生土營建工藝在當(dāng)代的傳承與發(fā)展

■ 王正陽

宋德萱

詹林鑫

0 引言

生土作為建筑歷史中自人類建造活動(dòng)誕生之初就使用的建造材料，擁有數(shù)千年的營建傳統(tǒng)。雖然在工業(yè)化的浪潮中一度被打上“邊緣材料”的標(biāo)簽，但隨著制造技術(shù)的飛速發(fā)展和環(huán)境問題的日益緊迫，生土作為一種潛力巨大的生態(tài)材料逐漸被重新認(rèn)識(shí)和重視。目前，相關(guān)的研究主要圍繞生土墻體的熱濕性能展開[1-4]，對(duì)營建工藝的研究以傳統(tǒng)民居為主[5-6]，如何將傳統(tǒng)工藝的營造經(jīng)驗(yàn)與現(xiàn)代新型建造方式有效地結(jié)合在一起，協(xié)調(diào)生土建筑生態(tài)優(yōu)勢(shì)與當(dāng)代社會(huì)之間的矛盾[7]，是生土建筑新的研究熱點(diǎn)。

本文首先對(duì)生土工藝重新進(jìn)行梳理與分類，詳細(xì)分析傳統(tǒng)工藝遇到的問題，以及對(duì)應(yīng)新工藝的特點(diǎn)；指出在科學(xué)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)工藝機(jī)理的掌握和應(yīng)用是新工藝區(qū)別于老工藝的根本性進(jìn)步；從完善“科研—產(chǎn)業(yè)”鏈的角度，總結(jié)推廣生土工藝在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、量化計(jì)算方面遇到的瓶頸，補(bǔ)足短板，并由此展望生土這一傳統(tǒng)材料在未來進(jìn)一步發(fā)展的研究方向。

1 生土營建工藝的梳理與分類

我國對(duì)傳統(tǒng)生土建筑的調(diào)查與研究自建國后就已經(jīng)展開[8]，各種不同形式的生土建筑遍布我國各地，為相關(guān)的研究工作提供了大量的樣本。生土材料不同于木材，在建筑中的受力與力的傳遞邏輯更加清晰明確，但由于傳統(tǒng)建筑“土木共生”的營建傳統(tǒng)，當(dāng)下不少的生土建筑研究沿用了木構(gòu)建筑的分類方式，以結(jié)構(gòu)作為分類的依據(jù)。事實(shí)上，這種分類方法不可避免地在生土工藝的次級(jí)分類中產(chǎn)生出大量的重復(fù)內(nèi)容，且有可能將材料研究二分簡化為結(jié)構(gòu)與表面，與古人真正的生土營建思路背道而馳。

根據(jù)相關(guān)的考古報(bào)告與既有研究成果[9-10]，作者將傳統(tǒng)生土建筑中常見的營建技藝概括為夯土、生土砌塊、生土抹面、覆土4 種類型。這4 種工藝體現(xiàn)了歷史上人類對(duì)生土材料應(yīng)用的完整過程，從對(duì)土體進(jìn)行掏挖的直接利用，到根據(jù)實(shí)際的需求對(duì)生土進(jìn)行簡單物理改造的加工利用，再到木制工具加工技術(shù)進(jìn)一步成熟之后的預(yù)制利用，滿足了生土建筑的墻體、屋面、地面等各個(gè)建筑部位的實(shí)際施工需要。由于窯洞等覆土建筑對(duì)建造、形式以及場(chǎng)地地質(zhì)條件要求的特殊性，不包含在本研究的范圍內(nèi)。當(dāng)然，傳統(tǒng)營建體系是一個(gè)全面且復(fù)雜的綜合決策體系，工藝只是其中的一部分內(nèi)容，但對(duì)生土這種具體材料的組織和使用來說，營建工藝則居于核心位置。以生土建筑為突破口，將傳統(tǒng)營建工藝和現(xiàn)代建造方式聯(lián)結(jié)起來，完善當(dāng)代建筑建造知識(shí)體系，有利于建筑師從本土出發(fā)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并自覺地構(gòu)建基于中國本土營建智慧且能夠回應(yīng)當(dāng)下的時(shí)代需求的建構(gòu)邏輯。

2 生土營建工藝的傳承與演變

生土營建工藝伴隨人類早期的營建活動(dòng)而生，我國最早的生土營建遺存可以追溯到新石器時(shí)代早期[9]，之后歷經(jīng)商代到戰(zhàn)國的發(fā)展，各種生土營建工藝逐漸定型[11]，其建造邏輯經(jīng)歷了直接利用、加工利用和預(yù)制利用3 個(gè)階段。19 世紀(jì)后期，鋼筋混凝土被廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)生土營建工藝因其性能缺陷逐漸被替代，并走向低谷。種類繁多的現(xiàn)代生土營建工藝與傳統(tǒng)的生土營建工藝表面上大相徑庭，實(shí)則遵循了相同的建造邏輯，本質(zhì)上都是以有限的資源條件通過材料組織形成空間的過程（圖1）。理清傳統(tǒng)生土工藝與現(xiàn)代生土工藝在建造邏輯上的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將成為本土營建知識(shí)體系與現(xiàn)代生土工藝研究間的對(duì)話基礎(chǔ)。

圖1 傳統(tǒng)生土營建工藝發(fā)展脈絡(luò)與當(dāng)代的邏輯對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.1 夯土工藝

2.1.1 傳統(tǒng)夯土工藝面臨的問題

夯土指利用夯錘等工具，在模板的約束下將含有一定水分的土料逐層夯擊密實(shí)的建造過程。夯土建筑在各項(xiàng)與生態(tài)節(jié)能相關(guān)的物理性能及居住舒適度上享有廣泛美譽(yù)，且夯土工藝便于學(xué)習(xí)操作，但仍然不能忽視其存在的客觀問題。從材料本身來看，生土材料存在受水侵蝕后快速破壞的問題，這在多雨地區(qū)尤其明顯。調(diào)查顯示，在我國南方濕潤多雨地區(qū)，大量傳統(tǒng)夯土墻體經(jīng)過長年累月的風(fēng)吹雨打，出現(xiàn)軟化、蓬松、剝落、開裂、掏蝕凹進(jìn)乃至坍塌的多種水蝕侵害問題[12]。此外，力學(xué)性能差也是生土材料的缺陷，主要表現(xiàn)在抗彎、抗剪、抗折強(qiáng)度低，抗震性能較差等方面，在各種使用夯土工藝建造的墻體中都有所體現(xiàn)（圖2）。從設(shè)計(jì)角度看，不合理的構(gòu)造設(shè)計(jì)也會(huì)突出生土材料的各種問題。受多種因素影響，大量使用傳統(tǒng)夯土工藝建造的建筑逐漸消失在歷史的長河中。

圖2 夯土建筑立面裂縫和剝落

在進(jìn)入工業(yè)化社會(huì)以后，人們對(duì)建材和營建工藝選擇的空間進(jìn)一步擴(kuò)大。由上述材料和設(shè)計(jì)問題引發(fā)的社會(huì)性共識(shí)造成了人們對(duì)生土建筑的標(biāo)簽化認(rèn)知，包括夯土在內(nèi)的生土營建工藝逐漸成為一種“不得已”的選擇。此外，夯土房屋的建造有著地方宗族或近鄰鄉(xiāng)親互幫互助的傳統(tǒng)，在農(nóng)閑時(shí)大家相互幫助就可以完成夯筑墻體的主要工作，然而隨著城市化進(jìn)程的加速，鄉(xiāng)村大量勞動(dòng)力進(jìn)城務(wù)工，傳統(tǒng)夯土工藝需要的勞動(dòng)力難以得到滿足。相對(duì)來說，混凝土澆筑和磚塊砌筑在勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)力數(shù)量需求較低，小型施工隊(duì)短時(shí)間即可完成一處普通民宅的建造任務(wù)。加之工業(yè)化的建造模式與城市先進(jìn)的建造方式直接掛鉤，成為步入“現(xiàn)代生活”的標(biāo)志，這種通過現(xiàn)代化程度對(duì)營建工藝進(jìn)行高低評(píng)判的潛意識(shí)造成了夯土工藝的進(jìn)一步衰落。

2.1.2 現(xiàn)代夯土工藝在各地的發(fā)展

20 世紀(jì)70 年代早期，隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境的愈加重視，針對(duì)夯土工藝的更新與改進(jìn)的研究與實(shí)踐大量開展，國外學(xué)者們對(duì)當(dāng)時(shí)復(fù)雜的市場(chǎng)條件下夯土工藝的潛能進(jìn)行評(píng)估，夯土工藝的價(jià)值被重新肯定，并在各大洲逐漸復(fù)興。在美國西部的加利福尼亞、亞利桑那和新墨西哥等州，涌現(xiàn)出一批包括大衛(wèi)·伊斯頓（David Easton）在內(nèi)的夯土建筑專家，他們收到大量委托，在美國西部建造了一系列夯土建筑；在澳大利亞西部地區(qū)，現(xiàn)代夯土住宅的性能優(yōu)勢(shì)完美適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，一經(jīng)推出就迅速占領(lǐng)了當(dāng)?shù)?0%的市場(chǎng)，成為當(dāng)?shù)鼐用裨诖u木結(jié)構(gòu)建筑之外的最優(yōu)選擇；在歐洲，法國的格勒諾布爾國立高等建筑學(xué)院在政府的支持下成立CARTerre 研究中心，成功將產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合，在研究和教學(xué)的同時(shí)進(jìn)行大量生土營建實(shí)踐[13]，并通過培訓(xùn)課程將現(xiàn)代夯土工藝傳播到非洲、亞洲、拉美等地，建造包括住宅、幼兒園、展覽館、活動(dòng)中心在內(nèi)的多種不同用途的建筑。

我國關(guān)于生土建筑的系統(tǒng)性研究始于20 世紀(jì)80 年代，現(xiàn)代夯土工藝也伴隨著中外學(xué)界間的交流進(jìn)入我國。目前，中國美術(shù)學(xué)院和北京建筑大學(xué)已加入聯(lián)合國教科文組織“生土建筑、文化與可持續(xù)發(fā)展”教席。在CARTerre 的支持下，兩所院校團(tuán)隊(duì)對(duì)現(xiàn)代夯土工藝展開項(xiàng)目實(shí)踐并取得了一定成果（圖3、4），推動(dòng)了現(xiàn)代夯土工藝在我國的推廣[14]。

圖3 馬岔村民活動(dòng)中心

圖4 洞橋鎮(zhèn)文村美麗宜居示范村

2.1.3 夯土工藝流程的更新與改進(jìn)

在建造環(huán)節(jié)中，和夯土直接相關(guān)的工藝流程可分解為6 個(gè)階段：取土、醒土、運(yùn)土、模板組裝、夯土、干燥。其中，取土環(huán)節(jié)可以使用機(jī)械代替人力，效率較易提高；運(yùn)土與取土環(huán)節(jié)在更新的路徑上具有相似性，且由于生土材料往往就地取材，運(yùn)輸環(huán)節(jié)提效較簡單；相較混凝土澆筑的拆模時(shí)間，夯土工藝可以更快拆模，進(jìn)而使得施工的順序和進(jìn)度安排也更加靈活，在拆模后的養(yǎng)護(hù)上只要及時(shí)苫蓋未完成的墻體，等待墻體自然干縮穩(wěn)定即可；在最后的干燥環(huán)節(jié)中，由于夯土工藝中需要嚴(yán)格控制土料的含水量，因此干燥速度較快。

相對(duì)來說，模板的組裝、拆卸環(huán)節(jié)，以及夯筑環(huán)節(jié)是夯土工藝中較為費(fèi)時(shí)費(fèi)力的環(huán)節(jié)，也正是因?yàn)檫@2 個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)勞動(dòng)力的需求，使得傳統(tǒng)夯土工藝成為一種勞動(dòng)力密集型的建造活動(dòng)，目前對(duì)夯土工藝的改進(jìn)與更新也集中在這2 個(gè)環(huán)節(jié)；另一方面，由于在大部分的設(shè)計(jì)中，夯土墻都作為建筑立面主要元素直接表達(dá)，因此對(duì)完成面的質(zhì)量具有一定的要求。因此，建筑師和工匠借鑒傳統(tǒng)夯土技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，大膽使用鋼木組合、純鋼及鋁鎂合金等新材料，采用新的模板加工技術(shù)，進(jìn)一步提高模板制作、組裝、拆卸，以及夯筑環(huán)節(jié)的效率，同時(shí)提升完成面效果。例如，ETH 實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了將機(jī)械臂與模板結(jié)合的新型數(shù)控夯土機(jī)器，這種將模板極限縮小的嘗試，大幅提升施工效率，同時(shí)獲得即時(shí)反饋的表面效果控制能力，商用化潛力非常大；歐洲、澳洲、北美和亞洲的建筑師與工匠緊密結(jié)合當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)規(guī)范與客觀條件，各自發(fā)展出不同的模板體系（圖5、6）；在夯筑環(huán)節(jié)，借助現(xiàn)代工具，使用空氣壓縮機(jī)與氣動(dòng)夯錘的組合，大大提高了夯筑的效率與質(zhì)量。

圖5 美國建筑師大衛(wèi)·伊斯頓的夯土模板體系

圖6 奧地利建筑師馬丁·勞齊的夯土模板搭建現(xiàn)場(chǎng)

除了施工工具上的更新與改進(jìn)，也有建筑師試圖從工藝流程上為夯土工藝帶來更大的變革。奧地利建筑師馬丁·勞奇（Martin Rauch）在長期的實(shí)踐中開發(fā)出一套預(yù)制夯土技術(shù)，將夯土工藝的主要營建流程從施工現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)移到了工廠車間（圖7）。在工廠中，土料被機(jī)器自動(dòng)分配到模具中，再被氣動(dòng)夯錘夯擊至密實(shí)狀態(tài)，節(jié)省了上料的時(shí)間，這點(diǎn)相比一般的夯土工藝在修建高度較高的夯土建筑時(shí)體現(xiàn)出更大的優(yōu)勢(shì)；在夯土墻體部件完成后，針對(duì)夯土墻體抗拉性能較弱的力學(xué)特點(diǎn)，馬丁的團(tuán)隊(duì)研發(fā)了專門的懸掛系統(tǒng)，用以進(jìn)行制成品的運(yùn)輸和吊裝，該系統(tǒng)結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化的部件生產(chǎn)，進(jìn)一步降低對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工人的要求，也可將建造工作分配給多個(gè)施工方來共同操作，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)為夯土建筑的設(shè)計(jì)提供了更多的可能性；最后，在現(xiàn)場(chǎng)完成部件的拼接之后，填補(bǔ)好接縫即可保持墻體紋理的整體感。

圖7 馬丁·勞齊的生土工廠[12]

美國建筑師大衛(wèi)·伊斯頓為了將生土建筑優(yōu)勢(shì)帶入主流住宅市場(chǎng)，開發(fā)空壓噴土工藝（PIS é），以提高夯土墻的建造速度[15]。該工藝基本原理與傳統(tǒng)夯土工藝一致，都是將土料壓縮至密實(shí)狀態(tài)，在干燥之后形成堅(jiān)固的墻體，但在空壓噴土工藝中，土料是被噴槍中的高壓空氣壓縮并傳送到單面的模板上，通過層層堆疊的連續(xù)施工，不經(jīng)抹面處理即可直接形成墻體（圖8）。這種新的工藝體系簡化了模板系統(tǒng)，將運(yùn)輸和壓縮土料的工作交給空氣壓縮機(jī)，節(jié)省了勞動(dòng)力的投入和搭建模板的時(shí)間成本。

圖8 空壓噴土作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)

此外，一些建造項(xiàng)目的特殊需求催生出對(duì)工藝水準(zhǔn)要求更高的夯土技術(shù)，如室內(nèi)裝飾項(xiàng)目中的裝飾性薄壁夯土技術(shù)，該技術(shù)能夠?qū)?00～400 mm 厚 的 夯 土 墻 壓 縮 到60 mm 左右，在保持夯土工藝肌理和觸感的同時(shí)，極大的減少墻體對(duì)室內(nèi)空間的占用（圖9）。

圖9 施工中的裝飾性薄壁夯土墻

2.2 生土砌塊相關(guān)工藝

2.2.1 生土砌筑與制坯工藝

生土砌塊的相關(guān)工藝分為砌塊的制造和砌筑兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。生土砌塊的制造指生產(chǎn)建造用磚，如傳統(tǒng)工藝中土坯和土墼的制造工藝。生土砌筑工藝是指用生土材料制成的土坯和土墼等砌塊來砌筑建筑與構(gòu)筑物的營建工藝。相較于夯土工藝，土坯與土墼在砌筑時(shí)具有更大的靈活性。在城墻的建造中，砌塊常常用于門洞等位置；在傳統(tǒng)民居中，山墻的頂部三角區(qū)也常由生土砌塊砌筑（圖10）。

圖10 梅州圍龍屋山墻頂部三角區(qū)使用土坯砌筑

土坯與土墼的制坯工藝相似，都要經(jīng)過土料加工、模具加工等步驟，主要區(qū)別在于如何在坯模內(nèi)將土料加工成形。土墼俗稱“干打坯”“杵打坯”，多見于我國北方少雨干旱地區(qū)，其工藝邏輯與夯土基本相同，但采用小型木框作模具，將潮濕土料夯擊成磚形，干燥數(shù)周后，用于墻體砌筑；土坯也稱“水脫坯”，多見于我國南方水資源相對(duì)豐富地區(qū)，其做法是將土料加水和成泥，擠壓至木制模具，后去模成磚形，再經(jīng)過數(shù)周的干燥，用于墻體砌筑。

制坯工藝是生土砌筑工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目前各地使用的砌塊和歷史遺跡發(fā)現(xiàn)的砌塊遺存尺寸大小不一，有的還在制作過程中加入竹筋、稻草、頭發(fā)、木棍等添加物，以增強(qiáng)其抗彎抗剪能力。通過對(duì)世界各地生土砌塊的觀察和整理（表1），從自然要素、能力要素和人文要素3 個(gè)角度歸納影響要素[18]。①自然要素是首要影響要素，如在我國新疆等氣候干燥的地區(qū)，生土砌塊干燥速度較快，因而可以制造尺寸相對(duì)較大的砌塊；又如在美國西部，靠近地震帶地區(qū)的生土砌塊尺寸相對(duì)較大，加州和亞利桑那州的生土砌塊較新墨西哥州的尺寸更大。②能力要素是直接影響要素，如在一些考古遺址中，同一建筑的生土砌塊往往是下大上小，最上方起拱用的砌塊最小，這正是保證結(jié)構(gòu)安全的合理需要。③人文要素是對(duì)工藝產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的關(guān)鍵要素，這種驅(qū)動(dòng)力甚至在脫離其誕生土壤之后仍然具有強(qiáng)大的慣性，如美國紐約州在1830—1880 年間建造的很多生土建筑受加拿大多倫多的英格蘭移民影響，沿襲了英格蘭本土的土坯制作傳統(tǒng)[15]。

2.2.2 生土砌塊相關(guān)工藝的更新與改進(jìn)

生土砌塊的相關(guān)工藝分為砌塊的制造和砌筑兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，國際上生土砌塊的制造研究呈現(xiàn)兩大發(fā)展趨勢(shì)：①以歐美為代表的發(fā)達(dá)國家，將標(biāo)準(zhǔn)化、高質(zhì)量、高效率的建造作為目標(biāo)，不斷嘗試拓展生土砌塊的應(yīng)用范圍；②以非洲、南亞等地區(qū)為代表的發(fā)展中國家，將生土營建作為解決貧困人群居住問題的手段，以降低單位砌塊造價(jià)、提升預(yù)制砌塊便捷性為主要目標(biāo)。兩條發(fā)展路線都反映了不同社會(huì)群體在建造活動(dòng)中的真實(shí)需求。

在以德國為代表的歐洲發(fā)達(dá)國家，標(biāo)準(zhǔn)化的生土砌塊生產(chǎn)線已經(jīng)日趨成熟，可以生產(chǎn)各種標(biāo)準(zhǔn)尺寸的輕、重生土砌塊。通過添加各種工業(yè)黏合劑進(jìn)行化學(xué)改性進(jìn)一步增強(qiáng)其材料強(qiáng)度、耐久性是目前比較熱門的研究方向，相關(guān)研究成果較多，對(duì)性能提升效果非常明顯[2，4]。不能忽略的是，經(jīng)過化學(xué)改性的土料相較于原始生土雖然在性能上有大幅度提升，但改性土建筑拆除后回收的土料已經(jīng)不能還田，從建筑的全生命周期角度考慮，改性土砌塊的生態(tài)價(jià)值受到了一定程度的影響。

在以印度和布基納法索為代表的發(fā)展中國家，如何便捷地利用施工場(chǎng)地的原材料，并在成本可控的條件下，生產(chǎn)能夠用于建造的生土砌塊是研究的主要方向。由印度政府牽頭成立的奧羅維爾生土研究所(AVEI)不斷推廣壓縮生土砌塊（Compressed Stabilized Earth Block） 的 建 造 技術(shù)，本地企業(yè)Aureka 開發(fā)了Auram Press 系列可移動(dòng)手動(dòng)壓磚機(jī)，其中較常用的如Auram Press 3000（圖11、表2），該機(jī)器可生產(chǎn)4 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)系列及特殊形狀，共計(jì)75 種砌塊。2022 年普利茲克獎(jiǎng)的獲得者凱雷（Diébédo Francis Kéré） 以“ 使用最可行的材料創(chuàng)建一座最大限度滿足氣候需求和人民需求的建筑”為目標(biāo)[19]，在布基納法索的村莊推廣生土砌塊的使用，相較于當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)手工泥坯，凱雷推廣的生土砌塊具有標(biāo)準(zhǔn)化的尺寸和更好的質(zhì)量。

表2 Auram Press 3000 主要性能參數(shù)

圖11 Auram Press 3000 可移動(dòng)手動(dòng)壓磚機(jī)

關(guān)于砌筑的關(guān)鍵環(huán)節(jié)工藝改進(jìn)，主要針對(duì)加固構(gòu)造措施和黏結(jié)劑2 個(gè)方向展開。①在加固構(gòu)造措施方面，美國部分州和土耳其的建筑規(guī)范要求由生土砌塊筑成的墻體必須使用垂直鋼筋或多道圈梁等構(gòu)造措施，這些規(guī)范在地震頻發(fā)地區(qū)增強(qiáng)了建筑的安全性，但是也將生土砌塊建筑的成本進(jìn)一步推高。②在進(jìn)入工業(yè)化社會(huì)之前，黏結(jié)劑的發(fā)展相對(duì)緩慢，但相比前述的加固措施，以灰漿為代表的黏結(jié)劑改進(jìn)成本較低，性價(jià)比相對(duì)較高。只要灰漿的膠粉摻量、灰砂比等成分控制得當(dāng)，在灰漿與生土砌塊黏結(jié)良好的情況下，就可以提升灰漿抗壓強(qiáng)度、通縫抗剪強(qiáng)度，達(dá)到增強(qiáng)和提升砌體強(qiáng)度的目的[20]。但德國卡塞爾大學(xué)赫爾諾特·明克教授（Gernot Minke）的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，如果水泥、石灰等黏結(jié)劑比例控制不當(dāng)不僅無法提高生土墻的強(qiáng)度，還會(huì)造成土料的黏性降低。

2.2.3 生土砌塊的應(yīng)用潛力

傳統(tǒng)的砌筑工藝，無論是使用土坯、土墼或是后來的燒結(jié)磚，砌塊作為一種預(yù)制建筑構(gòu)件在脫模之后就已經(jīng)定型，將其組織為建筑實(shí)體的工序往往依賴于現(xiàn)場(chǎng)工匠的手藝，即使是大小相似的生土砌塊，在不同的工匠操作下也會(huì)因不同地區(qū)的“手風(fēng)”或是個(gè)人的創(chuàng)意產(chǎn)生完全不同的表現(xiàn)效果。在現(xiàn)代工業(yè)快速發(fā)展的背景下，由機(jī)械批量生產(chǎn)生土砌塊已經(jīng)相對(duì)成熟，同時(shí)，借助智能化的砌筑機(jī)械可以精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)建筑師的設(shè)計(jì)意圖，建造出形式多樣的砌體結(jié)構(gòu)。由于生土砌塊的生產(chǎn)工業(yè)化和砌筑智能化水平較易得到提高，將機(jī)械批量生產(chǎn)生土砌塊與智能化的砌筑機(jī)械組合使用，可充分發(fā)揮生土砌塊作為綠色建材的環(huán)保價(jià)值，發(fā)展?jié)摿Σ蝗菪∮U（圖12）。

圖12 機(jī)械臂建造的土坯墻

2.3 生土抹面工藝

2.3.1 草泥抹面與石灰抹面工藝

草泥抹面作為生土抹面的早期形式發(fā)端甚早，在世界各地早期人類活動(dòng)的遺址中常有發(fā)現(xiàn)。草泥抹面作為一種對(duì)木材、生土材料等建筑材料的保護(hù)措施，兼具表面修飾與結(jié)構(gòu)加固、防水、防蛀等作用。在我國，草泥抹面與竹木加工工藝組合形成的木骨泥墻是建筑從地下向半地下、地上發(fā)展的關(guān)鍵工藝，后來還發(fā)展出垛泥技術(shù)，在部分農(nóng)村地區(qū)至今仍然使用這種技術(shù)修建院墻和牲畜棚。然而，早期草泥抹面的防水防潮能力有限，風(fēng)干結(jié)塊后容易拍打碎落，因此在仰韶文化時(shí)期遺址居住面就出現(xiàn)了火烤的痕跡，火烤處理使得草泥抹面的性能得到了較大提升，但嚴(yán)格來說這種處理方式屬于改性處理。隨著時(shí)代的發(fā)展，抹面工藝越來越精細(xì)，出現(xiàn)了多層抹面的工藝方法，工匠需要控制好每層抹面的收縮變化，防止不均勻收縮導(dǎo)致的表面裂紋。這種工藝對(duì)工匠的操作水平和藝術(shù)修養(yǎng)要求較高，生土抹面由一種功能性的工藝產(chǎn)生出更多藝術(shù)審美的價(jià)值。

另一方面，石灰燒制技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)生土抹面工藝產(chǎn)生一定影響。仰韶文化晚期的鮑家堂村H22 遺址居住面上有一層白色石灰面層；在之后的龍山文化時(shí)期，石灰抹面技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用，在墻裙上抹灰的工藝做法大大增強(qiáng)了生土材料的適應(yīng)性與結(jié)構(gòu)性能。

2.3.2 生土抹面在當(dāng)代的發(fā)展

生土抹面在誕生之初是具有非常明確的功能性用途的工藝種類，雖然在實(shí)際發(fā)展的過程中經(jīng)歷了較長時(shí)間的停滯，但是其擁有細(xì)膩的質(zhì)地和天然無污染的材料優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一種高級(jí)裝飾材料。由于不同泥土產(chǎn)出地的礦物質(zhì)含量不同，因此土料存在天然的色彩差異，常見的有紅土、黃土、青土、棕土、紫土、黑土等抹面種類，不同顏色的土料混合使用為生土抹面帶來了更多藝術(shù)創(chuàng)作的空間（圖13）。

圖13 生土抹面樣板

相較于其他生土營建工藝，生土抹面工藝直到現(xiàn)在仍需依賴工匠的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和手藝，機(jī)械化程度較低。這一方面保證了生土抹面工藝的原創(chuàng)性，另一方面在人工成本不斷升高的當(dāng)下，部分較高工藝水平的生土抹面成為一種昂貴的奢侈品，與人們對(duì)生土工藝的刻板印象大相徑庭。在日本和美國，成熟的生土抹面工藝常常用于私人住宅或酒店裝飾，成本以平米計(jì)價(jià)。工匠對(duì)多層抹面工藝的土料配方、黏合劑、固化劑往往都有自己的獨(dú)家配方和操作心得，如有的工匠將仙人掌汁作為面層添加劑，避免了水密封劑和丙烯酸封劑等工業(yè)添加劑時(shí)常脫落的問題；有的工匠將牛奶、酸奶油等加工過濾后提取酪蛋白作為防水層，使得面層光滑且加深了原來的土料色澤；有的工匠將白色高嶺土和少量礦石加入土料中，制造新奇的藝術(shù)效果；還有工匠將黑麥面粉糊作為黏合劑使用，加強(qiáng)材料間的黏結(jié)作用。

這些較高工藝水平的生土抹面技術(shù)近幾年也被引進(jìn)國內(nèi)。值得一提的是，部分工藝傳承人出于公益目的，向我國工匠和村民展示相關(guān)工藝手法，例如，日本生土抹面大師鈴木晉作在會(huì)寧縣馬岔村為村民示范生土抹面的基本操作流程，并親自現(xiàn)場(chǎng)制作示范墻，以期改變生土材料被誤解和低估的現(xiàn)狀。實(shí)際上，生土營建工藝在農(nóng)村地區(qū)具有較好的傳承根基，如果能夠充分挖掘并加以適當(dāng)?shù)耐獠恳龑?dǎo)，完全具備條件成為村民創(chuàng)收的新路徑，進(jìn)而讓生土營建工藝的傳承產(chǎn)生內(nèi)生性的推動(dòng)力。

在新技術(shù)研發(fā)方面，一種基于無人機(jī)的新型噴涂工藝目前已經(jīng)處于1 ∶1 的模型測(cè)試階段（圖14）。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)由一個(gè)多學(xué)科團(tuán)隊(duì)組織進(jìn)行，通過安裝著噴頭和軟管的無人機(jī)，將黏土、砂子和纖維混合成的“生土砂漿”傾倒或噴灑在由竹竿和纖維制品組成的拱形結(jié)構(gòu)上。這項(xiàng)技術(shù)旨在減少生土建造中重型機(jī)械的使用，降低腳手架搭建對(duì)人力的需求，同時(shí)節(jié)省了建造時(shí)間[21]。

圖14 無人機(jī)正在噴涂生土砂漿[22]

2.4 其他新興生土營建工藝

近年來，新興的數(shù)字技術(shù)在生土營建活動(dòng)中賦予建筑師更多操作空間。自現(xiàn)代建筑發(fā)端以來，建筑建造工藝伴隨工業(yè)流程的分工呈現(xiàn)分解的趨勢(shì)，建筑師扮演的角色有邊緣化的趨勢(shì)。數(shù)字化工藝將片段化的建造過程重新聚合為整體，有利于建筑師參與建筑從設(shè)計(jì)到建造的整個(gè)流程。其工藝流程可歸納為設(shè)計(jì)、制造（加工）、數(shù)字重建、分析等4 個(gè)主要環(huán)節(jié)，根據(jù)實(shí)際使用需求不同調(diào)整工序，實(shí)現(xiàn)了建筑師對(duì)整個(gè)建造活動(dòng)的精準(zhǔn)控制（圖15）。使用生土材料的增材制造（AM）的環(huán)境影響遠(yuǎn)低于以混凝土為代表的其他工業(yè)產(chǎn)品，在循環(huán)使用等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)[23]。3D 打?。?DP）生土工藝擴(kuò)大了利用本地天然材料建造可持續(xù)建筑的選擇范圍，甚至作為人類移民外星的備選建造方案而被提出和討論（圖16）。在3DP 生土工藝中，機(jī)械臂的電力消耗成為了主要的能耗來源，可以預(yù)見在能源結(jié)構(gòu)更加可持續(xù)的未來，這一營建工藝的潛能還將大幅度提升（表3）。

表3 幾種生土建造技術(shù)的對(duì)比

圖15 3DP 生土工藝流程與技術(shù)支撐

圖16 3DP 工藝建造的“火星山丘阿爾法”

除了發(fā)源自傳統(tǒng)的幾種生土營建工藝，在20 世紀(jì)末還產(chǎn)生了一些新的工藝方法。例如，伊朗建筑師納德·哈利利（Nader Khalili）基于袋裝泥土、輪胎泥土等工藝，創(chuàng)造了新的生土營建體系Superadobe，并成為最早參與美國航空航天局（NASA）月球和火星基地建設(shè)計(jì)劃的建筑師之一。這些工藝本質(zhì)上是將生土作為填充物，通過人工快速搭建提供遮蔽的構(gòu)造物，常用于建造低收入住宅和災(zāi)區(qū)的臨時(shí)建筑。

3 新工藝的應(yīng)用機(jī)理與發(fā)展瓶頸

3.1 新工藝的應(yīng)用機(jī)理

從表面上看，以上諸多生土營建工藝進(jìn)步的主要來源與工業(yè)化的生產(chǎn)體系密不可分，因此會(huì)造成一種錯(cuò)誤認(rèn)知，認(rèn)為現(xiàn)代生土營建工藝和傳統(tǒng)工藝之間的區(qū)別僅僅在于生產(chǎn)工具的進(jìn)步與革新，工具的進(jìn)步帶來之后的一系列變化，包括形式的拓展、審美的感知、高效的建造等，然而，這種觀點(diǎn)實(shí)際上是非常片面的。在各種新工藝流程中，往往第一步就是明確生土材料的來源和組成，如若不明晰生土材料的性能參數(shù)，就不能應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)。

現(xiàn)代生土營建工藝中以土壤級(jí)配原理為代表的應(yīng)用機(jī)理研究[24]，真正對(duì)新工藝產(chǎn)生了底層推動(dòng)作用，是現(xiàn)代生土營建工藝區(qū)別于傳統(tǒng)工藝的根本性進(jìn)步?，F(xiàn)代材料學(xué)對(duì)生土的科學(xué)研究表明：土壤中土粒和水分的物理與表面性質(zhì)是決定生土可以作為建筑材料使用的核心要素。自然界中存在的土，是由大小不同的土粒組成，不同粒徑的土粒，在水分物理性質(zhì)與表面性質(zhì)上存在著巨大差異。不同大小的土粒之所以能夠聚合在一起，作為材料用于房屋建造，黏粒遇水產(chǎn)生的黏結(jié)力是其中的關(guān)鍵。在黏粒的作用下，大顆粒間的縫隙被小顆粒填充，小顆粒間的縫隙被更小的顆粒填充，這種穩(wěn)定的堆積關(guān)系被稱為阿波羅堆積模型（圖17）。為了使材料形成穩(wěn)定的微觀結(jié)構(gòu)，需要調(diào)節(jié)不同粒徑的土壤顆粒數(shù)量，減少空隙率，增大黏粒數(shù)量的配比原則，就是土壤級(jí)配原理。各種新營建工藝會(huì)根據(jù)自身的設(shè)計(jì)目標(biāo)和土料組成的科學(xué)分析結(jié)果，調(diào)整土、砂、石和水分的比例，以此控制土墻質(zhì)量和最終的表面效果。

圖17 阿波羅堆積模型示意圖

土壤級(jí)配原理的提出與應(yīng)用并不意味著現(xiàn)代新型的生土營建工藝能夠完全剝離傳統(tǒng)匠人的營建經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于建構(gòu)邏輯的承繼與發(fā)展，傳統(tǒng)工匠在工藝美學(xué)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、技藝運(yùn)用等方面均對(duì)當(dāng)今中國建筑界具有啟發(fā)意義。

3.2 新工藝的發(fā)展瓶頸

生土營建工藝從傳統(tǒng)走向現(xiàn)代的過程，不僅僅是通過工業(yè)化的生產(chǎn)措施將施工效率極大提升的過程，更是體系化的提升過程。目前，在整個(gè)營建工藝體系中仍然存在著諸多亟待提升的環(huán)節(jié)，當(dāng)生土營建各個(gè)相關(guān)環(huán)節(jié)的發(fā)展都滿足實(shí)踐的需求時(shí)，其潛能才能得以全面施展。

（1）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系亟需建立。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的制定有利于生土營建工藝的推廣與發(fā)展，這已經(jīng)在世界各地生土營造實(shí)踐的從業(yè)者中形成共識(shí)[26]。近幾十年來，世界各地陸續(xù)出臺(tái)一系列生土營建標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和導(dǎo)則，目前標(biāo)準(zhǔn)化的生土建筑產(chǎn)品產(chǎn)量正已穩(wěn)定的速度增長，在德國等發(fā)達(dá)國家這一數(shù)據(jù)的年增長率穩(wěn)定在兩位數(shù)[27]，逐步形成良性循環(huán)的發(fā)展態(tài)勢(shì)；然而我國生土營建的標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域仍然存在較大空白，國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的從業(yè)者對(duì)制定針對(duì)生土建筑的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的呼聲不絕于耳，亟需建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系。

（2）環(huán)境性能優(yōu)勢(shì)難以量化。生土建筑優(yōu)越的環(huán)境性能一直以來都是其備受推崇的原因之一，已有的大量實(shí)驗(yàn)顯示其在熱濕調(diào)節(jié)方面相較其他工業(yè)建材具有突出的優(yōu)勢(shì)[28]，甚至能夠有效改善室內(nèi)空氣質(zhì)量[29]。這些優(yōu)勢(shì)降低了生土建筑內(nèi)暖通等耗能設(shè)備的使用頻率和時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目的，但是，目前缺少可以具體計(jì)算和模擬生土建筑與環(huán)境互動(dòng)的過程的動(dòng)態(tài)模擬工具，這種難以量化的性能優(yōu)勢(shì)在實(shí)踐中很難被理解和接受，相關(guān)的模擬和計(jì)算工具仍然有待開發(fā)。

（3）土料改性技術(shù)有待探索。傳統(tǒng)生土建筑在耐候性上的缺陷是其在工業(yè)化浪潮中被逐漸拋棄的原因之一，因此，針對(duì)耐候性提升的土料改性研究是當(dāng)下生土建筑研究的熱點(diǎn)方向之一。然而，目前的土料改性研究對(duì)具體的營建工藝影響并不大，反而一些化工添加劑會(huì)對(duì)生土建筑的生態(tài)循環(huán)利用造成負(fù)面影響，這也再次提示了我們對(duì)“生土”概念進(jìn)行嚴(yán)格定義的必要性。使用新的生物合成添加劑來減少或消除負(fù)面環(huán)境影響是一個(gè)極具潛力的研究方向，如使用瓜爾膠和黃原膠取代傳統(tǒng)的水硬性黏合劑的探索研究，目前已經(jīng)取得一定進(jìn)展[30]。

4 結(jié)語

生土營建工藝在我國建筑歷史中具有不可替代的地位，在經(jīng)歷相當(dāng)長一段時(shí)間的貶抑與沉寂之后，其發(fā)展已經(jīng)從“土木共生”的傳統(tǒng)模式向著多元共生的、新的開放式發(fā)展模式轉(zhuǎn)變。各種新工藝在試圖解決傳統(tǒng)生土營建工藝在墻體耐久性、設(shè)計(jì)自由度、施工精度等問題上的短板的同時(shí)，不約而同地應(yīng)用了新的工藝機(jī)理，降低了工藝的勞動(dòng)力密集程度，提高了施工效率，并進(jìn)一步突出了生土材料的生態(tài)優(yōu)勢(shì)。

與此同時(shí)，我們不能割裂地看待現(xiàn)代的生土營建工藝與傳統(tǒng)的本土營建工藝，二者在建造邏輯上的內(nèi)在聯(lián)系，為我們?cè)谛碌募夹g(shù)條件下吸收傳統(tǒng)工藝中的有益經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)造了基礎(chǔ)，也有利于延續(xù)本土工藝中的文化記憶，進(jìn)一步發(fā)展傳統(tǒng)工匠精神。

綜上，我們既不能輕視傳統(tǒng)的營建經(jīng)驗(yàn)，也要隨著社會(huì)和技術(shù)的發(fā)展與時(shí)俱進(jìn)，不斷提高對(duì)生土營建工藝以及生土建筑的認(rèn)知。當(dāng)下社會(huì)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入“生態(tài)文明”建設(shè)階段，我們應(yīng)當(dāng)解放思想，在生土建筑研究和評(píng)價(jià)的思路上，不必執(zhí)迷于傳統(tǒng)觀點(diǎn)而一味強(qiáng)調(diào)其物美價(jià)廉、冬暖夏涼的特點(diǎn)，更要突出其在新時(shí)代、新背景下創(chuàng)造生態(tài)價(jià)值的“造血能力”，充分挖掘在配合其他設(shè)備（如太陽能設(shè)備等）進(jìn)行大規(guī)模實(shí)施后帶來的地區(qū)生態(tài)交易的潛力，進(jìn)而通過“開源”的方式進(jìn)一步提高各地人民的生活福祉，這將會(huì)成為生土建筑未來發(fā)展的重要研究方向。

（感謝土上設(shè)計(jì)Onearth Architecture提供圖3、9、12、16。）