竹材在园林景观中的应用探析

2020-07-15上海秦森园林股份有限公司上海200072

绿色建筑 2020年1期

孙平（上海秦森园林股份有限公司，上海 200072）

当今社会人们越来越注重低碳环保的生活理念，人类生活的方方面面都在不断尝试新材料、新工艺、新技术。竹，作为一种速生且可再生资源，愈发受到大众关注。竹制家具、工艺品、竹编家居用品、竹炭日用品等竹制品早已走进了千家万户。工程竹材亦依托其重量轻、韧性好、强度高等优点在建筑行业逐渐崭露头角。作为园林景观行业，工程竹材的应用尚处在发展的初级阶段。本文所探讨的项目即是竹在园林景观领域中的一次成功运用案例。

1 竹材的特点分析

竹材在中国有着非常深厚的文化内涵和悠久的应用传统。竹子特有的形态和寓意使得文人爱其高洁，武人爱其刚义。苏轼曾赋诗：可使食无肉，不可居无竹。宋代王禹偁为自造的竹楼专门撰写了《竹楼记》等例子不胜枚举。

1.1 以竹代木是大势所趋

木材在中国建筑领域的应用历史悠久、范围广泛，具备独有的结构特性及特殊的优美观感，在建筑领域的应用中一直保持着重要的地位。我国森林资源贫乏且生长缓慢，因而工程项目大量使用木料的方式与生态环保理念并不相符。但作为类似特性的替代品，竹是一种天然快速生长材料，具有与木材相似的质地。更重要的是，中国竹资源储备量大，分布范围广。合理开发竹资源可缓解国内木材供需矛盾，具有重要的经济、社会和生态价值，“以竹代木”成为行业发展新趋势。

1.2 竹材的特性及应用优势

竹材是一种优良的木材替代材料，其色泽柔和、纹理清晰、触感光滑、富有韧性，能给人带来良好的感官享受。作为生态环保型绿色建材之一，竹子对 CO2的吸收量是林木的4 倍，与木材加工过程中加工性能高度相似。同时使用过的竹材还可以被回收并再次利用。此外，竹材还是一种低能耗的建材，在同等建筑面积的前提下与混凝土和钢材能耗比分别达到 1∶8、 1∶50。与常用建材进行抗拉强度对比，竹材也具有较为明显的优势，见表 1。因此，竹材已被建筑行业认定为优良的绿色环保材料。

表 1 常规建材抗拉强度对比

2 竹材的应用现状

现今工程行业中，竹材的应用有了较大的突破和发展，其主要应用表现在以下几个领域。

2.1 建筑外墙应用

竹材在建筑幕墙领域受到众多设计师的青睐，设计师依托竹材在可塑性、柔韧性等方面的优势，结合当前多元化的建筑外立面造型特点，营造出丰富多样的幕墙装饰样式。

2.2 室内装饰应用

室内设计师对于竹材的喜爱有目共睹。竹材轻巧的质感与自然的色泽成为赋予设计师以创意灵感。因此竹也被广泛应用于工装及家装行业。

2.3 园林景观应用

目前，竹材在园林景观领域的应用尚处于装饰层面，表现手法多见为景观铺装材料和园林小品（花箱、木格栅等）。但近年来大型景观结构物中也开始逐渐出现了竹材的身影。随着工艺技术的不断发展，越来越多形态各异，应用方式多样的园林竹木也具备了实现设计师的构思意图，将美好的设想转化为现实，展现在公众面前。

3 工程竹材在园林景观中的实际应用

3.1 项目案例背景

本案为 2019 年北京世界园艺博览会某企业展园，总占地 2 324 m2，以“木刨之花”主题构筑与展厅组成。全园以“用园艺美化家园，用匠心感动世界”的设计主题贯穿,为八方游客展现“匠人琢器”的造园精神。展园设计方案鸟瞰图如图 1 所示。

图 1 展园设计方案鸟瞰图

主题构筑“木刨之花”以木刨花造型为创作灵感，结合多曲面参数化设计技术、立体绿化技术、结构竹材异形拼装营造技术，从多维空间将整个展园有机串联。形成一条展现现代造园理念的生态纽带。

3.2 设计阶段的技术难点及解决措施

针对世界园艺博览会特点，该展园的主题构筑有 3 个目标。首先，需体现建造企业在古建木艺修复和营造上的造诣。其次，需突出世园会在新材料、新工艺、新技术方面的示范性。最后，需展现工程的实用性、经济性、安全性特点。在主题构筑的施工图深化中，主要遇到的 2 个核心技术问题是结构材料的选择和多曲面参数化设计。

鉴于主题构筑的造型特点，在结构材料的选择上，首先将范围锁定于钢结构、加拿大工程木材、结构工程竹材 3 个类型中。通过对 3 种材料各项技术参数的分析对比，首先排除了与木艺主题无关的钢结构，其次又淘汰了力学性能设计无法满足设计效果的工程木材。最终选定工程竹材作为主题构筑用材。

构筑主材选定后，考虑方案深化落地的过程。由于在异形多曲面竹材构筑领域尚无借鉴案例参考，为此特成立骨干技术力量组成技术攻关小组，边模型推演边深化图纸，最终攻克了多曲面参数化设计这道技术难关。

首先，采取化整为零、分块施作再拼接的策略。将总占地面积近 400 m2的构筑物拆分成 3 座正拱、2 座贝壳拱、1座网格拱以及地面坐凳等 7 个组成部分，具体见图 2。

图 2 “木刨花”主题构筑单体分解示意图

随后，对单体构筑的结构外形进行模拟计算分析。通过对比不同结构形式的优劣性及与方案完整形态的匹配度，最终确定了内外拱双层网格受力杆件的结构深化思路，并通过多点连接确保了结构的安全性和可靠性。

之后，再通过计算机辅助建模的力学分析结果，优化结构杆件的截面尺寸，将各单体构筑模型进行整体拼接。同时不断调整单体构筑间衔接部分的曲度，力求展现和谐统一、整体性完美的构筑造型。

当构筑模型全部调整完毕以后，通过专业软件再将整体构筑拆分为若干个竹木分构件，按不同部位进行编号，并编制出构件清单和加工计划。

3.3 施工阶段的技术难点及解决措施

虽然通过计算机的辅助，已然得出各个单体构筑的构件形态和参数，但构件相互拼接时所用到的金属连接件加工，也是一项巨大的挑战。因为主体构筑是不规则的造型，每块构件配套的金属连接件大小、尺寸、角度均不同，每一个金属件都需要单独定制。近 400 m2的主体构筑体量庞大、构件类型复杂，有的构件需要多次多面切割方能成型。要将这些竹材构件最终拼接成一个完整的整体，对每个分部构件及其金属连接件都要求具有极高的加工精度。这不仅考验团队的设计深化能力，同时也对生产加工的精度和技术水平提出了更高的要求。

工厂预安装是构件出厂前，校对检查构件拼接误差范围的重要环节，可以提前发现构件的加工缺陷。在预安装阶段，首先设定了柱位的坐标体系，明确了各定点柱脚的准确位置。再通过临时金属夹件将分构件按图纸 1:1 进行试拼，见图 3。预安装的效果十分显著。通过预安装，发现误差最大处可达到 50 mm 之多，对及时进行修补矫正起到了极大的帮助，从而有效避免了材料现场安装后发现问题再返工带来的时间和经济损失，并为正式安装工作积累了宝贵的经验。

图 3 工厂预安装现场

现场安装环节是对整个项目的最终考验。每一个单体拱结构的大小构件数量可达上百个，彼此精密联结、严丝合缝，共同组成一个如此庞大的装配体系，其复杂程度在园林构筑中极为少见。虽然在工厂进行了预拼，但在实际安装中仍可能会碰到各种不确定因素。每一个构件都必须做到一一对应，任意一处一旦发生细小的偏差，都会导致整体误差累计的连锁反应。为此，周密施工部署及各种不同的应急预案必不可少。在整个施工过程中，攻坚小组全程驻扎在现场进行指导。每拼接完一块都及时进行复测校验，发现问题及时调整方案，积极落实施工班组、攻坚小组、技术负责人三检制度，从而保证了整个施工的质量平稳、有序。通过近 2 个月的现场组装，最后终于将这件竹材创新应用在园林景观领域代表性的构筑物，展现在北京世界园艺博览会的舞台上。

3.4 竹材实际应用综合分析

主题构筑“木刨之花”最高处达到 7.3 m，最低仅 0.45 m，高低错落、起伏有致，远远望去气势雄伟、蜿蜒流畅，与企业展园的整体环境相得益彰、完美融合，完成效果图见图 4。整个构筑的营造充分展现了竹材在结构应用上的独特优势，代表了当前结构竹材应用的较高水平。无论是材料质感还是色泽，主题构筑的成品都非常接近木材。同时利用竹材所特有的强度和韧性，展现出超出普通木结构所能达到的多曲面造型效果。虽然体型庞大，但是整座结构物存有一体性，7 大分部的衔接丝丝入扣，拼接痕迹不明显，即宏伟大气，又不失轻盈的美感，成为世园会的一处精品景点。