生土营建工艺在当代的传承与发展

■ 王正阳

宋德萱

詹林鑫

0 引言

生土作为建筑历史中自人类建造活动诞生之初就使用的建造材料，拥有数千年的营建传统。虽然在工业化的浪潮中一度被打上“边缘材料”的标签，但随着制造技术的飞速发展和环境问题的日益紧迫，生土作为一种潜力巨大的生态材料逐渐被重新认识和重视。目前，相关的研究主要围绕生土墙体的热湿性能展开[1-4]，对营建工艺的研究以传统民居为主[5-6]，如何将传统工艺的营造经验与现代新型建造方式有效地结合在一起，协调生土建筑生态优势与当代社会之间的矛盾[7]，是生土建筑新的研究热点。

本文首先对生土工艺重新进行梳理与分类，详细分析传统工艺遇到的问题，以及对应新工艺的特点；指出在科学研究的基础上，对工艺机理的掌握和应用是新工艺区别于老工艺的根本性进步；从完善“科研—产业”链的角度，总结推广生土工艺在规范标准、量化计算方面遇到的瓶颈，补足短板，并由此展望生土这一传统材料在未来进一步发展的研究方向。

1 生土营建工艺的梳理与分类

我国对传统生土建筑的调查与研究自建国后就已经展开[8]，各种不同形式的生土建筑遍布我国各地，为相关的研究工作提供了大量的样本。生土材料不同于木材，在建筑中的受力与力的传递逻辑更加清晰明确，但由于传统建筑“土木共生”的营建传统，当下不少的生土建筑研究沿用了木构建筑的分类方式，以结构作为分类的依据。事实上，这种分类方法不可避免地在生土工艺的次级分类中产生出大量的重复内容，且有可能将材料研究二分简化为结构与表面，与古人真正的生土营建思路背道而驰。

根据相关的考古报告与既有研究成果[9-10]，作者将传统生土建筑中常见的营建技艺概括为夯土、生土砌块、生土抹面、覆土4 种类型。这4 种工艺体现了历史上人类对生土材料应用的完整过程，从对土体进行掏挖的直接利用，到根据实际的需求对生土进行简单物理改造的加工利用，再到木制工具加工技术进一步成熟之后的预制利用，满足了生土建筑的墙体、屋面、地面等各个建筑部位的实际施工需要。由于窑洞等覆土建筑对建造、形式以及场地地质条件要求的特殊性，不包含在本研究的范围内。当然，传统营建体系是一个全面且复杂的综合决策体系，工艺只是其中的一部分内容，但对生土这种具体材料的组织和使用来说，营建工艺则居于核心位置。以生土建筑为突破口，将传统营建工艺和现代建造方式联结起来，完善当代建筑建造知识体系，有利于建筑师从本土出发优化设计方法，并自觉地构建基于中国本土营建智慧且能够回应当下的时代需求的建构逻辑。

2 生土营建工艺的传承与演变

生土营建工艺伴随人类早期的营建活动而生，我国最早的生土营建遗存可以追溯到新石器时代早期[9]，之后历经商代到战国的发展，各种生土营建工艺逐渐定型[11]，其建造逻辑经历了直接利用、加工利用和预制利用3 个阶段。19 世纪后期，钢筋混凝土被广泛应用，传统生土营建工艺因其性能缺陷逐渐被替代，并走向低谷。种类繁多的现代生土营建工艺与传统的生土营建工艺表面上大相径庭，实则遵循了相同的建造逻辑，本质上都是以有限的资源条件通过材料组织形成空间的过程（图1）。理清传统生土工艺与现代生土工艺在建造逻辑上的对应关系，将成为本土营建知识体系与现代生土工艺研究间的对话基础。

图1 传统生土营建工艺发展脉络与当代的逻辑对应关系

2.1 夯土工艺

2.1.1 传统夯土工艺面临的问题

夯土指利用夯锤等工具，在模板的约束下将含有一定水分的土料逐层夯击密实的建造过程。夯土建筑在各项与生态节能相关的物理性能及居住舒适度上享有广泛美誉，且夯土工艺便于学习操作，但仍然不能忽视其存在的客观问题。从材料本身来看，生土材料存在受水侵蚀后快速破坏的问题，这在多雨地区尤其明显。调查显示，在我国南方湿润多雨地区，大量传统夯土墙体经过长年累月的风吹雨打，出现软化、蓬松、剥落、开裂、掏蚀凹进乃至坍塌的多种水蚀侵害问题[12]。此外，力学性能差也是生土材料的缺陷，主要表现在抗弯、抗剪、抗折强度低，抗震性能较差等方面，在各种使用夯土工艺建造的墙体中都有所体现（图2）。从设计角度看，不合理的构造设计也会突出生土材料的各种问题。受多种因素影响，大量使用传统夯土工艺建造的建筑逐渐消失在历史的长河中。

图2 夯土建筑立面裂缝和剥落

在进入工业化社会以后，人们对建材和营建工艺选择的空间进一步扩大。由上述材料和设计问题引发的社会性共识造成了人们对生土建筑的标签化认知，包括夯土在内的生土营建工艺逐渐成为一种“不得已”的选择。此外，夯土房屋的建造有着地方宗族或近邻乡亲互帮互助的传统，在农闲时大家相互帮助就可以完成夯筑墙体的主要工作，然而随着城市化进程的加速，乡村大量劳动力进城务工，传统夯土工艺需要的劳动力难以得到满足。相对来说，混凝土浇筑和砖块砌筑在劳动强度和劳动力数量需求较低，小型施工队短时间即可完成一处普通民宅的建造任务。加之工业化的建造模式与城市先进的建造方式直接挂钩，成为步入“现代生活”的标志，这种通过现代化程度对营建工艺进行高低评判的潜意识造成了夯土工艺的进一步衰落。

2.1.2 现代夯土工艺在各地的发展

20 世纪70 年代早期，随着人们对生态环境的愈加重视，针对夯土工艺的更新与改进的研究与实践大量开展，国外学者们对当时复杂的市场条件下夯土工艺的潜能进行评估，夯土工艺的价值被重新肯定，并在各大洲逐渐复兴。在美国西部的加利福尼亚、亚利桑那和新墨西哥等州，涌现出一批包括大卫·伊斯顿（David Easton）在内的夯土建筑专家，他们收到大量委托，在美国西部建造了一系列夯土建筑；在澳大利亚西部地区，现代夯土住宅的性能优势完美适应当地的气候条件，一经推出就迅速占领了当地20%的市场，成为当地居民在砖木结构建筑之外的最优选择；在欧洲，法国的格勒诺布尔国立高等建筑学院在政府的支持下成立CARTerre 研究中心，成功将产、学、研结合，在研究和教学的同时进行大量生土营建实践[13]，并通过培训课程将现代夯土工艺传播到非洲、亚洲、拉美等地，建造包括住宅、幼儿园、展览馆、活动中心在内的多种不同用途的建筑。

我国关于生土建筑的系统性研究始于20 世纪80 年代，现代夯土工艺也伴随着中外学界间的交流进入我国。目前，中国美术学院和北京建筑大学已加入联合国教科文组织“生土建筑、文化与可持续发展”教席。在CARTerre 的支持下，两所院校团队对现代夯土工艺展开项目实践并取得了一定成果（图3、4），推动了现代夯土工艺在我国的推广[14]。

图3 马岔村民活动中心

图4 洞桥镇文村美丽宜居示范村

2.1.3 夯土工艺流程的更新与改进

在建造环节中，和夯土直接相关的工艺流程可分解为6 个阶段：取土、醒土、运土、模板组装、夯土、干燥。其中，取土环节可以使用机械代替人力，效率较易提高；运土与取土环节在更新的路径上具有相似性，且由于生土材料往往就地取材，运输环节提效较简单；相较混凝土浇筑的拆模时间，夯土工艺可以更快拆模，进而使得施工的顺序和进度安排也更加灵活，在拆模后的养护上只要及时苫盖未完成的墙体，等待墙体自然干缩稳定即可；在最后的干燥环节中，由于夯土工艺中需要严格控制土料的含水量，因此干燥速度较快。

相对来说，模板的组装、拆卸环节，以及夯筑环节是夯土工艺中较为费时费力的环节，也正是因为这2 个环节对劳动力的需求，使得传统夯土工艺成为一种劳动力密集型的建造活动，目前对夯土工艺的改进与更新也集中在这2 个环节；另一方面，由于在大部分的设计中，夯土墙都作为建筑立面主要元素直接表达，因此对完成面的质量具有一定的要求。因此，建筑师和工匠借鉴传统夯土技术的经验，大胆使用钢木组合、纯钢及铝镁合金等新材料，采用新的模板加工技术，进一步提高模板制作、组装、拆卸，以及夯筑环节的效率，同时提升完成面效果。例如，ETH 实验室研发了将机械臂与模板结合的新型数控夯土机器，这种将模板极限缩小的尝试，大幅提升施工效率，同时获得即时反馈的表面效果控制能力，商用化潜力非常大；欧洲、澳洲、北美和亚洲的建筑师与工匠紧密结合当地相关规范与客观条件，各自发展出不同的模板体系（图5、6）；在夯筑环节，借助现代工具，使用空气压缩机与气动夯锤的组合，大大提高了夯筑的效率与质量。

图5 美国建筑师大卫·伊斯顿的夯土模板体系

图6 奥地利建筑师马丁·劳齐的夯土模板搭建现场

除了施工工具上的更新与改进，也有建筑师试图从工艺流程上为夯土工艺带来更大的变革。奥地利建筑师马丁·劳奇（Martin Rauch）在长期的实践中开发出一套预制夯土技术，将夯土工艺的主要营建流程从施工现场转移到了工厂车间（图7）。在工厂中，土料被机器自动分配到模具中，再被气动夯锤夯击至密实状态，节省了上料的时间，这点相比一般的夯土工艺在修建高度较高的夯土建筑时体现出更大的优势；在夯土墙体部件完成后，针对夯土墙体抗拉性能较弱的力学特点，马丁的团队研发了专门的悬挂系统，用以进行制成品的运输和吊装，该系统结合标准化的部件生产，进一步降低对现场工人的要求，也可将建造工作分配给多个施工方来共同操作，在提高生产效率的同时为夯土建筑的设计提供了更多的可能性；最后，在现场完成部件的拼接之后，填补好接缝即可保持墙体纹理的整体感。

图7 马丁·劳齐的生土工厂[12]

美国建筑师大卫·伊斯顿为了将生土建筑优势带入主流住宅市场，开发空压喷土工艺（PIS É），以提高夯土墙的建造速度[15]。该工艺基本原理与传统夯土工艺一致，都是将土料压缩至密实状态，在干燥之后形成坚固的墙体，但在空压喷土工艺中，土料是被喷枪中的高压空气压缩并传送到单面的模板上，通过层层堆叠的连续施工，不经抹面处理即可直接形成墙体（图8）。这种新的工艺体系简化了模板系统，将运输和压缩土料的工作交给空气压缩机，节省了劳动力的投入和搭建模板的时间成本。

图8 空压喷土作业现场

此外，一些建造项目的特殊需求催生出对工艺水准要求更高的夯土技术，如室内装饰项目中的装饰性薄壁夯土技术，该技术能够将300～400 mm 厚 的 夯 土 墙 压 缩 到60 mm 左右，在保持夯土工艺肌理和触感的同时，极大的减少墙体对室内空间的占用（图9）。

图9 施工中的装饰性薄壁夯土墙

2.2 生土砌块相关工艺

2.2.1 生土砌筑与制坯工艺

生土砌块的相关工艺分为砌块的制造和砌筑两个关键环节。生土砌块的制造指生产建造用砖，如传统工艺中土坯和土墼的制造工艺。生土砌筑工艺是指用生土材料制成的土坯和土墼等砌块来砌筑建筑与构筑物的营建工艺。相较于夯土工艺，土坯与土墼在砌筑时具有更大的灵活性。在城墙的建造中，砌块常常用于门洞等位置；在传统民居中，山墙的顶部三角区也常由生土砌块砌筑（图10）。

图10 梅州围龙屋山墙顶部三角区使用土坯砌筑

土坯与土墼的制坯工艺相似，都要经过土料加工、模具加工等步骤，主要区别在于如何在坯模内将土料加工成形。土墼俗称“干打坯”“杵打坯”，多见于我国北方少雨干旱地区，其工艺逻辑与夯土基本相同，但采用小型木框作模具，将潮湿土料夯击成砖形，干燥数周后，用于墙体砌筑；土坯也称“水脱坯”，多见于我国南方水资源相对丰富地区，其做法是将土料加水和成泥，挤压至木制模具，后去模成砖形，再经过数周的干燥，用于墙体砌筑。

制坯工艺是生土砌筑工艺的关键环节，目前各地使用的砌块和历史遗迹发现的砌块遗存尺寸大小不一，有的还在制作过程中加入竹筋、稻草、头发、木棍等添加物，以增强其抗弯抗剪能力。通过对世界各地生土砌块的观察和整理（表1），从自然要素、能力要素和人文要素3 个角度归纳影响要素[18]。①自然要素是首要影响要素，如在我国新疆等气候干燥的地区，生土砌块干燥速度较快，因而可以制造尺寸相对较大的砌块；又如在美国西部，靠近地震带地区的生土砌块尺寸相对较大，加州和亚利桑那州的生土砌块较新墨西哥州的尺寸更大。②能力要素是直接影响要素，如在一些考古遗址中，同一建筑的生土砌块往往是下大上小，最上方起拱用的砌块最小，这正是保证结构安全的合理需要。③人文要素是对工艺产生驱动力的关键要素，这种驱动力甚至在脱离其诞生土壤之后仍然具有强大的惯性，如美国纽约州在1830—1880 年间建造的很多生土建筑受加拿大多伦多的英格兰移民影响，沿袭了英格兰本土的土坯制作传统[15]。

2.2.2 生土砌块相关工艺的更新与改进

生土砌块的相关工艺分为砌块的制造和砌筑两个关键环节。目前，国际上生土砌块的制造研究呈现两大发展趋势：①以欧美为代表的发达国家，将标准化、高质量、高效率的建造作为目标，不断尝试拓展生土砌块的应用范围；②以非洲、南亚等地区为代表的发展中国家，将生土营建作为解决贫困人群居住问题的手段，以降低单位砌块造价、提升预制砌块便捷性为主要目标。两条发展路线都反映了不同社会群体在建造活动中的真实需求。

在以德国为代表的欧洲发达国家，标准化的生土砌块生产线已经日趋成熟，可以生产各种标准尺寸的轻、重生土砌块。通过添加各种工业黏合剂进行化学改性进一步增强其材料强度、耐久性是目前比较热门的研究方向，相关研究成果较多，对性能提升效果非常明显[2，4]。不能忽略的是，经过化学改性的土料相较于原始生土虽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经不能还田，从建筑的全生命周期角度考虑，改性土砌块的生态价值受到了一定程度的影响。

在以印度和布基纳法索为代表的发展中国家，如何便捷地利用施工场地的原材料，并在成本可控的条件下，生产能够用于建造的生土砌块是研究的主要方向。由印度政府牵头成立的奥罗维尔生土研究所(AVEI)不断推广压缩生土砌块（Compressed Stabilized Earth Block） 的 建 造 技术，本地企业Aureka 开发了Auram Press 系列可移动手动压砖机，其中较常用的如Auram Press 3000（图11、表2），该机器可生产4 个标准系列及特殊形状，共计75 种砌块。2022 年普利兹克奖的获得者凯雷（Diébédo Francis Kéré） 以“ 使用最可行的材料创建一座最大限度满足气候需求和人民需求的建筑”为目标[19]，在布基纳法索的村庄推广生土砌块的使用，相较于当地传统手工泥坯，凯雷推广的生土砌块具有标准化的尺寸和更好的质量。

表2 Auram Press 3000 主要性能参数

图11 Auram Press 3000 可移动手动压砖机

关于砌筑的关键环节工艺改进，主要针对加固构造措施和黏结剂2 个方向展开。①在加固构造措施方面，美国部分州和土耳其的建筑规范要求由生土砌块筑成的墙体必须使用垂直钢筋或多道圈梁等构造措施，这些规范在地震频发地区增强了建筑的安全性，但是也将生土砌块建筑的成本进一步推高。②在进入工业化社会之前，黏结剂的发展相对缓慢，但相比前述的加固措施，以灰浆为代表的黏结剂改进成本较低，性价比相对较高。只要灰浆的胶粉掺量、灰砂比等成分控制得当，在灰浆与生土砌块黏结良好的情况下，就可以提升灰浆抗压强度、通缝抗剪强度，达到增强和提升砌体强度的目的[20]。但德国卡塞尔大学赫尔诺特·明克教授（Gernot Minke）的团队发现，如果水泥、石灰等黏结剂比例控制不当不仅无法提高生土墙的强度，还会造成土料的黏性降低。

2.2.3 生土砌块的应用潜力

传统的砌筑工艺，无论是使用土坯、土墼或是后来的烧结砖，砌块作为一种预制建筑构件在脱模之后就已经定型，将其组织为建筑实体的工序往往依赖于现场工匠的手艺，即使是大小相似的生土砌块，在不同的工匠操作下也会因不同地区的“手风”或是个人的创意产生完全不同的表现效果。在现代工业快速发展的背景下，由机械批量生产生土砌块已经相对成熟，同时，借助智能化的砌筑机械可以精准实现建筑师的设计意图，建造出形式多样的砌体结构。由于生土砌块的生产工业化和砌筑智能化水平较易得到提高，将机械批量生产生土砌块与智能化的砌筑机械组合使用，可充分发挥生土砌块作为绿色建材的环保价值，发展潜力不容小觑（图12）。

图12 机械臂建造的土坯墙

2.3 生土抹面工艺

2.3.1 草泥抹面与石灰抹面工艺

草泥抹面作为生土抹面的早期形式发端甚早，在世界各地早期人类活动的遗址中常有发现。草泥抹面作为一种对木材、生土材料等建筑材料的保护措施，兼具表面修饰与结构加固、防水、防蛀等作用。在我国，草泥抹面与竹木加工工艺组合形成的木骨泥墙是建筑从地下向半地下、地上发展的关键工艺，后来还发展出垛泥技术，在部分农村地区至今仍然使用这种技术修建院墙和牲畜棚。然而，早期草泥抹面的防水防潮能力有限，风干结块后容易拍打碎落，因此在仰韶文化时期遗址居住面就出现了火烤的痕迹，火烤处理使得草泥抹面的性能得到了较大提升，但严格来说这种处理方式属于改性处理。随着时代的发展，抹面工艺越来越精细，出现了多层抹面的工艺方法，工匠需要控制好每层抹面的收缩变化，防止不均匀收缩导致的表面裂纹。这种工艺对工匠的操作水平和艺术修养要求较高，生土抹面由一种功能性的工艺产生出更多艺术审美的价值。

另一方面，石灰烧制技术的出现对生土抹面工艺产生一定影响。仰韶文化晚期的鲍家堂村H22 遗址居住面上有一层白色石灰面层；在之后的龙山文化时期，石灰抹面技术得到了进一步的发展并得到广泛应用，在墙裙上抹灰的工艺做法大大增强了生土材料的适应性与结构性能。

2.3.2 生土抹面在当代的发展

生土抹面在诞生之初是具有非常明确的功能性用途的工艺种类，虽然在实际发展的过程中经历了较长时间的停滞，但是其拥有细腻的质地和天然无污染的材料优势，现在已经逐渐发展成为一种高级装饰材料。由于不同泥土产出地的矿物质含量不同，因此土料存在天然的色彩差异，常见的有红土、黄土、青土、棕土、紫土、黑土等抹面种类，不同颜色的土料混合使用为生土抹面带来了更多艺术创作的空间（图13）。

图13 生土抹面样板

相较于其他生土营建工艺，生土抹面工艺直到现在仍需依赖工匠的个人经验和手艺，机械化程度较低。这一方面保证了生土抹面工艺的原创性，另一方面在人工成本不断升高的当下，部分较高工艺水平的生土抹面成为一种昂贵的奢侈品，与人们对生土工艺的刻板印象大相径庭。在日本和美国，成熟的生土抹面工艺常常用于私人住宅或酒店装饰，成本以平米计价。工匠对多层抹面工艺的土料配方、黏合剂、固化剂往往都有自己的独家配方和操作心得，如有的工匠将仙人掌汁作为面层添加剂，避免了水密封剂和丙烯酸封剂等工业添加剂时常脱落的问题；有的工匠将牛奶、酸奶油等加工过滤后提取酪蛋白作为防水层，使得面层光滑且加深了原来的土料色泽；有的工匠将白色高岭土和少量矿石加入土料中，制造新奇的艺术效果；还有工匠将黑麦面粉糊作为黏合剂使用，加强材料间的黏结作用。

这些较高工艺水平的生土抹面技术近几年也被引进国内。值得一提的是，部分工艺传承人出于公益目的，向我国工匠和村民展示相关工艺手法，例如，日本生土抹面大师铃木晋作在会宁县马岔村为村民示范生土抹面的基本操作流程，并亲自现场制作示范墙，以期改变生土材料被误解和低估的现状。实际上，生土营建工艺在农村地区具有较好的传承根基，如果能够充分挖掘并加以适当的外部引导，完全具备条件成为村民创收的新路径，进而让生土营建工艺的传承产生内生性的推动力。

在新技术研发方面，一种基于无人机的新型喷涂工艺目前已经处于1 ∶1 的模型测试阶段（图14）。这项实验由一个多学科团队组织进行，通过安装着喷头和软管的无人机，将黏土、砂子和纤维混合成的“生土砂浆”倾倒或喷洒在由竹竿和纤维制品组成的拱形结构上。这项技术旨在减少生土建造中重型机械的使用，降低脚手架搭建对人力的需求，同时节省了建造时间[21]。

图14 无人机正在喷涂生土砂浆[22]

2.4 其他新兴生土营建工艺

近年来，新兴的数字技术在生土营建活动中赋予建筑师更多操作空间。自现代建筑发端以来，建筑建造工艺伴随工业流程的分工呈现分解的趋势，建筑师扮演的角色有边缘化的趋势。数字化工艺将片段化的建造过程重新聚合为整体，有利于建筑师参与建筑从设计到建造的整个流程。其工艺流程可归纳为设计、制造（加工）、数字重建、分析等4 个主要环节，根据实际使用需求不同调整工序，实现了建筑师对整个建造活动的精准控制（图15）。使用生土材料的增材制造（AM）的环境影响远低于以混凝土为代表的其他工业产品，在循环使用等方面具有明显的优势[23]。3D 打印（3DP）生土工艺扩大了利用本地天然材料建造可持续建筑的选择范围，甚至作为人类移民外星的备选建造方案而被提出和讨论（图16）。在3DP 生土工艺中，机械臂的电力消耗成为了主要的能耗来源，可以预见在能源结构更加可持续的未来，这一营建工艺的潜能还将大幅度提升（表3）。

表3 几种生土建造技术的对比

图15 3DP 生土工艺流程与技术支撑

图16 3DP 工艺建造的“火星山丘阿尔法”

除了发源自传统的几种生土营建工艺，在20 世纪末还产生了一些新的工艺方法。例如，伊朗建筑师纳德·哈利利（Nader Khalili）基于袋装泥土、轮胎泥土等工艺，创造了新的生土营建体系Superadobe，并成为最早参与美国航空航天局（NASA）月球和火星基地建设计划的建筑师之一。这些工艺本质上是将生土作为填充物，通过人工快速搭建提供遮蔽的构造物，常用于建造低收入住宅和灾区的临时建筑。

3 新工艺的应用机理与发展瓶颈

3.1 新工艺的应用机理

从表面上看，以上诸多生土营建工艺进步的主要来源与工业化的生产体系密不可分，因此会造成一种错误认知，认为现代生土营建工艺和传统工艺之间的区别仅仅在于生产工具的进步与革新，工具的进步带来之后的一系列变化，包括形式的拓展、审美的感知、高效的建造等，然而，这种观点实际上是非常片面的。在各种新工艺流程中，往往第一步就是明确生土材料的来源和组成，如若不明晰生土材料的性能参数，就不能应用于工程设计。

现代生土营建工艺中以土壤级配原理为代表的应用机理研究[24]，真正对新工艺产生了底层推动作用，是现代生土营建工艺区别于传统工艺的根本性进步。现代材料学对生土的科学研究表明：土壤中土粒和水分的物理与表面性质是决定生土可以作为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组成，不同粒径的土粒，在水分物理性质与表面性质上存在着巨大差异。不同大小的土粒之所以能够聚合在一起，作为材料用于房屋建造，黏粒遇水产生的黏结力是其中的关键。在黏粒的作用下，大颗粒间的缝隙被小颗粒填充，小颗粒间的缝隙被更小的颗粒填充，这种稳定的堆积关系被称为阿波罗堆积模型（图17）。为了使材料形成稳定的微观结构，需要调节不同粒径的土壤颗粒数量，减少空隙率，增大黏粒数量的配比原则，就是土壤级配原理。各种新营建工艺会根据自身的设计目标和土料组成的科学分析结果，调整土、砂、石和水分的比例，以此控制土墙质量和最终的表面效果。

图17 阿波罗堆积模型示意图

土壤级配原理的提出与应用并不意味着现代新型的生土营建工艺能够完全剥离传统匠人的营建经验。对于建构逻辑的承继与发展，传统工匠在工艺美学、节点设计、技艺运用等方面均对当今中国建筑界具有启发意义。

3.2 新工艺的发展瓶颈

生土营建工艺从传统走向现代的过程，不仅仅是通过工业化的生产措施将施工效率极大提升的过程，更是体系化的提升过程。目前，在整个营建工艺体系中仍然存在着诸多亟待提升的环节，当生土营建各个相关环节的发展都满足实践的需求时，其潜能才能得以全面施展。

（1）行业标准体系亟需建立。相关标准及规范的制定有利于生土营建工艺的推广与发展，这已经在世界各地生土营造实践的从业者中形成共识[26]。近几十年来，世界各地陆续出台一系列生土营建标准、规范和导则，目前标准化的生土建筑产品产量正已稳定的速度增长，在德国等发达国家这一数据的年增长率稳定在两位数[27]，逐步形成良性循环的发展态势；然而我国生土营建的标准化领域仍然存在较大空白，国内相关产业的从业者对制定针对生土建筑的规范与标准的呼声不绝于耳，亟需建立相关标准体系。

（2）环境性能优势难以量化。生土建筑优越的环境性能一直以来都是其备受推崇的原因之一，已有的大量实验显示其在热湿调节方面相较其他工业建材具有突出的优势[28]，甚至能够有效改善室内空气质量[29]。这些优势降低了生土建筑内暖通等耗能设备的使用频率和时间，实现了节能减排的目的，但是，目前缺少可以具体计算和模拟生土建筑与环境互动的过程的动态模拟工具，这种难以量化的性能优势在实践中很难被理解和接受，相关的模拟和计算工具仍然有待开发。

（3）土料改性技术有待探索。传统生土建筑在耐候性上的缺陷是其在工业化浪潮中被逐渐抛弃的原因之一，因此，针对耐候性提升的土料改性研究是当下生土建筑研究的热点方向之一。然而，目前的土料改性研究对具体的营建工艺影响并不大，反而一些化工添加剂会对生土建筑的生态循环利用造成负面影响，这也再次提示了我们对“生土”概念进行严格定义的必要性。使用新的生物合成添加剂来减少或消除负面环境影响是一个极具潜力的研究方向，如使用瓜尔胶和黄原胶取代传统的水硬性黏合剂的探索研究，目前已经取得一定进展[30]。

4 结语

生土营建工艺在我国建筑历史中具有不可替代的地位，在经历相当长一段时间的贬抑与沉寂之后，其发展已经从“土木共生”的传统模式向着多元共生的、新的开放式发展模式转变。各种新工艺在试图解决传统生土营建工艺在墙体耐久性、设计自由度、施工精度等问题上的短板的同时，不约而同地应用了新的工艺机理，降低了工艺的劳动力密集程度，提高了施工效率，并进一步突出了生土材料的生态优势。

与此同时，我们不能割裂地看待现代的生土营建工艺与传统的本土营建工艺，二者在建造逻辑上的内在联系，为我们在新的技术条件下吸收传统工艺中的有益经验创造了基础，也有利于延续本土工艺中的文化记忆，进一步发展传统工匠精神。

综上，我们既不能轻视传统的营建经验，也要随着社会和技术的发展与时俱进，不断提高对生土营建工艺以及生土建筑的认知。当下社会发展已经进入“生态文明”建设阶段，我们应当解放思想，在生土建筑研究和评价的思路上，不必执迷于传统观点而一味强调其物美价廉、冬暖夏凉的特点，更要突出其在新时代、新背景下创造生态价值的“造血能力”，充分挖掘在配合其他设备（如太阳能设备等）进行大规模实施后带来的地区生态交易的潜力，进而通过“开源”的方式进一步提高各地人民的生活福祉，这将会成为生土建筑未来发展的重要研究方向。

（感谢土上设计Onearth Architecture提供图3、9、12、16。）