植物与建筑的共生

【摘要】植物建筑学是通过植物生长与技术连接的相互作用形成的一个活的、会呼吸的复合技术结构。本文通过活树塔这一案例讲述了植物建筑结构创建所需考虑的设计要素、技术手段、建造及开发过程。活树塔作为第一个示范性项目，它体现了活植物建筑工程实现的可能性，并将植物建筑学的生态潜力可视化，对以后的建筑设计研究具有重要意义。

【关键词】植物建筑结构；叠加法；设计要素；生长过程

1、项目概况

活树塔是由斯图加特大学博士费迪南德·路德维希（Ferdinand Ludwig）设计，占地面积约八平方米，高度约九米，由三层楼层以及数百颗白柳组成（图1）。整个建筑由一个临时钢管脚手架支撑，并通过一个可拆除的螺丝底座固定在地面上。该项目主要是通过植物叠加法使植物融合并垂直生长、且与金属构件相互作用，来建造一个由植物支撑的三层结构。

2、设计要素

2.1位置和树种

活树塔建于海拔高约650米的湿草甸上。湿润且阳光充足的位置为其提供了最佳的生长条件。为了最大限度地增加建筑背离太阳一侧的光照，该建筑没有纯粹的北侧，而是略有旋转。为了使建筑尽快完工，呈现出一定效果，在植物上选择了生长快速且已在前期研究过的白柳。

2.2植物建筑结构

在表皮结构上，为了使植物形成稳定的结构，植物枝干均等倾斜排列形成菱形。菱形结构又通过交叉、与金属部件牢固连接形成刚性的桁架状结构。在荷载承重上，该结构的水平荷载由构建的临时框架结构支撑，垂直荷载由四个角的支柱承担。当植物被放置到金属框架中且与金属构件融合时，撤除临时框架，此时的垂直荷载完全由植物交叉形成的菱形结构承担。在连接方式上，植物通过上下交叉的方式与金属部件相接，从截面上看，金属部件被四株植物覆盖，这种方式的连接即使单株植物出现故障也不会失去整体稳定性。在连接技术上，采用穿透连接将植物进行粘连。在十字接头处，植物通过两根共用螺丝平行连接。所有接头都预先钻好，以避免木材分裂。

2.3技术部件

所有技术部件均由镀锌钢材构成。水平层由矩形管组成，焊接成刚性框架并覆有格栅。在入口区域，第一层可以通过铺设的梯子进入。二、三层之间则安排了走道和铝梯。在第一个增长阶段，这些水平层仅用于维护和保养。

2.4生长环境

除了结构的设计，创建合适的生长环境也是植物叠加法的主要内容。通过综合考虑，选择了相对常规的带滴灌的集装箱系统，种植容器采用的内衬是由透水、透气材料编织而成的丝网层，生长植物的基质选择普通的泥炭基质。在施工过程中，用起重机将植物或植物容器进行安置并安装一个灌溉系统，根据天气和季节状况利用定时器控制和调整灌溉。

3、建造及生长过程

3.1建造过程

活树塔的建造分为以下几步：首先是在植物容器中预先种植植物。其次使用金属构件搭建临时结构框架，待植物长到一定程度，使用起重機将植物及容器放置到金属框架预留的位置上。最后将植物与金属框架运用上文所提到的方法进行连接。每个阶段必须谨慎切割，严格控制施肥、浇水来促进植物生长。

3.2生长过程

3.2.1植物个体生长

第一阶段的目标是使植物尽可能均匀的发育并快速生长，这需要根区具有充足的水分和营养物质。尽管生长条件相同，各个植物之间仍然存在差异。为了确保合适的植物密度，一方面可以通过修剪生长旺盛的植物来减缓植物生长速度，另一方面也可以人为的控制植物的生长发育，如定期移除生长旺盛的侧芽。

在活树塔内，植物要克服其他植物占据的区域进行自身的生长发育，因此会发育出一些更小的冠冕。除了这些水平差异，不同位置的植物之间也存在差异，如布置在角落处的植物可用冠部空间相对中心处的植物较大，因此生长更优于中心处植物。这时可通过修剪更强壮的植物枝条来补偿这些差异。

3.2.2植物叠加

第二阶段是植物的共生阶段。通过植物叠加法（即在垂直的植物结构上连接融合其他植物的方法）使植物融合，实现共生。首先是切割植物，并使植物的两个伤口表面接触、捆绑待其愈合。当植物间形成共同的形成层时，慢慢减少单个容器的供水量直至完全停止供水。若没有造成任何明显的损坏则粘连成功。然后从上到下逐级进行粘连，直到人为形成的植物结构融为一体并呈现出陆地习性，代表植物已融合成功。当结构足够稳定时，框架结构将被去除。

3.2.3植物厚度增长和死亡

第三阶段是植物的厚度增长和死亡阶段。这时候个体植物完全融合在一起，形成一个整体。为了使植物的所有部分尽可能均匀的生长，需以生长旺盛的植物取代生长缓慢的植物来保证植物的承载能力。在结构上，当部分根冠或者茎区死亡时，会导致整个结构的承载力降低，对剩下的植物造成负担，但同时周边区域的枝干会迅速增粗来维持整体结构的均衡。但有时候植物的发展并不尽如人意，这时候对于不稳定的结构要通过护理措施来避免，如针对性的施肥。同时也应注意风灾，虫害等。

结语：

活树塔的设计和建造向我们展示了怎样在短时间内使用植物叠加法实现垂直的绿色空间。植物建筑结构打破了传统的建筑形式，看似不稳定的结构随着时间的推移会变得越来越强壮直到形成永久性结构。这项研究展示了植物建筑结构的可行性，随着结构的不断试验和完善，这些结构将融入社会、融进生活，并为我们的城市提供一个健康且生态的空间环境。

参考文献：

[1] Thomas Vallas， Luc Courard，Using nature in architecture： Building a living house with mycelium and trees .Frontiers of Architectural Research. 2017

[2] Bonnie Gale，The potential of living willow structures in the landscape [D].Syracuse， New York. 2011

[3]Dr.-Ing. BAUBOTANIK Pflanzen zur Konstruktion nutzen Ferdinand Ludwig， IGMA， Universit?t Stuttgart

[4]Dr.-Ing， Botanische grundlagen der baubotanik und deren anwendung im entwurf .2012

作者简介：

于晓晨，1993.02.21，女，山东烟台，山东建筑大学建筑城规学院，绿色建筑。

许欣悦，1993.04.10，女，山东泰安，山东建筑大学建筑城规学院，绿色建筑。