中国传统生土营造工艺的生态应用研究

董黎 詹林枫

摘要：中国传统生土营造工艺发展至今已有上千年的历史，在我国传统建筑文化遗产中，生土材料具有举足轻重的地位，是中国传统匠人的智慧结晶。以生土为主体建筑材料的生土民居的传统营造技术沿传至今，在现代工业化的发展下显得愈发珍贵。生土营造因其独特的生态特征，如造价低廉、就地取材、工艺简单、绿色环保等，被广泛应用于各地建筑中。在20世纪70年代能源危机的影响下，原生态、低能耗、易获取的生土材料重新回到大众视野，生土材料自身具有的生态性与可持续化发展理念和绿色生态的发展观一致，使得生土建筑的发展从发展中国家逐渐转移到发达国家。

关键词：传统生土营造工艺;生土材料;生态应用

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2021）11-0-02

建筑是人类生存环境的主体，也是侵占绿地最多且耗能最大的主体之一。在绿色发展的时代背景下，要实现生态发展与建筑生产的有效结合，传统生土建筑是最佳选择之一。然而，传统生土建筑自身的局限性限制了它的发展，将现代建造技术融入传统营造工艺之中，是目前走向绿色生态建筑发展方向的有效途径之一，针对二者的研究则是实现这一目标的基础。

1 生土材料的性能特征

生土，指以原状生土为主要原料，无须焙烧仅需简单机械加工便可用于房屋建造的建筑材料[1]。以原状土作为主体结构的建筑通常被称为生土建筑。住房和城乡建设部于2010—2011年在全国农村开展新中国成立后最大规模的农房现状抽样调查，结果显示，传统生土材料在农房建设中的应用遍及各个省份[2]。然而由于生土材料自身的天然缺陷，如容易风化、干裂、被雨水侵蚀等等，传统生土建筑经受不住自然环境的考验，很难留存下来。在全球环境持续恶劣的背景下，生态建筑成为实现可持续化发展的有效途径之一，而生土作为一种环保、健康、绿色的建筑材料重新回到了大众视野。

1.1 生土材料的便利性和生态性

生土材料的生态优势是现代建筑材料所无法比拟的，而传统生土建筑能流传至今，并发展得愈发欣荣，与生土的材料特性息息相关。相较于其他建筑材料，生土具有很强的地域适应性，不同地区的生土经过简单的加工处理和夯击都可用作建筑主体材料，这是传统生土建筑的优势，但同时也是它的不足，简单加工和夯击的生土留存时间过短，无法经受时间和环境的考验。然而即使生土墙体被推倒废弃，也可得到再利用，对于环境的影响能被降到最低。

传统生土材料的优势之一就是取材的便利性，从节省成本和节约时间方面来看，相较于现代建筑，生土具有较大的优势。随着现代技术的发展，现代生土建筑对于土的选择更加科学和理性，并不是所有的生土都会被用于建筑，被选择的生土在经过一定程度的级配优化之后，在维持建筑的稳定性和耐久性方面都有一定程度的提升。

生土材料的生态性还体现在循环再利用这一点上。从最初直接将生土用作建筑材料，到后来探索出往生土里掺入一定比例的砂石以增强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。传统生土建筑在拆毁之后，生土材料可以重新回到土地，对环境的破坏相对较低。而混凝土及砖瓦等现代建筑材料的产生虽然使传统建筑突破了空间和形式上的局限，烧结的砖瓦比生土更有优势，性能更稳定，但是高温焙烧浪费能源，烧结的砖瓦也无法重新回归土地，会在很大程度上造成环境污染。

1.2 传统生土材料的制作成本和局限性

中国人曾经用生土材料修筑长城和故宫，然而随着现代化进程的加快，生土逐渐被混凝土等现代建筑材料取代。生土材料在制作上花费的时间与人力成本相对较高，必须在使用工具压实成为夯土之后才具有一定的强度和形态。直到现在，这种制作方式依旧没有改变，生土营造过程中仍然需要制作模板进行夯筑，而支模及拆模的烦琐过程将产生大量的经济成本以及人力和时间成本，相对于钢筋混凝土或烧结砖，在工业化程度上稍显逊色。因此，夯土墙的建造方式在当代还是主要用于非结构性的墙体，大多与其他建筑材料混合使用。而想要使制作模板的过程更加高效，重复式的施工必然是首选，但如果想要实现建筑形式的多样化，则需要制作更多的定制模板，这需要花费更多的人工与时间成本。

生土与混凝土等现代建筑材料相比虽然在性能方面存在一定差距，但是其建成后所具有的独特的朴素外观和形成的肌理感与水泥石灰墙面的工业风带来的观感截然不同。历史上已有不少例子证明了在积极的维护下传统生土建筑可以很好地保持上千年，如位于新疆库车市克孜尔尕哈的汉代烽燧台，已经历经两千多年的历史，至今屹立不倒，是目前古丝绸之路上保存最完好的一处夯土建造的烽燧遗址。

夯土墙体在稳定性和强度上的表现相对较差，可以看到，大多数现存的传统生土民居层数都在一两层左右，如果想要建得更高，墻体就需要建得更厚，典型的例子就是福建土楼。相比一般的生土建筑，福建土楼明显要更高，但是其墙体也相应更厚，这种营造方式是以牺牲使用面积为代价的。福建土楼建造过程中依靠加厚基层墙体的厚度以及在一、二层取消开窗使建筑达到一定的高度，这样做一是出于安全因素考虑，二是为了增强生土墙体的稳定性。虽然传统生土营造工艺在维护生态及环保上的优势是现代混凝土材料所不具备的，但其耐久性能、力学性能等都存在一定的问题，明显落后于现代化的工业体系，因此要对其进行现代化的转型探索，以发掘其有待改进的空间。

2 生土材料的性能优化

传统生土建筑发展至今，已经用自身的性能优势证明了其可以以最低的能源消耗换取最大的居住舒适度，具有极强的生态意义，但是其自身存在的缺陷，如墙体容易损坏、干缩后会产生裂缝、光线不足、室内潮湿、屋顶及地基容易受雨水侵蚀等，制约了其在现代的发展。但其优越的生态性能是现代建筑材料所无法替代的，所以近几十年来，国际国内对于生土性能的改良研究一直在进行中，目前已经有不少成功的案例。

2.1 材料优化

土由不同粒径的颗粒组成，粒径越细，塑性和黏结性就越强，夯土墙体的强度也就随之提高。传统的生土建筑在应对其力学性能差等缺陷时会选择加入一定分量的砂石来提升墙体的强度，但其耐久性能却没有得到改善。而现代科研通过不同粒径颗粒之间的优化配比，即沙、砂砾、粉粒及黏粒的结合，可以达到不同级别的密实程度（图1）。土壤是夯土建筑的核心，配比合理的生土经过夯实在力学性及耐久性等物理性能方面都有明显的改善。

（图片来源：《新型夯土绿色民居建造指导手册》）

2.2 热工特性

传统生土材料具备优越的蓄热能力，这使得以生土材料为主体营建的建筑都具有冬暖夏凉的特点。而通过级优配比之后，现代新型生土材料的蓄热能力较之前得到了进一步的提升，远远高于普通的建筑材料。例如，夯土墙体作为围护结构在白天可以储存大量热量，而在夜间温度开始下降之后便开始释放热量，可以在减少供暖耗能的同时起到平衡室内昼夜温差的效果。

2.3 工艺优化

传统生土建筑施工的所有环节都离不开人力，然而相较于机器，人力在施工速度、施工质量以及施工水平的平均化方面都存在不足，与现代化建筑材料的机械化加工手段在效率及精准度上都无法比较。引入现代化的夯筑机具可以大大提高现代生土建筑的施工效率，相较于传统夯击手法，现代机具夯击频率更高、冲击力更强，而更高强度的夯击带来的是建筑物抗压强度和密实度的整体提升。此外，现代气动夯锤也应运而生，相较于传统夯锤技术，其不仅可操作性更强，而且也相对节省人力。

3 生土材料的现代应用

当下，有关现代生土营建工艺的研究相较于从前更具系统性及地域性，不同国家和地区传统生土建筑的材料及夯筑技术的工艺水平都不尽相同。因此，想要研究建造一套适用于所有地区的现代生土营造工艺标准体系是不太客观的。但是研究传统生土材料在建筑中的现代化应用对于如何提高现代生土建筑技术起到了示范性的作用，也为后续的研究提供了更多的选择。

3.1 预制化工艺

预制化工艺为生土建筑的现代化发展提供了一种全新范式，它使生土建筑的建造水平得到了提升，也使生土的应用领域得到了扩展。预制化的生产使得生土成了像砖石一样方便运送的材料，这种分离建筑生产和安装过程的方法更经济、更有效率，同时建造工期也可以不受天气的影响，减少了现场施工的时间。

2014年建造于瑞士劳芬的利口乐草药中心是现存的欧洲最大的现代夯土建筑，该建筑的主要材料全部源于当地的壤土，室外和室内的墙体都没有做任何处理，表现出材料最原始的肌理。瑞士利口乐草药中心的夯土墙的施工过程展现了较高的现代化工业水平，预制化的夯土墙体在工厂内加工成块，再统一运送至施工场地，现场进行修饰填补，整个过程有着流水线般的建造效率，极大地缩短了施工时间，提高了施工效率，是当代夯土建筑预制化建造的成功案例。相较于传统生土建筑的建造流程，预制化工艺在现代生土建造过程中的使用为传统生土营造工业带来了技术化的革新。

3.2 可持续化应用

马岔村村民活动中心是西安建筑科技大学开展的现代夯土绿色民居建造研究示范项目成果，位于甘肃会宁马岔村。该设计团队通过对当地传统生土营造技术的研究与改良推广现代生土示范建筑，基于当地的地理环境、人文风俗等自然条件，以可持续化发展的理念设计了村民活动中心，充分利用了当地的自然资源，如风能、太阳能等，同时在屋面设计和场地设计中设计了雨水回收利用系统，用以解决当地水资源缺乏的问题（图2）。其中，设计师应用现代化技术改良了传统生土建筑，将夯土墙作为承重墙。由于生土材料性能的局限性，生土在当代建筑中一般用作墙面的填充作为建筑的装饰立面，但马岔村村民活动中心的承重墙以夯土墙为核心，配合其他现代建筑材料作为构造柱、圈梁、暗梁以增强夯土墙的力学性能，是一个夯土技术改良的现代优秀案例。

（图片来源：土上建筑）

3.3 回归传统的人文关注

在全球化的影响下，现代建筑的快速发展强烈冲击着各地区的历史和文化，各个地区的建筑类型也逐渐显现出明显的单一化特征，如何打破现代建筑带来的负面影响，发展有地域特色的建筑类型成为当下必须考虑的问题。

德国柏林和解礼拜堂是一座位于柏林墙边界的小教堂，它见证了二战后柏林的分裂与和解。重建后的和解礼拜堂的意义已经超脱了宗教的范畴，它不仅见证了东德与西德的和解过程，也可以视作对冷战这段历史的纪念。重建的和解礼拜堂的地面和墙体都将生土作为主要材料，老教堂拆除的砖经过粉碎处理之后被加入生土中，在新建的生土墙面上我们可以清晰地看见处理之后的废弃砖砾，新旧材料的融合处理为这座建筑带来了全新的历史意义。

4 结语

在可持续发展成为全球共识的背景下，现代生土建筑凭借其突出的生态优势及充满魅力的（下转第页）（上接第页）材料表现形式成为当下建筑师探讨如何实现生态建筑的有效途径之一。法国格勒诺布尔国立高等建筑学院CRATerre的生土建筑研究中心对于生土建筑的研究已经持续了30多年，是全球范围内生土建筑研究领域的权威。虽然传统生土建筑在我国历史悠久，但我国关于现代生土建筑技术的研究还不够完善。基于环境危机的时代背景，越来越多的人关注到了现代生土建筑的理论发展和实践创新，深入研究和发展现代生土建筑的技术更新，不仅可以缓解环境危机带来的威胁，從另一个方面来说也是对传统建筑文化的传承和推广。

参考文献：

[1] 李广林.中国传统生土营建工艺演变与发展研究[D].北京：北京建筑大学，2020.

[2] 陆磊磊，穆均，王帅.黄土高原地区传统民居夯筑工艺调查研究[J].建筑与文化，2014（08）：82-84.

[3] 吴良镛.人居环境科学导论[M].北京：中国建筑工业出版社，2001：37-215.

[4] 夏云，夏葵，施燕.生态与可持续建筑[M].北京：中国建筑工业出版社，2001：1-25.

[5] 穆均.生土营建传统的发掘、更新与传承[J].建筑学报，2016（04）：1-7.

[6] 马丁·劳奇，张利.马丁·劳奇访谈[J].世界建筑，2017（01）：28-33，133.

[7] 张雯.土生土长——以夯土为核心的自然建造研究[D].杭州：中国美术学院，2013.

作者简介：董黎（1981—），女，湖北武汉人，博士，副教授，系本文通讯作者，研究方向：湖北传统聚落特征、传统聚落动态保护。

詹林枫（1992—），女，湖北武汉人，硕士在读，研究方向：环境设计。