申紹杰 武向前 劉彥民

1.竹建構的實踐意義

竹材作為建筑材料已有上千年的歷史。傳統(tǒng)而原始的非洲埃塞俄比亞地區(qū)傳統(tǒng)民居sidama就是使用竹片自上而下上下一體編織而成。在南美洲，一種名叫Quincha的墻體技術可以追溯到公元前300年[1]-[2]（圖1）。

圖1 Quincha竹屋圖

中國人對于竹材的利用同樣有著悠久的歷史，不晚于南北朝的《三輔黃圖·甘泉宮》曾記載：“竹宮，甘泉祠宮也，以竹為宮，天子居中?！鄙贁得褡寰奂厝缭颇?、貴州等地的竹材吊腳樓技術，也有上千年的傳承。

傳統(tǒng)上，竹材被認為是“窮人的材料”，許多低收入家庭利用竹材料搭建房屋構架[1]。直至20世紀晚期才得到重新認識。建筑師發(fā)現，竹子不僅僅可以表達地域性和氣候適應性，而且還是實現建筑可持續(xù)發(fā)展的選擇材料之一。近年來，隨著經濟的高速發(fā)展以及快速的城鎮(zhèn)化進程，常見的水泥、鋼筋混凝土等不可再生材料的消耗加劇，對環(huán)境造成了沉重的負擔。竹子是世界上生長速度最快的植物，原材料廉價，在生長的過程中可以改善自然環(huán)境，加工過程中能耗較低，材料可以自然降解[2]。對世界主要竹種的基本物理力學性質所做的研究工作表明，竹材具有強度高、彈性好、性能穩(wěn)定、密度適中的特點，從F.Albermani等[3]定義的材料“強度效率”來看，竹材的剛度效率和強度效率分別為33和0.017，不亞于鋼材的27和0.02，優(yōu)于混凝土的10和0.003；而生產1立方米的竹材所消耗的能量僅為生產1立方米鋼材的0.1%、1立方米混凝土的6.4%,是性價比很高的綠色建筑材料[4]。因此，竹材這種綠色建材對于當代建筑實踐和建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有特別的意義。

竹構建筑除了具有綜合經濟成本低、建造的技術要求起點低、材料生態(tài)環(huán)保、自重輕的優(yōu)勢之外，還充分利用了天然材料，減少了材料因二次加工所必須的物質能源消耗和加工過程中的污染。此外，在建筑美學的表達上，竹構建筑受到人們的喜愛是毋庸置疑的。設計師如何利用竹材，發(fā)揮其相應的優(yōu)勢，建造滿足人們使用需求的竹構空間，是一個很有現實意義的課題。

竹子主要分布在N46°至S47°之間的熱帶、亞熱帶和暖溫帶。地區(qū)[5]。其中，亞太地區(qū)分布最多。我國是個竹材大國，第八次全國森林資源清查結果顯示竹林面積超過600萬公頃，在面積、蓄積、竹制品產量和出口量均居世界第一，竹加工技術和竹產品創(chuàng)新能力處于世界先進水平。

因此，竹構建筑的探索和研究，中國不但不該缺席，還應走在世界的前列。

2 國內外竹構建筑的探索與研究現狀

國外對于竹材建筑的探索早于國內。美國在20世紀70年代末就成立了“竹子協(xié)會”，推廣竹子在美國的應用。歐洲于2000年成立“歐洲竹子協(xié)會”，同年我國也成立的“國際竹藤中心”，致力于推廣竹子的應用。

建筑界的實踐探索走在理論研究的前頭。以哥倫比亞籍的西蒙·韋列（Simón Vélez）為代表的南美洲建筑師在上世紀晚期開始了對竹構建筑的積極探索，他將現代建筑技術和設計手法和原生竹材結合起來，創(chuàng)作了一些列竹構作品，其中不少構筑物頗具技術挑戰(zhàn)，甚至包括優(yōu)美的竹構橋梁（圖2）。他設計的游牧美術館座落成于墨西哥城的鄒克婁中央廣場（Zócalo），占地5,130平方米，是世界上最大的可反復拆裝竹材建筑（圖3）。他的作品使人們對竹建筑有了新的認識。

圖2 哥倫比亞波哥大珍妮·加爾松橋圖

圖3 新游牧美術館圖

在印度尼西亞，地方設計團隊PT bamboo pure致力于用全竹結構創(chuàng)造富有地域特征的作品，他們設計的“綠色學?！保▓D4-5）將竹材用于結構、裝飾、休閑等材料，地板家具等也采取了竹制品。通過把構成整座校園的各種元素裝配在一起，當地風格以一種新的關系與現代設計策略融合了起來。

在越南，青年建筑師武重義專注于竹材建構，他基于傳統(tǒng)的低技術，將竹竿組合成結構構件，利用一定的空間結構形式創(chuàng)造出通透宜人的竹構空間（圖6），他在建構的處理和空間的優(yōu)雅表達上取得了很好的協(xié)調，作品經常用于高端公共建筑如高級餐廳等。他本人2014年憑借竹構建筑的創(chuàng)作獲得亞洲建筑師協(xié)會建筑獎。

圖4-5 綠色學校圖

圖6 武重義的竹餐廳圖

國內較早將原生竹材結合進設計的有馮紀忠位于上海松江方塔園的何陋軒，采用竹材為原料，很好的將古建筑用現代園林組合方式組合在一起。香港的嚴訊奇、臺灣地區(qū)的謝英俊、日本的隈研吾也在中國境內有過零星的小規(guī)模的竹構創(chuàng)作。其他一些民間竹構建筑，多是將竹材作為裝飾件和面材來使用，或者是一些簡單的構筑物，和竹構建筑存在一定的差距。

隨著近年來社會對環(huán)保理念的深入認識，建筑界積極踐行綠色可持續(xù)發(fā)展理念，越來越多的建筑師將視野轉向竹材，賦予這些材料新的表現形式。國內業(yè)界對竹建筑的探索興趣日益增長，《世界建筑》2013年第12期以?？问郊袌蟮懒恕瓣P于竹的探索”；2014年在無錫召開了召開的“竹建筑·竹生活高峰論壇”，與會業(yè)界人員達到千人。截止日前正在在中國龍泉舉辦的國際竹建筑雙年展，一系列竹構作品正在或即將落成。

國外在理論研究方面，和竹材性能相關的研究比較成熟，但是竹構建筑的研究還處于剛起步的狀態(tài)，主要原因還是歐美發(fā)達國家并非竹材的主要產地，對竹材、竹構建筑有一定的距離和陌生感。這個現象直到最近才有了進展，出現了比較專業(yè)的著作，其中有2012年德國學者Gernot Minke 的《Building with Bamboo : Design and Technology of a Sustainable Architecture》以及2014年西班牙學者Eduard Broto的《 Bamboo Design Guide & 59 Case Study》，這些優(yōu)秀著作對于設計實踐有較好的參考價值。國內竹構建筑方面，2008年張楠的“原竹建筑節(jié)點構造分析及改進”總結了一些竹節(jié)點構造的做法和改進。2013年李文駒的“竹建筑的再生之路” 列舉了竹建構的一些做法。2014年何禮平在《建筑師》上發(fā)表“永恒與瞬間——“竹建構”的意義創(chuàng)造與解釋”強調了竹建構的重要意義。

此外，尚有其他一些論文，多屬于案例及經驗介紹性的為主。國內外的研究中，對于建構的體系研究是個空白。

3 竹建構發(fā)展的掣肘以及建構體系研究必要性

在竹材的應用方面，國內企業(yè)在竹建構產品的研發(fā)與設計方面遠遠落后于其它竹制品。竹材不僅可以生產各種小件日用品，而且經加工改性后，可以大量應用在室內及室外工程上，特別是用在飾面材料上（如無錫大劇院）。但竹構建筑的發(fā)展起步緩慢，作為設計龍頭的建筑師對于竹構建筑雖然喜愛，但卻“過度重視建筑的劣勢”[6]，或缺乏足夠的信心支撐，不敢用、不會用、不善用竹子；或者存在認識偏見，認為竹子僅僅是邊緣建筑師的題材。此外，國家沒有竹構建筑相關規(guī)范，建筑師無法可依，也一定程度上影響了實踐的開展。

相關竹建構體系研究的空白，很大程度上掣肘了它的發(fā)展。

建構體系涉及到材料、結構、構造以及形式表達等方面，其中任何一個方面的短板，都會影響和阻礙設計的進程。國內的竹構建筑探索和理論研究落后于南美甚至東南亞，這和我國作為世界第一大的竹產地國的地位是極不相稱的。建構體系研究的展開，不僅可以促進建筑界對于竹構建筑整體性深入認識，豐富建筑學的內涵；還利于推動建筑實踐、乃至建筑可持續(xù)道路的發(fā)展。我國正處于高速發(fā)展的階段，竹建構體系的研發(fā)與使用可以大量減少的水泥、鋼材等不可再生材料的使用。

4 竹建構體系研究前瞻

竹建構體系的建立涉及材料、結構、構造和空間形式四個方面。以建構的視角而論，研究內容無法脫離四個基本區(qū)塊，具體來說，即材料的選擇優(yōu)化、結構形式研究、關鍵節(jié)點構造方法、空間形式的創(chuàng)新和表達。

竹建構體系通過對竹子各種不同的組合與處理方式，克服竹材本身的不足，充分發(fā)揮竹材較強的抗拉、抗壓能力。目前，竹材在建筑業(yè)通常用作室內裝飾品，很少當作建筑構件來使用，傳統(tǒng)的竹結構多數采用捆扎法，但由于竹子截面為圓形等特點，這樣結構形式極其不穩(wěn)定，因此急需探索新型穩(wěn)定的竹結構形式，以適應不同的建筑結構[4]。

4.1 竹材的選擇和優(yōu)化

建構必須對材料性能有充分認識，此部分內容主要是在當前已有的材料研究成果基礎上，對常見各類竹材的特征特性、力學性能及耐久與防腐性能三個方面進行系統(tǒng)梳理和比較，建立圖表體系庫，便于優(yōu)化選材。

1）各類原生竹材特征和特性研究。研究將首先對一些常見、量大、適合做建材的竹材分門別類，對其特征和特性進行分門梳理，特征包含大小、尺寸、竹節(jié)特征等；特性包括分布地、生長周期、耐久、耐裂、加工處理的可操作性等。通過兩方面進行分析、比較，建立材料的特征特性體系圖表庫，為選材提供系統(tǒng)參考。

2）竹材力學性能的梳理和比較。根據現有的材料力學研究成果，對常見竹材的力學性能進行梳理比較，原生竹材因種類、地域、氣候、生長年齡等原因，在質量和力學性能方面存在較大的差異，同一根竹材也存在部位上的差別；此外材料還受形狀、部位、尺寸、生長時間、含水量等影響。通過梳理和比較，建立體系圖表，為結構選型、選材提供系統(tǒng)參考數據。

3）竹材的耐久與防腐處理。竹材是易腐材料，使用前一般需要經過去脂、防蟲、藥化、碳化一系列耐久或防腐處理，其方式有水漂、藥浸、油浸、藥壓、汽蒸、熏烤等。這些方式各存優(yōu)缺點。研究擬從耗時、成本、效果、環(huán)境損失等方面給出系統(tǒng)的比較，建立體系圖表庫，為選擇合適的處理方法提供基本的參考數據。

4.2 結構形式研究

選擇什么樣的結構形式，取決于它是否能用竹材來構筑，其特定形式是否和竹子的特征相匹配。平面結構和空間結構有大量的類型和形式，經組合可以滿足不同大小的空間需求。結構選型從兩個方面研究，一是和原生竹桿相匹配的結構形式研究，二是原生竹材經組合、劈開、編織等方式變化處理后的結構形式研究，以期滿足梁、板、柱、墻體等不同建筑結構的需要。

1）和原生竹桿相匹配的結構選型

原生竹材是桿件，在長度、直徑上有一定的范圍，所匹配的結構類型必須跟其特征相關聯(lián)。一些空間結構采用桿件形式構成，竹材可以滿足構筑條件，形成結構空間。研究將建立結構選型體系圖表，用于結構類型優(yōu)化。

2)和組合處理后的竹材相匹配的結構

原生竹材，可以通過排列、綁扎、劈開、編織等手法處理后形成豐富多樣的組合件（圖7），組合件因形式不同，其受力能力也會得到相應的改變，會有另外的結構類型與其相匹配，結構形式會有更多的變化。例如拱、薄殼、雙曲面及懸索等。研究將建立體系圖表，將使結構選型的工作進一步深入。此部分為研究的創(chuàng)新點之一，也是研究的難點。

圖7 竹材組合后形成的大跨度空間圖

4.3 關鍵節(jié)點構造方法

竹材不同于工業(yè)型材料，尺寸上存在差別，截面的圓度不一。再通過標準構件連接時就出現銜接精密度和穩(wěn)定度的問題。因此在這方面必須制定處理原則、措施和方法。

竹構建筑的節(jié)點，是建構研究的重點和難點。節(jié)點構造對建構體系的作用至關重要，它必須是材料、受力、功能、審美的統(tǒng)一。竹構建筑常見的材料有三類，即竹、金屬、混凝土（含水泥）。研究的內容是它們和竹材的組合連接，即：竹和竹（木），和金屬，和混凝土（含水泥）。這些節(jié)點處理的關鍵在于保障連接的可靠性、穩(wěn)定性，因此必須考慮材料的保護措施，即保障節(jié)點和材料不會被應力所破壞[5]（圖8）。

圖8 竹和金屬的連接圖

對于一般常見節(jié)點，研究結果以構造詳圖的形式提供節(jié)點解決方案、方法；對于另外一部分特例，提出針對性的處理要點、措施和原則。

4.4 建構的空間形式創(chuàng)新與表達

現代建筑關注本體設計，除了功能與形式，還注重材料、結構、節(jié)點構造和空間表達。建構本身就是一種形式表達（圖9-10），處于建筑審美要素的核心地位。建筑通過材料、結構、構造之間的協(xié)調統(tǒng)一，能夠表達建筑的恒久魅力。通過探討竹建構技術，推動竹構建筑的形式的創(chuàng)新，可以使竹建筑上升到一個較高的層次，擺脫目前的比較淺薄的飾面型設計或裝飾型設計。

圖9 竹構的空間與形式圖

圖10 竹構的空間與形式圖

此外，竹還是國人偏愛的藝術題材，在國人心目中有著重要的地位，竹構建筑不僅僅可供人們使用，還可和文化以及地域性關聯(lián)起來。

5 總結

竹建構體系研究的目標是通過對竹材的選擇、優(yōu)化到結構選型、節(jié)點構造以及形式創(chuàng)新表達表現研究，建立一個完整的竹構建筑知識系統(tǒng)。這個系統(tǒng)能夠提供一個參照系，讓更多的人可以掌握竹構建筑，特別是在建筑學教育中，研究和學習能夠很好地結合起來（圖11-12），為設計實踐的推廣奠定基礎。

竹構建筑特色鮮明，受到人們的喜愛，是蘊含著巨大發(fā)展?jié)摿Φ男骂愋汀．敶窠ㄖ难芯慷鄰慕ㄖ目沙掷m(xù)角度以及對社會對綠色建筑的倡導出發(fā)，關注竹建筑的生態(tài)環(huán)保意義，而對竹構建筑的本體缺乏關照。研究正是在此方面凸顯了自身的特色。

圖11 建筑教育中的竹建構探索圖

圖12 建筑教育中的竹建構設計、構造實驗圖

[1]http://es.wikipedia.org/wiki/Quincha

[2]Lopez O H. Bamboo:The gift of the gods[M].O.Hidalgo-Lopez,2003.

[3]Wegst UGK, Shercliff HR,Ashby MF. The structure and properties of bamboo as an engineering material[J]. Evolution of Natural Structures,1994,209-213.

[4]黃桂秋. 竹材加固的力學性能試驗研究分析[D].上海:上海交通大學,2013.

[5]Bamboo and Rattan in the World[M].China Forestry Publishing House, 2007.

[6]李文駒.竹建筑的再生之路[J].華中建筑,2008.(10).