生土營建的傳承與創(chuàng)新

文/山東建筑大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院 郭炳琦

0 引言

現(xiàn)代主義興起后，人類的建造活動(dòng)嚴(yán)重破壞了自然環(huán)境和生態(tài)平衡，人們不得不重新審視現(xiàn)代建筑。在建筑材料方面，生土作為最原始、最古老的生態(tài)材料，成功吸引了國內(nèi)外建筑師的注意。近年來，越來越多的建筑師致力于生土建筑的研究，以生土建筑為主題的學(xué)術(shù)會(huì)議和展覽數(shù)量也呈上升趨勢。生土之所以被人們重新重視，是因?yàn)槠湓从谧匀唬恍杞?jīng)過簡單加工，便可用于房屋建造。進(jìn)行生土營建的研究，充分挖掘生土材料性能，可更好地指導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)，推動(dòng)建筑的生態(tài)發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展，走出一條新時(shí)代具有中國特色的生土營建之路。

1 生土概述

1.1 生土及生土建筑概念

生土作為一種建筑材料，是指長時(shí)間暴露在自然中的土壤，即沒有經(jīng)過任何加工，僅改變土壤中的一部分顆粒組成就能用于房屋建造的材料。生土材料的基本物理性能，如色彩、質(zhì)感等，極易受到建筑師的青睞，近年來常被用作建筑的墻體材料甚至是主體結(jié)構(gòu)材料。

生土建筑，從宏觀角度分析，是基于材料的特殊性而產(chǎn)生的一種建筑類型，是指以生土為建筑材料所營建的建筑主體或部分結(jié)構(gòu)。

1.2 生土建筑發(fā)展歷程

生土建筑分布廣泛，甚至遍布全球。生土建筑有著悠久的歷史，在人類誕生之初便與居住場所有著千絲萬縷的聯(lián)系。人類社會(huì)初期的居住場所主要以巢居和穴居為主，穴居是以天然洞穴為基礎(chǔ)進(jìn)行土石挖掘后形成的適合居住的場所，例如北京西南周口店發(fā)現(xiàn)的“北京猿人”洞穴。新石器時(shí)代的半地穴式房屋，同樣是以挖空的方式，將自然土壤作為墻體，可謂是最早的生土建筑案例。進(jìn)入階級社會(huì)后，逐漸形成了夯土的建造方式，從官式建筑到民間建筑均以生土為建造材料。在今天，仍可看到以生土材料為主建造的民居建筑，我國最著名的為福建的客家土樓和陜北地區(qū)的窯洞建筑（見圖1，2）。

1客家土樓（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

2窯洞建筑（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

生土材料在國外同樣得到廣泛運(yùn)用，在古代文明發(fā)源地均保留著大量的生土建筑。近現(xiàn)代以來生土建筑之所以失去主導(dǎo)地位，主要是因?yàn)樾录夹g(shù)、新材料的出現(xiàn)以及生土材料自身存在一定局限性，規(guī)模較大的生土建筑無法在高度上實(shí)現(xiàn)突破。近年來，生土作為綠色環(huán)保材料，逐漸被運(yùn)用于小型住宅和公共建筑中。

1.3 生土材料性能

1.3.1 優(yōu)點(diǎn)

首先，就材料來源而言，大部分生土材料都取自建設(shè)用地周邊，就地取材可節(jié)約大量的材料加工成本及運(yùn)輸成本。同時(shí)，由于地區(qū)間的土壤成分存在一定差異，其色彩、質(zhì)感及紋理等方面有所不同，每個(gè)地區(qū)的生土建筑均能充分體現(xiàn)當(dāng)?shù)氐牡赜蛱厣Ｆ浯?，生土材料污染小，只需?jīng)過簡單的加工處理便可用于房屋建造，因此其加工過程不會(huì)對環(huán)境造成污染，能耗低，并且在整個(gè)建造過程中，生土材料并未發(fā)生質(zhì)變，拆除后可循環(huán)利用。此外，生土對建筑內(nèi)部的熱環(huán)境具有良好的調(diào)節(jié)作用，熱工性能優(yōu)越，蓄熱能力強(qiáng)，導(dǎo)熱系數(shù)比鋼筋混凝土小，還能形成呼吸式建筑表皮，對室內(nèi)濕度進(jìn)行有效控制。生土建筑的建造對施工技術(shù)要求也不高，施工過程簡單。

1.3.2 缺點(diǎn)

生土材料 發(fā)展緩慢甚至淡出人們視野的主要原因如下：在堅(jiān)固性方面，由于生土材料對空氣中的水分有較強(qiáng)的吸收能力，易脫落或發(fā)生形變；生土材料可塑性較強(qiáng)，極易被外力破壞，因此需要不斷對其進(jìn)行局部修復(fù)；生土材料的承載力在相同條件下遠(yuǎn)不及鋼筋混凝土，這也是現(xiàn)代社會(huì)隨著一座座高樓大廈拔地而起，生土建筑逐漸沒落的原因。

2 生土建筑分類

生土建筑按其空間形成方式的不同，分為“正空間”式生土建筑和“負(fù)空間”式生土建筑?！罢臻g”式生土建筑的建造過程類似做加法，即在開敞空間中通過砌筑生土的方式形成建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，從而形成有遮蔽的建筑空間，福建地區(qū)的土樓為典型代表?！柏?fù)空間”式生土建筑則是通過挖掘的方式直接形成建筑空間，此類生土建筑通常位于地下或半地下，利用天然土壤作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，典型代表為黃土高原的窯洞建筑。

生土建筑的建造方式包括砌筑土坯、版筑夯土和塑性泥作。砌筑土坯類似磚石建筑的建造，首先用生土制成小型土坯磚，然后用土坯磚砌筑成墻體（見圖3）。版筑夯土則重在“版”與“夯”，一是需要模板，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行墻體夯筑，二是需要工具進(jìn)行夯擊，這種砌筑方式可一次性形成整個(gè)墻體（見圖4）。塑性泥作是一種相對原始的建造方式，可直接用手將攪拌好的生土制成墻體（見圖5）。

3砌筑土坯（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

4版筑夯土（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

5塑性泥作（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

3 生土建筑的傳承與創(chuàng)新

3.1 普適性提升

從世界范圍來看，生土建筑由于造價(jià)低、技術(shù)要求低、保溫隔熱性能好，主要分布在氣候干旱或貧窮落后的地區(qū)，屬于地域性建筑。我國生土建筑發(fā)源于中西部地區(qū)，主要集中在西北地區(qū)的黃土高原地帶，還有部分位于福建地區(qū)，氣候干旱少雨是推動(dòng)其形成、發(fā)展的主要因素。

雖然生土建筑在世界各地均有遺跡和建造記錄，但并未得到大部分建筑師的關(guān)注及使用者的認(rèn)可。在我國古代建筑中，木結(jié)構(gòu)體系占有重要地位，然而人們卻忽視了它的“靈魂伴侶”——土。生土建筑也應(yīng)形成一個(gè)完善的體系，在其實(shí)現(xiàn)普適性的過程中，應(yīng)充分考慮以下方面。

1）地域的批判性應(yīng)用 推廣生土建筑，不可照搬固有形式，即使生土建筑能營造冬暖夏涼的室內(nèi)熱環(huán)境，也不能將黃土高原的窯洞直接應(yīng)用于東部沿海地區(qū)。地區(qū)的自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境，都會(huì)影響生土建筑的形成、發(fā)展，故應(yīng)用時(shí)首先要考慮地區(qū)的氣候特征，例如多雨地區(qū)需考慮生土墻體的固化處理，增強(qiáng)其耐久性。其次在不同地區(qū)應(yīng)用時(shí)，地域文化也會(huì)對生土建筑的結(jié)構(gòu)、立面、屋頂形式等產(chǎn)生影響。地域的批判性應(yīng)用不僅能推動(dòng)生土建筑在不同地區(qū)發(fā)展，還能形成新技術(shù)提升生土建筑的性能。批判性應(yīng)用并非對原有形式全盤否定，而是以原有形式為基礎(chǔ)創(chuàng)新發(fā)展?？墒紫仍谵r(nóng)村地區(qū)建立試驗(yàn)點(diǎn)，通過建筑部分墻體采用生土材料、建成后收集反饋信息，不斷作出優(yōu)化調(diào)整，從而逐漸推廣至其他地區(qū)，甚至城市范圍。

2）使用者認(rèn)可度的提升 生土建筑一直以來被視為貧窮與落后的象征，要從根本上改變使用者的態(tài)度，必須從材料優(yōu)化和政策引導(dǎo)兩方面入手。通過材料優(yōu)化形成不同的質(zhì)感、紋理及色彩，使其更具現(xiàn)代性，從而更符合現(xiàn)代人的審美需求；建立良好的政策引導(dǎo)機(jī)制，保持生土建筑的原真性，讓使用者真正感受到生土建筑的內(nèi)在價(jià)值。

3.2 工業(yè)化轉(zhuǎn)變

無論是現(xiàn)在還是未來，生土建筑的建造速度都是制約其發(fā)展的重要因素。例如福建土樓的建造由于僅靠人工參與且建造過程中缺少各環(huán)節(jié)的有力配合，其耗時(shí)為鋼筋混凝土建筑的4～5倍。因此，必須推動(dòng)傳統(tǒng)生土建筑的生產(chǎn)建造方式向大規(guī)模、高效率的工業(yè)化轉(zhuǎn)變，以技術(shù)進(jìn)步為“結(jié)構(gòu)”體系，以信息管理為途徑，運(yùn)用工業(yè)化模式使項(xiàng)目的前期設(shè)計(jì)、中期開發(fā)和后期施工管理形成全周期一體化產(chǎn)業(yè)鏈。

從建造流程分析，生土建筑的建造主要分為備土和夯筑2個(gè)過程，推動(dòng)生土建筑邁向工業(yè)化，備土和夯筑環(huán)節(jié)的技術(shù)提升必不可少。就備土而言，生土材料供應(yīng)地應(yīng)盡量靠近建設(shè)基地或加工車間，以節(jié)省運(yùn)輸成本和時(shí)間成本。而夯筑環(huán)節(jié)應(yīng)從模板體系、夯筑工具及夯筑方式等方面進(jìn)行創(chuàng)新。在模板體系和夯筑方式方面，可借鑒成熟的裝配式混凝土模板體系，二者在澆筑和夯實(shí)方面存在一些相似之處，還可借鑒混凝土滑模施工等建造方式，從而形成較為完備的模板體系，適應(yīng)不同墻體與樓板的建造需求；夯筑工具方面可用機(jī)械代替人力，形成“面積變量——夯筑工具”的對應(yīng)關(guān)系，并通過信息技術(shù)有效測算生土墻體各部分的密實(shí)度，并及時(shí)作出調(diào)整，從而提高夯實(shí)的有效擊打率，保證整個(gè)墻體的強(qiáng)度。

在生土建筑走向工業(yè)化的過程中，要避免“千城一面”。建筑營建應(yīng)基于地理因素和歷史文脈兩大基石，使每座生土建筑都具有鮮明的地域文化特色，形成“百花齊放”之盛景。

3.3 性能提升

生土建筑在承載力、防水性和堅(jiān)固性等方面與鋼筋混凝土建筑相差甚遠(yuǎn)，推動(dòng)生土建筑革新并向垂直維度發(fā)展需提升其性能。

在承載力方面，生土建筑承載力有限，目前以生土構(gòu)件為主要承重結(jié)構(gòu)的建筑最高為2層。出于對承載力的提升，可將生土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合，但鋼筋混凝土的應(yīng)用勢必會(huì)影響生土建筑的生態(tài)性，材料造價(jià)的上升也不可避免，因此應(yīng)辯證地看待兩者的結(jié)合。此外，可調(diào)整生土材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及骨料級配，或加入高性能的環(huán)保材料，以提升生土材料的承載力。

在生土建筑防水性的提升上，要減少室外環(huán)境對生土材料的影響。生土建筑的防水性可從屋頂、墻體和墻腳等方面進(jìn)行提升。屋頂可通過出挑的方式避免雨水沿墻面下流；墻腳可采用生土與石材結(jié)合的方式；為防止墻體被雨水沖刷破壞，可在其表面設(shè)計(jì)有規(guī)律的紋理，提高耐久性。

4 結(jié)語

生土作為生態(tài)材料，符合現(xiàn)代社會(huì)的價(jià)值取向，但生土材料及生土建筑的發(fā)展仍任重道遠(yuǎn)，既需提升性能，又要提升使用者認(rèn)可度，改變?nèi)藗兊墓逃杏^念。本文從普適性提升、工業(yè)化轉(zhuǎn)變及性能提升等方面提出實(shí)現(xiàn)生土建筑傳承與創(chuàng)新的策略，剖析這一“天然混凝土”材料，挖掘其內(nèi)在價(jià)值，探索具有中國特色的當(dāng)代生土營建之路。