竹材在園林景觀中的應(yīng)用探析

孫 平（上海秦森園林股份有限公司， 上海 200072）

當(dāng)今社會(huì)人們?cè)絹?lái)越注重低碳環(huán)保的生活理念，人類生活的方方面面都在不斷嘗試新材料、新工藝、新技術(shù)。竹，作為一種速生且可再生資源，愈發(fā)受到大眾關(guān)注。竹制家具、工藝品、竹編家居用品、竹炭日用品等竹制品早已走進(jìn)了千家萬(wàn)戶。工程竹材亦依托其重量輕、韌性好、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)在建筑行業(yè)逐漸嶄露頭角。作為園林景觀行業(yè)，工程竹材的應(yīng)用尚處在發(fā)展的初級(jí)階段。本文所探討的項(xiàng)目即是竹在園林景觀領(lǐng)域中的一次成功運(yùn)用案例。

1 竹材的特點(diǎn)分析

竹材在中國(guó)有著非常深厚的文化內(nèi)涵和悠久的應(yīng)用傳統(tǒng)。竹子特有的形態(tài)和寓意使得文人愛其高潔，武人愛其剛義。蘇軾曾賦詩(shī)：可使食無(wú)肉，不可居無(wú)竹。宋代王禹偁為自造的竹樓專門撰寫了《竹樓記》等例子不勝枚舉。

1.1 以竹代木是大勢(shì)所趨

木材在中國(guó)建筑領(lǐng)域的應(yīng)用歷史悠久、范圍廣泛，具備獨(dú)有的結(jié)構(gòu)特性及特殊的優(yōu)美觀感，在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用中一直保持著重要的地位。我國(guó)森林資源貧乏且生長(zhǎng)緩慢，因而工程項(xiàng)目大量使用木料的方式與生態(tài)環(huán)保理念并不相符。但作為類似特性的替代品，竹是一種天然快速生長(zhǎng)材料，具有與木材相似的質(zhì)地。更重要的是，中國(guó)竹資源儲(chǔ)備量大，分布范圍廣。合理開發(fā)竹資源可緩解國(guó)內(nèi)木材供需矛盾，具有重要的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)價(jià)值，“以竹代木”成為行業(yè)發(fā)展新趨勢(shì)。

1.2 竹材的特性及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

竹材是一種優(yōu)良的木材替代材料，其色澤柔和、紋理清晰、觸感光滑、富有韌性，能給人帶來(lái)良好的感官享受。作為生態(tài)環(huán)保型綠色建材之一，竹子對(duì) CO2的吸收量是林木的4 倍，與木材加工過(guò)程中加工性能高度相似。同時(shí)使用過(guò)的竹材還可以被回收并再次利用。此外，竹材還是一種低能耗的建材，在同等建筑面積的前提下與混凝土和鋼材能耗比分別達(dá)到 1∶8、 1∶50。與常用建材進(jìn)行抗拉強(qiáng)度對(duì)比，竹材也具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)，見表 1。因此，竹材已被建筑行業(yè)認(rèn)定為優(yōu)良的綠色環(huán)保材料。

表 1 常規(guī)建材抗拉強(qiáng)度對(duì)比

2 竹材的應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)今工程行業(yè)中，竹材的應(yīng)用有了較大的突破和發(fā)展，其主要應(yīng)用表現(xiàn)在以下幾個(gè)領(lǐng)域。

2.1 建筑外墻應(yīng)用

竹材在建筑幕墻領(lǐng)域受到眾多設(shè)計(jì)師的青睞，設(shè)計(jì)師依托竹材在可塑性、柔韌性等方面的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合當(dāng)前多元化的建筑外立面造型特點(diǎn)，營(yíng)造出豐富多樣的幕墻裝飾樣式。

2.2 室內(nèi)裝飾應(yīng)用

室內(nèi)設(shè)計(jì)師對(duì)于竹材的喜愛有目共睹。竹材輕巧的質(zhì)感與自然的色澤成為賦予設(shè)計(jì)師以創(chuàng)意靈感。因此竹也被廣泛應(yīng)用于工裝及家裝行業(yè)。

2.3 園林景觀應(yīng)用

目前，竹材在園林景觀領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于裝飾層面，表現(xiàn)手法多見為景觀鋪裝材料和園林小品（花箱、木格柵等）。但近年來(lái)大型景觀結(jié)構(gòu)物中也開始逐漸出現(xiàn)了竹材的身影。隨著工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多形態(tài)各異，應(yīng)用方式多樣的園林竹木也具備了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)師的構(gòu)思意圖，將美好的設(shè)想轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，展現(xiàn)在公眾面前。

3 工程竹材在園林景觀中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目案例背景

本案為 2019 年北京世界園藝博覽會(huì)某企業(yè)展園，總占地 2 324 m2，以“木刨之花”主題構(gòu)筑與展廳組成。全園以“用園藝美化家園，用匠心感動(dòng)世界”的設(shè)計(jì)主題貫穿,為八方游客展現(xiàn)“匠人琢器”的造園精神。展園設(shè)計(jì)方案鳥瞰圖如圖 1 所示。

圖 1 展園設(shè)計(jì)方案鳥瞰圖

主題構(gòu)筑“木刨之花”以木刨花造型為創(chuàng)作靈感，結(jié)合多曲面參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)、立體綠化技術(shù)、結(jié)構(gòu)竹材異形拼裝營(yíng)造技術(shù)，從多維空間將整個(gè)展園有機(jī)串聯(lián)。形成一條展現(xiàn)現(xiàn)代造園理念的生態(tài)紐帶。

3.2 設(shè)計(jì)階段的技術(shù)難點(diǎn)及解決措施

針對(duì)世界園藝博覽會(huì)特點(diǎn)，該展園的主題構(gòu)筑有 3 個(gè)目標(biāo)。首先，需體現(xiàn)建造企業(yè)在古建木藝修復(fù)和營(yíng)造上的造詣。其次，需突出世園會(huì)在新材料、新工藝、新技術(shù)方面的示范性。最后，需展現(xiàn)工程的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、安全性特點(diǎn)。在主題構(gòu)筑的施工圖深化中，主要遇到的 2 個(gè)核心技術(shù)問(wèn)題是結(jié)構(gòu)材料的選擇和多曲面參數(shù)化設(shè)計(jì)。

鑒于主題構(gòu)筑的造型特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)材料的選擇上，首先將范圍鎖定于鋼結(jié)構(gòu)、加拿大工程木材、結(jié)構(gòu)工程竹材 3 個(gè)類型中。通過(guò)對(duì) 3 種材料各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的分析對(duì)比，首先排除了與木藝主題無(wú)關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)，其次又淘汰了力學(xué)性能設(shè)計(jì)無(wú)法滿足設(shè)計(jì)效果的工程木材。最終選定工程竹材作為主題構(gòu)筑用材。

構(gòu)筑主材選定后，考慮方案深化落地的過(guò)程。由于在異形多曲面竹材構(gòu)筑領(lǐng)域尚無(wú)借鑒案例參考，為此特成立骨干技術(shù)力量組成技術(shù)攻關(guān)小組，邊模型推演邊深化圖紙，最終攻克了多曲面參數(shù)化設(shè)計(jì)這道技術(shù)難關(guān)。

首先，采取化整為零、分塊施作再拼接的策略。將總占地面積近 400 m2的構(gòu)筑物拆分成 3 座正拱、2 座貝殼拱、1座網(wǎng)格拱以及地面坐凳等 7 個(gè)組成部分，具體見圖 2。

圖 2 “木刨花”主題構(gòu)筑單體分解示意圖

隨后，對(duì)單體構(gòu)筑的結(jié)構(gòu)外形進(jìn)行模擬計(jì)算分析。通過(guò)對(duì)比不同結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)劣性及與方案完整形態(tài)的匹配度，最終確定了內(nèi)外拱雙層網(wǎng)格受力桿件的結(jié)構(gòu)深化思路，并通過(guò)多點(diǎn)連接確保了結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。

之后，再通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助建模的力學(xué)分析結(jié)果，優(yōu)化結(jié)構(gòu)桿件的截面尺寸，將各單體構(gòu)筑模型進(jìn)行整體拼接。同時(shí)不斷調(diào)整單體構(gòu)筑間銜接部分的曲度，力求展現(xiàn)和諧統(tǒng)一、整體性完美的構(gòu)筑造型。

當(dāng)構(gòu)筑模型全部調(diào)整完畢以后，通過(guò)專業(yè)軟件再將整體構(gòu)筑拆分為若干個(gè)竹木分構(gòu)件，按不同部位進(jìn)行編號(hào)，并編制出構(gòu)件清單和加工計(jì)劃。

3.3 施工階段的技術(shù)難點(diǎn)及解決措施

雖然通過(guò)計(jì)算機(jī)的輔助，已然得出各個(gè)單體構(gòu)筑的構(gòu)件形態(tài)和參數(shù)，但構(gòu)件相互拼接時(shí)所用到的金屬連接件加工，也是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。因?yàn)橹黧w構(gòu)筑是不規(guī)則的造型，每塊構(gòu)件配套的金屬連接件大小、尺寸、角度均不同，每一個(gè)金屬件都需要單獨(dú)定制。近 400 m2的主體構(gòu)筑體量龐大、構(gòu)件類型復(fù)雜，有的構(gòu)件需要多次多面切割方能成型。要將這些竹材構(gòu)件最終拼接成一個(gè)完整的整體，對(duì)每個(gè)分部構(gòu)件及其金屬連接件都要求具有極高的加工精度。這不僅考驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)深化能力，同時(shí)也對(duì)生產(chǎn)加工的精度和技術(shù)水平提出了更高的要求。

工廠預(yù)安裝是構(gòu)件出廠前，校對(duì)檢查構(gòu)件拼接誤差范圍的重要環(huán)節(jié)，可以提前發(fā)現(xiàn)構(gòu)件的加工缺陷。在預(yù)安裝階段，首先設(shè)定了柱位的坐標(biāo)體系，明確了各定點(diǎn)柱腳的準(zhǔn)確位置。再通過(guò)臨時(shí)金屬夾件將分構(gòu)件按圖紙 1:1 進(jìn)行試拼，見圖 3。預(yù)安裝的效果十分顯著。通過(guò)預(yù)安裝，發(fā)現(xiàn)誤差最大處可達(dá)到 50 mm 之多，對(duì)及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)矯正起到了極大的幫助，從而有效避免了材料現(xiàn)場(chǎng)安裝后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題再返工帶來(lái)的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)損失，并為正式安裝工作積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

圖 3 工廠預(yù)安裝現(xiàn)場(chǎng)

現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)節(jié)是對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的最終考驗(yàn)。每一個(gè)單體拱結(jié)構(gòu)的大小構(gòu)件數(shù)量可達(dá)上百個(gè)，彼此精密聯(lián)結(jié)、嚴(yán)絲合縫，共同組成一個(gè)如此龐大的裝配體系，其復(fù)雜程度在園林構(gòu)筑中極為少見。雖然在工廠進(jìn)行了預(yù)拼，但在實(shí)際安裝中仍可能會(huì)碰到各種不確定因素。每一個(gè)構(gòu)件都必須做到一一對(duì)應(yīng)，任意一處一旦發(fā)生細(xì)小的偏差，都會(huì)導(dǎo)致整體誤差累計(jì)的連鎖反應(yīng)。為此，周密施工部署及各種不同的應(yīng)急預(yù)案必不可少。在整個(gè)施工過(guò)程中，攻堅(jiān)小組全程駐扎在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行指導(dǎo)。每拼接完一塊都及時(shí)進(jìn)行復(fù)測(cè)校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)調(diào)整方案，積極落實(shí)施工班組、攻堅(jiān)小組、技術(shù)負(fù)責(zé)人三檢制度，從而保證了整個(gè)施工的質(zhì)量平穩(wěn)、有序。通過(guò)近 2 個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)組裝，最后終于將這件竹材創(chuàng)新應(yīng)用在園林景觀領(lǐng)域代表性的構(gòu)筑物，展現(xiàn)在北京世界園藝博覽會(huì)的舞臺(tái)上。

3.4 竹材實(shí)際應(yīng)用綜合分析

主題構(gòu)筑“木刨之花”最高處達(dá)到 7.3 m，最低僅 0.45 m，高低錯(cuò)落、起伏有致，遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去氣勢(shì)雄偉、蜿蜒流暢，與企業(yè)展園的整體環(huán)境相得益彰、完美融合，完成效果圖見圖 4。整個(gè)構(gòu)筑的營(yíng)造充分展現(xiàn)了竹材在結(jié)構(gòu)應(yīng)用上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，代表了當(dāng)前結(jié)構(gòu)竹材應(yīng)用的較高水平。無(wú)論是材料質(zhì)感還是色澤，主題構(gòu)筑的成品都非常接近木材。同時(shí)利用竹材所特有的強(qiáng)度和韌性，展現(xiàn)出超出普通木結(jié)構(gòu)所能達(dá)到的多曲面造型效果。雖然體型龐大，但是整座結(jié)構(gòu)物存有一體性，7 大分部的銜接絲絲入扣，拼接痕跡不明顯，即宏偉大氣，又不失輕盈的美感，成為世園會(huì)的一處精品景點(diǎn)。

圖 4 “木刨花”主題構(gòu)筑日景

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)這次建設(shè)項(xiàng)目，在新材料、新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用方面取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為今后推動(dòng)竹材結(jié)構(gòu)在園林景觀中的提供了可借鑒的成功案例。相信通過(guò)低碳環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展理念的深入人心，加之科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，竹材以及其他新型環(huán)保材料在園林景觀中的發(fā)展前景會(huì)更加美好。