鈦由于輕量、耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)小、環(huán)保、設(shè)計(jì)性豐富等特性，從上世紀(jì)70年代開始在日本被用于各種建筑物。隨著日本國內(nèi)的寺廟佛堂、公共建筑、港灣及漁港護(hù)岸改建及國外歌劇院、別墅等各種建筑物用鈦的推進(jìn)，鈦建材市場逐步發(fā)展繁榮起來。另一方面，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國力的不斷增強(qiáng)，國家對公共事業(yè)投資的增加，一些大劇院、如杭州大劇院，國家大劇院等、博物館都開始使用鈦建材作為屋頂、外墻裝飾等。面對我國初步興起的鈦建材行業(yè)，我國鈦行業(yè)、企業(yè)關(guān)注日本鈦建材的發(fā)展、留意鈦建材技術(shù)動(dòng)向，并從中汲取經(jīng)驗(yàn)尤為重要。

日本鈦建材的發(fā)展

興起原因

神社、寺廟用鈦可以看作是日本鈦建材應(yīng)用的開端。在上世紀(jì)七、八十年代時(shí)候，原先神社、寺廟屋頂使用的絲柏樹皮、薄木板等傳統(tǒng)屋頂材料越來越難以購買，屋頂材料的耐用壽命逐漸縮短。其次，屋頂廣泛使用的銅本來應(yīng)該形成的青綠色沒有出現(xiàn)，反而出現(xiàn)發(fā)黑腐蝕的跡象，材料壽命有縮短的傾向。再加上一直以來神社寺廟追求的是恒久不變的屋頂。所以在這樣的背景下，輕量、耐腐蝕、使用壽命長、材質(zhì)印象與神社寺廟搭配毫無違和感、表面處理后金屬色澤多樣的鈦材，開始作為新興建材逐步顯露鋒芒。

歷史概況

日本鈦建材的最早應(yīng)用要追溯到1973年建造的早吸日女神社屋頂。東邦鈦公司為建造早吸日女神社屋頂開發(fā)了鈦的著色技術(shù)。迄今為止日本建筑用鈦已有45年的歷史。此后，日本關(guān)于鈦的著色技術(shù)、鈦建材的表面處理等技術(shù)都得到了長足的發(fā)展。

為促進(jìn)鈦建材的發(fā)展，1983年日本鈦協(xié)會（JIS）成立專業(yè)建筑組，負(fù)責(zé)日本鈦建材的應(yīng)用研究，并組織、協(xié)調(diào)建筑設(shè)計(jì)部門、施工單位通力協(xié)作，開展鈦材在建筑領(lǐng)域中的用途開發(fā)。1987年，日本建設(shè)廳頒布防火材料“第1019號不然材料”法規(guī)，將鈦列為不燃材料標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，進(jìn)一步推動(dòng)了鈦建材的發(fā)展。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，1990～1999年日本鈦建材實(shí)際用量總計(jì)為1,537噸，2000~2011年總計(jì)為712噸^[1]。近年來，日本國內(nèi)用鈦量下降明顯，但國外施工面積和鈦材使用量卻大幅上升。由圖1可以看出，日本近年來鈦建材的發(fā)貨量也不穩(wěn)定，這是由于近年來，日本經(jīng)濟(jì)低迷，對公共事業(yè)投資不力，沒有大型工程造成的。

鈦建材的技術(shù)

日本鈦建材生產(chǎn)集中在神戶制鋼和新日鐵住金兩家公司。新日鐵住金公司將無光精軋、氧化鋁噴丸處理、酸洗處理三種表面處理方法與數(shù)十種著色方法相組合，形成了豐富的產(chǎn)品群。其中無光精軋鈦材是用于建筑物最多的產(chǎn)品，氧化鋁噴丸鈦瓦更是榮獲大谷美術(shù)獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)；新日鐵住金公司與神戶制鋼公司都已研發(fā)出耐變色鈦建材，并大范圍應(yīng)用，其中新日鐵開發(fā)并應(yīng)用于大分銀行大廈的鈦建材經(jīng)過十幾年的實(shí)踐檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)鈦建材變色現(xiàn)象，神戶制鋼開發(fā)的輕量鈦建材耐酸雨腐蝕、材料壽命長；新日鐵在淺草寺的翻修中，還開發(fā)了加工性能優(yōu)良的Super Pureflex^®，實(shí)現(xiàn)了加工復(fù)雜的鬼瓦的生產(chǎn)。此外，自2000年神戶制鋼解散了自己公司的施工隊(duì)后，鈦建材事業(yè)有所敗落，2009年國內(nèi)15個(gè)建筑工程當(dāng)中只有3個(gè)使用了該公司的鈦材。

應(yīng)用范圍

日本的鈦建材主要應(yīng)用于屋頂、外墻、紀(jì)念碑、鈦裝飾等等。

屋頂

屋頂用鈦占到了鈦建材的多半以上。近年來比較有代表性的屋頂用鈦工程莫過于淺草寺翻修工程。淺草寺是是東京都內(nèi)最古老的寺廟，也是日本著名的觀光景點(diǎn)。迄今為止，淺草寺的寶藏門屋頂（2006年）、正殿屋頂（2010年）、五重塔屋頂翻修（2017年）工程當(dāng)中都采用了鈦建材。其中寶藏門屋頂、正殿屋頂、五重塔屋頂施工面積分為1,080㎡、3,096.3㎡、1,553.9㎡，鈦材用量分為8噸、15噸、15噸，詳見圖2。通過對屋頂更換鈦瓦后，屋頂自身的重量最大減重7/8，大大提高了抗震性和安全性。事實(shí)也證明，在2011年3月11日的東日本地震的劇烈晃動(dòng)下屋頂?shù)拟佂咭矝]有發(fā)生錯(cuò)位、掉落等現(xiàn)象。

2004年竣工的福岡縣九州國立博物館（日本國內(nèi)第四大博物館）的屋頂采用了0.4mm厚的鈦板，用鈦量為52噸，施工面積為17,000㎡。該鈦板表面通過陽極氧化處理呈藍(lán)色，與周圍的青山恰如其分地融合在一起，并呈現(xiàn)出柔和優(yōu)美的曲線，狀似波浪。

除了神社寺廟、公共建筑以外，鈦也逐漸被應(yīng)用于民間建筑。如愛知縣豐田市的Kozima保育所（建于1971年）在2016年重建之時(shí)，本著有益于環(huán)境和兒童的理念，使用了輕量、安全、耐腐蝕、維護(hù)簡單、不會析出金屬離子的鈦材鋪設(shè)木制園舍。工程施工面積為2,258㎡，使用了8噸新日鐵的鈦薄板 。

外墻

外墻用鈦僅次于屋頂。1994年竣工的東京國際展覽館（俗稱東京Big Sight）呈倒三角狀的建筑物外壁分別使用了0.6mm和1.5mm的鈦板，施工面積達(dá)17,600㎡，用鈦量總計(jì)140噸，成為當(dāng)時(shí)世界上用鈦量最大的建筑物。

2007年竣工的東邦鈦研究所（位于神奈川縣）的外墻采用了1.2mm厚的藍(lán)色鈦薄板，鈦材用量為280kg。

紀(jì)念碑

在鈦城茅崎市，有很多鈦制紀(jì)念碑。2002年竣工的Southern C鈦制紀(jì)念碑是茅崎市旅游觀光的重點(diǎn)項(xiàng)目，位于茅崎市的海岸南部。它的外圈尺寸為3.5m，內(nèi)徑為2.8m，厚為0.35m，在鈦骨材上焊接噴砂處理的3mm的鈦板，印上了SOUTHERN BEACH CHIGASAKI（茅崎南海岸）的文字?？傊貫?/span>430kg。海邊雖然海風(fēng)強(qiáng)勁，但由于進(jìn)行了噴砂處理，到現(xiàn)在仍然保持著當(dāng)初的光澤。

2015年竣工的日本首個(gè)火箭火藥實(shí)驗(yàn)地紀(jì)念碑也采用了鈦材，茅崎的汐見臺和東海岸的南部各設(shè)立了紀(jì)念碑，見圖5。此外，在鈦城茅崎，對獲得市民榮譽(yù)獎(jiǎng)的個(gè)人都會頒發(fā)鈦制紀(jì)念盾。

其他

2010年淺草寺正殿的樓梯扶手也采用了純鈦建材，表面通過離子電鍍著色法呈現(xiàn)出黃金色。其耐劃痕性好，反復(fù)清潔也不會損傷材料。其規(guī)格為Φ10mm～100mm x1200mm。

2013年2月時(shí)，在北九州市設(shè)立50周年之際，東邦鈦公司向北九州市捐贈了鈦制的“北九州市市政府”的標(biāo)志牌。該標(biāo)志牌長160cm，寬30cm；2017年又向北九州市新地標(biāo)建筑北九州體育場館捐贈了使用鈦錠制作的體育場館標(biāo)牌，高850mm*長1,345mm*厚85mm，重510kg。

2016年，重建的新瀉之塔基于原先帶地圖的銅碑上的碑文老化嚴(yán)重，地圖和字都無法看清，考慮到臨海環(huán)境，海鹽腐蝕嚴(yán)重的情況，改用鈦碑。鈦板為純鈦2類，厚8mm，寬1600mm，高700mm，通過蝕刻和陽極氧化著色相組合，使鈦板呈海藍(lán)色。

啟示

近年來雖然我國的建筑領(lǐng)域用鈦規(guī)模不斷擴(kuò)大，但我國鈦工業(yè)卻未搭乘上這艘快船迅猛前進(jìn)，這不得不令人扼腕嘆息，也不得不令我國的鈦企有所反省。而日本建筑領(lǐng)域用鈦歷史悠久，擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，值得我們借鑒和學(xué)習(xí)。

建筑用鈦前景廣闊

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，目前人們對物質(zhì)文化的需求和美好生活的需要日益增長，因此，可以大膽地預(yù)測今后會有越來越多的大型公共事業(yè)投資項(xiàng)目上馬，比如興建大劇院、博物院項(xiàng)目等。這將會為鈦建材帶來無限商機(jī)。另外，我國與日本一樣海岸線很長，且擁有比日本更多的古建筑，這些建筑物受氣候、大氣污染和酸雨危害，出現(xiàn)腐蝕、變色、結(jié)構(gòu)件外露等一系列問題，不容小覷。而鈦材的耐腐蝕性能夠更好地保護(hù)古建筑不受腐蝕，使祖輩們遺留下的寶貴財(cái)富能夠得到更好的傳承。

加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)、做好鈦建材的宣傳工作

日本為了促進(jìn)鈦建材的發(fā)展，從行業(yè)的高度對鈦?zhàn)隽艘淮沃匦露ㄎ唬陨隙轮︹伈牡耐茝V應(yīng)用。而我國對鈦這一新型的建筑材料還有些陌生，也未從行業(yè)高度出發(fā)做出統(tǒng)一的規(guī)劃并實(shí)施相關(guān)措施來促進(jìn)鈦建材的發(fā)展。因此，站到行業(yè)層面上，加強(qiáng)鈦材加工業(yè)和建筑行業(yè)的合作、聯(lián)系與交流，十分必要。筆者認(rèn)為，相關(guān)行業(yè)協(xié)會應(yīng)該承擔(dān)起橋梁的紐帶作用，讓兩個(gè)不同的行業(yè)在交流碰撞中產(chǎn)生靈感的火花。

鈦是一種新型建材，其工業(yè)生產(chǎn)只有70年的時(shí)間，被用于建筑僅有45年的歷史。面對這種新型建材，普通人對它的印象僅局限于應(yīng)用在飛機(jī)、賽車上的高價(jià)金屬，望而卻步成為阻礙鈦建材發(fā)展的一大硬傷。行業(yè)協(xié)會、企業(yè)不妨效仿日本在展會、推介會采取靈活多樣的方式多多宣傳鈦建材，邀請有合作意向的客戶以及利用參觀日活動(dòng)等面向各行業(yè)的人進(jìn)行宣貫，不斷提高人們對鈦的認(rèn)知。在宣傳的過程中，強(qiáng)調(diào)鈦輕量（約為鐵的60%，銅的50%）、安全、放心（高處作業(yè)效率高、工期短、通過提高耐震性減輕整體負(fù)擔(dān)、對環(huán)境無污染）以及其 LCC（壽命周期成本）比其他建筑材料低的優(yōu)點(diǎn)。從圖7可以看出，當(dāng)建筑物使用20~30年以上時(shí)，鈦材的壽命周期成本低于彩色不銹鋼^[7]。就這樣，通過一系列的推廣活動(dòng)讓人們逐漸了解鈦并加深信任，才能為鈦建材的前進(jìn)鋪磚開路。

加快鈦建材研發(fā)進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)建筑用鈦技術(shù)突破

盡管我國與美國、日本、俄羅斯四個(gè)國家都是世界上擁有完整鈦產(chǎn)業(yè)鏈的國家，但是我國市場產(chǎn)品主要以中低端產(chǎn)品為主，高端鈦材技術(shù)相對落后，缺乏質(zhì)量可靠、市場認(rèn)可的高端產(chǎn)品，而建筑用高端鈦產(chǎn)品的企業(yè)為數(shù)極少，這些產(chǎn)品的高端制造和加工一直被國外的大公司所壟斷。截至2017年底，除神戶制鋼公司以外，僅日本新日鐵住金的鈦建材在我國的應(yīng)用已有8例之多，分別是深圳世界之窗（2001年）、杭州大劇院（2004年）、國家大劇院（2007年）、合肥大劇院（2009年）、合肥浜湖國際會展中心（2011年）、蕪湖城市規(guī)劃展示館和博物館（2013年）、寧波港口博物館（2014年）、江蘇大劇院（2017年），鈦材總用量超過310噸，施工總面積達(dá)200,000多平方米，訂單金額非?？捎^。

寶鈦集團(tuán)作為國內(nèi)最大的鈦加工材企業(yè)，從八十年代就率先開始就生產(chǎn)了一些鈦雕塑，開始了鈦建材的開發(fā)，并在鈦金色大晶粒板的制作方面取得了一定的成果，近年更完成了石林峽飛碟觀景平臺的鈦合金結(jié)構(gòu)梁工程。但在關(guān)鍵技術(shù)上與日本鈦建材相比還有一定的差距，目前還沒有實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，現(xiàn)在當(dāng)務(wù)之急是必須加大鈦建材的研發(fā)力度，加快研發(fā)進(jìn)程，否則市場再好也是外國的，我國鈦企搭乘不上經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的巨輪，只能扼腕興嘆。因此，對我國鈦企而言，唯有苦練內(nèi)功，突破技術(shù)難關(guān)，當(dāng)不久的將來機(jī)會來臨時(shí)，才能穩(wěn)穩(wěn)抓住。

降低鈦材成本是王道

鈦的價(jià)格較高，這一直是影響其推廣普及的一個(gè)瓶頸。因此，必須從源頭上下功夫降低鈦材成本，如探索新的海綿鈦、鈦錠電解熔煉方法，替換現(xiàn)有的克羅爾法，降低冶煉的高額電費(fèi)；簡化鈦材生產(chǎn)工藝，如從海綿鈦、鈦錠直接制造鈦板坯，壓縮工期并節(jié)約成本；提高軋制技術(shù)，合理促進(jìn)鈦鋼共生法的應(yīng)用；探索3D打印的批量化生產(chǎn)技術(shù)等。只有鈦材成本降低了，鈦建材的成本也才能降低，從而打開更廣闊的市場，成為真正意義上的“未來金屬”、“夢幻金屬”。

結(jié)語

鈦的輕量、耐腐蝕、不變色、環(huán)保、后期維護(hù)成本低等特性，使得它在建筑行業(yè)中有很大的應(yīng)用潛能，日本已將它應(yīng)用于各種建筑當(dāng)中，并將其捧為古建筑維護(hù)行業(yè)的一顆閃耀的明星，在現(xiàn)代建筑中也流光溢彩。隨著今后我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，不難預(yù)測鈦建材將會得到更多的應(yīng)用。為打開鈦建材這個(gè)高端鈦材市場，相關(guān)行業(yè)協(xié)會、鈦材企業(yè)、建筑設(shè)計(jì)所等需要加強(qiáng)協(xié)作，在務(wù)實(shí)求穩(wěn)當(dāng)中苦煉內(nèi)功，共同推進(jìn)鈦建材的開發(fā)和鈦材加工工藝的研究，為“中國制造2025”增磚添瓦。