黃土建筑材料生態(tài)化設(shè)計(jì)

張樹(shù)桐 陳 雪

(淮陰師范學(xué)院附屬中學(xué),江蘇 淮安 223300)

1 概述

隨著城市化進(jìn)程的加劇，現(xiàn)代建筑迅速發(fā)展；同時(shí)也給社會(huì)帶來(lái)了許多環(huán)境和能源的問(wèn)題。現(xiàn)代的許多建筑輕視當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境或歷史文化背景，造成建筑與環(huán)境不相融合，不協(xié)調(diào)。除了占用了大量的土地之外，同時(shí)由于現(xiàn)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(yán)重；濫用工業(yè)原料又讓土壤被毒化，降低了土壤的使用率；這些問(wèn)題都表明了現(xiàn)代建筑的創(chuàng)新刻不容緩。從而，“生態(tài)建筑”這一新興建筑理念開(kāi)始引領(lǐng)時(shí)代潮流。

生態(tài)建筑指的是建筑能夠利用并適應(yīng)當(dāng)?shù)氐牡乩項(xiàng)l件，能夠充分地利用本地的建筑材料，合理地、創(chuàng)新性地運(yùn)用傳統(tǒng)與現(xiàn)代結(jié)合的建筑工藝與技術(shù)，使建筑具有節(jié)約材料、節(jié)能環(huán)保、益于居住、循環(huán)再生、經(jīng)濟(jì)適用等特點(diǎn)。生態(tài)建筑要使建筑和環(huán)境、生態(tài)之間形成相互協(xié)調(diào)、有機(jī)統(tǒng)一的共同體，追求人、建筑、生態(tài)環(huán)境能夠形成可持續(xù)發(fā)展的良性循環(huán)系統(tǒng)。

2 中國(guó)生土建筑的生態(tài)智慧

2.1 窯洞的生態(tài)智慧

窯洞建筑是我國(guó)黃土高原獨(dú)特的地理環(huán)境因素造成的。窯洞作為黃土高原原生態(tài)的建筑之一，它體現(xiàn)出傳統(tǒng)民居天人合一的生態(tài)思想，強(qiáng)調(diào)了人與自然和建筑的統(tǒng)一結(jié)合。

“靠崖窯”是最早的窯洞民居?？垦赂G又稱“土窯”，窯洞大多都是此類型的窯洞?？垦赂G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(zhǎng)方形，在洞的外側(cè)裝上門窗就形成了最基本的靠崖窯。根據(jù)黃土高原地區(qū)干燥少雨，光線充足，多風(fēng)沙天氣，窯洞一般背風(fēng)建設(shè)。這種靠崖窯不僅工程量小，省時(shí)省力，而且冬暖夏涼，防風(fēng)能力強(qiáng)，極適合當(dāng)?shù)鼐用竦木幼…h(huán)境，見(jiàn)圖1。

窯洞的建造基本上都是用黃土來(lái)完成的。所以它對(duì)黃土資源的利用可謂是發(fā)揮到了極致。靠崖窯是通過(guò)橫向向里挖洞獲得居住空間，從而節(jié)約了土地資源。窯內(nèi)的建筑構(gòu)件例如窯壁、窯墻都是通過(guò)對(duì)黃土的加工來(lái)完成的，挖出的黃土還可以建造一些土灶、土臺(tái)、土炕等家具。多余的黃土還可以用來(lái)填坑填坡，極大限度的利用了黃土資源。窯的建設(shè)不用投入建筑材料構(gòu)建空間，而是直接挖去天然材料獲得空間，所以窯內(nèi)的建設(shè)節(jié)約了當(dāng)?shù)氐耐恋刭Y源。窯洞內(nèi)厚厚的土層具有良好的蓄熱和隔熱能力，讓窯洞內(nèi)的溫度變化很小，具有冬暖夏涼的特點(diǎn)。這樣的居住環(huán)境減少了當(dāng)?shù)鼐用駥?duì)其他能源的使用。窯洞在建設(shè)時(shí)不會(huì)破壞大量的植被。在建成時(shí)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(xiàn)了人與自然和諧。

2.2 福建土樓的生態(tài)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(nèi)通廊。單元式分為獨(dú)立的開(kāi)間，呈窄長(zhǎng)扇形。內(nèi)通廊則在樓層內(nèi)部設(shè)置“走馬廊”，用來(lái)連通各個(gè)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(guò)是把平面換成了方形。土樓的聚落空間強(qiáng)調(diào)了風(fēng)水論中的負(fù)陰抱陽(yáng)，藏風(fēng)聚氣。土樓的布局自由，根據(jù)山勢(shì)、地形的不同，不同形式的土樓自由的排布在部落內(nèi)，錯(cuò)落有致，與大自然形成了一道和諧的風(fēng)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(guò)洪水位，防止山洪暴發(fā)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(gè)土樓的重量負(fù)荷。土墻則就地取材，用田底的泥和粘性好且含砂質(zhì)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(jié)筋，保證土墻的強(qiáng)度。

土樓所用建材中的土木都是來(lái)自于大自然，當(dāng)土墻倒塌或是木材腐爛之后它們都能融回到自然中，不會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成破壞。在干燥的季節(jié)，土樓中的土墻能夠釋放水氣用來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)的濕度，保證室內(nèi)不會(huì)過(guò)于干燥；在潮濕的季節(jié)，土墻不會(huì)結(jié)露。冬暖夏涼的特點(diǎn)也讓整個(gè)土樓具有良好的舒適度，見(jiàn)圖2。

3 黃土建筑材料的生態(tài)化設(shè)計(jì)

3.1 黃土建筑的特點(diǎn)

黃土具有土質(zhì)疏松多孔；垂直節(jié)理發(fā)育，透水性強(qiáng)和水溶性特點(diǎn)。黃土土質(zhì)疏松，并不意味著窯洞易塌，窯洞不塌陷，主要是因?yàn)辄S土直立性強(qiáng)，而且氣候干燥降水少引起的，加之窯洞處在地下，水蝕沒(méi)有表面那么嚴(yán)重(極難滲水)，另外窯洞屋頂多用磚瓦蓋住，可把水流引開(kāi)。黃土還有一特性就是遇干堅(jiān)如巖石，遇水則易流失。所以當(dāng)暴雨來(lái)臨時(shí)，窯洞也有倒塌的危險(xiǎn)，需要防范。黃土建筑的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省土地，經(jīng)濟(jì)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(diǎn)是具有遇水溶化的特點(diǎn)。另外，黃土的支撐能力與現(xiàn)代建筑的鋼筋混凝土有巨大的差距；傳統(tǒng)窯洞還存在陰、暗、潮、悶等缺陷，因此，黃土建筑在現(xiàn)代的應(yīng)用中必須加以創(chuàng)新。私下以為黃土建筑不能廣泛地應(yīng)用于高層建筑，可以在農(nóng)村及低層建筑中應(yīng)用。在應(yīng)用中要重點(diǎn)考慮加強(qiáng)地基和做好防水處理。

3.2 傳統(tǒng)黃土建筑的設(shè)計(jì)創(chuàng)新

從中國(guó)傳統(tǒng)生土建筑的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)中，我們看到了生態(tài)建材對(duì)于生態(tài)建筑的重要性。在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們應(yīng)該將現(xiàn)有建材進(jìn)行整合、加工，形成更為環(huán)保的生態(tài)建材。實(shí)際上，黃土在建筑實(shí)際上仍有廣闊的應(yīng)用前景，國(guó)內(nèi)有一些建筑師正在致力于這方面的努力。早在20世紀(jì)70年代，國(guó)外設(shè)計(jì)師就已經(jīng)開(kāi)始了地下穴居式住宅的設(shè)計(jì)嘗試。世界知名設(shè)計(jì)師威廉·摩根的穴居設(shè)計(jì)的穴居，與周邊的綠色環(huán)境融為一體，內(nèi)部則呈現(xiàn)出簡(jiǎn)約現(xiàn)代的設(shè)計(jì)風(fēng)格。

20世紀(jì)80年代我國(guó)著名建筑規(guī)劃大師、中國(guó)建筑學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)任震英大力倡導(dǎo)對(duì)窯洞進(jìn)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(shè)計(jì)理念并加以創(chuàng)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(shè)計(jì)新穎，空間寬敞舒適，格式別致；設(shè)計(jì)克服了傳統(tǒng)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(jià)只是樓房的1/3。窯洞山莊先后接待過(guò)美、日、加、菲、德、英等國(guó)生土建筑專家，受到他們的一致好評(píng)。

由我國(guó)香港建筑師吳恩融、西安建筑科技大學(xué)教授穆鈞設(shè)計(jì)的慶陽(yáng)市毛寺生態(tài)實(shí)驗(yàn)小學(xué)，曾奪“亞洲最具影響力設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)”和首屆中國(guó)建筑傳媒獎(jiǎng)——最佳建筑獎(jiǎng)。建筑結(jié)合當(dāng)?shù)赝寥馈⒌匦闻c氣候條件，以黃土為建材，別出心裁地創(chuàng)新了通風(fēng)采光，保溫和糞便處理等適用技術(shù)，在不同高程的臺(tái)地上營(yíng)造出豐富、自然的室內(nèi)外空間環(huán)境，達(dá)到了節(jié)能和環(huán)保的要求。

另一個(gè)生土建筑試驗(yàn)項(xiàng)目蘭州白塔山生土生態(tài)園，獲得第七屆中國(guó)威海國(guó)際建筑設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)賽銅獎(jiǎng)。生土生態(tài)園主要由3層18間窯洞構(gòu)成，過(guò)廊采用太陽(yáng)能照明，園區(qū)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(gè)園區(qū)所有建筑物和構(gòu)筑物沒(méi)有使用鋼筋、水泥和燒結(jié)黏土磚，設(shè)施都采用環(huán)保設(shè)計(jì)，很好地做到了因地制宜、就地取材、節(jié)能環(huán)保的生態(tài)效果。

以上種種實(shí)踐，表明黃土建筑材料和黃土建筑在現(xiàn)實(shí)中有很強(qiáng)的實(shí)用性與環(huán)保、美學(xué)及文化生命力。應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)生土建筑的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮黃土建筑的優(yōu)點(diǎn)，巧妙規(guī)避其缺點(diǎn)，使其為美麗中國(guó)建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

3.3 黃土建筑材料與現(xiàn)代設(shè)計(jì)結(jié)合

傳統(tǒng)的各類生土建筑都有開(kāi)間不大，布局受限制，日照不足，通風(fēng)不暢和潮濕等缺點(diǎn)，需要改進(jìn)。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)建筑技術(shù)的研究與探索，我們是否能將傳統(tǒng)建筑技術(shù)融入進(jìn)現(xiàn)代民居框架中去。把現(xiàn)代建筑的框架結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的生土建筑材料結(jié)合，就會(huì)有所創(chuàng)新。黃土建筑材料與現(xiàn)代建筑的融合，也可以使得最終建成的建筑物能夠符合時(shí)代發(fā)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(jié)構(gòu)，房屋墻體不承重，僅起到圍護(hù)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(jiǎn)易、成本低廉、節(jié)能環(huán)保、冬暖夏涼、適宜居住，有利于生態(tài)環(huán)境。

黃土易于加工，幾千年來(lái)，各類生土磚、生土坯在黃土高原地區(qū)廣泛流傳。目前而言，空心生土磚、實(shí)心生土磚、夯土墻都可以用來(lái)填充框架房。蘭州財(cái)經(jīng)大學(xué)曹凱發(fā)明的免燒黃土磚，是一種取代黏土免燒磚的換代產(chǎn)品，已經(jīng)獲得國(guó)家專利，對(duì)于生土建筑的技術(shù)進(jìn)步起到了推動(dòng)作用。

生土建筑出的夯土墻不僅厚實(shí)耐用，不易開(kāi)裂，而且比較堅(jiān)硬，不易倒塌?？梢詫⑸磷龀傻暮煌翂μ娲t磚墻體，使夯土墻與混凝土梁結(jié)合形成樓房結(jié)構(gòu)，見(jiàn)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(wèn)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(qiáng)度，可以在3層以上的建筑中使用。

4 結(jié)語(yǔ)

黃土的熱容遠(yuǎn)高于鋼鐵、水泥等現(xiàn)代建材，用它做墻體能達(dá)到冬暖夏涼的效果，以黃土為建材的建筑，無(wú)論是窯洞、平房還是低層的樓房，都具有方便施工、節(jié)省材料的特點(diǎn)。以生土為建材的建筑，還有一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境友好性。在建設(shè)時(shí)和在被拆毀時(shí)，生土建筑對(duì)不可再生材料的節(jié)省，易于土地整理的特點(diǎn)，很符合現(xiàn)代中國(guó)農(nóng)村的發(fā)展實(shí)際。當(dāng)前我國(guó)正處在城市化高速發(fā)展階段，對(duì)農(nóng)村建筑進(jìn)行土地整理，是一項(xiàng)比較長(zhǎng)期的工作。目前應(yīng)該在農(nóng)村推行生土建筑，部分取代已經(jīng)流行的現(xiàn)代鋼筋水泥的建筑，有利于將來(lái)拆遷、合并時(shí)村莊被整理成農(nóng)業(yè)或者生態(tài)用地，而且?guī)缀鹾苌佼a(chǎn)生因混凝土建筑的不可逆性帶來(lái)的土地整理難題。

在黃土高原地區(qū)或者其他農(nóng)村地區(qū)，充分地利用生土材料，對(duì)傳統(tǒng)生土建筑技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新探索，結(jié)合生態(tài)學(xué)的基本原理，探索能夠使生土建筑和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)共生的設(shè)計(jì)，使建筑具有良好的氣候調(diào)節(jié)功能，形成宜人、宜地人居環(huán)境，對(duì)于土地的可持續(xù)利用也有重要的意義。通過(guò)對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)民居建筑與現(xiàn)代建筑藝術(shù)的融會(huì)貫通，將傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)元素引入現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)，節(jié)約土地資源與建設(shè)及生活成本，繼承了傳統(tǒng)文化元素，實(shí)現(xiàn)建筑環(huán)境共融，是一條多贏的可持續(xù)發(fā)展道路，應(yīng)當(dāng)大力進(jìn)行探索與推廣。