中國傳統(tǒng)生土營造工藝的生態(tài)應(yīng)用研究

董黎 詹林楓

摘要：中國傳統(tǒng)生土營造工藝發(fā)展至今已有上千年的歷史，在我國傳統(tǒng)建筑文化遺產(chǎn)中，生土材料具有舉足輕重的地位，是中國傳統(tǒng)匠人的智慧結(jié)晶。以生土為主體建筑材料的生土民居的傳統(tǒng)營造技術(shù)沿傳至今，在現(xiàn)代工業(yè)化的發(fā)展下顯得愈發(fā)珍貴。生土營造因其獨特的生態(tài)特征，如造價低廉、就地取材、工藝簡單、綠色環(huán)保等，被廣泛應(yīng)用于各地建筑中。在20世紀(jì)70年代能源危機(jī)的影響下，原生態(tài)、低能耗、易獲取的生土材料重新回到大眾視野，生土材料自身具有的生態(tài)性與可持續(xù)化發(fā)展理念和綠色生態(tài)的發(fā)展觀一致，使得生土建筑的發(fā)展從發(fā)展中國家逐漸轉(zhuǎn)移到發(fā)達(dá)國家。

關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)生土營造工藝;生土材料;生態(tài)應(yīng)用

中圖分類號：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-9436（2021）11-0-02

建筑是人類生存環(huán)境的主體，也是侵占綠地最多且耗能最大的主體之一。在綠色發(fā)展的時代背景下，要實現(xiàn)生態(tài)發(fā)展與建筑生產(chǎn)的有效結(jié)合，傳統(tǒng)生土建筑是最佳選擇之一。然而，傳統(tǒng)生土建筑自身的局限性限制了它的發(fā)展，將現(xiàn)代建造技術(shù)融入傳統(tǒng)營造工藝之中，是目前走向綠色生態(tài)建筑發(fā)展方向的有效途徑之一，針對二者的研究則是實現(xiàn)這一目標(biāo)的基礎(chǔ)。

1 生土材料的性能特征

生土，指以原狀生土為主要原料，無須焙燒僅需簡單機(jī)械加工便可用于房屋建造的建筑材料[1]。以原狀土作為主體結(jié)構(gòu)的建筑通常被稱為生土建筑。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2010—2011年在全國農(nóng)村開展新中國成立后最大規(guī)模的農(nóng)房現(xiàn)狀抽樣調(diào)查，結(jié)果顯示，傳統(tǒng)生土材料在農(nóng)房建設(shè)中的應(yīng)用遍及各個省份[2]。然而由于生土材料自身的天然缺陷，如容易風(fēng)化、干裂、被雨水侵蝕等等，傳統(tǒng)生土建筑經(jīng)受不住自然環(huán)境的考驗，很難留存下來。在全球環(huán)境持續(xù)惡劣的背景下，生態(tài)建筑成為實現(xiàn)可持續(xù)化發(fā)展的有效途徑之一，而生土作為一種環(huán)保、健康、綠色的建筑材料重新回到了大眾視野。

1.1 生土材料的便利性和生態(tài)性

生土材料的生態(tài)優(yōu)勢是現(xiàn)代建筑材料所無法比擬的，而傳統(tǒng)生土建筑能流傳至今，并發(fā)展得愈發(fā)欣榮，與生土的材料特性息息相關(guān)。相較于其他建筑材料，生土具有很強(qiáng)的地域適應(yīng)性，不同地區(qū)的生土經(jīng)過簡單的加工處理和夯擊都可用作建筑主體材料，這是傳統(tǒng)生土建筑的優(yōu)勢，但同時也是它的不足，簡單加工和夯擊的生土留存時間過短，無法經(jīng)受時間和環(huán)境的考驗。然而即使生土墻體被推倒廢棄，也可得到再利用，對于環(huán)境的影響能被降到最低。

傳統(tǒng)生土材料的優(yōu)勢之一就是取材的便利性，從節(jié)省成本和節(jié)約時間方面來看，相較于現(xiàn)代建筑，生土具有較大的優(yōu)勢。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代生土建筑對于土的選擇更加科學(xué)和理性，并不是所有的生土都會被用于建筑，被選擇的生土在經(jīng)過一定程度的級配優(yōu)化之后，在維持建筑的穩(wěn)定性和耐久性方面都有一定程度的提升。

生土材料的生態(tài)性還體現(xiàn)在循環(huán)再利用這一點上。從最初直接將生土用作建筑材料，到后來探索出往生土里摻入一定比例的砂石以增強(qiáng)建筑的防水性能和耐久性能，使生土建筑形式存在了上千年。傳統(tǒng)生土建筑在拆毀之后，生土材料可以重新回到土地，對環(huán)境的破壞相對較低。而混凝土及磚瓦等現(xiàn)代建筑材料的產(chǎn)生雖然使傳統(tǒng)建筑突破了空間和形式上的局限，燒結(jié)的磚瓦比生土更有優(yōu)勢，性能更穩(wěn)定，但是高溫焙燒浪費能源，燒結(jié)的磚瓦也無法重新回歸土地，會在很大程度上造成環(huán)境污染。

1.2 傳統(tǒng)生土材料的制作成本和局限性

中國人曾經(jīng)用生土材料修筑長城和故宮，然而隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，生土逐漸被混凝土等現(xiàn)代建筑材料取代。生土材料在制作上花費的時間與人力成本相對較高，必須在使用工具壓實成為夯土之后才具有一定的強(qiáng)度和形態(tài)。直到現(xiàn)在，這種制作方式依舊沒有改變，生土營造過程中仍然需要制作模板進(jìn)行夯筑，而支模及拆模的煩瑣過程將產(chǎn)生大量的經(jīng)濟(jì)成本以及人力和時間成本，相對于鋼筋混凝土或燒結(jié)磚，在工業(yè)化程度上稍顯遜色。因此，夯土墻的建造方式在當(dāng)代還是主要用于非結(jié)構(gòu)性的墻體，大多與其他建筑材料混合使用。而想要使制作模板的過程更加高效，重復(fù)式的施工必然是首選，但如果想要實現(xiàn)建筑形式的多樣化，則需要制作更多的定制模板，這需要花費更多的人工與時間成本。

生土與混凝土等現(xiàn)代建筑材料相比雖然在性能方面存在一定差距，但是其建成后所具有的獨特的樸素外觀和形成的肌理感與水泥石灰墻面的工業(yè)風(fēng)帶來的觀感截然不同。歷史上已有不少例子證明了在積極的維護(hù)下傳統(tǒng)生土建筑可以很好地保持上千年，如位于新疆庫車市克孜爾尕哈的漢代烽燧臺，已經(jīng)歷經(jīng)兩千多年的歷史，至今屹立不倒，是目前古絲綢之路上保存最完好的一處夯土建造的烽燧遺址。

夯土墻體在穩(wěn)定性和強(qiáng)度上的表現(xiàn)相對較差，可以看到，大多數(shù)現(xiàn)存的傳統(tǒng)生土民居層數(shù)都在一兩層左右，如果想要建得更高，墻體就需要建得更厚，典型的例子就是福建土樓。相比一般的生土建筑，福建土樓明顯要更高，但是其墻體也相應(yīng)更厚，這種營造方式是以犧牲使用面積為代價的。福建土樓建造過程中依靠加厚基層墻體的厚度以及在一、二層取消開窗使建筑達(dá)到一定的高度，這樣做一是出于安全因素考慮，二是為了增強(qiáng)生土墻體的穩(wěn)定性。雖然傳統(tǒng)生土營造工藝在維護(hù)生態(tài)及環(huán)保上的優(yōu)勢是現(xiàn)代混凝土材料所不具備的，但其耐久性能、力學(xué)性能等都存在一定的問題，明顯落后于現(xiàn)代化的工業(yè)體系，因此要對其進(jìn)行現(xiàn)代化的轉(zhuǎn)型探索，以發(fā)掘其有待改進(jìn)的空間。

2 生土材料的性能優(yōu)化

傳統(tǒng)生土建筑發(fā)展至今，已經(jīng)用自身的性能優(yōu)勢證明了其可以以最低的能源消耗換取最大的居住舒適度，具有極強(qiáng)的生態(tài)意義，但是其自身存在的缺陷，如墻體容易損壞、干縮后會產(chǎn)生裂縫、光線不足、室內(nèi)潮濕、屋頂及地基容易受雨水侵蝕等，制約了其在現(xiàn)代的發(fā)展。但其優(yōu)越的生態(tài)性能是現(xiàn)代建筑材料所無法替代的，所以近幾十年來，國際國內(nèi)對于生土性能的改良研究一直在進(jìn)行中，目前已經(jīng)有不少成功的案例。

2.1 材料優(yōu)化

土由不同粒徑的顆粒組成，粒徑越細(xì)，塑性和黏結(jié)性就越強(qiáng)，夯土墻體的強(qiáng)度也就隨之提高。傳統(tǒng)的生土建筑在應(yīng)對其力學(xué)性能差等缺陷時會選擇加入一定分量的砂石來提升墻體的強(qiáng)度，但其耐久性能卻沒有得到改善。而現(xiàn)代科研通過不同粒徑顆粒之間的優(yōu)化配比，即沙、砂礫、粉粒及黏粒的結(jié)合，可以達(dá)到不同級別的密實程度（圖1）。土壤是夯土建筑的核心，配比合理的生土經(jīng)過夯實在力學(xué)性及耐久性等物理性能方面都有明顯的改善。

（圖片來源：《新型夯土綠色民居建造指導(dǎo)手冊》）

2.2 熱工特性

傳統(tǒng)生土材料具備優(yōu)越的蓄熱能力，這使得以生土材料為主體營建的建筑都具有冬暖夏涼的特點。而通過級優(yōu)配比之后，現(xiàn)代新型生土材料的蓄熱能力較之前得到了進(jìn)一步的提升，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的建筑材料。例如，夯土墻體作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)在白天可以儲存大量熱量，而在夜間溫度開始下降之后便開始釋放熱量，可以在減少供暖耗能的同時起到平衡室內(nèi)晝夜溫差的效果。

2.3 工藝優(yōu)化

傳統(tǒng)生土建筑施工的所有環(huán)節(jié)都離不開人力，然而相較于機(jī)器，人力在施工速度、施工質(zhì)量以及施工水平的平均化方面都存在不足，與現(xiàn)代化建筑材料的機(jī)械化加工手段在效率及精準(zhǔn)度上都無法比較。引入現(xiàn)代化的夯筑機(jī)具可以大大提高現(xiàn)代生土建筑的施工效率，相較于傳統(tǒng)夯擊手法，現(xiàn)代機(jī)具夯擊頻率更高、沖擊力更強(qiáng)，而更高強(qiáng)度的夯擊帶來的是建筑物抗壓強(qiáng)度和密實度的整體提升。此外，現(xiàn)代氣動夯錘也應(yīng)運(yùn)而生，相較于傳統(tǒng)夯錘技術(shù)，其不僅可操作性更強(qiáng)，而且也相對節(jié)省人力。

3 生土材料的現(xiàn)代應(yīng)用

當(dāng)下，有關(guān)現(xiàn)代生土營建工藝的研究相較于從前更具系統(tǒng)性及地域性，不同國家和地區(qū)傳統(tǒng)生土建筑的材料及夯筑技術(shù)的工藝水平都不盡相同。因此，想要研究建造一套適用于所有地區(qū)的現(xiàn)代生土營造工藝標(biāo)準(zhǔn)體系是不太客觀的。但是研究傳統(tǒng)生土材料在建筑中的現(xiàn)代化應(yīng)用對于如何提高現(xiàn)代生土建筑技術(shù)起到了示范性的作用，也為后續(xù)的研究提供了更多的選擇。

3.1 預(yù)制化工藝

預(yù)制化工藝為生土建筑的現(xiàn)代化發(fā)展提供了一種全新范式，它使生土建筑的建造水平得到了提升，也使生土的應(yīng)用領(lǐng)域得到了擴(kuò)展。預(yù)制化的生產(chǎn)使得生土成了像磚石一樣方便運(yùn)送的材料，這種分離建筑生產(chǎn)和安裝過程的方法更經(jīng)濟(jì)、更有效率，同時建造工期也可以不受天氣的影響，減少了現(xiàn)場施工的時間。

2014年建造于瑞士勞芬的利口樂草藥中心是現(xiàn)存的歐洲最大的現(xiàn)代夯土建筑，該建筑的主要材料全部源于當(dāng)?shù)氐娜劳?，室外和室?nèi)的墻體都沒有做任何處理，表現(xiàn)出材料最原始的肌理。瑞士利口樂草藥中心的夯土墻的施工過程展現(xiàn)了較高的現(xiàn)代化工業(yè)水平，預(yù)制化的夯土墻體在工廠內(nèi)加工成塊，再統(tǒng)一運(yùn)送至施工場地，現(xiàn)場進(jìn)行修飾填補(bǔ)，整個過程有著流水線般的建造效率，極大地縮短了施工時間，提高了施工效率，是當(dāng)代夯土建筑預(yù)制化建造的成功案例。相較于傳統(tǒng)生土建筑的建造流程，預(yù)制化工藝在現(xiàn)代生土建造過程中的使用為傳統(tǒng)生土營造工業(yè)帶來了技術(shù)化的革新。

3.2 可持續(xù)化應(yīng)用

馬岔村村民活動中心是西安建筑科技大學(xué)開展的現(xiàn)代夯土綠色民居建造研究示范項目成果，位于甘肅會寧馬岔村。該設(shè)計團(tuán)隊通過對當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)生土營造技術(shù)的研究與改良推廣現(xiàn)代生土示范建筑，基于當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境、人文風(fēng)俗等自然條件，以可持續(xù)化發(fā)展的理念設(shè)計了村民活動中心，充分利用了當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源，如風(fēng)能、太陽能等，同時在屋面設(shè)計和場地設(shè)計中設(shè)計了雨水回收利用系統(tǒng)，用以解決當(dāng)?shù)厮Y源缺乏的問題（圖2）。其中，設(shè)計師應(yīng)用現(xiàn)代化技術(shù)改良了傳統(tǒng)生土建筑，將夯土墻作為承重墻。由于生土材料性能的局限性，生土在當(dāng)代建筑中一般用作墻面的填充作為建筑的裝飾立面，但馬岔村村民活動中心的承重墻以夯土墻為核心，配合其他現(xiàn)代建筑材料作為構(gòu)造柱、圈梁、暗梁以增強(qiáng)夯土墻的力學(xué)性能，是一個夯土技術(shù)改良的現(xiàn)代優(yōu)秀案例。

（圖片來源：土上建筑）

3.3 回歸傳統(tǒng)的人文關(guān)注

在全球化的影響下，現(xiàn)代建筑的快速發(fā)展強(qiáng)烈沖擊著各地區(qū)的歷史和文化，各個地區(qū)的建筑類型也逐漸顯現(xiàn)出明顯的單一化特征，如何打破現(xiàn)代建筑帶來的負(fù)面影響，發(fā)展有地域特色的建筑類型成為當(dāng)下必須考慮的問題。

德國柏林和解禮拜堂是一座位于柏林墻邊界的小教堂，它見證了二戰(zhàn)后柏林的分裂與和解。重建后的和解禮拜堂的意義已經(jīng)超脫了宗教的范疇，它不僅見證了東德與西德的和解過程，也可以視作對冷戰(zhàn)這段歷史的紀(jì)念。重建的和解禮拜堂的地面和墻體都將生土作為主要材料，老教堂拆除的磚經(jīng)過粉碎處理之后被加入生土中，在新建的生土墻面上我們可以清晰地看見處理之后的廢棄磚礫，新舊材料的融合處理為這座建筑帶來了全新的歷史意義。

4 結(jié)語

在可持續(xù)發(fā)展成為全球共識的背景下，現(xiàn)代生土建筑憑借其突出的生態(tài)優(yōu)勢及充滿魅力的（下轉(zhuǎn)第頁）（上接第頁）材料表現(xiàn)形式成為當(dāng)下建筑師探討如何實現(xiàn)生態(tài)建筑的有效途徑之一。法國格勒諾布爾國立高等建筑學(xué)院CRATerre的生土建筑研究中心對于生土建筑的研究已經(jīng)持續(xù)了30多年，是全球范圍內(nèi)生土建筑研究領(lǐng)域的權(quán)威。雖然傳統(tǒng)生土建筑在我國歷史悠久，但我國關(guān)于現(xiàn)代生土建筑技術(shù)的研究還不夠完善?；诃h(huán)境危機(jī)的時代背景，越來越多的人關(guān)注到了現(xiàn)代生土建筑的理論發(fā)展和實踐創(chuàng)新，深入研究和發(fā)展現(xiàn)代生土建筑的技術(shù)更新，不僅可以緩解環(huán)境危機(jī)帶來的威脅，從另一個方面來說也是對傳統(tǒng)建筑文化的傳承和推廣。

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作者簡介：董黎（1981—），女，湖北武漢人，博士，副教授，系本文通訊作者，研究方向：湖北傳統(tǒng)聚落特征、傳統(tǒng)聚落動態(tài)保護(hù)。

詹林楓（1992—），女，湖北武漢人，碩士在讀，研究方向：環(huán)境設(shè)計。