夯土材料的現(xiàn)代應(yīng)用策略與實(shí)踐

吳晨雨, 陳宇飛, 王 心, 葛 洋, 韓 菁, 陳 琛

(西南民族大學(xué), 四川成都 610225)

1 夯土材料的價(jià)值

1.1 夯土材料的生態(tài)價(jià)值

夯土是一種傳統(tǒng)建筑材料，具有很好的生態(tài)價(jià)值，取材來(lái)源于土壤，取材方便、節(jié)約開(kāi)采和生產(chǎn)運(yùn)輸能耗，可以循環(huán)再利用，最大限度減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響；同時(shí)，夯土材料具有良好的蓄熱作用，有助于創(chuàng)造舒適的室內(nèi)環(huán)境，冬暖夏涼，降低能耗， 并且夯土墻無(wú)毒無(wú)污染，不會(huì)危害身體健康。

1.2 夯土材料的文化價(jià)值

夯土建筑作為歷史悠久的建造技術(shù)，體現(xiàn)了我國(guó)古代天人合一的理念，現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用為建筑的外立面及內(nèi)飾材料，通過(guò)建筑飾面美學(xué)，繼承傳統(tǒng)，展現(xiàn)當(dāng)?shù)氐赜蛭幕?，最大程度上發(fā)揮出夯土材料的文化價(jià)值。

2 夯土材料的傳統(tǒng)應(yīng)用方式

2.1 夯土材料在民居上的應(yīng)用

2.2.1 利用夯土材料作墻體

(1)在四川省阿壩藏族羌族自治州就存在著大量的夯土民居，農(nóng)區(qū)的居住建筑多用夯土建成。建筑內(nèi)框架為木結(jié)構(gòu)，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)以黏土為原料，加以模板夯筑而成。這種民居建筑基本為平頂，墻體厚實(shí)，有明顯的收分。一般樓下不開(kāi)窗，樓上開(kāi)小窗。部分高碉也由夯土筑成，土碉多為四角，高20 m以上。土碉是古代部落和村寨用于防御外敵的防御性建筑，直到清代還發(fā)揮著重要作用[1]。

(2)在西南大涼山彝族自治州地區(qū)，當(dāng)?shù)匾妥迦思胰栽谑褂煤煌两ㄖ?。彝族民居建筑多為庭院式，由正房、廂房、庭院、碉樓、禽畜圈組成。常常使用夯土作為外墻材料，墻體厚實(shí)門(mén)窗開(kāi)洞較小，用木穿斗作為屋架。具有良好的抗震性能。涼山彝族地區(qū)解放前長(zhǎng)期處于戰(zhàn)亂狀態(tài)，保留了大量碉堡，一般為三四層樓高的方形堡壘，并與住宅相連，多用夯土筑成，邊墻逐層收分，內(nèi)里用竹條作筋，非常穩(wěn)固，墻體不易開(kāi)裂[2]。

2.2.2 利用夯土材料做飾面

傳統(tǒng)夯土墻防水性差，墻面容易走砂，在建筑中大規(guī)模使用比較困難。在現(xiàn)代應(yīng)用中可在傳統(tǒng)夯土配方中加入添加劑等，提升夯土的強(qiáng)度，改善其性能，使夯土作為建筑飾面，在現(xiàn)代建筑中得以使用。以夯土為飾面，可以根據(jù)各地的泥土的色彩進(jìn)行調(diào)配，最大程度保留夯土模板的裂紋手工夯實(shí)的痕跡，將建筑回歸自然本色，古樸自然。

2.2 傳統(tǒng)夯土建造過(guò)程

傳統(tǒng)夯土建造可以分為兩個(gè)部分，備土及夯筑。首先備土環(huán)節(jié)是要先進(jìn)行材料準(zhǔn)備、配料，然后進(jìn)行夯筑。夯筑順序是：首先將備好的生土拌合物倒入模具內(nèi)，然后用手動(dòng)或氣動(dòng)的夯錘一遍一遍的逐層夯實(shí)，一層夯實(shí)完，然后再進(jìn)行下一層的錘實(shí)，反復(fù)進(jìn)行循環(huán)，最后拆除模板[3]。

2.3 傳統(tǒng)夯土應(yīng)用上的優(yōu)缺點(diǎn)

傳統(tǒng)夯土材料具有良好的使用價(jià)值，在應(yīng)用上具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)點(diǎn)：譬如因地制宜、就地取材，大大降低了建筑成本，建筑拆除后，夯土可回歸土地，不會(huì)產(chǎn)生建筑垃圾，最大限度減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，此外夯土具有良好的物理性能，材料熱工性能好，具有一定的抗震性能，有利于創(chuàng)造舒適的室內(nèi)環(huán)境。

但另一方面，傳統(tǒng)夯土在使用上也受到很多因素的限制，如傳統(tǒng)工藝施工較慢，而且耗費(fèi)大量的人力，大量夯土建筑只是停留在可以遮風(fēng)避雨的程度，施工較為簡(jiǎn)易和粗糙，此外傳統(tǒng)夯土材料清潔困難，墻面容易走砂，強(qiáng)度和耐久性均有待提高和發(fā)展。

3 夯土材料的現(xiàn)代應(yīng)用創(chuàng)新實(shí)踐案例

隨著時(shí)代和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)夯土的價(jià)值同時(shí)，通過(guò)結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)夯土進(jìn)行改良和創(chuàng)新運(yùn)用，不僅解決了傳統(tǒng)夯土建造施工復(fù)雜、耗時(shí)耗力、精度不足等缺點(diǎn)，對(duì)其物理性能也有所改進(jìn)，如抗震性能得以提高，提升了建造速度和建筑質(zhì)量；同時(shí)，在完善和優(yōu)化傳統(tǒng)夯土的美學(xué)價(jià)值上也有了各種實(shí)踐，進(jìn)一步充分發(fā)揮了夯土材料的價(jià)值所在。

3.1 赫爾佐格&德梅隆——利口樂(lè)草藥中心

3.1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

利口樂(lè)草藥中心位于瑞士，周長(zhǎng)100 m、高11 m，是目前歐洲最大的夯土建筑，由Martin Rauch 和 Herzog & deMeuron 共同合作完成。使用的主要材料為來(lái)自當(dāng)?shù)氐哪嗤梁湍嗷規(guī)r，在附近的工廠將黏土、泥土、泥灰?guī)r等混合加工成成品模塊，然后將預(yù)制模塊，層疊成墻。將夯土技術(shù)預(yù)制化，解決了手工建造過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力的缺陷，更能滿足精度和建造效率的需求

3.1.2 項(xiàng)目創(chuàng)新方式

(1)預(yù)制夯土模塊：與傳統(tǒng)夯土的建造方式現(xiàn)場(chǎng)支模、手工建造不同，本項(xiàng)目中馬丁·勞奇開(kāi)創(chuàng)性地把現(xiàn)代預(yù)制墻體施工體系與傳統(tǒng)夯土工藝進(jìn)行結(jié)合，在基地附近設(shè)置臨時(shí)工廠，工廠用當(dāng)?shù)夭杉哪嗤?、泥灰?guī)r等混合，夯實(shí)成砌塊，根據(jù)建筑中不同的位置需要，預(yù)埋構(gòu)造并按需要切割,保證速度與夯筑質(zhì)量。

(2)混凝土框架與夯土結(jié)合：主要承重結(jié)構(gòu)為混凝土框架，放置在室內(nèi)，立面的夯土墻作為表皮為自承重，與室內(nèi)的框架相連，保證立面夯土墻的整體性，增加建筑整體強(qiáng)度與牢固程度(圖1)。

圖1 混凝土框架與夯土結(jié)合圖片來(lái)源：《建筑結(jié)構(gòu)》

(3)機(jī)械與人工結(jié)合：自行研發(fā)制作夯土模塊的機(jī)具系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了一系列的生產(chǎn)流程，現(xiàn)場(chǎng)組裝夯土模塊時(shí)利用機(jī)械吊裝組合堆疊形成墻壁，不同的預(yù)制模塊之間會(huì)產(chǎn)生縫隙，利用土壤材料的可塑性，由人工將接縫處重新修整連接，使夯土墻呈現(xiàn)均勻統(tǒng)一的外觀。既節(jié)省了人工費(fèi)用、減少運(yùn)輸污染，同時(shí)建造精度更符合要求(圖2)[4]。

圖2 機(jī)械吊裝與人工粘合相結(jié)合圖片來(lái)源：《建筑結(jié)構(gòu)》

3.2 馬鞍橋村災(zāi)后重建項(xiàng)目

3.2.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

馬鞍橋村災(zāi)后重建項(xiàng)目位于四川省攀枝花市，2008年8月，攀枝花地區(qū)發(fā)生了6.1級(jí)地震，馬鞍橋村受災(zāi)嚴(yán)重，急需重建，村里交通閉塞，建筑材料有限，經(jīng)費(fèi)緊張，常規(guī)的城鎮(zhèn)重建模式并不適用，在此背景下開(kāi)展了馬鞍橋村災(zāi)后重建項(xiàng)目，由建筑師吳恩融、穆鈞、周鐵剛、萬(wàn)麗、楊華、馬劼進(jìn)行設(shè)計(jì)，繼續(xù)沿用震前使用的夯土材料，并對(duì)其性能進(jìn)行優(yōu)化，解決了災(zāi)后重建的材料、經(jīng)費(fèi)等困難。

3.2.2 項(xiàng)目的創(chuàng)新之處

(1)木框架與夯土結(jié)合：傳統(tǒng)夯土抗震性能差，不夠牢固， 在夯土墻中設(shè)置木質(zhì)框架，加入竹筋，并在墻體中設(shè)置混凝土圈梁，增強(qiáng)夯土墻的抗拉能力，防止產(chǎn)生豎向裂縫，有效地抵抗地震作用。這種將木結(jié)構(gòu)框架與傳統(tǒng)夯土建造工藝結(jié)合起來(lái)的方式不但提高了建筑的抗震性能，同時(shí)材料方便取用，造價(jià)低廉，方便維護(hù)[5](圖3)。

圖3 木框架與夯土結(jié)合圖片來(lái)源： 《生態(tài)城市與綠色建筑》

(2)節(jié)約能源：建筑所用的土料、竹子、木材都來(lái)自對(duì)地震后建筑廢墟的材料回收和當(dāng)?shù)氐淖匀徊牧希瑢?duì)環(huán)境的影響較小。夯土墻體經(jīng)過(guò)計(jì)算設(shè)計(jì)，墻厚適宜，能調(diào)節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境，減少采暖、制冷設(shè)備的使用，減少建筑能耗。

(3)技術(shù)推廣：在技術(shù)人員帶領(lǐng)村民親身參與建造過(guò)程和學(xué)習(xí)抗震夯土農(nóng)宅的建造技術(shù)，村民可以利用所學(xué)的技術(shù)修建自家的宅院，節(jié)省了大量的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。這種由專業(yè)人士指導(dǎo)，村民學(xué)習(xí)并自行建造的方式在中國(guó)其他農(nóng)村地區(qū)同樣適用，可以進(jìn)行推廣，解決農(nóng)村住房質(zhì)量差，能源不足等問(wèn)題(圖4)。

3.3 三寶蓬藝術(shù)文化中心項(xiàng)目

3.3.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

三寶蓬藝術(shù)文化中心位于江西省景德鎮(zhèn)三寶村，基地位于西朝塢的山谷之中，是村中的重要節(jié)點(diǎn)，周圍有許多陶瓷工作室。建筑為傳統(tǒng)庭院形式，室內(nèi)外空間順應(yīng)地勢(shì)一字排開(kāi)，交錯(cuò)排布，形成長(zhǎng)150 m、高度近4 m的單向夯土墻，是當(dāng)代中國(guó)最長(zhǎng)的夯土墻建筑。

3.3.2 項(xiàng)目的創(chuàng)新之處

(1)材料來(lái)源：夯土材料選自三寶村當(dāng)?shù)赜糜跓傻酿ね?，黏性較強(qiáng)，儲(chǔ)量較大，取用方便，用水泥做添加劑，增加夯土的強(qiáng)度，加入砂石、沙子可以防止墻體開(kāi)裂，通過(guò)砂、泥土、碎石、水泥進(jìn)行不同比例的配方，確定最終能在室外適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂虻呐浞剑瑑?yōu)化了其物理性能。

(2)對(duì)傳統(tǒng)建造技術(shù)的改良：將傳統(tǒng)建造中“干打壘”技術(shù)改良為現(xiàn)代夯土工藝，在上料過(guò)程中，每次上料只加15～20 cm，隨后進(jìn)行打夯，打夯過(guò)程中要先夯模板邊緣的土再夯中間，以得到更為結(jié)實(shí)的夯土墻，并克服了長(zhǎng)度問(wèn)題，將夯土墻做到了150 m長(zhǎng)(圖5)。

(3)反映當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)文化：在試驗(yàn)好的配方中加入鐵紅、鐵黃，實(shí)現(xiàn)不同的墻體肌理效果，建造時(shí)又在夯土墻的材料中摻入了碎瓷片，進(jìn)一步展現(xiàn)了景德鎮(zhèn)三寶村的歷史文化與氣質(zhì)(圖6)。

圖5 夯土墻建造過(guò)程(圖片來(lái)源：archdaily 建筑網(wǎng)站: www.archdaily.cn)

圖6 夯土中摻入瓷器(圖片來(lái)源：archdaily 建筑網(wǎng)站： www.archdaily.cn)

4 總結(jié)

4.1 夯土的現(xiàn)代應(yīng)用

從以上實(shí)踐中可以看到，夯土材料的運(yùn)用已不僅僅局限于傳統(tǒng)民居當(dāng)中，通過(guò)與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合，夯土越來(lái)越廣泛運(yùn)用于多種實(shí)踐的層面中，不僅其傳統(tǒng)價(jià)值得以保留，在未來(lái)將會(huì)賦予其更多的意義。

4.1.1 用于民族地區(qū)傳統(tǒng)民居

夯土材料仍然在彝族、藏族、羌族等民族地區(qū)中大量使用，夯土可就地取材，成為這些地區(qū)既經(jīng)濟(jì)、又生態(tài)的建筑材料。雖然由于傳統(tǒng)夯土在建造過(guò)程中因技術(shù)、施工等多方面因素影響，使傳統(tǒng)夯土民居在適應(yīng)現(xiàn)代生活中也顯現(xiàn)其局限性。但通過(guò)將傳統(tǒng)夯土進(jìn)行現(xiàn)代工藝技術(shù)的改良，將現(xiàn)代工業(yè)方式與傳統(tǒng)方式相結(jié)合，一方面可以提升民族地區(qū)的居住和生活質(zhì)量，更好地適應(yīng)現(xiàn)代生活需求，另一方面依然能很好地傳承和保護(hù)當(dāng)?shù)孛褡鍌鹘y(tǒng)文化。

4.1.2 用于特殊地區(qū)災(zāi)后重建項(xiàng)目

通過(guò)現(xiàn)代改良的夯土技術(shù)還將廣泛應(yīng)用于災(zāi)后重建項(xiàng)目中，利用夯土就地取材、施工便利的優(yōu)點(diǎn)，建筑師一方面研究并提升夯土材料的抗震性能，另一方面帶領(lǐng)村民親身參與建造過(guò)程和學(xué)習(xí)抗震夯土農(nóng)宅的建造技術(shù)，村民可以利用所學(xué)的技術(shù)修建自家宅院，節(jié)省了大量的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)，并可以快速建成并投入使用。

4.1.3 用于公共性建筑

現(xiàn)代夯土也越來(lái)越多運(yùn)用在各種公共建筑中，不僅在新建筑中利用夯土與當(dāng)?shù)匚幕嘟Y(jié)合，也運(yùn)用在一些文化遺產(chǎn)保護(hù)的實(shí)踐里。如山西省芮城縣的五龍廟修繕改造中使用了夯土作為建筑材料。山西晉南與黃土有分脫不清的淵源，黃河水的哺育、黃土窯洞的庇護(hù)成為晉南地域文化里不可或缺的精魂。因此使用夯土材料進(jìn)行修繕顯得恰到好處。在國(guó)外，位于德國(guó)柏林的和解教堂，因?yàn)槔鋺?zhàn)被炸毀，冷戰(zhàn)結(jié)束后重建的新教堂采用夯土進(jìn)行修建，7 m高厚實(shí)的夯土墻不僅營(yíng)造出了教堂內(nèi)部遠(yuǎn)離塵世的氣氛，且夯土墻骨料中加入了大量老教堂的殘磚剩瓦。通過(guò)夯土將新老建筑聯(lián)系在一起，用老教堂的殘骸搭建起新的教堂，既解決了建筑廢料的處理問(wèn)題，又可以用以紀(jì)念被炸毀的老教堂以及追憶兩德分治的冷戰(zhàn)歷史，這為文化遺產(chǎn)的保護(hù)賦予了更多的意義。

4.2 夯土材料現(xiàn)代運(yùn)用的優(yōu)勢(shì)

4.2.1 經(jīng)濟(jì)施工優(yōu)勢(shì)

從大量實(shí)踐可以看出，夯土在今后的運(yùn)用中仍然體現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)。首先就地取材，節(jié)省了材料購(gòu)買(mǎi)以及材料運(yùn)輸?shù)牡某杀荆档土私ㄖ靸r(jià)，適用于經(jīng)濟(jì)落后交通不便的地區(qū)。同時(shí)施工技術(shù)簡(jiǎn)單易學(xué)，施工可由當(dāng)?shù)厝藛T完成，降低了人工成本。利用模板技術(shù)可以進(jìn)行類似于混凝土的大規(guī)模施工，相比于混凝土建筑又無(wú)需養(yǎng)護(hù)，施工周期更短。夯土材料的物理性能優(yōu)勢(shì)減少了使用中的能量損失，即更加節(jié)能環(huán)保，降低了使用成本。

4.2.2 文化優(yōu)勢(shì)

夯土作為建筑材料使用具有悠久的歷史，同時(shí)取之于本土，用于建筑，起到了對(duì)本土文化的保護(hù)與本土文化相融合的作用。在今后的實(shí)踐中，通過(guò)夯土建筑傳承本土文化、傳遞文化情感，并能通過(guò)現(xiàn)代技術(shù)的改良和創(chuàng)新為傳統(tǒng)賦予更多的價(jià)值和文化內(nèi)涵。

4.3 未來(lái)的發(fā)展與展望

隨著生活水平的提高，對(duì)于建筑材料綠色環(huán)保的追求也會(huì)越來(lái)越高，夯土有著其他建筑材料不可替代的優(yōu)越性。傳統(tǒng)工藝結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)也會(huì)使夯土的使用與施工更加便捷高效。夯土這一傳統(tǒng)的建筑材料勢(shì)必會(huì)越來(lái)越廣泛地運(yùn)用到各種建筑領(lǐng)域，在當(dāng)代重新煥發(fā)活力。