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生土建筑,土生土长也有未来
 
  来源:中国建设报     2017-09-27
 
 

“在中国传统文化中有离乡一把土的风俗,土是游子与家乡间情感的维系。而现在在很多人的概念里,土却成了落后的代名词。” 日前,在北京建筑大学举办的“土生土长”生土建筑实践京港双城展开幕式暨现代生土建筑国际论坛上,北京建筑大学副校长张大玉指出,在倡导生态城市、绿色建筑、低碳发展的大语境下,生土作为建筑材料显示出极高的可持续性能,并且可以做出高品质的建筑。

本次专题展览活动由住房和城乡建设部村镇建设司、无止桥慈善基金主办,旨在联合国内外的现代生土建筑领域的专家学者共同传承建筑传统文化,探讨生土建筑研究的历史与未来发展前景,为我国生态文明建设和新农村建设贡献更大的力量。

随处可取,生土建筑分布广泛

生土,是指以原状生土为主要原料,无需焙烧和化学加工,仅依靠简单的机械加工便可用于房屋建造的建筑材料。其传统形式包括夯土、土坯、泥砖、草泥、屋面覆土等,以生土作为主体结构材料的房屋通常被称为生土建筑。以生土为主材的建造传统,在我国有数千年的历史,从距今7000年前的磁山文化、裴李岗文化、大地湾文化遗址,到约2000年前的高昌古城、交河古城、古长城、大型墓葬等遗址中,都可得到印证。

因“土”有随处可取的特点,生土建筑在我国的分布十分广泛。在中西部的12个省份,以生土作为主体结构材料的农房的平均比例超过20%;在甘肃、云南、西藏等地,这一比例超过60%。目前,我国现存且仍在使用的传统生土民居建筑主要集中于黄土高原地区、华南地区、西南地区、青藏高原地区和新疆地区。

黄土高原地区是全世界黄土沉积层最厚、规模最大的地区之一。就地可取、随处可见的黄土是当地最为丰富和实用的自然材料资源,也由此造就了窑洞、生土合院、庄廓、堡寨等多种形式的传统生土民居建筑。

华南地区具有代表性的传统生土民居建筑主要有土楼、潮汕民居等。分布于闽粤赣三省交会地区的土楼一般选取黏性较好的含有砂子的原状土,并掺入砂、石灰等辅料予以改性。潮汕地区有着丰富的灰砂、贝灰资源,该地区的民居也多由土、贝灰、灰砂拌合的三合土夯筑而成,异常坚固。

在西南地区,不仅地形地貌复杂多样,而且地区之间的气候差异较大,土壤的垂直分布亦不相同,包括高原的风化黄土、丘陵的红壤、盆地的沉积土等各种类型,加上复杂、交融的文化、资源等因素,共同作用形成了土掌房、蘑菇房、夯土房等各具特色的生土民居建筑。

生土建造技术应用在新疆地区也十分普遍且历史悠久,楼兰古城、高昌古城等遗迹是最好的诠释,喀什高台民居、吐鲁番维吾尔族民居是仍在使用的生土民居建筑的代表。

如今,生土在生态、环保、低碳等方面所具有的优点也逐渐被越来越多的设计师所认识并在建筑设计中所采用。2012年获得普利兹克奖的中国建筑师王澍在为中国美术学院象山校区设计建造的20多座建筑中就采用了生土这一元素。其中,最引人注目的是沿河而立、面积达5000平方米的专家接待中心,在三维松木框架支撑的屋盖下,钢筋混凝土的承重结构与夯土结构的外墙融为一体。

技术创新,挖掘夯土的“明天”

传统生土建造技术之所以应用广泛,主要源于生土材料所具有的一系列优点。与常规建材相比,生土材料具有6大突出特点,一是蓄热性能突出,使房屋室内冬暖夏凉;二是可就地取材、因地制宜;三是具有“呼吸”功能,可有效调节室内温度、改善空气质量;四是具有可再生性,房屋拆除后生土材料可反复利用,甚至可作为肥料回归农田;五是加工过程低能耗、无污染,据测算生土的加工能耗和碳排放量分别为黏土砖和混凝土的3%和9%;六是施工简易、造价低廉。

但是,传统生土材料在力学和耐久性能方面的固有缺陷制约了其现代化应用,主要表现在耐水、隔潮、防蛀、防蚀等性能远低于常规建筑材料。这些固有缺陷使得传统生土建筑难以满足农民改善居住质量、提升房屋安全性能的迫切需求。这也成为近年来我国农村建设发展中,大多数传统建造技术共同面临的困境。据统计,在西部地区建国以来历次大地震中,坏损或倒塌的农房半数以上为生土建筑。

针对传统生土民居建筑的自身缺陷以及发展和传承中面临的困境,近十年来,在住房和城乡建设部以及无止桥慈善基金的大力推动和支持下,北京建筑大学和西安建筑科技大学的科研团队针对传统生土营建工艺的发掘、改良与革新,进行了一系列深入调研、试验研究与示范建设,取得了一系列广受业界肯定和大众关注的成果,为我国传统建筑文化传承与乡村建设的可持续发展,起到了十分重要的示范与推广作用。

2008年8月30日,在川滇交界处发生的6.1级攀枝花地震中,凉山州会理县新安傣族乡的马鞍桥村的传统夯土合院民居损毁严重。如采用常规建筑技术和组织模式重建家园,面临建材价格飞涨、资金短缺、交通落后等一系列挑战。为此,2008年10月,住房和城乡建设部委托无止桥慈善基金,以马鞍桥村为基地启动了震后村落重建研究与示范项目,改良提升传统生土营建技术,并在贫困农村地区研究易于被村民接受、掌握和传承的适宜性生态重建模式。基于大量的调研与试验分析,团队充分利用当地自然材料和传统夯土,系统优化房屋结构体系,并研究开发了一系列可有效提升房屋安全性能且经济易行的房屋建造措施和技术,如:改良传统夯筑工具提升夯土墙的密度和强度,利用当地竹材料作为拉筋、分层夯筑过程中嵌入竖向木榫以增强夯土墙抗剪能力,利用石膏加水灌入土墙裂缝以修复受损墙体等。这些技术和工具的改进和标准化,提高了夯土农宅的结构稳固性和抗震性能。看着崭新的示范房,村民们恢复了对传统夯土技术的信心,通过邻里互助的传统组织模式,自发展开各户房屋重建工作。与邻村具有同等抗震能力和节能效果的新建常规砖混房屋相比,村民资助重建的房屋造价平均仅为后者的1/5。在此基础上,团队设计并组织村民兴建了村民活动中心,向村民诠释传统夯土技术在“明天”的应用潜力,并编写出版了《抗震夯土农宅建造图册》,免费在有夯筑营建传统的西南农村地区发放。

基于现状,探索成套夯土建造体系

相对于国内传统生土建筑发展面临的困境,过去40多年来,以法国国际生土建筑中心为代表的欧美发达国家在生土建筑研究领域已取得了长足的发展,尤其在夯土材料优化机理方面所取得的突破,为传统夯土建造技术的革新以及全球范围内的现代化应用奠定了坚实的科学基础。为借鉴国外在现代夯土技术研究方面的成功经验,2011年6月,在住房和城乡建设部的大力支持下以及无止桥慈善基金的资助和统筹下,科研团队以甘肃省会宁县为基地启动了“现代夯土民居建造研究与示范”项目。由于欧美成熟的现代夯土技术多依托于当地发达的混凝土施工体系,既有的机具系统和施工技术难以直接引进我国。如何基于我国贫困农村发展的现状和基本条件,探索具有较高性价比和良好地域适应性的成套夯土建造体系,成为团队面临的最大挑战。

团队引入现代生土材料性能优化原理,通过大量基础试验与现场试验,形成了一套基于本地材料资源和常规设备改造的适合于贫困农村地区的现代夯土施工技术和机具系统,以及与现代夯土力学性能相协调的房屋抗震结构体系,有效克服了生土材料在力学和耐水性能方面的缺陷。以此为基础,团队发动并指导马岔村村民开展了首个新型夯土民居建设示范。示范房采用当地传统的三合院布局模式与单坡屋顶、平屋顶相结合的屋面形式,并在节能设计方面继承了传统夯土建筑保温节能优势,同时采用太阳房、草垫节能屋面等节能技术,使房屋外围护结构节能效率高于当地砖混结构农宅50%以上。根据基础试验研究与示范建设的成果和经验,团队于2014年编写并出版了《新型夯土绿色民居建造技术指导手册》,采用图文并茂的方式普及传统夯土建造技术及其优化应用潜力。

为使夯土得到更为广泛的应用,科研团队结合实践,将现代夯土作为一种“新”的传统材料语言,进一步研究升级技术体系以满足更多元的设计需求。2014年,在万科西安大明宫楼盘夯土墙景观工程中,团队首次引入欧美发达国家已成熟的铝镁板夯筑体系,结合方案设计需要与大规模夯土施工的特点,进行了系统的试验研究。目前已形成了可满足大中型公共建筑施工需要的一系列现代夯土构造设计、机具系统与施工技术。

本报记者 刘月月