以竹屋为例谈竹材创新应用对中国建筑设计启发

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  摘要:竹,是自然界重要的森林资源之一,我国是世界上竹林资源最为丰富的国家。竹造型优美、独特,具有极强的观赏价值。竹文化一直伴随着中国的传统文化,流传至今。
  然而由于设计师们的墨守成规,竹材的利用手法一直滞留在旧有的基础之上,未能充分发挥出其应有的价值。本文以日本建筑大师隈研吾先生的代表作——竹屋为研究对象,分析在设计和建造过程中,隈研吾先生的设计构思及对竹材创新性的利用手法,探讨传统竹材在现在建筑中的新应用。
  关键词:竹材,隈研吾,竹屋,创新技术
  中图分类号:S795文献标识码: A
  
  第一章、中国竹材料应用概述
  随着时代的进步,人们为了保持经济的高速发展,不惜以环境为代价,这些打破生态系统平衡的行径也让人们体会到来自大自然的报复。特别是森林资源的破坏让我们深刻体会到保护资源的重要性。如今我们除了提升对森林资源的保护意识以外,还应充分做足准备,寻找合理的替代资源,竹资源就是很好的替代资源,它抗压性强,同时具有质量轻、坚韧不易折断、分布广泛、资源基数大等特点。有效而合理的开发利用竹资源可以很好地缓解其他木材资源的压力,从而保护地球上的森林资源。
  世界各地都存在培育、利用竹材的经历。与中国不同,西方国家的设计师更多为竹材的可再生性所吸引,他们的建筑作品更多具备生态属性。中国种植和利用竹材料的历史十分悠久,最早可追溯到7000多年前,如此长久的文化积淀为竹材在现代的创造性使用奠定了扎实的基础。正因为竹文化的影响,中国的竹建筑较国外有较大差异,它们更应注重表达文化属性,讲究从文化和情感的角度出发,这些都与中国人从古至今对于竹深厚的情感密切相关。
  1.1我国竹资源现状
  我国竹资源丰富,总量约占全世界的1/3。这样优渥的资源与我国的地理位置、气候条件、土壤类型有着紧密联系。中国地域辽阔,气候、地形、土壤等条件复杂多变,这样使竹类的分布带有明显的地域性特征。
  《中国植被》一书根据竹的生长环境的差异,将我国竹类划分为四个大区,即华中,亚热带散生竹林区;华中,亚热带混生竹林区;南方,热带——亚热带丛生竹林区;琼、滇,热带攀援竹林区。[1]
  1.2竹材的物理性质
  竹材料之所以能够成为很好的木材替代资源,与其优良的物理性质分不开。竹材为多孔性物质,且内部中空,平均密度约为0.6g/cm³,密度小,相同体积下较其他木材更轻巧。独特的多孔结构使其具有一定的吸水性,但含水量的变化会使竹材产生干缩或湿胀,甚至出现开裂变形。竹材具备良好的力学性能,抗压强度、抗拉强度大、弹性强、韧性好。抗拉强度是一般木材的2倍,而抗压强度较一般木材高出10%左右。这样的力学性质使其受外力时不易断裂。竹材导热系数低,保温性能好,是热的不良导体。冬暖夏凉,人们夏季选择用竹编制竹席以求达到降暑的目的。在北方,冬季供暖的情况下,屋内铺设的竹地板具有很好的保温性能,即使屋外寒风凌冽,屋内依旧如暖春一般。竹材的特殊结构使在声波作用下,一部分声波被竹本身吸收,一部分被反射,透声性较低,可以很好的阻隔声音,是很好的建筑墙体材料。[2]
  1.3竹材的优势及劣势
  任何事物都有其长处和短处,竹材料也不例外。
  竹材料的优势概况有以下几点:
  ⑴生长繁殖速度快,分布广,易于获得,且再生性强,对生长环境适应性较强。
  ⑵密度小,质量轻,易栽易活,种植、运输成本较低。
  ⑶物理性质较良好,具备良好的抗压、抗拉性和弹性,可利用价值高,导热系数低,保温性好,同时具备阻隔声波的功能。
  ⑷在我国,竹文化历史悠久,具有很强的民族性、文化性,合理的设计可以使使用者产生共鸣。
  竹材料的劣势概况有以下几点:
  ⑴竹材料受吸水性影响较大,其含水量的变化直接导致材料干缩或湿胀变形。
  ⑵植物材质本身易发生虫蛀、霉变等现象。
  ⑶竹节的结构可能在某些设计中影响美观。
  充分了解竹材料的优势劣势,结合科学的技术,针对性解决所存在的问题,扬长避短,才能使其价值最大化。
  1.4中国竹文化概述
  竹对于中国人来说有着独特的情感。古人云:“宁可食无肉,不可居无竹”。竹仿佛是高雅的另一个名字,更以其静谧而挺拔的形象,深深打动了古代的文人墨客,它与梅、兰、菊并称为“四君子”,常常被作为创作素材运用于书画、文学创作、工艺品制作、诗歌创作等领域。古代诗人大多喜爱竹的坚忍不拔,以其中空外直的形象来形容君子高风亮节的节操。从环境角度来看,竹具有典型的东方禅韵,很多著名的寺庙都会种植成片的竹林来烘托寺院宁静祥和的氛围。
  除此之外,竹还被广泛运用于日常生活中,总体概况来看主要被用于制造生产生活类制品、水利类制品、建筑业制品、交通业制品、战争或狩猎类制品、及医药类制品,可以说竹为中国的文化发展与传承做出了巨大的贡献。
  在我国广大的竹区,用竹作为建筑材料的建筑十分普遍,主要只有竹屋、竹楼、竹台、竹亭、竹桥、竹廊等。特别是我国的一些少数民族,更是用竹制造他们的家园,其中以傣族的竹楼最为有名。这种竹楼造型独特,通风良好,冬暖夏凉,形式美观,小巧而别致,坐落于群山之中,与环境完美的融合,是我国利用竹材进行建筑设计建造的经典。然而随着时代的发展,传统的建筑手法和形式使竹材料的使用一直停滞不前,竹材建筑急需借助现代的手法来进行再创造,使其符合现代建筑的需求,获得更广泛的使用。
  
  第二章、隈研吾竹屋案例分析
  随着建筑业的蓬勃发展,越来越多独具匠心的设计师开始意识到竹材料这种资源的可创造性,并且投身于研究竹材料的事业中。他们充分了解竹材料的各种特性,结合现有的高新技术,深度挖掘竹材料的其他潜在价值,将其运用到现代建筑设计中。日本建筑大师隈研吾先生就是众多致力于竹材料创新使用研究的设计师之一,他的代表作品《长城下的公社——竹屋》为我们诠释了一个现代设计大师对于竹最深刻的解读。
  2.1隈研吾及其设计理念概述
  隈研吾,日本著名建筑师,1954年出生于日本神奈川县辖区,毕业于东京大学,后赴纽约哥伦毕业大学进修学习。1990年创办自己的建筑设计工作室,经过多年努力,享誉国际,他一直致力于将建筑与环境结合,力求拉近自然与建筑的关系,模糊建筑与自然的界限,达到相互的沟通,从而使建筑消隐于自然。
  除此之外,他还热衷于研究各种自然的建筑材料,结合新型材料和技术,将其应用到自己的建筑作品中。隈研吾在他的《自然的建筑》一书中提到,他对竹有着特殊情感,这种情感源于儿时生活过的一片竹林,那里曾是他快乐的游乐场,为他童年留下了美好的记忆。他认为,竹林的美感来源于其纤细而坚韧的的特点,温柔而坚强,充满矛盾却又那么的和谐。竹子扎根于地下,盘根错节,她的美与大地的坚强融为一体。
  2.2竹屋设计思想分析
  长城下的竹屋位于北京市八达岭高速路水关长城出口。外立面有巨大落地玻璃和纤纤细竹构成,日出日落,日光从不同角度摄入室内,形成不同的光影景观,透过竹缝隐约可见长城的烽火台,极富禅意。
  使用竹材作为建筑材料的灵感来自于中国建筑活动中常见的竹脚手架。隈研吾先生说过:“当我看到用竹脚手架建造的超高层建筑时,觉得没有比它更美的工地了。”“如果建造一个像竹脚手架一样柔软、松散而又极纤细的建筑,相信城市会变得更有魅力。”
  竹屋的设计有两个需要着重考虑的重点,一是与土地结合,二是场所精度的调节。长城附近属丘陵地带,没有平坦的土地,按照一般开发的流程,开发商多会选择平整土地,然后在平地基础上建造建筑。隈研吾先生认为,平整后的地块将失去其地形难得的闪光点,所以在方案的初期他就决定建筑底部使用曲线尽量配合起伏的地势。而隈研吾先生一直崇尚的建筑与环境融合的思想也在这一点上得到了充分的体现。就与土地结合而言,在勘测基地周边环境后,隈研吾坚持保留坡地凹凸不平的地面,将分段的细長平面依地面高低放置于地面上,形成一个连绵的完整体,这样建筑就不再是独立存在的个体,而是完全配合环境而产生的产物。这样的手法也与依山而建的万里长城呼应,是中国古人极具现实性、对环境伤害最小的建造方法在现代的再现。
  隈研吾认为不同的环境有着属于自己的精度,例如充满野趣的山林和人为建造的混凝土建筑就有着不同的场所精度。长城周围那种天然的环境,粗犷而富有魅力,因建筑破坏将十分可惜,如果以周边环境的精度为基准,建造一个符合这样粗犷氛围的建筑,就可以将破坏降到最低,达成两者的统一。这样的考虑更坚定了隈研吾使用竹脚手架的想法。竹节一直被认为是作为建筑装饰材料的遗憾,然而在这样一个粗犷的大环境下,大尺度彻底掩盖了小尺度细节上的遗憾。反而为建筑本身增添独有的魅力。
  2.3设计难点及解决手法分析
  要设计一个主要由竹材作为建筑材料的建筑首先要考虑其承重能力,竹材虽然抗压性、抗拉性較强,但横向上易裂开,不适宜作为支撑建筑的立柱。但隈研吾并没有放弃,通过和结构工程师交流,他们找到了一个可以尝试的方法,那就是以竹子作为框架,注入混凝土,以此来提高竹的强度。这种技术的灵感来源于CFT(concrete filled tube)的新建筑技术。一般的混凝土立柱都是在预先做好的三合板框架基础上加入钢筋钢骨,然后注入混凝土,待混凝土凝固后拆掉外部框架。而CFT技术不需要制作框架,直接在钢管中注入混凝土。竹材被当做这里的钢管,在混凝土的帮助下成为了具有承重功能的立柱。明明是新建筑技术,却披上了最朴实,最原始的外衣,这种方法让人们深刻感受到自然材料与新科技碰撞出的火花。冰冷的新技术在最淳朴的自然材质装饰下变得有血有肉,充满情感。
  成为立柱的另一个问题就是立柱的直径,而这个问题在拥有丰厚竹资源的中国很轻松的得到了解决,中国最为寻常的毛竹成熟后秆长可达到20m,胸径可达到30cm。而之前预想的竹节可能带来的问题也变得简单,只要将普通的钻孔机稍加改造,就可以在不切割开竹子的情况下,由钻孔机从根部插入,将竹节剔除。
  作为建筑的主要材料,竹的耐久性也是必须要解决的问题。首先,竹子必须在合适的季节砍下,竹子中的糖分会随季节变化而变化,竹中糖分含量越高,越容易腐烂。初春时节在竹笋生长之前,竹子里糖分最高,而到了刚入秋的时候,糖分最低,此时砍下最为合适。砍下的竹子中有很多寄生的微生物,必须经过处理才能使其耐久性得到提高。处理的方法主要有两种,即烘烤法和水煮去油法,考虑到两种方法在耐久性上效果差异不大,而烘烤法可能会给竹子表面造成灼烧的痕迹,影响了竹子精致的美感,所以最终决定采用水煮去油法,其耐久性可以在原有程度上得到更好的提高。[3]
  通过以上的方法,竹材料自身的缺陷被完全克服了,竹材料的使用价值全面提高,打破了竹材料不能作为建筑支架的误区,用途上也得到了扩展。
  
  第三章、竹材在现代中国建筑设计中的价值探究
  3.1竹材料应用的传承与创新
  通过解析隈研吾先生使用竹材料进行建筑设计的手法,可以总结出以下几点:
  ⑴尊重环境
  进行建筑设计的前提是充分考虑周围的环境,尊重场地,而不是根据个人的意愿,肆意改善基地的状况,这样才能尽可能减少人类创造活动对环境的影响。
  ⑵敢于大胆尝试
  竹材料一直被认为是无法作为建筑支架的材料,然而通过现代技术的改进,竹材料自身的缺陷被克服,打破了世人眼中的不可能,竹材料的使用价值被大大提高。
  ⑶所有的尝试应建立在深入了解的基础上
  隈研吾先生对竹材料的特性有着深入的了解,这一点在他选择竹材种类、砍伐竹材的时间、对比处理竹材料手法等方面可以体现。因为了解,所以出现问题时可以通过与专业人士交流,获得最有效最直接的解决方法。
  3.2竹材料在现代的应用方向的展望
  竹材料自身的一些缺陷限制了它在现代建筑中大展身手,然而随着科技的发展,这些问题都慢慢得以克服。隈研吾先生的竹屋就给了我们很多启发,在竹节的处理方面,人们一直认为竹节影响竹材料成为精致的装饰性材料,但竹屋利用其大尺度的场景,将细节上的遗憾完美掩盖,相反这样的粗犷感觉与长城的环境更相符,可以说是相得益彰;再如人们对于竹材耐久性的质疑,现在的科技可以很好的完成防蛀防霉的工序,在设计时选择将其放置在防潮较好、通风、避免阳光直接照射的地方就可以降低含水量变化对材质造成的伤害,竹材料以部件组合,即使出现损坏也可以轻松的拆卸修补替换,这是一般成型的人工材质无法具备的优点。
  随着科技的提高,竹材料经过加工衍生了很多作为建筑材料的产品,如竹材胶合板、竹筋混凝土、竹复合材料等,这些材料在未来的建筑市场比如讲大放光彩。除此之外,竹材料在竹家具、竹镶木、竹纤维技术方面也存在巨大的开发和推广潜质,值得深入研究和挖掘。
  
  参考文献:
  [1] 萧江华. 中国竹林经营学 [M].北京:科学出版社,2010.87
  [2] 周芳纯. 竹林培育和利用 [M].江苏:南京林业大学印刷厂,1998.11-15
  [3] 隈研吾[日] 陈菁 译. 自然的建筑[M].山东人民出版社,2010. 102
  [4] 盛男. 竹材料在建筑中的应用研究[J].建筑科学,2011.
  [5] Botond Bognar. Kengo Kuma: Selected Works [M]. Princeton Architectural Press,
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