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2024年11月24日
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新材料讓世博園閃耀科技之光
時(shí)間:2010-07-07 13:39:09  來源:城市化雜志  作者:譚少容 

毫無疑問,上海世博會(huì)讓更多新型材料和科技有了“用武之地”。新材料和新技術(shù)不僅體現(xiàn)在場館建設(shè)中,還和人們的日常生活消費(fèi)息息相關(guān)。業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì),和人們的衣、食、住、行等相關(guān)的新材料技術(shù)有望更廣泛地應(yīng)用并更好地造福人類。

衣:蘊(yùn)含特殊功能的服裝面料

本屆世博會(huì)上各場館工作人員的服裝讓參觀者大飽眼福,還蘊(yùn)含有先進(jìn)科技和特殊功能,讓人看到了高科技服裝面料的“親民性”,同時(shí),舊衣服還能得到環(huán)保低碳的“歸宿”。

由于世博會(huì)舉辦期間跨越多個(gè)季節(jié),天氣變化多端,所以志愿者的服裝也特意做了針對(duì)性的設(shè)計(jì):袖可以隨意更改長短,褲長也可“伸縮”自如。此外,在服裝的防雨抗風(fēng)御寒等功能方面也進(jìn)行了強(qiáng)化,志愿者服裝的面料還具有瞬時(shí)降溫的效果,當(dāng)面料接觸皮膚后可以產(chǎn)生降低溫度1-2℃的瞬間冰涼感,如果是在長時(shí)間的日光照射下,產(chǎn)生的涼感溫差可達(dá)3-5℃。這套服裝采用白色和綠色的色彩搭配,體現(xiàn)了和諧、潔凈與創(chuàng)新的主題。

特步為世博會(huì)園區(qū)志愿者提供了8萬套專用服裝,在面料選材上,使用天然、環(huán)保的棉質(zhì)材料;制作工藝上,運(yùn)用具有高科技含量的編織技術(shù),達(dá)到了服裝美觀度與舒適度的雙優(yōu)要求。

世博瑞典館工作人員制服的面料是有機(jī)棉、有機(jī)亞麻和可回收聚酯材料,非常環(huán)保。

德國館工作人員的制服全部采用一種可回收的特種滌綸纖維制成,可以降解。在世博會(huì)結(jié)束后可以埋入地下分解用作肥料,就連染料和紐扣也不會(huì)在降解過程中產(chǎn)生污染。

在日本產(chǎn)業(yè)館,服務(wù)人員所穿的和服均采用可回收的新型面料,這種面料由耐熱生物塑料纖維和京都傳統(tǒng)真絲織物“丹后縐綢”交織而成。世博會(huì)結(jié)束后,這些制服都將隨日本產(chǎn)業(yè)館其他設(shè)施一起被運(yùn)回日本,經(jīng)循環(huán)回收再利用系統(tǒng)進(jìn)行加工再生產(chǎn)。

食:綠色環(huán)保新奇的餐飲

新材料在上海世博會(huì)的應(yīng)用,不僅直接為游客的生活帶來便利、還能讓人很直觀地感受新材料和科技的魅力——比如直飲水、生物質(zhì)餐具、能當(dāng)點(diǎn)心吃的筷子、能解決糧食問題的超級(jí)水稻、能培育超大果蔬的太空種子等等。

上海世博會(huì)期間,游客不能攜帶飲料和水入園,而是由世博會(huì)組織者為游客免費(fèi)提供直飲水。免費(fèi)飲水點(diǎn)的設(shè)置一方面滿足了游客的飲水需求,另一方面也能讓游客體驗(yàn)更為環(huán)保的飲水方式。這種直飲水設(shè)備是由同濟(jì)大學(xué)等單位研制的膜生物反應(yīng)器,其核心部件PVC膜是一根根酷似面條的淡黃色空心塑料管。據(jù)介紹,每一根“面條”的過濾孔徑只有0.01微米,相當(dāng)于頭發(fā)絲的萬分之一,水分子可以通過,其他大分子污染物則被截留,從而達(dá)到凈化水質(zhì)的效果。

世博園區(qū)供水管道的源水由浦東臨江水廠及浦西南市水廠供應(yīng),兩水廠均采用臭氧活性炭深度處理工藝,以保證出廠水水質(zhì)良好。而世博園區(qū)內(nèi)的直飲水設(shè)備則通過超濾膜起到終端凈化的作用,徹底濾除自來水在管道輸送過程中的二次污染。

世博會(huì)期間的一次性餐具,如杯子、托盤,包裝盒等包裝材料,不是使用傳統(tǒng)塑料,而是用生物質(zhì)材料——“玉米塑料”制成,就連世博會(huì)上使用的路牌、胸卡、磁卡等也是由源于玉米的聚乳酸材料制成,彰顯了綠色理念。據(jù)了解,這種全新的生物質(zhì)材料是將玉米等農(nóng)作物通過生物發(fā)酵技術(shù)制備得到的一種聚乳酸材料,走的是一條從農(nóng)作物到乳酸、聚乳酸、聚乳酸制品、再到自然降解的循環(huán)鏈。采用聚乳酸制備工藝,性價(jià)比高,既安全又能保證產(chǎn)量,用完的廢棄杯子或包裝盒將一并填埋進(jìn)行自然降解,可循環(huán)利用,對(duì)環(huán)境無污染。
在最佳實(shí)踐區(qū)倫敦零碳館附設(shè)的零碳餐廳,顧客在品嘗佳肴的同時(shí),還能體驗(yàn)零碳理念。比如,零碳餐廳里的椅子用自來水水管拗成,桌子用舊輪胎拼接起來,飲料瓶則被做成吊頂、地?zé)簟⑾灎T臺(tái)等小裝飾。筷子其實(shí)是長條的巧克力餅干,飯后可以當(dāng)甜點(diǎn)吃掉,省下了洗筷子所花費(fèi)掉的水,也節(jié)省了一次性筷子要消耗的木材。餐廳所提供的食品,不少是有機(jī)食品。餐廚垃圾則被收集起來,進(jìn)行廚余垃圾的生物發(fā)電。據(jù)說,到了夏天,零碳餐廳還將供應(yīng)用“冰杯”盛放的雞尾酒,喝完酒,杯子也可以吃掉。

在上海世博會(huì)中國館“希望大地”展區(qū),一片青青的稻田被安置在密閉的玻璃箱柜里,高及膝蓋的水稻種在白色的橢圓形花盆中,全天都有白熾燈光呵護(hù),盆里有人工放置的營養(yǎng)土,從表面來看,其養(yǎng)殖條件與盆栽鮮花似乎沒什么兩樣。這一超級(jí)水稻是袁隆平教授從其雜交水稻工程技術(shù)研究中心培育到一定時(shí)期后,直接空運(yùn)到上海世博會(huì)的,畝產(chǎn)將達(dá)800公斤左右,而現(xiàn)在通常的雜交水稻平均畝產(chǎn)不過450公斤。在中國館內(nèi)成功實(shí)驗(yàn)的家庭培育超級(jí)水稻的新技術(shù),未來也能成功量產(chǎn),屆時(shí)農(nóng)民可以不靠天吃飯,旱澇保收,因?yàn)樵诩揖湍芊N植水稻了。

位于浦西園區(qū)D片區(qū)的太空家園館里,有一個(gè)“太空育種”展區(qū)。地球上的種子被帶到太空后再返回,經(jīng)歷了強(qiáng)輻射、高升空和微重力,會(huì)產(chǎn)生變異,再通過幾代的培育,其性能會(huì)非常優(yōu)良,培育出來的蔬果個(gè)頭大、外形美、抗病毒,營養(yǎng)成分也要高許多。一米多長的西葫蘆、像足球般的茄子、碗口大的番茄……由于航天育種技術(shù)和人類直接相關(guān),未來太空種子培育出來的太空食品將有望進(jìn)入尋常百姓家。

住:大顯身手的建筑材料

縱觀歷史上的世博場館,實(shí)現(xiàn)形式都離不開建筑材料。世博館中使用的材料要達(dá)到3個(gè)標(biāo)準(zhǔn),即3R原則,降低資源消耗(Reduce)、材料是可重復(fù)使用的(Reuse)、循環(huán)使用(Recycles)。

穿行在世博園區(qū),新材料的應(yīng)用無所不在。在場館建設(shè)中,中國自主研發(fā)的新材料紛紛亮相:智能溫控玻璃鍍膜,用在建筑物的玻璃上能實(shí)現(xiàn)冷熱智能調(diào)節(jié),保證建筑物隔熱效果;自保溫節(jié)能墻體材料,將淤泥燒結(jié)成磚,在保護(hù)環(huán)境的同時(shí),可使建筑外墻隨室外環(huán)境變化而變化;隔熱保溫板,具有耐久性能和高熱阻值,能減少溫室氣體和其他污染氣體的排放……

中國國家館的外立面是由多種紅色組合而成的“中國紅”板,使用的是無放射、無污染的國產(chǎn)高性能氟碳涂料,其作用是能夠在白晝陽光折射、夜間燈光投射及不同視覺高度等條件下,形成統(tǒng)一的具有沉穩(wěn)和經(jīng)典視覺效果的紅色,而且,其顏色生命期長達(dá)15~20年。同時(shí),外墻采用保溫隔熱的聚氨酯硬質(zhì)泡沫材料和保溫隔熱涂料,讓中國館的建筑能耗比傳統(tǒng)模式至少降低了25%。

被稱為“陽光谷”的世博軸頂棚是長約800米、寬約90米的白色巨型大跨索膜結(jié)構(gòu),總展開面積達(dá)7萬平方米,每片膜單片面積1800平方米,在世界上獨(dú)樹一幟。通過科技攻關(guān),科研人員解決了膜材料安全系數(shù)的取值、風(fēng)荷載取值和計(jì)算方法等難題,實(shí)現(xiàn)了世界上規(guī)模最大的張拉式索膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工。據(jù)悉,“陽光谷”的設(shè)計(jì)施工創(chuàng)出世界第一,頂棚膜結(jié)構(gòu)為世界最大,在國內(nèi)首次采用了具有自潔功能的加強(qiáng)型PTFE(聚四氟乙烯)碳素纖維材料,膜材料厚度雖然僅為1毫米,但強(qiáng)度高,設(shè)計(jì)張力達(dá)到5噸/平方米,具有難燃、防紫外線、抗風(fēng)化、高反射等特點(diǎn),使用壽命可超過100年。膜結(jié)構(gòu)的碳素纖維材料大多來自進(jìn)口,也有部分國產(chǎn)。為避免玻璃掉落造成人員傷害,其環(huán)狀玻璃幕墻的兩層玻璃之間夾入了聚乙烯醇縮丁醛(PVB)膠片,即使玻璃破碎其碎片也會(huì)與PVB膠片粘在一起。此外,透明玻璃與金屬架連接處采用了高性能硅橡膠和化學(xué)黏合劑。

建筑保溫中少不了聚氨酯隔熱保溫材料。由中石化、中石油和中海油聯(lián)合建設(shè)的石油館,其建筑外表皮由聚碳酸酯(PC)板材加工成管道單元,經(jīng)縱橫交錯(cuò)“編織”而成,面積達(dá)3600平方米,是國內(nèi)首創(chuàng)采用如此大面積的異形PC板材作為建筑外表皮。據(jù)了解,PC板材具有很高的透光率及質(zhì)量輕、抗沖擊、隔熱、防結(jié)露、節(jié)能等特點(diǎn),與相同厚度的傳統(tǒng)板材相比,可節(jié)省25%的能源。由于與建筑同壽命的PC“外衣”和建筑物外墻之間留有空隙,形成了保溫隔熱的空氣夾層,是極佳的遮陽板,既美觀又實(shí)用。另外,由于石油館設(shè)立了4D影院,設(shè)計(jì)方在減振降噪方面,采用水性多功能阻尼涂料。這種涂料以水為溶劑,不污染環(huán)境,阻尼性能好,可以在較寬溫度/頻率范圍內(nèi)發(fā)揮減振、降噪、消聲和隔聲作用。

上海企業(yè)聯(lián)合館的外圍立面材料也采用聚碳酸酯透明塑料管,將各種技術(shù)設(shè)備管線容納其中,共同構(gòu)成建筑虛幻隱約的外立面……
中國航空館建筑蘊(yùn)含著綠色和環(huán)保的理念,造型通過空間不規(guī)則的網(wǎng)殼和覆蓋的膜來實(shí)現(xiàn),需要非常精準(zhǔn)的鋼結(jié)構(gòu)加工和膜的剪裁。其表面的聚氯乙烯(PVC)膜厚度僅為0.7毫米,卻足以承受一個(gè)正常成人的體重。這種PVC膜表面還有一層二氧化鈦光觸媒的涂層,這種涂層在氧化反應(yīng)中會(huì)產(chǎn)生超親水現(xiàn)象,使表面不易附著臟物,從而提高了抗污性。二氧化鈦光觸媒能夠吸收紫外光,可延長膜的使用壽命。另外,光觸媒還能釋放負(fù)氧離子,對(duì)一氧化碳、碳?xì)浠衔锏扔袕?qiáng)大的氧化作用,使之變成二氧化碳和水,從而凈化了空氣。

世博會(huì)山西館外形設(shè)計(jì)以體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保理念材料——粉煤灰加氣砌塊為主材,提供該材料的是近年來在循環(huán)經(jīng)濟(jì)方面走在全國鋼鐵企業(yè)前面的太鋼集團(tuán)。粉煤灰加氣混凝土砌塊取材于工業(yè)廢料,屬微孔結(jié)構(gòu),具有重量輕、保溫隔熱性能好的優(yōu)點(diǎn),是國家大力倡導(dǎo)的低碳節(jié)能型建筑材料,也是太鋼走循環(huán)經(jīng)濟(jì)之路變廢為寶的項(xiàng)目之一。

行:神奇“外衣”鋪就的道路

上海世博園區(qū)的道路會(huì)呼吸、會(huì)透水,行車不會(huì)打滑,也沒有水霧和濺水。這得益于世博園區(qū)道路有一層神奇“外衣”。

據(jù)了解,這種神奇“外衣”就是新型的透水瀝青混凝土,也叫排水性混凝土。它比普通的瀝青混凝土孔隙率提高了15%,能使雨水通過該層內(nèi)部的連通空隙沿路面橫坡排出路外,而不至于在道路表面形成水膜和徑流,排水能力比普通瀝青路面提高4-5倍。同時(shí),比普通路面降低噪音3-5分貝,抗變形能力提高1.5-4倍,比普通的高速公路路面更經(jīng)久耐用。

由上海城建第一市政負(fù)責(zé)施工的世博園浦東園區(qū)的11條道路,總長約10公里,總面積達(dá)18.8萬平方米,共需攤鋪瀝青混合料達(dá)7萬噸。這種新材料綜合成本比一般瀝青鋪裝高10%左右,如果大規(guī)模應(yīng)用成本會(huì)有所降低。透水瀝青混凝土將成為城市市政道路“升級(jí)版”選材。

上海世博園區(qū)的道路建設(shè)不僅應(yīng)用了這一項(xiàng)新材料。根據(jù)上海市市政工程管理處、上海市市政規(guī)劃研究院共同編制完成的《世博園區(qū)道路新技術(shù)應(yīng)用指導(dǎo)意見》,在世博園區(qū)道路新技術(shù)推廣應(yīng)用過程中,選擇安全舒適、經(jīng)濟(jì)適用、生態(tài)環(huán)保、美觀大方的道路系統(tǒng)技術(shù)方案。

該方案提供了17類新材料和技術(shù),具體包括:SBS改性瀝青、纖維材料、SMA路面、舊路路面(水泥、瀝青)再生利用、水泥穩(wěn)定碎石基層、柔性基層瀝青路面、碾壓灰渣混凝土基層材料、綠色混凝土、排水降噪路面、生態(tài)環(huán)保透水路面、彩色路面、生活垃圾焚燒爐渣集料路面磚、廢舊輪胎橡膠瀝青應(yīng)用技術(shù)、彈性鋪面、一體化的側(cè)平石、新穎復(fù)合材料井蓋和再生材料制成的道路護(hù)欄等。

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