从这个角度来说,遮阳构件的作用不再仅仅是简单的遮光,或许称之为“控光”更为合适。如一个办公楼的立面,通过结构构件的梁柱外凸,达到的遮阳的效果。四、案例分析
1.遮阳―通风。台湾的台东高中教学楼是一个建筑遮阳和通风结合较好的案例。设计者将建筑的导风板和遮阳板巧妙的结合起来,遮阳的同时兼顾通风,充分彰显了热湿气候地区的建筑特征。从造型上看,构件体态轻盈,动态向上。以三个窗口为一组,艺术造型充分体现了韵律性和节奏感,与校园所表现的活力无限、积极向上的场所精神相契合。白色的材质在最大程度上将辐射反射向天空,与深色的墙体交相辉映。
2.遮阳―结构。英国伦敦的威斯敏斯特城市学院由斯米特-汉莫-拉森建筑事务所设计。该建筑的形式与功能搭配巧妙:每层的阶梯和朝南的外墙可为下一层提供遮阳。立面被设计为接受到最少的太阳辐射,同时能创造出明亮开放的环境。在东、西立面上,每隔一段距离,垂直于墙面方向的一层半透明的页片对楼层进行遮阳。这种遮阳板拥有柔软而反射性的表面,能加强墙面的纵深感,并创造出连续变化的外观。朝南的墙面通过投射自己的阴影,从而减少对外部太阳能控制装置的需求。
3.遮阳―自动化。梅纳拉大厦位于雪兰莪州, 由马来西亚建筑师杨经文设计。这个看起来形态颇为怪异的写字楼被人们称为世界上复杂的气候过滤器。建筑的内部及外部采用了双气候的处理手法, 溶合了雪兰莪州的热带气候, 有效地降低了建筑的能耗。屋顶上的像风向仪似的金属架其实是遮阳格片。根据雪兰莪州不同季节太阳的运行轨迹,格片被设置成不同的角度,用来控制不同季节阳光进入建筑的多少。
五、建筑遮阳在发展中遇到的困难及解决对策
1.建筑遮阳在发展中遇到的问题
近年来,建筑遮阳的推广在我国的取得了一定的成绩,但是,仍然存在着一些问题阻碍发展的进程。比如说:
在建筑设计中,大量的设计作品盲目跟风,片面的追求大玻璃面建筑带来的“现代感”,很少甚至根本没有采取遮阳设施。
在发展初期,国内的群众缺乏对建筑遮阳的充分了解。大多数人对建筑遮阳完全没有意识,就算有所耳闻,理解也十分狭隘。很多人不知道整体遮阳的效果要远远优于单体遮阳,他们认为建筑遮阳就是简单的在窗口安装一个可拉升雨棚。
广大业主和甲方对国外的高科技产品盲目崇拜和追捧,造成巨大的浪费。当下存在着这样一种不好的趋势,即把国外的的先进产品简单的生搬硬套到国内来,完全不顾实际情况。如南京的长发CFC办公大楼,采用了双皮结构。该结构源于北欧等寒冷地区,旨在创造一层保温空气层在两层皮之间,为建筑内部空间提高更好的保温效果。但是,这种表皮具有夏天散热不畅的缺陷。因为北欧地区夏季较短,该问题并不突出。一旦把这种建筑结构复制到了南京,则带来了巨大的问题。
2.解决问题的对策及思路
(1)在设计方面,遵循实事求是的原则,做到具体问题具体分析,做好区域的整体规划,对建筑进行分级处理。对于标志性建筑,可以适当采用先用国外的新技术,做到重点突出。对于一般性建筑,则争取通过较小的代价,取得较好的艺术效果,彰显建筑的地域性。力争把建筑变得更便宜、更自然、更有效。要摆脱盲目跟风的心态,立足于本土化。保持区域原有的风貌特色。
(2)在改建方面,首先确保设计一次到位,尽量避免二次改建。同时,发挥政府的宣传职能,普及绿色遮阳的知识。通过电视宣传,公益展示的方式增强大众的环保意识和建筑品修养。让群众意识到:遮阳优于不遮阳,整体遮阳优于单体遮阳。另外,颁布优惠政策,降低服务成本,鼓励设计公司向群众提供便捷的整体外遮阳改建的服务。确保整体外遮阳的普及,避免各家各户单打独斗,在建筑立面上“打补丁”,破坏建筑的整体形象。
六、结语
通过这20年的发展,我国的建筑遮阳产业初具规模。我国人口众多,城市建筑密集,通过对每一栋建筑的遮阳处理,也许,从单体上看,节能数据不明显,但是,从总体上看,能节省大量的能源,所以,遮阳产业的发展前景值得期待。同时,也要看到,一些不尽如人意的地方依然存在,需要我们做进一步的整改。在未来的发展中,我们需要对这些方面予以更多的关注,避免类似的错误再次出现。
参考文献:
夏云、夏葵 生态与可持续建筑[M].中国建筑工业出版社,2001
在北京站的活动同期,施耐德宣布推出Xightor Pro可视对讲系统。针对这一新上市的产品,施耐德电气合作业务事业部产品经理李敏先生和来宾做了沟通。
在家居安防已成大势所趋的当下,谈及施耐德电气本次推出的Xightor Pro可视对讲系统与同类产品相比的主要特点,李敏从以下几个方面阐释:
第一是时尚设计的理念。因为在市场上很少能看到有可视对讲产品的企业能够提供不同的外观、色调或者色彩。对Xightor Pro可视对讲系统来说,它的7寸屏幕边框可以更换,所以不同的楼盘甚至不同的消费者,如果有兴趣,都可以选择不同的边框来配合自己的家居色调,可以自己去搭配。这与我们原先面板的设计风格是一样的。
第二是从外观来看,Xightor Pro室内机是壁挂式的安装。壁挂式安装一般来说有一个支架,前面是挂可视对讲的,整体厚度很大,就跟我们现在的壁挂式彩电一样,因为厚度的原因会在设备后面有一个空间浪费,同时也很容易积灰。而你在我们这次现场可以看到,Xightor Pro室内机是直接贴到墙面上的,其实它也是壁挂式的,基本上没有真正深入墙面,只是后面的接插件有部分在墙里,实际上设备本身是贴合墙面的。所以从这个层面来看,容易打扫,不容易进灰;另外从外观来看也与墙面非常协调。
第三是从操作使用的便捷性来看。现在很多厂家都在不断追求功能多样化,一般来说都是希望把家居所有的功能都集成到可视对讲里面去,但却往往忽略了一些人性化的内容。所谓人性化的内容就是操作的简单性。比如我们现在手机操作很简单,我要进入一个程序,点击一次就可以了,如果要退出程序,一般有一个home的按键,按一次它就退出到我的主界面上了。施耐德本次的Xightor Pro可视对讲系统也是秉承了这样人性化的操作设计理念。无论是要进行什么功能的操作,基本上都可以在三步之内完成。这也是我们在可视对讲设计上面相对来说比较人性化、和其他产品不太一样的地方。
还有一个是可视对讲系统的扩展性,或者说可视对讲系统的家居智能化的提升功能。为什么这么说?其实在业内既做智能家居又做可视对讲的厂商,有,但是不多。很多是先做可视对讲,再去做智能家居的。由于我们前期有一个非常好的智能家居的平台,既有有线的系统,也有无线的系统。有线系统可以适合于新建楼盘的建造,无线系统适合一些翻修的住宅楼的使用,所以它应用的环境就很广。在搭配上,可视对讲系统主机的功能性非常强,本身也是非常稳定可靠的。施耐德电气的智能家居产品一直都在很多楼盘项目上使用。以上几方面我觉得是施耐德电气Xightor Pro可视对讲最主要的特点或者最主要的优势。
补充说明一下,产品现在是分几个阶段来进行功能和系统扩展的,它可以实现智能家居的产品通过手机、iPhone、iPad,包括安卓系统进行远程的访问和操作。
谈到施耐德电气Xightor Pro可视对讲系统的消费群体,李敏将其锁定在地产开发商和地产合作伙伴中:“我们认为,最主要的受众可能更主要是偏向中高端的群体。现在可视对讲也分不同的种类,有可视的,有非可视的,有整合智能家居的。实际上我们这款产品,既能够单独使用,也能够和智能家居协调在一起使用,所以整个可视对讲的系统定位也是属于中高端的。平时业主或者开发商有这样的意愿做一些可视对讲加上智能家居的应用,但是这个智能家居不是强行地加给你。我们这个产品很大意义上是有一个扩充性、扩容性的。为什么这么说?因为本身施耐德电气有无线系统,无线系统就有非常好的扩展空间。也就是说,开发商可以在先期的时候只安装我们可视对讲的产品,后期如果业主有这个意愿,比如现在年轻人都希望玩一些新潮的电子产品,包括iPhone等等,他可以再去购买我们其他衍生的产品,比如无线的智能家居产品,去进行他自己的小空间的开发。这也是一个像搭积木一样的,我们可以搭这一块,也可以搭成高楼大厦,做得非常完整。可以说有一点DIY趣味的产品。”
据李敏介绍,Xightor Pro可视对讲系统在2012年的北京安博会上就已经做过一个预。经过半年的时间,施耐德电气不断地积累潜在客户。在本次会之前,已经有一些终端用户有购买意向或者已经安装了。包括一些开发商的样板工程、样板间里面也有这款产品的身影。
关于Xightor Pro可视对讲系统的市场渠道,李敏介绍到,施耐德电气与很多地产商开展了战略合作,同时也和弱电集成商有长期合作关系。施耐德会利用原有的楼宇系统和照明控制系统的渠道,对整个可视对讲系统进行渠道上的覆盖。除施耐德电气在楼宇自控、照明系统、智能家居、智能生活空间的渠道外,也会围绕这个产品做一些新渠道的开拓,比如零售渠道,施耐德电气也一直在寻找好的合作伙伴,共同进行新渠道的开发。可视对讲更主要是针对住宅市场。在住宅市场里面,施耐德电气也会借用已有的分销商平台,
谈及楼宇对讲产品,最重要的应用必然离不开地产。而在国家新一轮调控出台后的当下,楼市的何去何从又笼罩上了迷雾。作为和地产处于上下游产业链上的楼宇对讲企业,如何正视调控政策对楼市,进而对企业本身的影响。对此,李敏谈了他的看法:“从地产业来说,虽然现在我们看到国家有一些调控的措施,但是从整个智能家居行业,或者从智能家居的发展来看,我们觉得空间还是非常大的。从我们基于国内外拿到的一些相关的数据统计看,包括一些相关的调研机构提供的数据都可以看到整个智能家居产业链还是有非常好的发展前景的。还有一点,国家政策层面对能耗方面是越来越大力提倡节能环保的,对施耐德电气的可视对讲系统来说,我们在应用中也会更多地加入能效管理的平台,跟智能家居的能效管理合并在一起。这个可视对讲不是一个单纯的智能家居的,单纯的可视对讲的,或者安防的功能平台,它更是一个消费者、让用户来了解自身的能源使用和消费环境的平台。基于此,我们觉得在整个中国市场上,我们的产品后期应用的潜力还是非常大的。可能前几年很多地产商还只是把智能家居的一部分内容作为销售卖点,但是现在有更多的房地产开发商,包括政府已经将重心转移到了人性化的控制上,或者转移到了能效级别上,怎么来提高每一位公民的节能意识,怎么帮助每一家一户的居民了解自己家的能源消费情况,这对于后期整个产业的发展,意义重大,潜力巨大。”
据李敏介绍,为了增强用户体验,本次“创见能效中国・2013大型巡展”北京站的体验活动展示区专门搭建了住宅解决方案体验区。在方案中施耐德进行了整个Xightor Pro可视对讲系统的安装,直接和施耐德智能家居系统联动控制。同时,施耐德电气在北京、上海,未来还将在武汉、西安甚至深圳的办公室搭建体验区。在体验中心里,会在原有智能家居的解决方案里面,将可视对讲的内容添加进去。通过零售渠道和其他的合作伙伴,也会做一些的展示区,加强消费者的直观体验。
在能效管理领域颇有建树的施耐德电气,本次进军可视对讲行业,是否也觊觎在这一领域树起施耐德电气的大旗?对此,李敏如是描述施耐德在对讲领域目前的定位:“应该这么说,整个可视对讲行业已经做了十几年了,施耐德电气目前还只是一个跟随者,但我们对这个系统是有信心的,施耐德电气是行业里的能效管理专家,所以我们希望本次只是施耐德电气在整个可视对讲系统,或者说在智能家居领域的第一步。我们希望先把第一步走好,慢慢地把施耐德电气能效管理的元素体现在我们的家居解决方案中,从而像您所说的在行业中、在某一个方面,比如说在能效管理上面,争取扮演领头羊的角色。因为在我们看来,可能大家会说,楼宇的能效管理除了施耐德电气,还能找到其他一些品牌。但是在家居里面我们看到现在这块还是比较缺失的,而且没有一个行业的标准。我们这个产品推出之后,在整个住宅领域,还是有很大的发展空间的。我们也希望通过这个发展空间能够去扮演领军人物的角色。”
谈及行业标准,李敏感触良多:“施耐德电气参与过很多电气方面国标的撰写和制定。在低压电气,包括整个电气控制这块一直是不断地和国家的标准委员会进行沟通的。我们也希望能够将自己企业的一些优势在整个中国进行推广,来带动整个中国相关标准的制定。
据悉,施耐德电气能效楼宇部门是今年新成立的部门,这个部门涵盖了多个产品和多方面的解决方案,包括照明控制系统、楼宇控制管理系统、楼宇门禁系统、综合布线系统、电能表记的系统、安防系统以及可视对讲的系统。可以从结构组成上看到,这个部门里面所有的东西既是针对楼宇应用,也针对到整个家居,包括整个商业建筑的应用。这块应用包括常见的安防部分,也包括能效管理的部分都在这个部门。能效楼宇事业部针对的市场也是有细分的,包括住宅、办公楼宇、医院、数据中心等等。除了能效楼宇事业部之外,还有一个零售事业部,这也是现在施耐德电气的战略发展方向。零售事业部会直接针对终端用户、最终用户进行产品或者是解决方案销售,由零售事业部的工作人员做一些终端消费者的推广、上游和下游两方面的宣传,具体的实施还是通过开发商和集成商的伙伴。这些都会很好的支撑施耐德电气Xightor Pro可视对讲系统和产品进入市场。
相关链接
施耐德电气推出Xightor Pro可视对讲系统
全球能效管理专家施耐德电气在京宣布推出Xightor Pro可视对讲系统,将传统门禁系统提升到一个新的档次。可视对讲系统配置了室内触摸屏,可以无缝融入家居的内部装饰,同时,门禁和呼叫管理软件为住户提供全天候的安全保护。
快速简单的安装
Xightor Pro室内机采用齐平嵌入式安装设计和标准的86型底盒,使安装变得更简单。不需要突出式的安装架,就可以将触摸屏安装到墙壁上。此外,Xightor Pro使用基于IP传输协议的超五类或六类电缆连接,速度更快,可以提供更稳定的视频和音频信号,并且减少布线成本和时间。IP自动匹配技术还支持更快的编程和设置,同时,即插即用的连接方法让任何人都可以使用凤凰端子快速完成系统安装。这些功能有助于降低住宅和商业建筑的建设成本,并加快完工时间。
可升级和可扩展
Xightor Pro也能够集成其他系统,例如施耐德电气的C-BUS、KNX和ULTI EZinstall3,从而可以通过Xightor Pro可视对讲触摸屏实现一键式场景控制。 Xightor Pro还可以连接到人体存在感应器或入侵检测系统,以增强住宅和楼宇的安全性。
整个系统支持多达20,000台IP设备,因此Xightor Pro可以使用在大型住宅及商业建筑之中,而且容易进行未来的升级和扩展,进一步提升住宅的价值。可通过IP连接或内置的SD卡插槽完成系统的升级。
外形和功能
Xightor Pro的触摸屏设计灵感来自于备受赞誉的ZENcelo开关。Xightor Pro 的纯平表面设计让它能够无缝融入任何现代家居的室内设计。此外,触摸屏的外框可以定制,适合搭配任何墙面颜色、图案或设计以及任何开关或墙面装饰。
与此同时,物业管理软件允许用户通过视频监控访客,保存未接呼叫访录和访客照片。为了增强便利性,Xightor Pro加入了一项控制功能,预先将电梯传唤到住户楼层,从而减少等待时间。用户还可以个性化设置室内机铃声和屏幕保护程序,体现个人品味和风格。
关键词:摩尔定律;晶体管;电子信息产业
中图分类号:TN-9 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)23-0170-02
一、引言
摩尔定律是由英特尔(Intel)创始人之一戈登・摩尔(Gordon Moore)在搜集1959年至1965年集成电路上晶体管数量的数据的基础上,于1965年4月提出的[1]。即当价格不变时,集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。戈登・摩尔提出摩尔定律后的几年内,世界多数半导体公司按照这个定律制定了产品更新策略。1969年,摩尔和朋友建立英特尔公司并制定电子信息产业标准。此后,英特尔公司生产的大量产品都验证了摩尔定律的准确性。直到目前,全球仍有多数知名半导体制造公司一直遵循摩尔定律进行产品生产,如英特尔、高通、AMD、ST等[2]。
摩尔定律核心是不断增加的晶体管的数目,以及更强大的性能和更高的集成度,这也会带来一系列问题,如设计者需要使用各种方法来解决高温问题[3]。但这却能促进制作工艺的提升和集成电路中晶体管数目的增加。一方面,更强大的性能来源于更多晶体管数目;另一方面,制作工艺的更新也促进性能的提升。很多制造集成电路的工艺被英特尔公司使用,比如180nm,90nm,65nm,45nm,32nm等,来也将有14nm和10nm[4]。其他半导体制造公司也有各自的制作工艺,如台积电公司等。
基于以上问题和相关介绍,从1965年起,几乎所有的半导体厂商都遵循了摩尔定律。每一次进步都使得集成电路上能容纳更多的晶体管,并且带来更低廉的价格。然而,在摩尔定律提出的40年以来,也出现了一些问题,一度让人们怀疑摩尔定律是否会被终结[5-6]。但是摩尔定律一直发展到了今天,在未来几年内也会一直有效。
二、摩尔定律与晶体管数目
1.晶体管数目增加的影响。摩尔定律的经典结论是,当价格不变时,集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月增加一倍,性能也提升一倍。不断增加的晶体管数量意味着更强大的性能,包括更多的功能和更快的运行速度。集成电路功能可以不断提升。例如,原来的8051单片机没有集成片上模数转换,而现在的单片机如集成Cortex-M3内核的STM32内部集成了模数转换模块。这些模块的增加给工程设计带来很多便利,在印刷电路板上不再需要额外的集成电路,并且可以提高传感器的精确度,在AMD的Tahiti XT中集成了4,312,711,873个三极管[7]。最近几年,提出了一个新的概念――片上系统(Soc)。片上系统的集成电路可以拥有更强大的系统功能、更低廉的价格以及更低的耗电量和更小的供电电压。同时,更多的晶体管意味着更快的运行速度。目前最大的个人CPU I7-3970X拥有22.7亿个晶体管[8],而上一代最大的个人CPU I7-990X拥有10.17亿个晶体管[9]。目前最大个人电脑的核心部件如表1所示。
2.晶体管数目对温度的影响。工程设计人员希望通过增加单位面积里晶体管的数量来提高性能,并希望通过更先进的制造工艺来控制温度。所以新型集成电路的温度并不会比之前集成电路的低。如今,设计者也可以使用其他途径来解决温度问题。多数电脑使用风扇或者水冷,甚至液氮来冷却。为了更有效率地对集成电路进行冷却,冷却技术需要不断地进行改进和提高。现今集成电路冷却业是一个大产业并且不断发展,世界上有很多专注于此的公司。
三、摩尔定律与价格
当价格不变时,集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月增加一倍,性能也将提升一倍。因为集成电路的价格主要来源于制作工艺提升的费用,更先进的制作设备需要更先进的生产技术和工厂来支持,而集成电路原料的价格可以忽略。英特尔公司在设计集成电路之外,也建立了先进的工厂来保证制造工艺。建造工厂需要花费大量的物理与财力,所以需要通过增加产品的数量并增加工厂的工作年限来减少生产集成电路的平均费用。台积电是一个非常著名的集成电路制造代工公司,它使用了另一种方法来减少生产集成电路的平均费用。NVDIA,AMD,Qualcomm以及一些其他的集成电路设计公司都是台积电的客户。通过帮助大量的集成电路设计公司生产集成电路,台积电可以生产出大量的产品来提供建设厂房所需要的花费。第一台计算机是为了计算炮弹弹道而生产的,所以拥有足够的军费支持。而工业中费用的问题不能忽视,所以集成电路变得越来越廉价,嵌入式系统也被运用在工业控制中。因为嵌入式系统低廉的价格,除了工业控制之外,其他很多领域也在使用单集成电路微处理器。例如智能家居、智能手机、无人飞机等等。在各个领域中广泛运用的电子设备是使我们的生活能变得更智能更现代的原因之一。在摩尔提出摩尔定律的1965年,这些智能化生活都是不可想象的。
四、摩尔定律未来发展趋势
1965年提出的摩尔定律对世界来说是一个重大事件。而现在,我们将怎样评价它48年来对世界的影响?不管怎样,摩尔定律巨大的影响是不可否认的。在摩尔的眼里,摩尔定律所揭示的速度是不可能永远持续下去的[3]。一些文章认为摩尔定律将会因为漏电流和高温被终结[5]。一些其他的观点则认为导致摩尔定律终结的原因是制造商不能收回研发和建造工厂的巨大成本[6]。一个半导体工业协会出版的名为“未来技术发展蓝图”的文件指出,10nm级的工艺是关键,因为以往的机械制作工艺将不能达到其制造的所需要求[6]。关于摩尔定律的继续发展和未来影响,我们有以下看法。
第一,首先是制造工艺上的一些问题。依照目前的发展趋势,有两个方面的问题越来越明显,就是关于漏电流和高温。这些问题需要通过制造工艺的进步来解决。摩尔曾经指出漏电流将会限制摩尔定律发展,当晶体管的尺寸不断减小,漏电流的影响将使得功耗增大。如果设计者不断减小晶体管的尺寸,电流将变得越来越大并烧毁晶体管。
得益于3D晶体管技术,这个由于漏电流产生的问题暂时得到了解决,集成电路还可以工作在更低的驱动电压下。关于温度,由于更先进的制造工艺,在保持同样晶体管数量和性能下,新型号的集成电路的温度总会低于旧型号的集成电路。在奔腾4时代,英特尔不能很好地解决高温的问题。但得益于多核技术,英特尔推出了名为酷睿的产品来解决这个问题。现在,很多移动平台集成电路供应商都使用多核技术来解决高温的问题。同时,为了控制功耗在100W以下,一个叫ARM的著名集成电路公司推出了一个名为big.little的新异构计算解决方案,这个架构将功耗高、性能强的处理器,与功耗低、性能弱的处理器封装在一起。并希望借此能提高处理器的效率,产生能达到高性能但功耗低的处理器。
各种新出现的技术问题将导致发展放缓。首先在于集成电路的制造方面,比如当集成电路达到10nm数量级时,光学加工手段将会取代机械加工手段。英特尔使用疝灯产生的远紫外线来雕刻集成电路,IBM使用X光,这将可能解决工艺尺寸的问题,比如制造14nm尺寸的芯片。如果新的制造手段将被发现,将继续提高集成电路性能。再看看其他方面的限制,比如耗电问题。目前芯片性能的进步很快,但同时也会增加耗电量。这些都可能是集成电路发展的一个不可逾越的瓶颈,导致摩尔定律不再适用,电子信息产业不再迅速发展。
而对于工艺的更新速度,可以参考英特尔的策略,根据英特尔提出的“Tick-Tock”战略,在接下来的一年,将会有7nm和5nm制作工艺的集成电路推出。当“Tick”年来到,集成电路的制程将会更新;而“Tock”年到来时,集成电路的微处理器架构将会更新[9]。
第二,财务因素是每个公司发展的决定性因素。一些专家认为公司无法负担起建设新厂房所需要的大量资金。新的集成电路所带来的利润不足以让公司支付这些费用并盈利,集成电路的更新速度将会放缓。目前,英特尔正在以色列建设10nm生产工艺的工厂。在电子信息产业发展早期,硬件能力的增长跟不上软件需求发展的速度(软件设计总是需要更高性能的硬件),所以对硬件的性能提升有很大的需求,每次硬件的增长都被快速地应用在软件上。而现在软件的复杂性增长已经趋于平缓,而不是继续高速复杂化。比如新一代的Windows 8操作系统对硬件的要求甚至低于老一代操作系统Windows 7[8]。一直致力于提高芯片性能的英特尔也推出了功耗更低和超低电压CPU,由英特尔极力推广的超极本逐渐成为了未来笔记本的发展方向。另一方面因为大多数用户并不需要如此强劲的性能,而更加看重用户体验,加上购买高性能处理器的花费太高,导致技术进步的速度受到限制。比如只有少部分中国人使用昂贵的I7处理器。如果不能有效地控制成本,并且没有大量的市场需求,集成电路性能提高的速度将大大放缓。
第三,全新的制造材料将改变集成电路的发展方向。在晶体管发明以前,没有人能预料到今天电子信息产业的繁荣。也许我们能使用新的材料或者技术来改变现状。我们可以考虑使用其他的半导体元素代替硅元素制作晶体管,比如元素周期表上第三和第五族的元素。利用它们不同的属性,提高芯片的性能。但这可能仅仅是权宜之计,因为它们可能也会遇到与硅元素相同的问题。石墨烯也是一个很有希望的晶体管材料。但是它也有很多问题,比如没有足够的带隙,人们对它的了解也不足够充分。这些材料和技术目前都处于探索之中,未来也许也会有新技术出现,并带来革命性的改变。如果将来的某个发明,改变了集成电路性能提升的方式,或者产生了新的计算机技术,取代了现有的集成电路工作原理,那么摩尔定律可能将不再适用。
五、结论
由本文的研究分析可以得出,目前集成电路的发展还会遵循摩尔定律,并伴随电子信息产业的飞速发展。而若干年以后,集成电路和电子信息产业的发展速度将会放缓。此外,集成电路性能提升的方式也可能会发生改变。
目前,电子信息产业发展飞速,如同大多数工业产业一样,由刚刚兴起时的发展困难到随后的一个高速发展时期,然后又逐渐趋向平稳。在电子信息产业中,这种现象可能出现在五年后,也可能在十年或者二十年以后。但这一天一定会到来,没有人可以打破这个基本的自然规律。在未来几年内,摩尔定律还将适用,电子信息产业仍将快速蓬勃发展。在未来的某天,摩尔定律将失去它的价值,电子信息产业也将会以其他的形式和方向继续发展。
参考文献:
[1]Nam Sung Kim,Leakage current:Moore’s Law Meets Static Power[J].the IEEE Computer Society. December 2003:68-75.
[2]陶然.守望摩尔定律[J].电子产品世界,2010,(6):2-4.
[3]沈建苗.摩尔定律是否有未来[J].微电脑世界.2011,(9):12-15.
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[5]齐书阳.摩尔定律会终结吗[J].电脑爱好者,2013,(8).
[6]赵佶.摩尔定律何时会失效[J].半导体信息,2012,(5):4-8.
[7]Mike Mantor. White Paper|AMD GRAPHICS CORES NEXT (GCN) ARCHITECTURE[EB].http:///cn/Documents/GCN_Architecture_whitepaper.pdf,August,28,2012.
[8]Intel Core i7-900 Desktop Processor Extreme Edition Series and Intel Core i7-900 Desktop Processor Series on 32-nm Process[EB]. http:///content/dam/www/public/us/en/documents/datasheets/core-i7-900-ee-and-desktop-processor-series-datasheet-vol-1.pdf,February,2010.