黄土建筑材料生态化设计

张树桐 陈 雪

(淮阴师范学院附属中学,江苏 淮安 223300)

1 概述

随着城市化进程的加剧，现代建筑迅速发展；同时也给社会带来了许多环境和能源的问题。现代的许多建筑轻视当地的环境或历史文化背景，造成建筑与环境不相融合，不协调。除了占用了大量的土地之外，同时由于现代建筑使得很多地方都失去了原有的韵味。大肆的建筑使得植被被破坏，造成水土流失严重；滥用工业原料又让土壤被毒化，降低了土壤的使用率；这些问题都表明了现代建筑的创新刻不容缓。从而，“生态建筑”这一新兴建筑理念开始引领时代潮流。

生态建筑指的是建筑能够利用并适应当地的地理条件，能够充分地利用本地的建筑材料，合理地、创新性地运用传统与现代结合的建筑工艺与技术，使建筑具有节约材料、节能环保、益于居住、循环再生、经济适用等特点。生态建筑要使建筑和环境、生态之间形成相互协调、有机统一的共同体，追求人、建筑、生态环境能够形成可持续发展的良性循环系统。

2 中国生土建筑的生态智慧

2.1 窑洞的生态智慧

窑洞建筑是我国黄土高原独特的地理环境因素造成的。窑洞作为黄土高原原生态的建筑之一，它体现出传统民居天人合一的生态思想，强调了人与自然和建筑的统一结合。

“靠崖窑”是最早的窑洞民居。靠崖窑又称“土窑”，窑洞大多都是此类型的窑洞。靠崖窑是依山而建，在土崖上横向位置向里挖洞。洞的顶部呈圆拱形，洞的地面呈长方形，在洞的外侧装上门窗就形成了最基本的靠崖窑。根据黄土高原地区干燥少雨，光线充足，多风沙天气，窑洞一般背风建设。这种靠崖窑不仅工程量小，省时省力，而且冬暖夏凉，防风能力强，极适合当地居民的居住环境，见图1。

窑洞的建造基本上都是用黄土来完成的。所以它对黄土资源的利用可谓是发挥到了极致。靠崖窑是通过横向向里挖洞获得居住空间，从而节约了土地资源。窑内的建筑构件例如窑壁、窑墙都是通过对黄土的加工来完成的，挖出的黄土还可以建造一些土灶、土台、土炕等家具。多余的黄土还可以用来填坑填坡，极大限度的利用了黄土资源。窑的建设不用投入建筑材料构建空间，而是直接挖去天然材料获得空间，所以窑内的建设节约了当地的土地资源。窑洞内厚厚的土层具有良好的蓄热和隔热能力，让窑洞内的温度变化很小，具有冬暖夏凉的特点。这样的居住环境减少了当地居民对其他能源的使用。窑洞在建设时不会破坏大量的植被。在建成时仅仅展露出小面积的洞口立面，建筑的其他部位都与土地融合在一起，极大程度的保持了原有的自然景象，充分体现了人与自然和谐。

2.2 福建土楼的生态智慧

福建土楼的形式多种多样，其中最主要还是方楼和圆楼。圆楼的建筑直径是30 m～50 m左右，一般为3层～4层。它的平面布局由两种模式组成，单元式和内通廊。单元式分为独立的开间，呈窄长扇形。内通廊则在楼层内部设置“走马廊”，用来连通各个房间，上下楼则用公共楼梯。方楼的形式与圆楼的布局相似，只不过是把平面换成了方形。土楼的聚落空间强调了风水论中的负阴抱阳，藏风聚气。土楼的布局自由，根据山势、地形的不同，不同形式的土楼自由的排布在部落内，错落有致，与大自然形成了一道和谐的风光。

土楼的地基和墙角一般都是用较大的河卵石砌筑的，墙角高过洪水位，防止山洪暴发冲倒土楼。若选址在淤泥地上的话，地基建材则选用松木筏基。将松木纵横交叉层叠，不仅重量比河卵石基底轻，而且面积更大，完全可以承受整个土楼的重量负荷。土墙则就地取材，用田底的泥和粘性好且含砂质的土作为建筑土墙的原料。土墙底部厚度为1 m～2 m，土墙中还用竹片或者松木枝作为拉结筋，保证土墙的强度。

土楼所用建材中的土木都是来自于大自然，当土墙倒塌或是木材腐烂之后它们都能融回到自然中，不会对自然环境造成破坏。在干燥的季节，土楼中的土墙能够释放水气用来调节室内的湿度，保证室内不会过于干燥；在潮湿的季节，土墙不会结露。冬暖夏凉的特点也让整个土楼具有良好的舒适度，见图2。

3 黄土建筑材料的生态化设计

3.1 黄土建筑的特点

黄土具有土质疏松多孔；垂直节理发育，透水性强和水溶性特点。黄土土质疏松，并不意味着窑洞易塌，窑洞不塌陷，主要是因为黄土直立性强，而且气候干燥降水少引起的，加之窑洞处在地下，水蚀没有表面那么严重(极难渗水)，另外窑洞屋顶多用砖瓦盖住，可把水流引开。黄土还有一特性就是遇干坚如岩石，遇水则易流失。所以当暴雨来临时，窑洞也有倒塌的危险，需要防范。黄土建筑的优点是节省土地，经济省工，冬暖夏凉，防火，防噪声，确是因地制宜的完美建筑形式。

黄土建筑的最大缺点是具有遇水溶化的特点。另外，黄土的支撑能力与现代建筑的钢筋混凝土有巨大的差距；传统窑洞还存在阴、暗、潮、闷等缺陷，因此，黄土建筑在现代的应用中必须加以创新。私下以为黄土建筑不能广泛地应用于高层建筑，可以在农村及低层建筑中应用。在应用中要重点考虑加强地基和做好防水处理。

3.2 传统黄土建筑的设计创新

从中国传统生土建筑的设计经验中，我们看到了生态建材对于生态建筑的重要性。在现代建筑设计过程中，我们应该将现有建材进行整合、加工，形成更为环保的生态建材。实际上，黄土在建筑实际上仍有广阔的应用前景，国内有一些建筑师正在致力于这方面的努力。早在20世纪70年代，国外设计师就已经开始了地下穴居式住宅的设计尝试。世界知名设计师威廉·摩根的穴居设计的穴居，与周边的绿色环境融为一体，内部则呈现出简约现代的设计风格。

20世纪80年代我国著名建筑规划大师、中国建筑学会副理事长任震英大力倡导对窑洞进行改良，他曾在兰州白塔山后山揖峰岭坡面上，借鉴窑洞的设计理念并加以创新，在黄土崖壁建了50孔新式窑洞，窑洞用青砖做成窑脸，用小青瓦做成帽檐，建筑设计新颖，空间宽敞舒适，格式别致；设计克服了传统窑洞阴暗潮闷以及抗震能力差等方面的缺陷，被称为“窑洞山庄”，其造价只是楼房的1/3。窑洞山庄先后接待过美、日、加、菲、德、英等国生土建筑专家，受到他们的一致好评。

由我国香港建筑师吴恩融、西安建筑科技大学教授穆钧设计的庆阳市毛寺生态实验小学，曾夺“亚洲最具影响力设计大奖”和首届中国建筑传媒奖——最佳建筑奖。建筑结合当地土壤、地形与气候条件，以黄土为建材，别出心裁地创新了通风采光，保温和粪便处理等适用技术，在不同高程的台地上营造出丰富、自然的室内外空间环境，达到了节能和环保的要求。

另一个生土建筑试验项目兰州白塔山生土生态园，获得第七届中国威海国际建筑设计大奖赛铜奖。生土生态园主要由3层18间窑洞构成，过廊采用太阳能照明，园区由风力发电机供电。采用生土建筑材料有免烧黄土砖和免烧粉煤灰砖，整个园区所有建筑物和构筑物没有使用钢筋、水泥和烧结黏土砖，设施都采用环保设计，很好地做到了因地制宜、就地取材、节能环保的生态效果。

以上种种实践，表明黄土建筑材料和黄土建筑在现实中有很强的实用性与环保、美学及文化生命力。应当鼓励生土建筑的创新设计，充分发挥黄土建筑的优点，巧妙规避其缺点，使其为美丽中国建设贡献力量。

3.3 黄土建筑材料与现代设计结合

传统的各类生土建筑都有开间不大，布局受限制，日照不足，通风不畅和潮湿等缺点，需要改进。通过对传统建筑技术的研究与探索，我们是否能将传统建筑技术融入进现代民居框架中去。把现代建筑的框架结构与传统的生土建筑材料结合，就会有所创新。黄土建筑材料与现代建筑的融合，也可以使得最终建成的建筑物能够符合时代发展的需求。

比如在低层建筑中，平房、花园洋房、别墅都可以采用混凝土异形柱体系，带有少量的普通框架柱。房基、房梁、墙柱采用钢筋混凝土梁，墙体可用黄土建材填充。由于房屋是框架结构，房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用，如果考虑用生土建筑材料填充，可以就地取材，施工简易、成本低廉、节能环保、冬暖夏凉、适宜居住，有利于生态环境。

黄土易于加工，几千年来，各类生土砖、生土坯在黄土高原地区广泛流传。目前而言，空心生土砖、实心生土砖、夯土墙都可以用来填充框架房。兰州财经大学曹凯发明的免烧黄土砖，是一种取代黏土免烧砖的换代产品，已经获得国家专利，对于生土建筑的技术进步起到了推动作用。

生土建筑出的夯土墙不仅厚实耐用，不易开裂，而且比较坚硬，不易倒塌。可以将生土做成的夯土墙替代红砖墙体，使夯土墙与混凝土梁结合形成楼房结构，见图3。夯土墙在古代非常普遍，纯生土夯土墙的承重能力较低，墙体一般比较宽，有墙体耐水性差及墙体表面走砂等问题，比较适合在单层或两三层的矮层建筑中使用。而添加的水泥等的混合夯土墙由于提升了夯土的强度，可以在3层以上的建筑中使用。

4 结语

黄土的热容远高于钢铁、水泥等现代建材，用它做墙体能达到冬暖夏凉的效果，以黄土为建材的建筑，无论是窑洞、平房还是低层的楼房，都具有方便施工、节省材料的特点。以生土为建材的建筑，还有一个最大的优点是环境友好性。在建设时和在被拆毁时，生土建筑对不可再生材料的节省，易于土地整理的特点，很符合现代中国农村的发展实际。当前我国正处在城市化高速发展阶段，对农村建筑进行土地整理，是一项比较长期的工作。目前应该在农村推行生土建筑，部分取代已经流行的现代钢筋水泥的建筑，有利于将来拆迁、合并时村庄被整理成农业或者生态用地，而且几乎很少产生因混凝土建筑的不可逆性带来的土地整理难题。

在黄土高原地区或者其他农村地区，充分地利用生土材料，对传统生土建筑技术进行创新探索，结合生态学的基本原理，探索能够使生土建筑和生态环境协调共生的设计，使建筑具有良好的气候调节功能，形成宜人、宜地人居环境，对于土地的可持续利用也有重要的意义。通过对中国传统民居建筑与现代建筑艺术的融会贯通，将传统建筑设计元素引入现代建筑设计，节约土地资源与建设及生活成本，继承了传统文化元素，实现建筑环境共融，是一条多赢的可持续发展道路，应当大力进行探索与推广。