中國傳統生土營造工藝的生態應用研究

董黎 詹林楓

摘要：中國傳統生土營造工藝發展至今已有上千年的歷史，在我國傳統建筑文化遺產中，生土材料具有舉足輕重的地位，是中國傳統匠人的智慧結晶。以生土為主體建筑材料的生土民居的傳統營造技術沿傳至今，在現代工業化的發展下顯得愈發珍貴。生土營造因其獨特的生態特征，如造價低廉、就地取材、工藝簡單、綠色環保等，被廣泛應用于各地建筑中。在20世紀70年代能源危機的影響下，原生態、低能耗、易獲取的生土材料重新回到大眾視野，生土材料自身具有的生態性與可持續化發展理念和綠色生態的發展觀一致，使得生土建筑的發展從發展中國家逐漸轉移到發達國家。

關鍵詞：傳統生土營造工藝;生土材料;生態應用

中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2021）11-0-02

建筑是人類生存環境的主體，也是侵占綠地最多且耗能最大的主體之一。在綠色發展的時代背景下，要實現生態發展與建筑生產的有效結合，傳統生土建筑是最佳選擇之一。然而，傳統生土建筑自身的局限性限制了它的發展，將現代建造技術融入傳統營造工藝之中，是目前走向綠色生態建筑發展方向的有效途徑之一，針對二者的研究則是實現這一目標的基礎。

1 生土材料的性能特征

生土，指以原狀生土為主要原料，無須焙燒僅需簡單機械加工便可用于房屋建造的建筑材料[1]。以原狀土作為主體結構的建筑通常被稱為生土建筑。住房和城鄉建設部于2010—2011年在全國農村開展新中國成立后最大規模的農房現狀抽樣調查，結果顯示，傳統生土材料在農房建設中的應用遍及各個省份[2]。然而由于生土材料自身的天然缺陷，如容易風化、干裂、被雨水侵蝕等等，傳統生土建筑經受不住自然環境的考驗，很難留存下來。在全球環境持續惡劣的背景下，生態建筑成為實現可持續化發展的有效途徑之一，而生土作為一種環保、健康、綠色的建筑材料重新回到了大眾視野。

1.1 生土材料的便利性和生態性

生土材料的生態優勢是現代建筑材料所無法比擬的，而傳統生土建筑能流傳至今，并發展得愈發欣榮，與生土的材料特性息息相關。相較于其他建筑材料，生土具有很強的地域適應性，不同地區的生土經過簡單的加工處理和夯擊都可用作建筑主體材料，這是傳統生土建筑的優勢，但同時也是它的不足，簡單加工和夯擊的生土留存時間過短，無法經受時間和環境的考驗。然而即使生土墻體被推倒廢棄，也可得到再利用，對于環境的影響能被降到最低。

傳統生土材料的優勢之一就是取材的便利性，從節省成本和節約時間方面來看，相較于現代建筑，生土具有較大的優勢。隨著現代技術的發展，現代生土建筑對于土的選擇更加科學和理性，并不是所有的生土都會被用于建筑，被選擇的生土在經過一定程度的級配優化之后，在維持建筑的穩定性和耐久性方面都有一定程度的提升。

生土材料的生態性還體現在循環再利用這一點上。從最初直接將生土用作建筑材料，到后來探索出往生土里摻入一定比例的砂石以增強建筑的防水性能和耐久性能，使生土建筑形式存在了上千年。傳統生土建筑在拆毀之后，生土材料可以重新回到土地，對環境的破壞相對較低。而混凝土及磚瓦等現代建筑材料的產生雖然使傳統建筑突破了空間和形式上的局限，燒結的磚瓦比生土更有優勢，性能更穩定，但是高溫焙燒浪費能源，燒結的磚瓦也無法重新回歸土地，會在很大程度上造成環境污染。

1.2 傳統生土材料的制作成本和局限性

中國人曾經用生土材料修筑長城和故宮，然而隨著現代化進程的加快，生土逐漸被混凝土等現代建筑材料取代。生土材料在制作上花費的時間與人力成本相對較高，必須在使用工具壓實成為夯土之后才具有一定的強度和形態。直到現在，這種制作方式依舊沒有改變，生土營造過程中仍然需要制作模板進行夯筑，而支模及拆模的煩瑣過程將產生大量的經濟成本以及人力和時間成本，相對于鋼筋混凝土或燒結磚，在工業化程度上稍顯遜色。因此，夯土墻的建造方式在當代還是主要用于非結構性的墻體，大多與其他建筑材料混合使用。而想要使制作模板的過程更加高效，重復式的施工必然是首選，但如果想要實現建筑形式的多樣化，則需要制作更多的定制模板，這需要花費更多的人工與時間成本。

生土與混凝土等現代建筑材料相比雖然在性能方面存在一定差距，但是其建成后所具有的獨特的樸素外觀和形成的肌理感與水泥石灰墻面的工業風帶來的觀感截然不同。歷史上已有不少例子證明了在積極的維護下傳統生土建筑可以很好地保持上千年，如位于新疆庫車市克孜爾尕哈的漢代烽燧臺，已經歷經兩千多年的歷史，至今屹立不倒，是目前古絲綢之路上保存最完好的一處夯土建造的烽燧遺址。

夯土墻體在穩定性和強度上的表現相對較差，可以看到，大多數現存的傳統生土民居層數都在一兩層左右，如果想要建得更高，墻體就需要建得更厚，典型的例子就是福建土樓。相比一般的生土建筑，福建土樓明顯要更高，但是其墻體也相應更厚，這種營造方式是以犧牲使用面積為代價的。福建土樓建造過程中依靠加厚基層墻體的厚度以及在一、二層取消開窗使建筑達到一定的高度，這樣做一是出于安全因素考慮，二是為了增強生土墻體的穩定性。雖然傳統生土營造工藝在維護生態及環保上的優勢是現代混凝土材料所不具備的，但其耐久性能、力學性能等都存在一定的問題，明顯落后于現代化的工業體系，因此要對其進行現代化的轉型探索，以發掘其有待改進的空間。

2 生土材料的性能優化

傳統生土建筑發展至今，已經用自身的性能優勢證明了其可以以最低的能源消耗換取最大的居住舒適度，具有極強的生態意義，但是其自身存在的缺陷，如墻體容易損壞、干縮后會產生裂縫、光線不足、室內潮濕、屋頂及地基容易受雨水侵蝕等，制約了其在現代的發展。但其優越的生態性能是現代建筑材料所無法替代的，所以近幾十年來，國際國內對于生土性能的改良研究一直在進行中，目前已經有不少成功的案例。

2.1 材料優化

土由不同粒徑的顆粒組成，粒徑越細，塑性和黏結性就越強，夯土墻體的強度也就隨之提高。傳統的生土建筑在應對其力學性能差等缺陷時會選擇加入一定分量的砂石來提升墻體的強度，但其耐久性能卻沒有得到改善。而現代科研通過不同粒徑顆粒之間的優化配比，即沙、砂礫、粉粒及黏粒的結合，可以達到不同級別的密實程度（圖1）。土壤是夯土建筑的核心，配比合理的生土經過夯實在力學性及耐久性等物理性能方面都有明顯的改善。

（圖片來源：《新型夯土綠色民居建造指導手冊》）

2.2 熱工特性

傳統生土材料具備優越的蓄熱能力，這使得以生土材料為主體營建的建筑都具有冬暖夏涼的特點。而通過級優配比之后，現代新型生土材料的蓄熱能力較之前得到了進一步的提升，遠遠高于普通的建筑材料。例如，夯土墻體作為圍護結構在白天可以儲存大量熱量，而在夜間溫度開始下降之后便開始釋放熱量，可以在減少供暖耗能的同時起到平衡室內晝夜溫差的效果。

2.3 工藝優化

傳統生土建筑施工的所有環節都離不開人力，然而相較于機器，人力在施工速度、施工質量以及施工水平的平均化方面都存在不足，與現代化建筑材料的機械化加工手段在效率及精準度上都無法比較。引入現代化的夯筑機具可以大大提高現代生土建筑的施工效率，相較于傳統夯擊手法，現代機具夯擊頻率更高、沖擊力更強，而更高強度的夯擊帶來的是建筑物抗壓強度和密實度的整體提升。此外，現代氣動夯錘也應運而生，相較于傳統夯錘技術，其不僅可操作性更強，而且也相對節省人力。

3 生土材料的現代應用

當下，有關現代生土營建工藝的研究相較于從前更具系統性及地域性，不同國家和地區傳統生土建筑的材料及夯筑技術的工藝水平都不盡相同。因此，想要研究建造一套適用于所有地區的現代生土營造工藝標準體系是不太客觀的。但是研究傳統生土材料在建筑中的現代化應用對于如何提高現代生土建筑技術起到了示范性的作用，也為后續的研究提供了更多的選擇。

3.1 預制化工藝

預制化工藝為生土建筑的現代化發展提供了一種全新范式，它使生土建筑的建造水平得到了提升，也使生土的應用領域得到了擴展。預制化的生產使得生土成了像磚石一樣方便運送的材料，這種分離建筑生產和安裝過程的方法更經濟、更有效率，同時建造工期也可以不受天氣的影響，減少了現場施工的時間。

2014年建造于瑞士勞芬的利口樂草藥中心是現存的歐洲最大的現代夯土建筑，該建筑的主要材料全部源于當地的壤土，室外和室內的墻體都沒有做任何處理，表現出材料最原始的肌理。瑞士利口樂草藥中心的夯土墻的施工過程展現了較高的現代化工業水平，預制化的夯土墻體在工廠內加工成塊，再統一運送至施工場地，現場進行修飾填補，整個過程有著流水線般的建造效率，極大地縮短了施工時間，提高了施工效率，是當代夯土建筑預制化建造的成功案例。相較于傳統生土建筑的建造流程，預制化工藝在現代生土建造過程中的使用為傳統生土營造工業帶來了技術化的革新。

3.2 可持續化應用

馬岔村村民活動中心是西安建筑科技大學開展的現代夯土綠色民居建造研究示范項目成果，位于甘肅會寧馬岔村。該設計團隊通過對當地傳統生土營造技術的研究與改良推廣現代生土示范建筑，基于當地的地理環境、人文風俗等自然條件，以可持續化發展的理念設計了村民活動中心，充分利用了當地的自然資源，如風能、太陽能等，同時在屋面設計和場地設計中設計了雨水回收利用系統，用以解決當地水資源缺乏的問題（圖2）。其中，設計師應用現代化技術改良了傳統生土建筑，將夯土墻作為承重墻。由于生土材料性能的局限性，生土在當代建筑中一般用作墻面的填充作為建筑的裝飾立面，但馬岔村村民活動中心的承重墻以夯土墻為核心，配合其他現代建筑材料作為構造柱、圈梁、暗梁以增強夯土墻的力學性能，是一個夯土技術改良的現代優秀案例。

（圖片來源：土上建筑）

3.3 回歸傳統的人文關注

在全球化的影響下，現代建筑的快速發展強烈沖擊著各地區的歷史和文化，各個地區的建筑類型也逐漸顯現出明顯的單一化特征，如何打破現代建筑帶來的負面影響，發展有地域特色的建筑類型成為當下必須考慮的問題。

德國柏林和解禮拜堂是一座位于柏林墻邊界的小教堂，它見證了二戰后柏林的分裂與和解。重建后的和解禮拜堂的意義已經超脫了宗教的范疇，它不僅見證了東德與西德的和解過程，也可以視作對冷戰這段歷史的紀念。重建的和解禮拜堂的地面和墻體都將生土作為主要材料，老教堂拆除的磚經過粉碎處理之后被加入生土中，在新建的生土墻面上我們可以清晰地看見處理之后的廢棄磚礫，新舊材料的融合處理為這座建筑帶來了全新的歷史意義。

4 結語

在可持續發展成為全球共識的背景下，現代生土建筑憑借其突出的生態優勢及充滿魅力的（下轉第頁）（上接第頁）材料表現形式成為當下建筑師探討如何實現生態建筑的有效途徑之一。法國格勒諾布爾國立高等建筑學院CRATerre的生土建筑研究中心對于生土建筑的研究已經持續了30多年，是全球范圍內生土建筑研究領域的權威。雖然傳統生土建筑在我國歷史悠久，但我國關于現代生土建筑技術的研究還不夠完善?；诃h境危機的時代背景，越來越多的人關注到了現代生土建筑的理論發展和實踐創新，深入研究和發展現代生土建筑的技術更新，不僅可以緩解環境危機帶來的威脅，從另一個方面來說也是對傳統建筑文化的傳承和推廣。

參考文獻：

[1] 李廣林.中國傳統生土營建工藝演變與發展研究[D].北京：北京建筑大學，2020.

[2] 陸磊磊，穆均，王帥.黃土高原地區傳統民居夯筑工藝調查研究[J].建筑與文化，2014（08）：82-84.

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[6] 馬丁·勞奇，張利.馬丁·勞奇訪談[J].世界建筑，2017（01）：28-33，133.

[7] 張雯.土生土長——以夯土為核心的自然建造研究[D].杭州：中國美術學院，2013.

作者簡介：董黎（1981—），女，湖北武漢人，博士，副教授，系本文通訊作者，研究方向：湖北傳統聚落特征、傳統聚落動態保護。

詹林楓（1992—），女，湖北武漢人，碩士在讀，研究方向：環境設計。