生土建筑建造的分类及当代演进

摘 要：生土建筑具有能耗低、绿色环保等优点，但因为与工业化背景相背离而逐渐衰败。随着人们越来越关注传统历史文化与可持续发展，生土建筑自身潜在的巨大价值得以体现。对生土的基本概念及类型范围进行整理，同时列举生土建筑的特点并进行分类，了解生土用材的优缺点和建造技术，总结生土技术及规范标准所遇到的瓶颈，推敲生土建筑建造的当代演进，指出生土建筑的发展趋势，期望为未来的生土实践应用提供助力。

关键词：生土建筑；历史文化；可持续发展

生土作为建造材料已经拥有了悠久的营建传统，在我国，其应用至少可以追溯到8 000年前的新石器时代。在工业化建筑时代的发展中，效率较低的传统手工建造生土民居逐渐被砖混等建筑形式取代，建筑能耗也随之飞速上升。在这一时期，生土被认为是“边缘材料”。随着建造技术的发展及生态环境问题日益突出，潜能巨大的生土材料逐渐得到建筑师的重视。近年来，围绕生土民居、生土材料、抗震性能、传统民居，探讨怎样将传统的营造工艺与当代营造方式有效结合，解决生土建筑材料与当代社会高科技技术之间的矛盾，成为生土建筑营造的新研究热点。

一、生土的概念及范畴

生土指的是地表下面没有经过耕种的原状土壤。生土的土质一般比较坚实，植物的根系难以扎进土壤，加上土壤内部的有机物含量与微生物活跃度都非常低，农作物的种植与成长较为困难。在新石器时代，生土就被广泛用作建造材料，其传统形式有夯土、泥砖、屋面覆土、土坯等[1]。

生土建筑指的是运用生土建造的房屋以及构筑物。夏商时期的茅茨土阶，春秋战国时期的高台建筑，明清时期的紫禁城等建筑物，都体现出生土作为建材的运用。我国的生土建筑包括大量存在的窑洞[2]、世界瞩目的大型生土民居建筑福建土楼等。

二、生土建筑的特点及分类

生土建筑具有保温隔热、就地取材便捷、造价低廉、可降解再生等优点。在生土建筑中，良好的热工性能是其突出特点，夯土墙体不仅作为室内外结构、围护及分隔的构件，也是热工性能调节的关键构件。夯土墙以自身的保温隔热、吸湿等特点，减缓室内温度的变化，合理调节空气湿度，使室内环境更加舒适，最大程度控制能源消耗。我国黄河以北的半干旱地区分布较多的夯土建筑[3]，正是利用了生土良好的保温特点。从建造初期从大自然中挖掘原材料、进行加工制造与运输，并进行场地的选择规划以及建筑设计，到施工及使用维护期，再到拆除处置期，对拆除之后建筑废弃材料的处置，生土建筑都符合可持续建筑设计的要求，与节能发展建筑理念相契合。同时，针对夯土墙体的建造，通常情况下地基土的土方量足够使用。而当墙体废弃时，生土建筑的材料可以回归土地，真正实现“土生土长”。然而，传统生土建筑在防水耐腐蚀、耐久性、承重力学等方面较为薄弱，同时由于材料强度具有一定的局限，运用夯土工艺的建筑层数通常较低。

根据不同的材料、结构及工艺，可将生土建筑划分为土坯及夯土建筑、窑洞。我国现存的生土建筑中，最具有代表性的是位于陕西、河南、甘肃等地区的生土窑洞。其因多种优势深受黄土高原地区人民的喜爱，至今仍在许多地区大量沿用。尽管因为不同地区之间人文环境的差异，窑洞在选址、布局结构、装饰等方面存在不同，但不论是靠崖式、下沉式还是独立式窑洞，都为生土建筑研究提供了宝贵的资料。例如，在城市规划设计大师任震英的倡导下，中国建筑学会窑洞及生土建筑分会在1980年成立[4]。紧随其后，关于其的第一次学术研讨会在延安举办，从此我国开始系统化研究生土建筑。

夯土指的是运用夯锤打击工具，通过模板的控制，将含有一定比例水分的土料层层夯实的建造过程。孟子所提到的“版筑”就是现在所说的夯土技术。夯土技术在我国古代运用十分广泛，在建筑建造的多个部位都可以采用。在传统的夯筑技术中，工匠们多采用小段木模板，运用传统木石夯锤，通过模板的重复使用完成夯土建筑。根据模板材料、组成的不同，传统夯土模板分为板式、椽式两种。板式模板常用于我国南方，又被称为打墙板，福建土楼就是采用这种模板建造的；椽式模板常用于我国北方，亦被称为杆筑法，山西平遥的城墙即采用此种模板筑造而成。

生土砌块是生土建筑的另一种建造形式。生土砌块又被称为土坯，通常情况下将生土制作成砖，这种砖不用煅烧，可直接砌筑成墙体。生土砌块主要用于两种结构形式：一是承重结构，二是作为木架结构的辅助材料。因为不同地区的土质情况不同，制作土坯所用的原料也各不相同，比如会加入植物纤维物、生石灰等材料。如果土体较为潮湿，黏粒比较少，砂粒较多时，生土砌块的成型工艺可选择静力压实成型；如果黏粒含量高，土体容易成块，则需要将生土放入水中溶解后与砂粒按比例混合，以便将黏粒含量进行稀释，最后采用夯实成型工艺。1949年后，我国土坯建筑开始使用机械来压制砌块，这是因为当时我国农村需要低成本建设房屋，我国研究人员设计出小型人力压砖机来完成土坯砖的压制。此外，还建议使用稻草等纤维来改善材料的原本性能。在砌筑墙体时，砖块之间需要用泥浆进行黏合，使墙体更加牢固。

三、生土建筑建造的当代演进

当代生土建筑建造的发展与先进技术密切相关，从表面来看，人们可能产生错误的认知，认为当代生土建造工艺与传统建造工艺之间的区别仅仅是生产工具的创新与进步。在当代生土建造工艺流程中，第一步就是要明确生土材料的性能参数。当代生土建造工艺区别于传统建造工艺的根本进步，是以土壤级配原理为代表的应用机理研究的进步。生土作为建筑材料使用的关键点是土粒与水分的物理与表面性质。土壤级配原理要求将不同粒径的土壤颗粒数量进行调节，降低空隙率，增大黏粒数量，以便使材料形成较为稳定的微观结构。土壤级配原理的运用，并不是使当代的生土建造工艺与传统工匠的建造经验相背离。传统建造技艺、节点设计等，对当代中国建筑发展仍具有重要的启发意义。

针对不同地区生土土壤的构造与性质，在生土里面加入细砂、石子等一定量的混合物，再通过控制一定的水分，运用气动或电动夯锤来进行强力夯击，使经过干燥后的材料接近于黏土砖的强度。18世纪欧洲产生了人力压制土坯技术。1940年之后，生土建筑现代化的探索开始进行，发起人是埃及建筑师哈桑·法赛。在过后的几十年中，研究人员在生土材料中加入了水泥、熟石灰等，这种经过改造的材料被称为“改性生土材料”[5]，为之后生土建筑的发展奠定了基础[6]。与此同时出现了小型的机械压砖机，融入了现代机械化手段，提高了土坯的质量和制作效率，制成的砌块被统称为“压制改性生土砌块”[7]。获得普利兹克奖的迪埃贝多·弗朗西斯·凯雷设计的莱奥医生之家、甘多小学，都采用了这种生土技术[8]。

西方当代夯土常采用混凝土铝镁合金模板体系，虽然操作简单灵活，但是存在价格昂贵的缺点。此外，在室内装饰设计项目方面，产生了装饰性薄壁夯土技术，这种技术能将较厚的夯土墙压到60 mm左右，不仅能减少对空间的占用，而且能较好地保持夯土工艺的肌理与触感。我国有传统的板式和椽式夯土模板[9]，但此模板承受不了气动和电动夯锤所带来的力度。我国穆钧教授结合农村地区现状，选择使用竹胶板、螺杆等较为常见的材料，设计形成一套全新的模板体系，“T”“L”“I”型的墙体可通过该模板体系直接夯筑而成，并将建筑转角和“T”型结合等较为薄弱环节进行结构强度的加固。经过该模板体系建造的房屋完全能达到我国的抗震设防目标。

砌块的制造和砌筑是生土砌块工艺中较为关键的步骤，土坯和土墼制造工艺来源于砌块的制造，主要是为了制造使用的砖块。生土砌筑工艺指的是用生土砌块砌筑建筑物的建造工艺。土坯和土墼制造工艺相较于夯土工艺在修筑时更为灵巧。当代生土砌筑主要从加固构造和黏结剂环节来进行改进。美国和土耳其要求在墙体内使用垂直钢筋或者多道圈梁来对构造进行加固。我国在生土墙体与各部分构件间采用的方法有三种：一是构造柱与墙体连接点位置用钢筋或荆条来构造，二是在墙体内部1 000 mm位置筑入钢筋或荆条进行加固，三是在夯土墙体内部和垂直方向用竹子、钢丝网等不同类型材料进行加强。此外，使用穿斗木架结构，能较大程度增强木架承重型生土建筑的横面抗震程度。为了提升砌体强度，可提高灰浆抗压度与通缝抗剪强度，但前提是需要将灰浆里的胶粉量与灰砂量的配比控制在合适范围内。

与其他建造工艺相比较，生土建造工艺目前仍需要工匠的经验和工艺，机械化水平比较低，保证了此工艺是经过工匠仔细思考创作而产生的。而且在人工成本攀升的情况下，一些生土抹面使用的工艺要求比较高，逐渐难以普及化使用。如在部分酒店装饰设计方面需要采用娴熟的抹面工艺，一些工匠为了避免使用化学添加剂造成面层的脱落，使用面层添加剂时选择了仙人掌汁；为了加深土料颜色与光泽，使生土抹面层更为光滑，采取牛、羊奶中的主要蛋白质——酪蛋白作为防水层；为了制造独特的面层艺术效果，在土料中加入白色高岭土与矿石的混合物；为了加强材料之间的黏结度，采用黑麦糊作为黏合剂。

此外，3D打印扩展了使用生土等自然材料所建的建筑的范围，甚至被设想应用于人类移居外星时的建造方案中。在此项工艺中，电力消耗是主体能耗。在采用可持续发展能源结构的未来，生土3D打印工艺仍具有巨大的提升空间。大卫·伊斯顿发明空压喷土工艺，此工艺通过高压气体喷射压缩土料到模板上，并经过不用处理的自动堆叠直接形成墙体。这种工艺减少了大量的劳动力，节省了搭建模板的大量时间。西方国家的研发室发明了数控夯土机器，巧妙地将机械臂与模板机进行结合，极大缩短了施工时间。

四、生土建造技术的发展展望

在国家倡导的乡村振兴和绿色建筑背景下，关于生土建筑的文化传承遇到了严重的挑战。生土建筑与建造技术怎样实现传承，古老的生土建筑怎样在保护传承基础上进行新的更新创造，满足本地人民需求并实现民族文化的传承，都是值得人们深思的问题。随着近几年许多专业开始积极探索本专业的传统文化底蕴，各领域专家学者开始积极开展对传统生土建筑的研究。经历过一代又一代工匠们的更新尝试，生土建筑形成了成熟化的建造体系，借鉴参考的安全系数比较高。

为了当下生土建筑的更新创造，我们更应该寻找传统优秀的建造案例，系统化借鉴里面成熟的技术方法。生土建筑进行创新设计方法的关键点是，将不同生土建筑的优点进行结合，形成较好的协作系统。未来需要分析传统地域建筑，在传承发扬传统生土建筑的特色基础上，增添当代建筑的现代感。

未来生土建筑对夯筑工艺、夯筑材料等会有新的要求，并希望通过更新设计提升生土建筑的防震抗灾性。针对夯筑材料的优化与改良，西方常用配制复合料作为夯土材料，我国常用本地生土作为夯土材料。如果想在我国的生土建筑中使用国外的技术，则需要进行改进实践。生土建筑的发展趋势是突出建筑美学，在美术馆、民宿等不同空间中，生土材料完全能满足其形式与空间需求。

生土建筑想要持续生存与发展，就必须从分散落后的手工业生产转换为以现代技术为基础的大工业生产。为提升生土建筑的质量及建设效率，需要用工业化的建造模式来对当代的生土建造体系进行重构。因为使用生土砌块能克服传统土坯建筑的缺陷，所以可以推动将压制土砖转变为规模化的预制砌块在农村地区使用，这样既能改善环境，有利于实现“双碳”目标，又能振兴地域文化。总的来说，农村地区的生土建筑建造工艺是经过工匠代代相传的。对此项工艺的挖掘和引领指导，能为当地村民增加收入，从而让其具有内生动力。

五、结语

本文对生土建筑进行分类并总结其特点，在尊重生土自然材料属性的基础上，运用当代的设计理念与先进技术来延伸生土创作手法，为生土建筑建造技术的未来发展拓展空间，希望能结合当代建筑功能发展形势，建造出符合当代地域文化的生土建筑。同时呼吁更多的专家学者关注生土建筑，以此来推广生土建筑，在满足当代生活需求的同时，传承发扬我国的传统生土建筑建造智慧与文化。

参考文献：

[1]张敏.最坏的土房子，最好的土房子[J].精神文明导刊，2017（6）：44-46.

[2]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.

[3]王洋.沂蒙山区传统村落规划与生土建筑的可持续性发展研究[D].西安：长安大学，2015.

[4]贾萌.现代生土砖砌体热工性能与建筑节能研究[D].西安：西安建筑科技大学，2018.

[5]史何泉，葛佳鑫，杨柳，等.工业化背景下生土砌块建筑的现代演进[J].世界建筑，2023（6）：103-108.

[6]刘芳.掺入石子、砂子、水泥的改性生土材料抗压试验研究[D].西安：长安大学，2017.

[7]林挺，张雯.粘土“混凝土”：生土材料与夯土建造[J].建筑技艺，2013（3）：238-242.

[8]郑超.现代夯土技术在西北地区农宅建造中的应用研究[D].西安：西安建筑科技大学，2016.

[9]张炜，张琰.村庄生土住宅设计施工技术集成[J].城市建设理论研究（电子版），2014（30）：2 419.

作者简介：

韩笑，郑州工业应用技术学院艺术设计学院教师。研究方向：环境设计。