竹材在園林景觀中的應用探析

孫 平（上海秦森園林股份有限公司， 上海 200072）

當今社會人們越來越注重低碳環保的生活理念，人類生活的方方面面都在不斷嘗試新材料、新工藝、新技術。竹，作為一種速生且可再生資源，愈發受到大眾關注。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了千家萬戶。工程竹材亦依托其重量輕、韌性好、強度高等優點在建筑行業逐漸嶄露頭角。作為園林景觀行業，工程竹材的應用尚處在發展的初級階段。本文所探討的項目即是竹在園林景觀領域中的一次成功運用案例。

1 竹材的特點分析

竹材在中國有著非常深厚的文化內涵和悠久的應用傳統。竹子特有的形態和寓意使得文人愛其高潔，武人愛其剛義。蘇軾曾賦詩：可使食無肉，不可居無竹。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 以竹代木是大勢所趨

木材在中國建筑領域的應用歷史悠久、范圍廣泛，具備獨有的結構特性及特殊的優美觀感，在建筑領域的應用中一直保持著重要的地位。我國森林資源貧乏且生長緩慢，因而工程項目大量使用木料的方式與生態環保理念并不相符。但作為類似特性的替代品，竹是一種天然快速生長材料，具有與木材相似的質地。更重要的是，中國竹資源儲備量大，分布范圍廣。合理開發竹資源可緩解國內木材供需矛盾，具有重要的經濟、社會和生態價值，“以竹代木”成為行業發展新趨勢。

1.2 竹材的特性及應用優勢

竹材是一種優良的木材替代材料，其色澤柔和、紋理清晰、觸感光滑、富有韌性，能給人帶來良好的感官享受。作為生態環保型綠色建材之一，竹子對 CO2的吸收量是林木的4 倍，與木材加工過程中加工性能高度相似。同時使用過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到 1∶8、 1∶50。與常用建材進行抗拉強度對比，竹材也具有較為明顯的優勢，見表 1。因此，竹材已被建筑行業認定為優良的綠色環保材料。

表 1 常規建材抗拉強度對比

2 竹材的應用現狀

現今工程行業中，竹材的應用有了較大的突破和發展，其主要應用表現在以下幾個領域。

2.1 建筑外墻應用

竹材在建筑幕墻領域受到眾多設計師的青睞，設計師依托竹材在可塑性、柔韌性等方面的優勢，結合當前多元化的建筑外立面造型特點，營造出豐富多樣的幕墻裝飾樣式。

2.2 室內裝飾應用

室內設計師對于竹材的喜愛有目共睹。竹材輕巧的質感與自然的色澤成為賦予設計師以創意靈感。因此竹也被廣泛應用于工裝及家裝行業。

2.3 園林景觀應用

目前，竹材在園林景觀領域的應用尚處于裝飾層面，表現手法多見為景觀鋪裝材料和園林小品（花箱、木格柵等）。但近年來大型景觀結構物中也開始逐漸出現了竹材的身影。隨著工藝技術的不斷發展，越來越多形態各異，應用方式多樣的園林竹木也具備了實現設計師的構思意圖，將美好的設想轉化為現實，展現在公眾面前。

3 工程竹材在園林景觀中的實際應用

3.1 項目案例背景

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

圖 1 展園設計方案鳥瞰圖

主題構筑“木刨之花”以木刨花造型為創作靈感，結合多曲面參數化設計技術、立體綠化技術、結構竹材異形拼裝營造技術，從多維空間將整個展園有機串聯。形成一條展現現代造園理念的生態紐帶。

3.2 設計階段的技術難點及解決措施

針對世界園藝博覽會特點，該展園的主題構筑有 3 個目標。首先，需體現建造企業在古建木藝修復和營造上的造詣。其次，需突出世園會在新材料、新工藝、新技術方面的示范性。最后，需展現工程的實用性、經濟性、安全性特點。在主題構筑的施工圖深化中，主要遇到的 2 個核心技術問題是結構材料的選擇和多曲面參數化設計。

鑒于主題構筑的造型特點，在結構材料的選擇上，首先將范圍鎖定于鋼結構、加拿大工程木材、結構工程竹材 3 個類型中。通過對 3 種材料各項技術參數的分析對比，首先排除了與木藝主題無關的鋼結構，其次又淘汰了力學性能設計無法滿足設計效果的工程木材。最終選定工程竹材作為主題構筑用材。

構筑主材選定后，考慮方案深化落地的過程。由于在異形多曲面竹材構筑領域尚無借鑒案例參考，為此特成立骨干技術力量組成技術攻關小組，邊模型推演邊深化圖紙，最終攻克了多曲面參數化設計這道技術難關。

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的構筑物拆分成 3 座正拱、2 座貝殼拱、1座網格拱以及地面坐凳等 7 個組成部分，具體見圖 2。

圖 2 “木刨花”主題構筑單體分解示意圖

隨后，對單體構筑的結構外形進行模擬計算分析。通過對比不同結構形式的優劣性及與方案完整形態的匹配度，最終確定了內外拱雙層網格受力桿件的結構深化思路，并通過多點連接確保了結構的安全性和可靠性。

之后，再通過計算機輔助建模的力學分析結果，優化結構桿件的截面尺寸，將各單體構筑模型進行整體拼接。同時不斷調整單體構筑間銜接部分的曲度，力求展現和諧統一、整體性完美的構筑造型。

當構筑模型全部調整完畢以后，通過專業軟件再將整體構筑拆分為若干個竹木分構件，按不同部位進行編號，并編制出構件清單和加工計劃。

3.3 施工階段的技術難點及解決措施

雖然通過計算機的輔助，已然得出各個單體構筑的構件形態和參數，但構件相互拼接時所用到的金屬連接件加工，也是一項巨大的挑戰。因為主體構筑是不規則的造型，每塊構件配套的金屬連接件大小、尺寸、角度均不同，每一個金屬件都需要單獨定制。近 400 m2的主體構筑體量龐大、構件類型復雜，有的構件需要多次多面切割方能成型。要將這些竹材構件最終拼接成一個完整的整體，對每個分部構件及其金屬連接件都要求具有極高的加工精度。這不僅考驗團隊的設計深化能力，同時也對生產加工的精度和技術水平提出了更高的要求。

工廠預安裝是構件出廠前，校對檢查構件拼接誤差范圍的重要環節，可以提前發現構件的加工缺陷。在預安裝階段，首先設定了柱位的坐標體系，明確了各定點柱腳的準確位置。再通過臨時金屬夾件將分構件按圖紙 1:1 進行試拼，見圖 3。預安裝的效果十分顯著。通過預安裝，發現誤差最大處可達到 50 mm 之多，對及時進行修補矯正起到了極大的幫助，從而有效避免了材料現場安裝后發現問題再返工帶來的時間和經濟損失，并為正式安裝工作積累了寶貴的經驗。

圖 3 工廠預安裝現場

現場安裝環節是對整個項目的最終考驗。每一個單體拱結構的大小構件數量可達上百個，彼此精密聯結、嚴絲合縫，共同組成一個如此龐大的裝配體系，其復雜程度在園林構筑中極為少見。雖然在工廠進行了預拼，但在實際安裝中仍可能會碰到各種不確定因素。每一個構件都必須做到一一對應，任意一處一旦發生細小的偏差，都會導致整體誤差累計的連鎖反應。為此，周密施工部署及各種不同的應急預案必不可少。在整個施工過程中，攻堅小組全程駐扎在現場進行指導。每拼接完一塊都及時進行復測校驗，發現問題及時調整方案，積極落實施工班組、攻堅小組、技術負責人三檢制度，從而保證了整個施工的質量平穩、有序。通過近 2 個月的現場組裝，最后終于將這件竹材創新應用在園林景觀領域代表性的構筑物，展現在北京世界園藝博覽會的舞臺上。

3.4 竹材實際應用綜合分析

主題構筑“木刨之花”最高處達到 7.3 m，最低僅 0.45 m，高低錯落、起伏有致，遠遠望去氣勢雄偉、蜿蜒流暢，與企業展園的整體環境相得益彰、完美融合，完成效果圖見圖 4。整個構筑的營造充分展現了竹材在結構應用上的獨特優勢，代表了當前結構竹材應用的較高水平。無論是材料質感還是色澤，主題構筑的成品都非常接近木材。同時利用竹材所特有的強度和韌性，展現出超出普通木結構所能達到的多曲面造型效果。雖然體型龐大，但是整座結構物存有一體性，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，成為世園會的一處精品景點。

圖 4 “木刨花”主題構筑日景

4 結 語

通過這次建設項目，在新材料、新技術、新工藝的應用方面取得了寶貴的經驗，為今后推動竹材結構在園林景觀中的提供了可借鑒的成功案例。相信通過低碳環保、可持續發展理念的深入人心，加之科學技術的不斷進步，竹材以及其他新型環保材料在園林景觀中的發展前景會更加美好。