生土營建工藝在當代的傳承與發展

■ 王正陽

宋德萱

詹林鑫

0 引言

生土作為建筑歷史中自人類建造活動誕生之初就使用的建造材料，擁有數千年的營建傳統。雖然在工業化的浪潮中一度被打上“邊緣材料”的標簽，但隨著制造技術的飛速發展和環境問題的日益緊迫，生土作為一種潛力巨大的生態材料逐漸被重新認識和重視。目前，相關的研究主要圍繞生土墻體的熱濕性能展開[1-4]，對營建工藝的研究以傳統民居為主[5-6]，如何將傳統工藝的營造經驗與現代新型建造方式有效地結合在一起，協調生土建筑生態優勢與當代社會之間的矛盾[7]，是生土建筑新的研究熱點。

本文首先對生土工藝重新進行梳理與分類，詳細分析傳統工藝遇到的問題，以及對應新工藝的特點；指出在科學研究的基礎上，對工藝機理的掌握和應用是新工藝區別于老工藝的根本性進步；從完善“科研—產業”鏈的角度，總結推廣生土工藝在規范標準、量化計算方面遇到的瓶頸，補足短板，并由此展望生土這一傳統材料在未來進一步發展的研究方向。

1 生土營建工藝的梳理與分類

我國對傳統生土建筑的調查與研究自建國后就已經展開[8]，各種不同形式的生土建筑遍布我國各地，為相關的研究工作提供了大量的樣本。生土材料不同于木材，在建筑中的受力與力的傳遞邏輯更加清晰明確，但由于傳統建筑“土木共生”的營建傳統，當下不少的生土建筑研究沿用了木構建筑的分類方式，以結構作為分類的依據。事實上，這種分類方法不可避免地在生土工藝的次級分類中產生出大量的重復內容，且有可能將材料研究二分簡化為結構與表面，與古人真正的生土營建思路背道而馳。

根據相關的考古報告與既有研究成果[9-10]，作者將傳統生土建筑中常見的營建技藝概括為夯土、生土砌塊、生土抹面、覆土4 種類型。這4 種工藝體現了歷史上人類對生土材料應用的完整過程，從對土體進行掏挖的直接利用，到根據實際的需求對生土進行簡單物理改造的加工利用，再到木制工具加工技術進一步成熟之后的預制利用，滿足了生土建筑的墻體、屋面、地面等各個建筑部位的實際施工需要。由于窯洞等覆土建筑對建造、形式以及場地地質條件要求的特殊性，不包含在本研究的范圍內。當然，傳統營建體系是一個全面且復雜的綜合決策體系，工藝只是其中的一部分內容，但對生土這種具體材料的組織和使用來說，營建工藝則居于核心位置。以生土建筑為突破口，將傳統營建工藝和現代建造方式聯結起來，完善當代建筑建造知識體系，有利于建筑師從本土出發優化設計方法，并自覺地構建基于中國本土營建智慧且能夠回應當下的時代需求的建構邏輯。

2 生土營建工藝的傳承與演變

生土營建工藝伴隨人類早期的營建活動而生，我國最早的生土營建遺存可以追溯到新石器時代早期[9]，之后歷經商代到戰國的發展，各種生土營建工藝逐漸定型[11]，其建造邏輯經歷了直接利用、加工利用和預制利用3 個階段。19 世紀后期，鋼筋混凝土被廣泛應用，傳統生土營建工藝因其性能缺陷逐漸被替代，并走向低谷。種類繁多的現代生土營建工藝與傳統的生土營建工藝表面上大相徑庭，實則遵循了相同的建造邏輯，本質上都是以有限的資源條件通過材料組織形成空間的過程（圖1）。理清傳統生土工藝與現代生土工藝在建造邏輯上的對應關系，將成為本土營建知識體系與現代生土工藝研究間的對話基礎。

圖1 傳統生土營建工藝發展脈絡與當代的邏輯對應關系

2.1 夯土工藝

2.1.1 傳統夯土工藝面臨的問題

夯土指利用夯錘等工具，在模板的約束下將含有一定水分的土料逐層夯擊密實的建造過程。夯土建筑在各項與生態節能相關的物理性能及居住舒適度上享有廣泛美譽，且夯土工藝便于學習操作，但仍然不能忽視其存在的客觀問題。從材料本身來看，生土材料存在受水侵蝕后快速破壞的問題，這在多雨地區尤其明顯。調查顯示，在我國南方濕潤多雨地區，大量傳統夯土墻體經過長年累月的風吹雨打，出現軟化、蓬松、剝落、開裂、掏蝕凹進乃至坍塌的多種水蝕侵害問題[12]。此外，力學性能差也是生土材料的缺陷，主要表現在抗彎、抗剪、抗折強度低，抗震性能較差等方面，在各種使用夯土工藝建造的墻體中都有所體現（圖2）。從設計角度看，不合理的構造設計也會突出生土材料的各種問題。受多種因素影響，大量使用傳統夯土工藝建造的建筑逐漸消失在歷史的長河中。

圖2 夯土建筑立面裂縫和剝落

在進入工業化社會以后，人們對建材和營建工藝選擇的空間進一步擴大。由上述材料和設計問題引發的社會性共識造成了人們對生土建筑的標簽化認知，包括夯土在內的生土營建工藝逐漸成為一種“不得已”的選擇。此外，夯土房屋的建造有著地方宗族或近鄰鄉親互幫互助的傳統，在農閑時大家相互幫助就可以完成夯筑墻體的主要工作，然而隨著城市化進程的加速，鄉村大量勞動力進城務工，傳統夯土工藝需要的勞動力難以得到滿足。相對來說，混凝土澆筑和磚塊砌筑在勞動強度和勞動力數量需求較低，小型施工隊短時間即可完成一處普通民宅的建造任務。加之工業化的建造模式與城市先進的建造方式直接掛鉤，成為步入“現代生活”的標志，這種通過現代化程度對營建工藝進行高低評判的潛意識造成了夯土工藝的進一步衰落。

2.1.2 現代夯土工藝在各地的發展

20 世紀70 年代早期，隨著人們對生態環境的愈加重視，針對夯土工藝的更新與改進的研究與實踐大量開展，國外學者們對當時復雜的市場條件下夯土工藝的潛能進行評估，夯土工藝的價值被重新肯定，并在各大洲逐漸復興。在美國西部的加利福尼亞、亞利桑那和新墨西哥等州，涌現出一批包括大衛·伊斯頓（David Easton）在內的夯土建筑專家，他們收到大量委托，在美國西部建造了一系列夯土建筑；在澳大利亞西部地區，現代夯土住宅的性能優勢完美適應當地的氣候條件，一經推出就迅速占領了當地20%的市場，成為當地居民在磚木結構建筑之外的最優選擇；在歐洲，法國的格勒諾布爾國立高等建筑學院在政府的支持下成立CARTerre 研究中心，成功將產、學、研結合，在研究和教學的同時進行大量生土營建實踐[13]，并通過培訓課程將現代夯土工藝傳播到非洲、亞洲、拉美等地，建造包括住宅、幼兒園、展覽館、活動中心在內的多種不同用途的建筑。

我國關于生土建筑的系統性研究始于20 世紀80 年代，現代夯土工藝也伴隨著中外學界間的交流進入我國。目前，中國美術學院和北京建筑大學已加入聯合國教科文組織“生土建筑、文化與可持續發展”教席。在CARTerre 的支持下，兩所院校團隊對現代夯土工藝展開項目實踐并取得了一定成果（圖3、4），推動了現代夯土工藝在我國的推廣[14]。

圖3 馬岔村民活動中心

圖4 洞橋鎮文村美麗宜居示范村

2.1.3 夯土工藝流程的更新與改進

在建造環節中，和夯土直接相關的工藝流程可分解為6 個階段：取土、醒土、運土、模板組裝、夯土、干燥。其中，取土環節可以使用機械代替人力，效率較易提高；運土與取土環節在更新的路徑上具有相似性，且由于生土材料往往就地取材，運輸環節提效較簡單；相較混凝土澆筑的拆模時間，夯土工藝可以更快拆模，進而使得施工的順序和進度安排也更加靈活，在拆模后的養護上只要及時苫蓋未完成的墻體，等待墻體自然干縮穩定即可；在最后的干燥環節中，由于夯土工藝中需要嚴格控制土料的含水量，因此干燥速度較快。

相對來說，模板的組裝、拆卸環節，以及夯筑環節是夯土工藝中較為費時費力的環節，也正是因為這2 個環節對勞動力的需求，使得傳統夯土工藝成為一種勞動力密集型的建造活動，目前對夯土工藝的改進與更新也集中在這2 個環節；另一方面，由于在大部分的設計中，夯土墻都作為建筑立面主要元素直接表達，因此對完成面的質量具有一定的要求。因此，建筑師和工匠借鑒傳統夯土技術的經驗，大膽使用鋼木組合、純鋼及鋁鎂合金等新材料，采用新的模板加工技術，進一步提高模板制作、組裝、拆卸，以及夯筑環節的效率，同時提升完成面效果。例如，ETH 實驗室研發了將機械臂與模板結合的新型數控夯土機器，這種將模板極限縮小的嘗試，大幅提升施工效率，同時獲得即時反饋的表面效果控制能力，商用化潛力非常大；歐洲、澳洲、北美和亞洲的建筑師與工匠緊密結合當地相關規范與客觀條件，各自發展出不同的模板體系（圖5、6）；在夯筑環節，借助現代工具，使用空氣壓縮機與氣動夯錘的組合，大大提高了夯筑的效率與質量。

圖5 美國建筑師大衛·伊斯頓的夯土模板體系

圖6 奧地利建筑師馬丁·勞齊的夯土模板搭建現場

除了施工工具上的更新與改進，也有建筑師試圖從工藝流程上為夯土工藝帶來更大的變革。奧地利建筑師馬丁·勞奇（Martin Rauch）在長期的實踐中開發出一套預制夯土技術，將夯土工藝的主要營建流程從施工現場轉移到了工廠車間（圖7）。在工廠中，土料被機器自動分配到模具中，再被氣動夯錘夯擊至密實狀態，節省了上料的時間，這點相比一般的夯土工藝在修建高度較高的夯土建筑時體現出更大的優勢；在夯土墻體部件完成后，針對夯土墻體抗拉性能較弱的力學特點，馬丁的團隊研發了專門的懸掛系統，用以進行制成品的運輸和吊裝，該系統結合標準化的部件生產，進一步降低對現場工人的要求，也可將建造工作分配給多個施工方來共同操作，在提高生產效率的同時為夯土建筑的設計提供了更多的可能性；最后，在現場完成部件的拼接之后，填補好接縫即可保持墻體紋理的整體感。

圖7 馬丁·勞齊的生土工廠[12]

美國建筑師大衛·伊斯頓為了將生土建筑優勢帶入主流住宅市場，開發空壓噴土工藝（PIS é），以提高夯土墻的建造速度[15]。該工藝基本原理與傳統夯土工藝一致，都是將土料壓縮至密實狀態，在干燥之后形成堅固的墻體，但在空壓噴土工藝中，土料是被噴槍中的高壓空氣壓縮并傳送到單面的模板上，通過層層堆疊的連續施工，不經抹面處理即可直接形成墻體（圖8）。這種新的工藝體系簡化了模板系統，將運輸和壓縮土料的工作交給空氣壓縮機，節省了勞動力的投入和搭建模板的時間成本。

圖8 空壓噴土作業現場

此外，一些建造項目的特殊需求催生出對工藝水準要求更高的夯土技術，如室內裝飾項目中的裝飾性薄壁夯土技術，該技術能夠將300～400 mm 厚 的 夯 土 墻 壓 縮 到60 mm 左右，在保持夯土工藝肌理和觸感的同時，極大的減少墻體對室內空間的占用（圖9）。

圖9 施工中的裝飾性薄壁夯土墻

2.2 生土砌塊相關工藝

2.2.1 生土砌筑與制坯工藝

生土砌塊的相關工藝分為砌塊的制造和砌筑兩個關鍵環節。生土砌塊的制造指生產建造用磚，如傳統工藝中土坯和土墼的制造工藝。生土砌筑工藝是指用生土材料制成的土坯和土墼等砌塊來砌筑建筑與構筑物的營建工藝。相較于夯土工藝，土坯與土墼在砌筑時具有更大的靈活性。在城墻的建造中，砌塊常常用于門洞等位置；在傳統民居中，山墻的頂部三角區也常由生土砌塊砌筑（圖10）。

圖10 梅州圍龍屋山墻頂部三角區使用土坯砌筑

土坯與土墼的制坯工藝相似，都要經過土料加工、模具加工等步驟，主要區別在于如何在坯模內將土料加工成形。土墼俗稱“干打坯”“杵打坯”，多見于我國北方少雨干旱地區，其工藝邏輯與夯土基本相同，但采用小型木框作模具，將潮濕土料夯擊成磚形，干燥數周后，用于墻體砌筑；土坯也稱“水脫坯”，多見于我國南方水資源相對豐富地區，其做法是將土料加水和成泥，擠壓至木制模具，后去模成磚形，再經過數周的干燥，用于墻體砌筑。

制坯工藝是生土砌筑工藝的關鍵環節，目前各地使用的砌塊和歷史遺跡發現的砌塊遺存尺寸大小不一，有的還在制作過程中加入竹筋、稻草、頭發、木棍等添加物，以增強其抗彎抗剪能力。通過對世界各地生土砌塊的觀察和整理（表1），從自然要素、能力要素和人文要素3 個角度歸納影響要素[18]。①自然要素是首要影響要素，如在我國新疆等氣候干燥的地區，生土砌塊干燥速度較快，因而可以制造尺寸相對較大的砌塊；又如在美國西部，靠近地震帶地區的生土砌塊尺寸相對較大，加州和亞利桑那州的生土砌塊較新墨西哥州的尺寸更大。②能力要素是直接影響要素，如在一些考古遺址中，同一建筑的生土砌塊往往是下大上小，最上方起拱用的砌塊最小，這正是保證結構安全的合理需要。③人文要素是對工藝產生驅動力的關鍵要素，這種驅動力甚至在脫離其誕生土壤之后仍然具有強大的慣性，如美國紐約州在1830—1880 年間建造的很多生土建筑受加拿大多倫多的英格蘭移民影響，沿襲了英格蘭本土的土坯制作傳統[15]。

2.2.2 生土砌塊相關工藝的更新與改進

生土砌塊的相關工藝分為砌塊的制造和砌筑兩個關鍵環節。目前，國際上生土砌塊的制造研究呈現兩大發展趨勢：①以歐美為代表的發達國家，將標準化、高質量、高效率的建造作為目標，不斷嘗試拓展生土砌塊的應用范圍；②以非洲、南亞等地區為代表的發展中國家，將生土營建作為解決貧困人群居住問題的手段，以降低單位砌塊造價、提升預制砌塊便捷性為主要目標。兩條發展路線都反映了不同社會群體在建造活動中的真實需求。

在以德國為代表的歐洲發達國家，標準化的生土砌塊生產線已經日趨成熟，可以生產各種標準尺寸的輕、重生土砌塊。通過添加各種工業黏合劑進行化學改性進一步增強其材料強度、耐久性是目前比較熱門的研究方向，相關研究成果較多，對性能提升效果非常明顯[2，4]。不能忽略的是，經過化學改性的土料相較于原始生土雖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經不能還田，從建筑的全生命周期角度考慮，改性土砌塊的生態價值受到了一定程度的影響。

在以印度和布基納法索為代表的發展中國家，如何便捷地利用施工場地的原材料，并在成本可控的條件下，生產能夠用于建造的生土砌塊是研究的主要方向。由印度政府牽頭成立的奧羅維爾生土研究所(AVEI)不斷推廣壓縮生土砌塊（Compressed Stabilized Earth Block） 的 建 造 技術，本地企業Aureka 開發了Auram Press 系列可移動手動壓磚機，其中較常用的如Auram Press 3000（圖11、表2），該機器可生產4 個標準系列及特殊形狀，共計75 種砌塊。2022 年普利茲克獎的獲得者凱雷（Diébédo Francis Kéré） 以“ 使用最可行的材料創建一座最大限度滿足氣候需求和人民需求的建筑”為目標[19]，在布基納法索的村莊推廣生土砌塊的使用，相較于當地傳統手工泥坯，凱雷推廣的生土砌塊具有標準化的尺寸和更好的質量。

表2 Auram Press 3000 主要性能參數

圖11 Auram Press 3000 可移動手動壓磚機

關于砌筑的關鍵環節工藝改進，主要針對加固構造措施和黏結劑2 個方向展開。①在加固構造措施方面，美國部分州和土耳其的建筑規范要求由生土砌塊筑成的墻體必須使用垂直鋼筋或多道圈梁等構造措施，這些規范在地震頻發地區增強了建筑的安全性，但是也將生土砌塊建筑的成本進一步推高。②在進入工業化社會之前，黏結劑的發展相對緩慢，但相比前述的加固措施，以灰漿為代表的黏結劑改進成本較低，性價比相對較高。只要灰漿的膠粉摻量、灰砂比等成分控制得當，在灰漿與生土砌塊黏結良好的情況下，就可以提升灰漿抗壓強度、通縫抗剪強度，達到增強和提升砌體強度的目的[20]。但德國卡塞爾大學赫爾諾特·明克教授（Gernot Minke）的團隊發現，如果水泥、石灰等黏結劑比例控制不當不僅無法提高生土墻的強度，還會造成土料的黏性降低。

2.2.3 生土砌塊的應用潛力

傳統的砌筑工藝，無論是使用土坯、土墼或是后來的燒結磚，砌塊作為一種預制建筑構件在脫模之后就已經定型，將其組織為建筑實體的工序往往依賴于現場工匠的手藝，即使是大小相似的生土砌塊，在不同的工匠操作下也會因不同地區的“手風”或是個人的創意產生完全不同的表現效果。在現代工業快速發展的背景下，由機械批量生產生土砌塊已經相對成熟，同時，借助智能化的砌筑機械可以精準實現建筑師的設計意圖，建造出形式多樣的砌體結構。由于生土砌塊的生產工業化和砌筑智能化水平較易得到提高，將機械批量生產生土砌塊與智能化的砌筑機械組合使用，可充分發揮生土砌塊作為綠色建材的環保價值，發展潛力不容小覷（圖12）。

圖12 機械臂建造的土坯墻

2.3 生土抹面工藝

2.3.1 草泥抹面與石灰抹面工藝

草泥抹面作為生土抹面的早期形式發端甚早，在世界各地早期人類活動的遺址中常有發現。草泥抹面作為一種對木材、生土材料等建筑材料的保護措施，兼具表面修飾與結構加固、防水、防蛀等作用。在我國，草泥抹面與竹木加工工藝組合形成的木骨泥墻是建筑從地下向半地下、地上發展的關鍵工藝，后來還發展出垛泥技術，在部分農村地區至今仍然使用這種技術修建院墻和牲畜棚。然而，早期草泥抹面的防水防潮能力有限，風干結塊后容易拍打碎落，因此在仰韶文化時期遺址居住面就出現了火烤的痕跡，火烤處理使得草泥抹面的性能得到了較大提升，但嚴格來說這種處理方式屬于改性處理。隨著時代的發展，抹面工藝越來越精細，出現了多層抹面的工藝方法，工匠需要控制好每層抹面的收縮變化，防止不均勻收縮導致的表面裂紋。這種工藝對工匠的操作水平和藝術修養要求較高，生土抹面由一種功能性的工藝產生出更多藝術審美的價值。

另一方面，石灰燒制技術的出現對生土抹面工藝產生一定影響。仰韶文化晚期的鮑家堂村H22 遺址居住面上有一層白色石灰面層；在之后的龍山文化時期，石灰抹面技術得到了進一步的發展并得到廣泛應用，在墻裙上抹灰的工藝做法大大增強了生土材料的適應性與結構性能。

2.3.2 生土抹面在當代的發展

生土抹面在誕生之初是具有非常明確的功能性用途的工藝種類，雖然在實際發展的過程中經歷了較長時間的停滯，但是其擁有細膩的質地和天然無污染的材料優勢，現在已經逐漸發展成為一種高級裝飾材料。由于不同泥土產出地的礦物質含量不同，因此土料存在天然的色彩差異，常見的有紅土、黃土、青土、棕土、紫土、黑土等抹面種類，不同顏色的土料混合使用為生土抹面帶來了更多藝術創作的空間（圖13）。

圖13 生土抹面樣板

相較于其他生土營建工藝，生土抹面工藝直到現在仍需依賴工匠的個人經驗和手藝，機械化程度較低。這一方面保證了生土抹面工藝的原創性，另一方面在人工成本不斷升高的當下，部分較高工藝水平的生土抹面成為一種昂貴的奢侈品，與人們對生土工藝的刻板印象大相徑庭。在日本和美國，成熟的生土抹面工藝常常用于私人住宅或酒店裝飾，成本以平米計價。工匠對多層抹面工藝的土料配方、黏合劑、固化劑往往都有自己的獨家配方和操作心得，如有的工匠將仙人掌汁作為面層添加劑，避免了水密封劑和丙烯酸封劑等工業添加劑時常脫落的問題；有的工匠將牛奶、酸奶油等加工過濾后提取酪蛋白作為防水層，使得面層光滑且加深了原來的土料色澤；有的工匠將白色高嶺土和少量礦石加入土料中，制造新奇的藝術效果；還有工匠將黑麥面粉糊作為黏合劑使用，加強材料間的黏結作用。

這些較高工藝水平的生土抹面技術近幾年也被引進國內。值得一提的是，部分工藝傳承人出于公益目的，向我國工匠和村民展示相關工藝手法，例如，日本生土抹面大師鈴木晉作在會寧縣馬岔村為村民示范生土抹面的基本操作流程，并親自現場制作示范墻，以期改變生土材料被誤解和低估的現狀。實際上，生土營建工藝在農村地區具有較好的傳承根基，如果能夠充分挖掘并加以適當的外部引導，完全具備條件成為村民創收的新路徑，進而讓生土營建工藝的傳承產生內生性的推動力。

在新技術研發方面，一種基于無人機的新型噴涂工藝目前已經處于1 ∶1 的模型測試階段（圖14）。這項實驗由一個多學科團隊組織進行，通過安裝著噴頭和軟管的無人機，將黏土、砂子和纖維混合成的“生土砂漿”傾倒或噴灑在由竹竿和纖維制品組成的拱形結構上。這項技術旨在減少生土建造中重型機械的使用，降低腳手架搭建對人力的需求，同時節省了建造時間[21]。

圖14 無人機正在噴涂生土砂漿[22]

2.4 其他新興生土營建工藝

近年來，新興的數字技術在生土營建活動中賦予建筑師更多操作空間。自現代建筑發端以來，建筑建造工藝伴隨工業流程的分工呈現分解的趨勢，建筑師扮演的角色有邊緣化的趨勢。數字化工藝將片段化的建造過程重新聚合為整體，有利于建筑師參與建筑從設計到建造的整個流程。其工藝流程可歸納為設計、制造（加工）、數字重建、分析等4 個主要環節，根據實際使用需求不同調整工序，實現了建筑師對整個建造活動的精準控制（圖15）。使用生土材料的增材制造（AM）的環境影響遠低于以混凝土為代表的其他工業產品，在循環使用等方面具有明顯的優勢[23]。3D 打印（3DP）生土工藝擴大了利用本地天然材料建造可持續建筑的選擇范圍，甚至作為人類移民外星的備選建造方案而被提出和討論（圖16）。在3DP 生土工藝中，機械臂的電力消耗成為了主要的能耗來源，可以預見在能源結構更加可持續的未來，這一營建工藝的潛能還將大幅度提升（表3）。

表3 幾種生土建造技術的對比

圖15 3DP 生土工藝流程與技術支撐

圖16 3DP 工藝建造的“火星山丘阿爾法”

除了發源自傳統的幾種生土營建工藝，在20 世紀末還產生了一些新的工藝方法。例如，伊朗建筑師納德·哈利利（Nader Khalili）基于袋裝泥土、輪胎泥土等工藝，創造了新的生土營建體系Superadobe，并成為最早參與美國航空航天局（NASA）月球和火星基地建設計劃的建筑師之一。這些工藝本質上是將生土作為填充物，通過人工快速搭建提供遮蔽的構造物，常用于建造低收入住宅和災區的臨時建筑。

3 新工藝的應用機理與發展瓶頸

3.1 新工藝的應用機理

從表面上看，以上諸多生土營建工藝進步的主要來源與工業化的生產體系密不可分，因此會造成一種錯誤認知，認為現代生土營建工藝和傳統工藝之間的區別僅僅在于生產工具的進步與革新，工具的進步帶來之后的一系列變化，包括形式的拓展、審美的感知、高效的建造等，然而，這種觀點實際上是非常片面的。在各種新工藝流程中，往往第一步就是明確生土材料的來源和組成，如若不明晰生土材料的性能參數，就不能應用于工程設計。

現代生土營建工藝中以土壤級配原理為代表的應用機理研究[24]，真正對新工藝產生了底層推動作用，是現代生土營建工藝區別于傳統工藝的根本性進步。現代材料學對生土的科學研究表明：土壤中土粒和水分的物理與表面性質是決定生土可以作為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組成，不同粒徑的土粒，在水分物理性質與表面性質上存在著巨大差異。不同大小的土粒之所以能夠聚合在一起，作為材料用于房屋建造，黏粒遇水產生的黏結力是其中的關鍵。在黏粒的作用下，大顆粒間的縫隙被小顆粒填充，小顆粒間的縫隙被更小的顆粒填充，這種穩定的堆積關系被稱為阿波羅堆積模型（圖17）。為了使材料形成穩定的微觀結構，需要調節不同粒徑的土壤顆粒數量，減少空隙率，增大黏粒數量的配比原則，就是土壤級配原理。各種新營建工藝會根據自身的設計目標和土料組成的科學分析結果，調整土、砂、石和水分的比例，以此控制土墻質量和最終的表面效果。

圖17 阿波羅堆積模型示意圖

土壤級配原理的提出與應用并不意味著現代新型的生土營建工藝能夠完全剝離傳統匠人的營建經驗。對于建構邏輯的承繼與發展，傳統工匠在工藝美學、節點設計、技藝運用等方面均對當今中國建筑界具有啟發意義。

3.2 新工藝的發展瓶頸

生土營建工藝從傳統走向現代的過程，不僅僅是通過工業化的生產措施將施工效率極大提升的過程，更是體系化的提升過程。目前，在整個營建工藝體系中仍然存在著諸多亟待提升的環節，當生土營建各個相關環節的發展都滿足實踐的需求時，其潛能才能得以全面施展。

（1）行業標準體系亟需建立。相關標準及規范的制定有利于生土營建工藝的推廣與發展，這已經在世界各地生土營造實踐的從業者中形成共識[26]。近幾十年來，世界各地陸續出臺一系列生土營建標準、規范和導則，目前標準化的生土建筑產品產量正已穩定的速度增長，在德國等發達國家這一數據的年增長率穩定在兩位數[27]，逐步形成良性循環的發展態勢；然而我國生土營建的標準化領域仍然存在較大空白，國內相關產業的從業者對制定針對生土建筑的規范與標準的呼聲不絕于耳，亟需建立相關標準體系。

（2）環境性能優勢難以量化。生土建筑優越的環境性能一直以來都是其備受推崇的原因之一，已有的大量實驗顯示其在熱濕調節方面相較其他工業建材具有突出的優勢[28]，甚至能夠有效改善室內空氣質量[29]。這些優勢降低了生土建筑內暖通等耗能設備的使用頻率和時間，實現了節能減排的目的，但是，目前缺少可以具體計算和模擬生土建筑與環境互動的過程的動態模擬工具，這種難以量化的性能優勢在實踐中很難被理解和接受，相關的模擬和計算工具仍然有待開發。

（3）土料改性技術有待探索。傳統生土建筑在耐候性上的缺陷是其在工業化浪潮中被逐漸拋棄的原因之一，因此，針對耐候性提升的土料改性研究是當下生土建筑研究的熱點方向之一。然而，目前的土料改性研究對具體的營建工藝影響并不大，反而一些化工添加劑會對生土建筑的生態循環利用造成負面影響，這也再次提示了我們對“生土”概念進行嚴格定義的必要性。使用新的生物合成添加劑來減少或消除負面環境影響是一個極具潛力的研究方向，如使用瓜爾膠和黃原膠取代傳統的水硬性黏合劑的探索研究，目前已經取得一定進展[30]。

4 結語

生土營建工藝在我國建筑歷史中具有不可替代的地位，在經歷相當長一段時間的貶抑與沉寂之后，其發展已經從“土木共生”的傳統模式向著多元共生的、新的開放式發展模式轉變。各種新工藝在試圖解決傳統生土營建工藝在墻體耐久性、設計自由度、施工精度等問題上的短板的同時，不約而同地應用了新的工藝機理，降低了工藝的勞動力密集程度，提高了施工效率，并進一步突出了生土材料的生態優勢。

與此同時，我們不能割裂地看待現代的生土營建工藝與傳統的本土營建工藝，二者在建造邏輯上的內在聯系，為我們在新的技術條件下吸收傳統工藝中的有益經驗創造了基礎，也有利于延續本土工藝中的文化記憶，進一步發展傳統工匠精神。

綜上，我們既不能輕視傳統的營建經驗，也要隨著社會和技術的發展與時俱進，不斷提高對生土營建工藝以及生土建筑的認知。當下社會發展已經進入“生態文明”建設階段，我們應當解放思想，在生土建筑研究和評價的思路上，不必執迷于傳統觀點而一味強調其物美價廉、冬暖夏涼的特點，更要突出其在新時代、新背景下創造生態價值的“造血能力”，充分挖掘在配合其他設備（如太陽能設備等）進行大規模實施后帶來的地區生態交易的潛力，進而通過“開源”的方式進一步提高各地人民的生活福祉，這將會成為生土建筑未來發展的重要研究方向。

（感謝土上設計Onearth Architecture提供圖3、9、12、16。）