生土建筑建造的分類及當(dāng)代演進(jìn)

摘 要：生土建筑具有能耗低、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)榕c工業(yè)化背景相背離而逐漸衰敗。隨著人們越來越關(guān)注傳統(tǒng)歷史文化與可持續(xù)發(fā)展，生土建筑自身潛在的巨大價(jià)值得以體現(xiàn)。對生土的基本概念及類型范圍進(jìn)行整理，同時(shí)列舉生土建筑的特點(diǎn)并進(jìn)行分類，了解生土用材的優(yōu)缺點(diǎn)和建造技術(shù)，總結(jié)生土技術(shù)及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)所遇到的瓶頸，推敲生土建筑建造的當(dāng)代演進(jìn)，指出生土建筑的發(fā)展趨勢，期望為未來的生土實(shí)踐應(yīng)用提供助力。

關(guān)鍵詞：生土建筑；歷史文化；可持續(xù)發(fā)展

生土作為建造材料已經(jīng)擁有了悠久的營建傳統(tǒng)，在我國，其應(yīng)用至少可以追溯到8 000年前的新石器時(shí)代。在工業(yè)化建筑時(shí)代的發(fā)展中，效率較低的傳統(tǒng)手工建造生土民居逐漸被磚混等建筑形式取代，建筑能耗也隨之飛速上升。在這一時(shí)期，生土被認(rèn)為是“邊緣材料”。隨著建造技術(shù)的發(fā)展及生態(tài)環(huán)境問題日益突出，潛能巨大的生土材料逐漸得到建筑師的重視。近年來，圍繞生土民居、生土材料、抗震性能、傳統(tǒng)民居，探討怎樣將傳統(tǒng)的營造工藝與當(dāng)代營造方式有效結(jié)合，解決生土建筑材料與當(dāng)代社會高科技技術(shù)之間的矛盾，成為生土建筑營造的新研究熱點(diǎn)。

一、生土的概念及范疇

生土指的是地表下面沒有經(jīng)過耕種的原狀土壤。生土的土質(zhì)一般比較堅(jiān)實(shí)，植物的根系難以扎進(jìn)土壤，加上土壤內(nèi)部的有機(jī)物含量與微生物活躍度都非常低，農(nóng)作物的種植與成長較為困難。在新石器時(shí)代，生土就被廣泛用作建造材料，其傳統(tǒng)形式有夯土、泥磚、屋面覆土、土坯等[1]。

生土建筑指的是運(yùn)用生土建造的房屋以及構(gòu)筑物。夏商時(shí)期的茅茨土階，春秋戰(zhàn)國時(shí)期的高臺建筑，明清時(shí)期的紫禁城等建筑物，都體現(xiàn)出生土作為建材的運(yùn)用。我國的生土建筑包括大量存在的窯洞[2]、世界矚目的大型生土民居建筑福建土樓等。

二、生土建筑的特點(diǎn)及分類

生土建筑具有保溫隔熱、就地取材便捷、造價(jià)低廉、可降解再生等優(yōu)點(diǎn)。在生土建筑中，良好的熱工性能是其突出特點(diǎn)，夯土墻體不僅作為室內(nèi)外結(jié)構(gòu)、圍護(hù)及分隔的構(gòu)件，也是熱工性能調(diào)節(jié)的關(guān)鍵構(gòu)件。夯土墻以自身的保溫隔熱、吸濕等特點(diǎn)，減緩室內(nèi)溫度的變化，合理調(diào)節(jié)空氣濕度，使室內(nèi)環(huán)境更加舒適，最大程度控制能源消耗。我國黃河以北的半干旱地區(qū)分布較多的夯土建筑[3]，正是利用了生土良好的保溫特點(diǎn)。從建造初期從大自然中挖掘原材料、進(jìn)行加工制造與運(yùn)輸，并進(jìn)行場地的選擇規(guī)劃以及建筑設(shè)計(jì)，到施工及使用維護(hù)期，再到拆除處置期，對拆除之后建筑廢棄材料的處置，生土建筑都符合可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)的要求，與節(jié)能發(fā)展建筑理念相契合。同時(shí)，針對夯土墻體的建造，通常情況下地基土的土方量足夠使用。而當(dāng)墻體廢棄時(shí)，生土建筑的材料可以回歸土地，真正實(shí)現(xiàn)“土生土長”。然而，傳統(tǒng)生土建筑在防水耐腐蝕、耐久性、承重力學(xué)等方面較為薄弱，同時(shí)由于材料強(qiáng)度具有一定的局限，運(yùn)用夯土工藝的建筑層數(shù)通常較低。

根據(jù)不同的材料、結(jié)構(gòu)及工藝，可將生土建筑劃分為土坯及夯土建筑、窯洞。我國現(xiàn)存的生土建筑中，最具有代表性的是位于陜西、河南、甘肅等地區(qū)的生土窯洞。其因多種優(yōu)勢深受黃土高原地區(qū)人民的喜愛，至今仍在許多地區(qū)大量沿用。盡管因?yàn)椴煌貐^(qū)之間人文環(huán)境的差異，窯洞在選址、布局結(jié)構(gòu)、裝飾等方面存在不同，但不論是靠崖式、下沉式還是獨(dú)立式窯洞，都為生土建筑研究提供了寶貴的資料。例如，在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)大師任震英的倡導(dǎo)下，中國建筑學(xué)會窯洞及生土建筑分會在1980年成立[4]。緊隨其后，關(guān)于其的第一次學(xué)術(shù)研討會在延安舉辦，從此我國開始系統(tǒng)化研究生土建筑。

夯土指的是運(yùn)用夯錘打擊工具，通過模板的控制，將含有一定比例水分的土料層層夯實(shí)的建造過程。孟子所提到的“版筑”就是現(xiàn)在所說的夯土技術(shù)。夯土技術(shù)在我國古代運(yùn)用十分廣泛，在建筑建造的多個(gè)部位都可以采用。在傳統(tǒng)的夯筑技術(shù)中，工匠們多采用小段木模板，運(yùn)用傳統(tǒng)木石夯錘，通過模板的重復(fù)使用完成夯土建筑。根據(jù)模板材料、組成的不同，傳統(tǒng)夯土模板分為板式、椽式兩種。板式模板常用于我國南方，又被稱為打墻板，福建土樓就是采用這種模板建造的；椽式模板常用于我國北方，亦被稱為桿筑法，山西平遙的城墻即采用此種模板筑造而成。

生土砌塊是生土建筑的另一種建造形式。生土砌塊又被稱為土坯，通常情況下將生土制作成磚，這種磚不用煅燒，可直接砌筑成墻體。生土砌塊主要用于兩種結(jié)構(gòu)形式：一是承重結(jié)構(gòu)，二是作為木架結(jié)構(gòu)的輔助材料。因?yàn)椴煌貐^(qū)的土質(zhì)情況不同，制作土坯所用的原料也各不相同，比如會加入植物纖維物、生石灰等材料。如果土體較為潮濕，黏粒比較少，砂粒較多時(shí)，生土砌塊的成型工藝可選擇靜力壓實(shí)成型；如果黏粒含量高，土體容易成塊，則需要將生土放入水中溶解后與砂粒按比例混合，以便將黏粒含量進(jìn)行稀釋，最后采用夯實(shí)成型工藝。1949年后，我國土坯建筑開始使用機(jī)械來壓制砌塊，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)我國農(nóng)村需要低成本建設(shè)房屋，我國研究人員設(shè)計(jì)出小型人力壓磚機(jī)來完成土坯磚的壓制。此外，還建議使用稻草等纖維來改善材料的原本性能。在砌筑墻體時(shí)，磚塊之間需要用泥漿進(jìn)行黏合，使墻體更加牢固。

三、生土建筑建造的當(dāng)代演進(jìn)

當(dāng)代生土建筑建造的發(fā)展與先進(jìn)技術(shù)密切相關(guān)，從表面來看，人們可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的認(rèn)知，認(rèn)為當(dāng)代生土建造工藝與傳統(tǒng)建造工藝之間的區(qū)別僅僅是生產(chǎn)工具的創(chuàng)新與進(jìn)步。在當(dāng)代生土建造工藝流程中，第一步就是要明確生土材料的性能參數(shù)。當(dāng)代生土建造工藝區(qū)別于傳統(tǒng)建造工藝的根本進(jìn)步，是以土壤級配原理為代表的應(yīng)用機(jī)理研究的進(jìn)步。生土作為建筑材料使用的關(guān)鍵點(diǎn)是土粒與水分的物理與表面性質(zhì)。土壤級配原理要求將不同粒徑的土壤顆粒數(shù)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低空隙率，增大黏粒數(shù)量，以便使材料形成較為穩(wěn)定的微觀結(jié)構(gòu)。土壤級配原理的運(yùn)用，并不是使當(dāng)代的生土建造工藝與傳統(tǒng)工匠的建造經(jīng)驗(yàn)相背離。傳統(tǒng)建造技藝、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等，對當(dāng)代中國建筑發(fā)展仍具有重要的啟發(fā)意義。

針對不同地區(qū)生土土壤的構(gòu)造與性質(zhì)，在生土里面加入細(xì)砂、石子等一定量的混合物，再通過控制一定的水分，運(yùn)用氣動或電動夯錘來進(jìn)行強(qiáng)力夯擊，使經(jīng)過干燥后的材料接近于黏土磚的強(qiáng)度。18世紀(jì)歐洲產(chǎn)生了人力壓制土坯技術(shù)。1940年之后，生土建筑現(xiàn)代化的探索開始進(jìn)行，發(fā)起人是埃及建筑師哈桑·法賽。在過后的幾十年中，研究人員在生土材料中加入了水泥、熟石灰等，這種經(jīng)過改造的材料被稱為“改性生土材料”[5]，為之后生土建筑的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[6]。與此同時(shí)出現(xiàn)了小型的機(jī)械壓磚機(jī)，融入了現(xiàn)代機(jī)械化手段，提高了土坯的質(zhì)量和制作效率，制成的砌塊被統(tǒng)稱為“壓制改性生土砌塊”[7]。獲得普利茲克獎的迪埃貝多·弗朗西斯·凱雷設(shè)計(jì)的萊奧醫(yī)生之家、甘多小學(xué)，都采用了這種生土技術(shù)[8]。

西方當(dāng)代夯土常采用混凝土鋁鎂合金模板體系，雖然操作簡單靈活，但是存在價(jià)格昂貴的缺點(diǎn)。此外，在室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)項(xiàng)目方面，產(chǎn)生了裝飾性薄壁夯土技術(shù)，這種技術(shù)能將較厚的夯土墻壓到60 mm左右，不僅能減少對空間的占用，而且能較好地保持夯土工藝的肌理與觸感。我國有傳統(tǒng)的板式和椽式夯土模板[9]，但此模板承受不了氣動和電動夯錘所帶來的力度。我國穆鈞教授結(jié)合農(nóng)村地區(qū)現(xiàn)狀，選擇使用竹膠板、螺桿等較為常見的材料，設(shè)計(jì)形成一套全新的模板體系，“T”“L”“I”型的墻體可通過該模板體系直接夯筑而成，并將建筑轉(zhuǎn)角和“T”型結(jié)合等較為薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的加固。經(jīng)過該模板體系建造的房屋完全能達(dá)到我國的抗震設(shè)防目標(biāo)。

砌塊的制造和砌筑是生土砌塊工藝中較為關(guān)鍵的步驟，土坯和土墼制造工藝來源于砌塊的制造，主要是為了制造使用的磚塊。生土砌筑工藝指的是用生土砌塊砌筑建筑物的建造工藝。土坯和土墼制造工藝相較于夯土工藝在修筑時(shí)更為靈巧。當(dāng)代生土砌筑主要從加固構(gòu)造和黏結(jié)劑環(huán)節(jié)來進(jìn)行改進(jìn)。美國和土耳其要求在墻體內(nèi)使用垂直鋼筋或者多道圈梁來對構(gòu)造進(jìn)行加固。我國在生土墻體與各部分構(gòu)件間采用的方法有三種：一是構(gòu)造柱與墻體連接點(diǎn)位置用鋼筋或荊條來構(gòu)造，二是在墻體內(nèi)部1 000 mm位置筑入鋼筋或荊條進(jìn)行加固，三是在夯土墻體內(nèi)部和垂直方向用竹子、鋼絲網(wǎng)等不同類型材料進(jìn)行加強(qiáng)。此外，使用穿斗木架結(jié)構(gòu)，能較大程度增強(qiáng)木架承重型生土建筑的橫面抗震程度。為了提升砌體強(qiáng)度，可提高灰漿抗壓度與通縫抗剪強(qiáng)度，但前提是需要將灰漿里的膠粉量與灰砂量的配比控制在合適范圍內(nèi)。

與其他建造工藝相比較，生土建造工藝目前仍需要工匠的經(jīng)驗(yàn)和工藝，機(jī)械化水平比較低，保證了此工藝是經(jīng)過工匠仔細(xì)思考創(chuàng)作而產(chǎn)生的。而且在人工成本攀升的情況下，一些生土抹面使用的工藝要求比較高，逐漸難以普及化使用。如在部分酒店裝飾設(shè)計(jì)方面需要采用嫻熟的抹面工藝，一些工匠為了避免使用化學(xué)添加劑造成面層的脫落，使用面層添加劑時(shí)選擇了仙人掌汁；為了加深土料顏色與光澤，使生土抹面層更為光滑，采取牛、羊奶中的主要蛋白質(zhì)——酪蛋白作為防水層；為了制造獨(dú)特的面層藝術(shù)效果，在土料中加入白色高嶺土與礦石的混合物；為了加強(qiáng)材料之間的黏結(jié)度，采用黑麥糊作為黏合劑。

此外，3D打印擴(kuò)展了使用生土等自然材料所建的建筑的范圍，甚至被設(shè)想應(yīng)用于人類移居外星時(shí)的建造方案中。在此項(xiàng)工藝中，電力消耗是主體能耗。在采用可持續(xù)發(fā)展能源結(jié)構(gòu)的未來，生土3D打印工藝仍具有巨大的提升空間。大衛(wèi)·伊斯頓發(fā)明空壓噴土工藝，此工藝通過高壓氣體噴射壓縮土料到模板上，并經(jīng)過不用處理的自動堆疊直接形成墻體。這種工藝減少了大量的勞動力，節(jié)省了搭建模板的大量時(shí)間。西方國家的研發(fā)室發(fā)明了數(shù)控夯土機(jī)器，巧妙地將機(jī)械臂與模板機(jī)進(jìn)行結(jié)合，極大縮短了施工時(shí)間。

四、生土建造技術(shù)的發(fā)展展望

在國家倡導(dǎo)的鄉(xiāng)村振興和綠色建筑背景下，關(guān)于生土建筑的文化傳承遇到了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。生土建筑與建造技術(shù)怎樣實(shí)現(xiàn)傳承，古老的生土建筑怎樣在保護(hù)傳承基礎(chǔ)上進(jìn)行新的更新創(chuàng)造，滿足本地人民需求并實(shí)現(xiàn)民族文化的傳承，都是值得人們深思的問題。隨著近幾年許多專業(yè)開始積極探索本專業(yè)的傳統(tǒng)文化底蘊(yùn)，各領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者開始積極開展對傳統(tǒng)生土建筑的研究。經(jīng)歷過一代又一代工匠們的更新嘗試，生土建筑形成了成熟化的建造體系，借鑒參考的安全系數(shù)比較高。

為了當(dāng)下生土建筑的更新創(chuàng)造，我們更應(yīng)該尋找傳統(tǒng)優(yōu)秀的建造案例，系統(tǒng)化借鑒里面成熟的技術(shù)方法。生土建筑進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵點(diǎn)是，將不同生土建筑的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)合，形成較好的協(xié)作系統(tǒng)。未來需要分析傳統(tǒng)地域建筑，在傳承發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)生土建筑的特色基礎(chǔ)上，增添當(dāng)代建筑的現(xiàn)代感。

未來生土建筑對夯筑工藝、夯筑材料等會有新的要求，并希望通過更新設(shè)計(jì)提升生土建筑的防震抗災(zāi)性。針對夯筑材料的優(yōu)化與改良，西方常用配制復(fù)合料作為夯土材料，我國常用本地生土作為夯土材料。如果想在我國的生土建筑中使用國外的技術(shù)，則需要進(jìn)行改進(jìn)實(shí)踐。生土建筑的發(fā)展趨勢是突出建筑美學(xué)，在美術(shù)館、民宿等不同空間中，生土材料完全能滿足其形式與空間需求。

生土建筑想要持續(xù)生存與發(fā)展，就必須從分散落后的手工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)換為以現(xiàn)代技術(shù)為基礎(chǔ)的大工業(yè)生產(chǎn)。為提升生土建筑的質(zhì)量及建設(shè)效率，需要用工業(yè)化的建造模式來對當(dāng)代的生土建造體系進(jìn)行重構(gòu)。因?yàn)槭褂蒙疗鰤K能克服傳統(tǒng)土坯建筑的缺陷，所以可以推動將壓制土磚轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)?；念A(yù)制砌塊在農(nóng)村地區(qū)使用，這樣既能改善環(huán)境，有利于實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，又能振興地域文化?？偟膩碚f，農(nóng)村地區(qū)的生土建筑建造工藝是經(jīng)過工匠代代相傳的。對此項(xiàng)工藝的挖掘和引領(lǐng)指導(dǎo)，能為當(dāng)?shù)卮迕裨黾邮杖耄瑥亩屍渚哂袃?nèi)生動力。

五、結(jié)語

本文對生土建筑進(jìn)行分類并總結(jié)其特點(diǎn)，在尊重生土自然材料屬性的基礎(chǔ)上，運(yùn)用當(dāng)代的設(shè)計(jì)理念與先進(jìn)技術(shù)來延伸生土創(chuàng)作手法，為生土建筑建造技術(shù)的未來發(fā)展拓展空間，希望能結(jié)合當(dāng)代建筑功能發(fā)展形勢，建造出符合當(dāng)代地域文化的生土建筑。同時(shí)呼吁更多的專家學(xué)者關(guān)注生土建筑，以此來推廣生土建筑，在滿足當(dāng)代生活需求的同時(shí)，傳承發(fā)揚(yáng)我國的傳統(tǒng)生土建筑建造智慧與文化。

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作者簡介：

韓笑，鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院教師。研究方向：環(huán)境設(shè)計(jì)。