黃土建筑材料生態化設計

張樹桐 陳 雪

(淮陰師范學院附屬中學,江蘇 淮安 223300)

1 概述

隨著城市化進程的加劇，現代建筑迅速發展；同時也給社會帶來了許多環境和能源的問題。現代的許多建筑輕視當地的環境或歷史文化背景，造成建筑與環境不相融合，不協調。除了占用了大量的土地之外，同時由于現代建筑使得很多地方都失去了原有的韻味。大肆的建筑使得植被被破壞，造成水土流失嚴重；濫用工業原料又讓土壤被毒化，降低了土壤的使用率；這些問題都表明了現代建筑的創新刻不容緩。從而，“生態建筑”這一新興建筑理念開始引領時代潮流。

生態建筑指的是建筑能夠利用并適應當地的地理條件，能夠充分地利用本地的建筑材料，合理地、創新性地運用傳統與現代結合的建筑工藝與技術，使建筑具有節約材料、節能環保、益于居住、循環再生、經濟適用等特點。生態建筑要使建筑和環境、生態之間形成相互協調、有機統一的共同體，追求人、建筑、生態環境能夠形成可持續發展的良性循環系統。

2 中國生土建筑的生態智慧

2.1 窯洞的生態智慧

窯洞建筑是我國黃土高原獨特的地理環境因素造成的。窯洞作為黃土高原原生態的建筑之一，它體現出傳統民居天人合一的生態思想，強調了人與自然和建筑的統一結合。

“靠崖窯”是最早的窯洞民居。靠崖窯又稱“土窯”，窯洞大多都是此類型的窯洞。靠崖窯是依山而建，在土崖上橫向位置向里挖洞。洞的頂部呈圓拱形，洞的地面呈長方形，在洞的外側裝上門窗就形成了最基本的靠崖窯。根據黃土高原地區干燥少雨，光線充足，多風沙天氣，窯洞一般背風建設。這種靠崖窯不僅工程量小，省時省力，而且冬暖夏涼，防風能力強，極適合當地居民的居住環境，見圖1。

窯洞的建造基本上都是用黃土來完成的。所以它對黃土資源的利用可謂是發揮到了極致。靠崖窯是通過橫向向里挖洞獲得居住空間，從而節約了土地資源。窯內的建筑構件例如窯壁、窯墻都是通過對黃土的加工來完成的，挖出的黃土還可以建造一些土灶、土臺、土炕等家具。多余的黃土還可以用來填坑填坡，極大限度的利用了黃土資源。窯的建設不用投入建筑材料構建空間，而是直接挖去天然材料獲得空間，所以窯內的建設節約了當地的土地資源。窯洞內厚厚的土層具有良好的蓄熱和隔熱能力，讓窯洞內的溫度變化很小，具有冬暖夏涼的特點。這樣的居住環境減少了當地居民對其他能源的使用。窯洞在建設時不會破壞大量的植被。在建成時僅僅展露出小面積的洞口立面，建筑的其他部位都與土地融合在一起，極大程度的保持了原有的自然景象，充分體現了人與自然和諧。

2.2 福建土樓的生態智慧

福建土樓的形式多種多樣，其中最主要還是方樓和圓樓。圓樓的建筑直徑是30 m～50 m左右，一般為3層～4層。它的平面布局由兩種模式組成，單元式和內通廊。單元式分為獨立的開間，呈窄長扇形。內通廊則在樓層內部設置“走馬廊”，用來連通各個房間，上下樓則用公共樓梯。方樓的形式與圓樓的布局相似，只不過是把平面換成了方形。土樓的聚落空間強調了風水論中的負陰抱陽，藏風聚氣。土樓的布局自由，根據山勢、地形的不同，不同形式的土樓自由的排布在部落內，錯落有致，與大自然形成了一道和諧的風光。

土樓的地基和墻角一般都是用較大的河卵石砌筑的，墻角高過洪水位，防止山洪暴發沖倒土樓。若選址在淤泥地上的話，地基建材則選用松木筏基。將松木縱橫交叉層疊，不僅重量比河卵石基底輕，而且面積更大，完全可以承受整個土樓的重量負荷。土墻則就地取材，用田底的泥和粘性好且含砂質的土作為建筑土墻的原料。土墻底部厚度為1 m～2 m，土墻中還用竹片或者松木枝作為拉結筋，保證土墻的強度。

土樓所用建材中的土木都是來自于大自然，當土墻倒塌或是木材腐爛之后它們都能融回到自然中，不會對自然環境造成破壞。在干燥的季節，土樓中的土墻能夠釋放水氣用來調節室內的濕度，保證室內不會過于干燥；在潮濕的季節，土墻不會結露。冬暖夏涼的特點也讓整個土樓具有良好的舒適度，見圖2。

3 黃土建筑材料的生態化設計

3.1 黃土建筑的特點

黃土具有土質疏松多孔；垂直節理發育，透水性強和水溶性特點。黃土土質疏松，并不意味著窯洞易塌，窯洞不塌陷，主要是因為黃土直立性強，而且氣候干燥降水少引起的，加之窯洞處在地下，水蝕沒有表面那么嚴重(極難滲水)，另外窯洞屋頂多用磚瓦蓋住，可把水流引開。黃土還有一特性就是遇干堅如巖石，遇水則易流失。所以當暴雨來臨時，窯洞也有倒塌的危險，需要防范。黃土建筑的優點是節省土地，經濟省工，冬暖夏涼，防火，防噪聲，確是因地制宜的完美建筑形式。

黃土建筑的最大缺點是具有遇水溶化的特點。另外，黃土的支撐能力與現代建筑的鋼筋混凝土有巨大的差距；傳統窯洞還存在陰、暗、潮、悶等缺陷，因此，黃土建筑在現代的應用中必須加以創新。私下以為黃土建筑不能廣泛地應用于高層建筑，可以在農村及低層建筑中應用。在應用中要重點考慮加強地基和做好防水處理。

3.2 傳統黃土建筑的設計創新

從中國傳統生土建筑的設計經驗中，我們看到了生態建材對于生態建筑的重要性。在現代建筑設計過程中，我們應該將現有建材進行整合、加工，形成更為環保的生態建材。實際上，黃土在建筑實際上仍有廣闊的應用前景，國內有一些建筑師正在致力于這方面的努力。早在20世紀70年代，國外設計師就已經開始了地下穴居式住宅的設計嘗試。世界知名設計師威廉·摩根的穴居設計的穴居，與周邊的綠色環境融為一體，內部則呈現出簡約現代的設計風格。

20世紀80年代我國著名建筑規劃大師、中國建筑學會副理事長任震英大力倡導對窯洞進行改良，他曾在蘭州白塔山后山揖峰嶺坡面上，借鑒窯洞的設計理念并加以創新，在黃土崖壁建了50孔新式窯洞，窯洞用青磚做成窯臉，用小青瓦做成帽檐，建筑設計新穎，空間寬敞舒適，格式別致；設計克服了傳統窯洞陰暗潮悶以及抗震能力差等方面的缺陷，被稱為“窯洞山莊”，其造價只是樓房的1/3。窯洞山莊先后接待過美、日、加、菲、德、英等國生土建筑專家，受到他們的一致好評。

由我國香港建筑師吳恩融、西安建筑科技大學教授穆鈞設計的慶陽市毛寺生態實驗小學，曾奪“亞洲最具影響力設計大獎”和首屆中國建筑傳媒獎——最佳建筑獎。建筑結合當地土壤、地形與氣候條件，以黃土為建材，別出心裁地創新了通風采光，保溫和糞便處理等適用技術，在不同高程的臺地上營造出豐富、自然的室內外空間環境，達到了節能和環保的要求。

另一個生土建筑試驗項目蘭州白塔山生土生態園，獲得第七屆中國威海國際建筑設計大獎賽銅獎。生土生態園主要由3層18間窯洞構成，過廊采用太陽能照明，園區由風力發電機供電。采用生土建筑材料有免燒黃土磚和免燒粉煤灰磚，整個園區所有建筑物和構筑物沒有使用鋼筋、水泥和燒結黏土磚，設施都采用環保設計，很好地做到了因地制宜、就地取材、節能環保的生態效果。

以上種種實踐，表明黃土建筑材料和黃土建筑在現實中有很強的實用性與環保、美學及文化生命力。應當鼓勵生土建筑的創新設計，充分發揮黃土建筑的優點，巧妙規避其缺點，使其為美麗中國建設貢獻力量。

3.3 黃土建筑材料與現代設計結合

傳統的各類生土建筑都有開間不大，布局受限制，日照不足，通風不暢和潮濕等缺點，需要改進。通過對傳統建筑技術的研究與探索，我們是否能將傳統建筑技術融入進現代民居框架中去。把現代建筑的框架結構與傳統的生土建筑材料結合，就會有所創新。黃土建筑材料與現代建筑的融合，也可以使得最終建成的建筑物能夠符合時代發展的需求。

比如在低層建筑中，平房、花園洋房、別墅都可以采用混凝土異形柱體系，帶有少量的普通框架柱。房基、房梁、墻柱采用鋼筋混凝土梁，墻體可用黃土建材填充。由于房屋是框架結構，房屋墻體不承重，僅起到圍護和分隔作用，如果考慮用生土建筑材料填充，可以就地取材，施工簡易、成本低廉、節能環保、冬暖夏涼、適宜居住，有利于生態環境。

黃土易于加工，幾千年來，各類生土磚、生土坯在黃土高原地區廣泛流傳。目前而言，空心生土磚、實心生土磚、夯土墻都可以用來填充框架房。蘭州財經大學曹凱發明的免燒黃土磚，是一種取代黏土免燒磚的換代產品，已經獲得國家專利，對于生土建筑的技術進步起到了推動作用。

生土建筑出的夯土墻不僅厚實耐用，不易開裂，而且比較堅硬，不易倒塌。可以將生土做成的夯土墻替代紅磚墻體，使夯土墻與混凝土梁結合形成樓房結構，見圖3。夯土墻在古代非常普遍，純生土夯土墻的承重能力較低，墻體一般比較寬，有墻體耐水性差及墻體表面走砂等問題，比較適合在單層或兩三層的矮層建筑中使用。而添加的水泥等的混合夯土墻由于提升了夯土的強度，可以在3層以上的建筑中使用。

4 結語

黃土的熱容遠高于鋼鐵、水泥等現代建材，用它做墻體能達到冬暖夏涼的效果，以黃土為建材的建筑，無論是窯洞、平房還是低層的樓房，都具有方便施工、節省材料的特點。以生土為建材的建筑，還有一個最大的優點是環境友好性。在建設時和在被拆毀時，生土建筑對不可再生材料的節省，易于土地整理的特點，很符合現代中國農村的發展實際。當前我國正處在城市化高速發展階段，對農村建筑進行土地整理，是一項比較長期的工作。目前應該在農村推行生土建筑，部分取代已經流行的現代鋼筋水泥的建筑，有利于將來拆遷、合并時村莊被整理成農業或者生態用地，而且幾乎很少產生因混凝土建筑的不可逆性帶來的土地整理難題。

在黃土高原地區或者其他農村地區，充分地利用生土材料，對傳統生土建筑技術進行創新探索，結合生態學的基本原理，探索能夠使生土建筑和生態環境協調共生的設計，使建筑具有良好的氣候調節功能，形成宜人、宜地人居環境，對于土地的可持續利用也有重要的意義。通過對中國傳統民居建筑與現代建筑藝術的融會貫通，將傳統建筑設計元素引入現代建筑設計，節約土地資源與建設及生活成本，繼承了傳統文化元素，實現建筑環境共融，是一條多贏的可持續發展道路，應當大力進行探索與推廣。