浅谈筋体材料在环境治理中的应用及发展前景

王立新　曲德文　高传军

摘 要：新型矢量化结构材料（筋体材料）致力于治理和改善生态环境、人居环境。它可对生态环境空间和人居环境空间进行数字化的规划、管理和调控。合理利用空间，可根据用户要求，打造出所需功能的实用空间。

关键词：环境；新型结构材料；特性；取材；治理方式；应用范围；发展

中图分类号：P642.5 文献标识码：A

本文所述筋体材料是一种新型矢量化结构材料组合体系。它是固定或预制物体按设计要求定制精密框架的一种材料；是标准化定制造型的直、曲线状的快捷矢量材料；是加固和增强物体结构的一种（组合和辅助）材料。筋体材料是直、曲线状的结构组合型材体系，由（直曲线状）筋骨、链接件（内嵌式变径）、支撑构件和面体材料构成。穿插链接方法使结构更加稳定，量标特点可做到标准定制预制造型，型材、矢量特点使它的安装快捷、标准。它的结构特征可填补民用领域实用材料的一项空白。筋骨材料的材质取材广泛，可发展高、新科技材料的应用和形成适用材料应用的产业链。它可应用到很多环境领域，具有广阔的发展前景。

本文所述环境是指外环境。外环境为生物机体以外所处的环境，即环绕于人类周围的自然环境和社会环境。（生态环境和人居环境）。

随着社会的发展和科学的进步，很多领域的材料和产品为适应时代发展的需要在不断的升级、更新和替换，某些领域的发明更是给社会带来巨大效益和利益。高新技术和材料的应用更为社会进步提供了有力保障。筋体材料孕育多年，应运而生。致力于改善人类生态环境、改善人们生活环境，材料领域的更新和创造。我们研发的新型结构材料是涉及民用、建筑、生态等多种行业的产品。在某些行业领域，是升级、替换的矢量化产品，在生态治理上将异军突起成为本行业的前瞻产品。范围之广涉猎全球。生态环境治理是世界关注的问题，我国是世界上水土流失最严重的国家之一。存在面积大、成因复杂、危害嚴重等特点，经过多年的努力，我国水土流失防治工作取得了显著成绩，局部地区治理效果明显，水土流失强度有所降低。同时，在实践中积累了丰富的防治经验，总结出根据不同区域水土流失治理的指导思路和技术规范。但由于特殊的自然地理条件，长期对水土资源的过度利用，相当部分生产建设项目没有采取水土保持措施，造成大量人为新增水土流失。

当前我国水土流失仍然十分严重。在今后相当长的时期内，我国人口、资源、环境矛盾十分突出，水土流失区仍将面临巨大的压力，水土保持不仅关系当前社会经济发展，也关系到子孙后代的生存发展，治理水土流失，改善生态环境作为国家的战略任务将需要五十年、上百年甚至更长时间的不懈努力去完成。笔者通过阅览和分析水土保持相关标准规范和专家论文。根据设计原理和技术原理。结合勘察设计经验。提出把筋体材料应用到治理生态环境治理中的理论（设想）。在材料上更新和替换，能更好的为生物治理的植物打造成长环境，加速生态环境的自然修复，提高治理工程的质量、速度和效益。

人居环境是人类工作劳动、生活居住、休息游乐和社会交往的空间场所。打造经典建筑物是时代文明的一个亮点，现代城市的建设、美化、绿化、亮化成为标志这座城市靓丽的风景线。随着社会的发展和人们生活水平的提高，城市风尚向城镇、乡村的辐射事成必然。改善聚居环境（室内、外环境）是提升生活质量的体现，建设美好家园是人们的共同心愿。筋体材料将在建筑、装修、家具制作等工程部位或行业上，提供新型矢量化穿插结构型材体系，更好的为社会服务。

1 本文所述环境概念界定、新型矢量化结构材料（筋体材料）的概念界定

1.1 环境

环境分为内环境和外环境，它们之间相互作用、相互依存，不能截然分开。内环境：内环境是指人体细胞所处的环境，包括生理、心里两方面。外环境：外环境是指人的机体（生物体）以外的环境。即环绕于人类周围的自然环境和社会环境。（本文所述环境是指外环境）《中华人民共和国环境保护法》则从法学角度对环境下了定义：环境是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹，人文遗迹、风景名胜区、自然保护区、城市和乡村等。

1.2 生态环境的概念界定

生态环境是指影响人类生存与发展的水资源、土地资源、生物资源以及气候资源数量与质量的总称，是关系到社会和经济持续发展的复合生态系统。生态是指生物（原核生物、原生生物、动物、真菌、植物五大类）之间和生物与周围环境之间的相互联系、相互作用。当代环境概念泛指地理环境，是围绕人类的自然现象总体，可分为自然环境、经济环境和社会文化环境。生态与环境虽然是两个相对独立的概念，但两者又紧密联系、“水乳交融”、相互交织，因而出现了“生态环境”这个新概念。它是指生物及其生存繁衍的各种自然因素、条件的总和，是一个大系统。

1.3 人居环境概念界定

是人类工作劳动、生活居住、休息游乐和社会交往的空间场所。人居环境科学是以包括乡村、城镇、城市等在内的所有人类聚居形式为研究对象的科学，它着重研究人与环境之间的相互关系，强调把人类聚居作为一个整体，从政治、社会、文化、技术等各个方面，全面地、系统地、综合地加以研究，其目的是要了解、掌握人类聚居发生、发展的客观规律，从而更好地建设符合于人类理想的聚居环境。

1.4 筋骨材料概念界定

什么是筋骨材料？它是运用槽隼结构原理、结构力学原理，使用高科技复合材料或合理应用材料，打造带有量标的直线型和曲线型的结构组合型材，它具备精确分割空间和优化组合造型的功能；快捷的安装方式；穿插链接的增强结构；化解、转移承力的支撑点等特点。在成分构件上分筋骨/链接件/支撑件和面体。从材料（材质）取材上可多方面的选择。例：按特性取材范围分复合材料和适合材料。复合材料是以合成树脂、环氧树脂等为基材，以高性能纤维或适用纤维（碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、岩棉等）为增强材料，以硅酸盐、泡沫砼、滑石粉、粉煤灰微珠、植物纤维等为填充料，主要工艺是通过挤出（牵引、拉伸）和注塑来完成。具体实型根据具体技术指标选择配置。再加以分类，制定规格。适合材料是指符合设计要求现有的结构生产材料。例：硅酸盐、改性塑料、轻钢等。筋骨的表现形态直线型和曲线型，表现形式分通透、半封和间封。支撑件表现形态为多边形体和球型体。拉杆（锚栓）表现形态分钢性和柔性。多边形体设置在框架边缘部位，起到承载力和分解力作用，球型体大多设置在框架中部空间部位，起到转载力和分解力的作用。面体材料表现形式分网格式和板面式。特性分钢性材质和柔性材质。它起到加固结构和整合外形的作用。面体取材范围可分为：（钢性、柔性）碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维等高性能纤维复合材料的栅格和网格布；改性塑料、植物纤维等栅格和网格布；（钢性、柔性）碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维等高性能纤维复合材料、金属、陶瓷等新型材料及现在所有的装饰面体材料等。

简单的说它就是固定物体或预制物体按设计要求定制精密框架的一种材料。是加固和增强物体结构的一种辅助材料。是标准编制造型及直、曲线状型材的快捷矢量材料、结合面体材料完成对具体物体功能整合的材料体系。

2 筋骨材料在环境治理上应用的意义和发展

2.1 在治理生态环境上，前人在积累大量科学数据和总结了丰富的实践经验撰写出很全面治理生态环境相关标准规范，在各工程项目实施中发挥着战略指导的意义。筋体材料依据相应标准规范的原理和案例。提出了通过优化、更新或替换具体应用部位的应用材料，来提高治理、管理的效益。这种研发的结构材料和设计方案将为相关标准规范提供新的内容。（具体内容在设计方案中详细论述）筋体材料在沟壑治理、沙漠治理等工程实施中的应用理论，是以GB/T16453.3-2008《水土保持综合治理技術规范沟壑治理技术》；GB/T16453.5-2008《水土保持综合治理技术规范风沙治理技术》；GB/T16453.4-2008《水土保持综合治理技术规范小型蓄排水引水工程》；GB50707-2011《河道整治设计规范》；SL379-2007《水工挡土墙设计规范》；等标准规范的规划、设计、勘测、施工、管理等原理为指导，结合筋体材料设计方案。提出用筋体材料配合相应材料治理沟壑、沙漠等环境的理念。根据实际地形的复杂程度，内、外营力对该地形环境产生影响的科学（专业）数据，再运用筋体材料来设计治理具体地形的实型框架体系（通过各种营力的稳定和平衡分析计算公式，得出达到稳定结构的形状、用料、周期等）。打造出“新型的围埂、蓄水池、溢洪道壁、消能设施、跌水、翼墙、空箱式挡土墙、扶壁式挡土墙、谷坊、淤地坝、护壁、护坡、护堤、护植沙障等等结构框架”配合相关材料，按施工流程，工程材料、机械设备、人力投入相互配合，完成具体项目工程，达到治理效果。并可以三维软件建造筋体材料各种构件及组合模型，配合相关材料（工程材料和植物）。输入相关信息参数，（筋体材料材质参数；配合材料的材质参数；土壤结构及冻胀、暴晒和风化影响的土壤参数；来水量；径流系数；设计流量；洪峰总量；洪峰流量；稳定系数；流沙量、风力，风向，流向；流沙动能；流沙堆积速度；流沙量；植物生存温度、水分、营养等等参数）进行具体工程动态模拟，观察在各种营力影响下产生的效果，施工流程、管理、措施等。实型框架体系可为生物治理的植物打造良好环境，为植物生长提供了生存空间条件，加快自然生态修复速度。在施工上，筋体材料是工厂里生产的经过严格检验才能出厂的材料，实型框架体系施工是型材组合框架，轨迹安装筋骨和面体，所以在质量、速度上具有标准和快捷特点。在管理上，因为它的矢量化特点，可对工程矢量管理，用料、面积进行计算和记录及准确发现和捕捉到出问题的区域，及时按区间解决和修补，并对该区域进行分析和备案，避免重复。

筋体材料可涉及应用的生态环境治理工程或部位：小流域综合治理；护坡、护堤治理；沙漠治理及可拓展河道治理；土壤改良治理等。

2.2 在人居环境里，笔者阅览和分析各种国家标准验证通过的结构材料、装饰材料。通过多年对新型材料的发展，进行跟踪研究，结合设计要求，设计出新型结构材料——筋体材料。筋体材料可作为工程后期的整合材料；结构加强材料；个性造型材料。在人居环境中应用十分广泛。

建筑：超高的大型垂直建筑，凝聚世人的才华，记载这城市的腾飞。高层建筑群集办公、生活、商场、餐饮、健身、娱乐为一体，丰富了城市面貌，改善了城市环境和景观。个性化的钢结构造型建筑伦奂伦美的外观，更为美化建筑群体添彩浓重的一笔。建筑外观的个性化造型，结构系统、给排水、暖通，电路、网线等管线的巧妙整合；后期事故处理和维修设施的合理设置；装修、装潢美化整合；都成为它们必不可少的程序。遵循它的原理，筋体材料通过矢量控制和排序来为空阔空间空箱式造型，功能设施尽可饰期内。空间局促可附壁扩空，利用材料自身内通透特性，可使（小、微）管线内饰期里。空架整合钢结构采用多维夹以固之，少开洞以不破坏其结构，当然焊接也比不可少。多层楼房是城市、城镇聚居生活的主体，也是社会发展的印记，随着社会的进步，城市面貌的整体协调，旧楼的翻新改造，装饰美化也纳为市政建设的主要内容。简易生产厂房、工房；简易住房；平房、偏远山村窑洞等，也将随着社会的发展进行优化与完善，改造和更新。筋体材料以其自身特点，为其提供可按规划、设计要求施工、整合的材料体系，配合相关材料，来完善建筑物的使用功能和美化建筑物。

装修、装潢：时代的发展，人们已不再满足陋室的安逸，室内、室外，公装、家装，风格各异由简到精。它是通过人工的操作和材料的整合使物体空间变得美观。现在的各种操作工具的智能化能满足各种工艺的要求。装修、装潢材料它可分结构材料和装饰材料，结构材料是装修、装潢空间内部的框架筋骨，它是决定外形表现的链接体和承力体。现在主要的结构材料有木方、轻钢龙骨、管材（钢材、改性塑料）和附属的加固件（各种螺栓、钉铆、变形夹、各种高效胶等），装饰材料是物体外部的包裹材料和整合表现材料，它包括现有各种装饰材料及粘结胶质。（各种板材，线材、壁布、壁纸、涂料、乳胶漆、聚氨酯制品等）。筋体材料根据矢量化、自由造型的特点可使装饰空间框架精确、快捷达到设计要求。节省用工时间，空箱式造型，功能设施尽可饰期内。空间局促可附壁扩空，利用材料自身内通透特性，灯槽、管线内饰其里达到封闭或半封的效果。为设计师的个性化造型提供保障，为装潢工程（业主和施工方）减少材料浪费和用工时间。

家具、办公设备：装修每每伴着新居同行，办公设施、各式家具也随之成为新贵，古典造型家具具有收藏和欣赏的价值，箱式的卯榫结构，名贵的红木材质。工序复杂，结构严谨，所以价格不菲；板式免漆家具、办公桌椅的结构是紧固件、连接件和支撑件等组成的，（紧固件、连接件是五金构件，支撑件多为刨花板、密度板等人造板）安装快捷，性价比合理；铝合金型材框架结构家具结构是五金构件链接框架，全部铝型材等金属材质，配合玻璃及相应材料完成。防腐、薄体、可调尺寸，安装快捷，价格比板式家具略高。筋体材料家具结构设计是结合卯榫结构和五金埋件链接的方式及力学原理。设计出穿插结构的任意造型方式，具有储运方便、安装快捷、结构稳定、个性化造型的特点。可按设计或个性化任意造型（框架、饰面、五金饰物、线路、灯等材料）打造出精美家具。（刚柔性）面体材料及功能配置、五金饰物可按用户条件选择相关档次。价位根据材质、配置的选择而不同。简约时尚而落落大方，雍容华贵而不乏品味。

市政建设：规划绿化区，树池花池；供汽供暖，管道检测口；城市地势落差起伏，合理利用，各式挡土墙，起到层次美感。优化美化环境；合理规划绕城河道，整修提坡，人工浮床、净化水质；园林：无论是僻静山村，还是喧嚣都市，园林、景观总会给人们带来静谧和惬意，小桥流水、雅亭长廊；假山雕塑、玉宇牌坊；娱乐健身的休闲广场，怡情钩钓的水榭亭台。上述的工程和部位，规划区域与景观。都可为筋骨材料一显身手的平台。

人居环境中筋体材料可涉及到工程和行业：建筑（装修、装潢）、市政规划、园林、家俬制作。

筋骨材料可作为标准件式型材，可打造成规格的矢量“木方、轻钢龙骨、管材”等，支撑件起到“梁、柱、小承台”的作用；链接件也将成为规格的“锁扣连接件、角钢连接件、变径接头”，预留或定制筋槽坐标，矢量划分空间，整合管道、线路半封或全封。直曲型材、穿插链接、内嵌链接变型系列组件、面体材料任意选择，高效综合治理生态，个性造型美化空间，点缀生活、服务生活。

参考文献

[1]中华人民共和国环境保护法》[s]总则第二条.

[2]关于生态环境的信息[EB].2013.09.10.

[3]环境课件.人居环境[EB]第八章.2010.9.28.