植物與建筑的共生

【摘要】植物建筑學是通過植物生長與技術連接的相互作用形成的一個活的、會呼吸的復合技術結構。本文通過活樹塔這一案例講述了植物建筑結構創建所需考慮的設計要素、技術手段、建造及開發過程。活樹塔作為第一個示范性項目，它體現了活植物建筑工程實現的可能性，并將植物建筑學的生態潛力可視化，對以后的建筑設計研究具有重要意義。

【關鍵詞】植物建筑結構；疊加法；設計要素；生長過程

1、項目概況

活樹塔是由斯圖加特大學博士費迪南德·路德維希（Ferdinand Ludwig）設計，占地面積約八平方米，高度約九米，由三層樓層以及數百顆白柳組成（圖1）。整個建筑由一個臨時鋼管腳手架支撐，并通過一個可拆除的螺絲底座固定在地面上。該項目主要是通過植物疊加法使植物融合并垂直生長、且與金屬構件相互作用，來建造一個由植物支撐的三層結構。

2、設計要素

2.1位置和樹種

活樹塔建于海拔高約650米的濕草甸上。濕潤且陽光充足的位置為其提供了最佳的生長條件。為了最大限度地增加建筑背離太陽一側的光照，該建筑沒有純粹的北側，而是略有旋轉。為了使建筑盡快完工，呈現出一定效果，在植物上選擇了生長快速且已在前期研究過的白柳。

2.2植物建筑結構

在表皮結構上，為了使植物形成穩定的結構，植物枝干均等傾斜排列形成菱形。菱形結構又通過交叉、與金屬部件牢固連接形成剛性的桁架狀結構。在荷載承重上，該結構的水平荷載由構建的臨時框架結構支撐，垂直荷載由四個角的支柱承擔。當植物被放置到金屬框架中且與金屬構件融合時，撤除臨時框架，此時的垂直荷載完全由植物交叉形成的菱形結構承擔。在連接方式上，植物通過上下交叉的方式與金屬部件相接，從截面上看，金屬部件被四株植物覆蓋，這種方式的連接即使單株植物出現故障也不會失去整體穩定性。在連接技術上，采用穿透連接將植物進行粘連。在十字接頭處，植物通過兩根共用螺絲平行連接。所有接頭都預先鉆好，以避免木材分裂。

2.3技術部件

所有技術部件均由鍍鋅鋼材構成。水平層由矩形管組成，焊接成剛性框架并覆有格柵。在入口區域，第一層可以通過鋪設的梯子進入。二、三層之間則安排了走道和鋁梯。在第一個增長階段，這些水平層僅用于維護和保養。

2.4生長環境

除了結構的設計，創建合適的生長環境也是植物疊加法的主要內容。通過綜合考慮，選擇了相對常規的帶滴灌的集裝箱系統，種植容器采用的內襯是由透水、透氣材料編織而成的絲網層，生長植物的基質選擇普通的泥炭基質。在施工過程中，用起重機將植物或植物容器進行安置并安裝一個灌溉系統，根據天氣和季節狀況利用定時器控制和調整灌溉。

3、建造及生長過程

3.1建造過程

活樹塔的建造分為以下幾步：首先是在植物容器中預先種植植物。其次使用金屬構件搭建臨時結構框架，待植物長到一定程度，使用起重機將植物及容器放置到金屬框架預留的位置上。最后將植物與金屬框架運用上文所提到的方法進行連接。每個階段必須謹慎切割，嚴格控制施肥、澆水來促進植物生長。

3.2生長過程

3.2.1植物個體生長

第一階段的目標是使植物盡可能均勻的發育并快速生長，這需要根區具有充足的水分和營養物質。盡管生長條件相同，各個植物之間仍然存在差異。為了確保合適的植物密度，一方面可以通過修剪生長旺盛的植物來減緩植物生長速度，另一方面也可以人為的控制植物的生長發育，如定期移除生長旺盛的側芽。

在活樹塔內，植物要克服其他植物占據的區域進行自身的生長發育，因此會發育出一些更小的冠冕。除了這些水平差異，不同位置的植物之間也存在差異，如布置在角落處的植物可用冠部空間相對中心處的植物較大，因此生長更優于中心處植物。這時可通過修剪更強壯的植物枝條來補償這些差異。

3.2.2植物疊加

第二階段是植物的共生階段。通過植物疊加法（即在垂直的植物結構上連接融合其他植物的方法）使植物融合，實現共生。首先是切割植物，并使植物的兩個傷口表面接觸、捆綁待其愈合。當植物間形成共同的形成層時，慢慢減少單個容器的供水量直至完全停止供水。若沒有造成任何明顯的損壞則粘連成功。然后從上到下逐級進行粘連，直到人為形成的植物結構融為一體并呈現出陸地習性，代表植物已融合成功。當結構足夠穩定時，框架結構將被去除。

3.2.3植物厚度增長和死亡

第三階段是植物的厚度增長和死亡階段。這時候個體植物完全融合在一起，形成一個整體。為了使植物的所有部分盡可能均勻的生長，需以生長旺盛的植物取代生長緩慢的植物來保證植物的承載能力。在結構上，當部分根冠或者莖區死亡時，會導致整個結構的承載力降低，對剩下的植物造成負擔，但同時周邊區域的枝干會迅速增粗來維持整體結構的均衡。但有時候植物的發展并不盡如人意，這時候對于不穩定的結構要通過護理措施來避免，如針對性的施肥。同時也應注意風災，蟲害等。

結語：

活樹塔的設計和建造向我們展示了怎樣在短時間內使用植物疊加法實現垂直的綠色空間。植物建筑結構打破了傳統的建筑形式，看似不穩定的結構隨著時間的推移會變得越來越強壯直到形成永久性結構。這項研究展示了植物建筑結構的可行性，隨著結構的不斷試驗和完善，這些結構將融入社會、融進生活，并為我們的城市提供一個健康且生態的空間環境。

參考文獻：

[1] Thomas Vallas， Luc Courard，Using nature in architecture： Building a living house with mycelium and trees .Frontiers of Architectural Research. 2017

[2] Bonnie Gale，The potential of living willow structures in the landscape [D].Syracuse， New York. 2011

[3]Dr.-Ing. BAUBOTANIK Pflanzen zur Konstruktion nutzen Ferdinand Ludwig， IGMA， Universit?t Stuttgart

[4]Dr.-Ing， Botanische grundlagen der baubotanik und deren anwendung im entwurf .2012

作者簡介：

于曉晨，1993.02.21，女，山東煙臺，山東建筑大學建筑城規學院，綠色建筑。

許欣悅，1993.04.10，女，山東泰安，山東建筑大學建筑城規學院，綠色建筑。