竹子的森林

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摘 要:本文回顧了2007年“德中同行”活動中,南京工業(yè)大學與德國萊比錫應(yīng)用科學大學聯(lián)合設(shè)計教學項目-“竹子的森林”的方案甄選和實施過程,分析了竹材的性能,探索了竹構(gòu)建筑的建構(gòu)方式,展現(xiàn)了竹構(gòu)建筑獨特的形態(tài),旨在重新認識并利用竹子這一我國傳統(tǒng)的綠色建筑材料,為未來綠色建筑的建造進行有益的探索。
    關(guān)鍵詞:德中同行; 竹子; 竹子的森林; 綠色環(huán)保
    Abstract:This paper reviews the selection and actualization of the "Bamboo Forest" plan in the joint teaching of Nanjing University of Technology & Hochschule für Technik Wirtschaft und Kultur, Leipzig in the "Deutschland und China Gemeinsam in Bewegung" program in 2007, analyses the capability of Bamboo, probes into the construction mode of Bamboo structure, and exhibits the unique configuration, which aims to reactivate green material-bamboo constructions, and explores helpfully for the future Green Building.
    Key words:Deutschland und China Gemeinsam in Bewegung; Bamboo; Bamboo Forest;Green and Environmental Protection
    1項目背景
    2007年10月19日至10月28日,“德中同行”之“德國大道”活動在南京大行宮廣場舉行①。“德國大道”活動由一系列活動組成,旨在促進中德兩國在文化、經(jīng)濟、科技等方面的相互了解,增進雙方人民的友誼。
    參加中德高校聯(lián)合設(shè)計教學的單位是南京工業(yè)大學建筑與城市規(guī)劃學院(中方)和萊比錫科學應(yīng)用大學(Hochschule für Technik Wirtschaft und Kultur, Leipzig)建筑系(德方)。根據(jù)聯(lián)合設(shè)計教學計劃,雙方共有6名老師和16名學生共同參加了為期兩個多星期的“竹子建筑”的設(shè)計和建造活動。
    2 聯(lián)合設(shè)計教學
    2.1選題和項目安排
    竹子是古老的建筑材料之一,它有諸多優(yōu)點,是一種可再生、可循環(huán)、經(jīng)濟且抗震的生態(tài)原材料,在中國自古至今廣為使用。
    這次“德國大道”的策展人選定竹子這一中國味濃郁的元素為一系列臨時展棚、展廳的建筑材料,中國五合國際(5+1 Werkhart International)設(shè)計了“德國大道”廣場總平面布局(圖1),聯(lián)合設(shè)計項目的基地位于長江路入口處,緊鄰南京圖書館,設(shè)計概念沿用竹元素,8m高的竹塔將為“德國大道”廣場增添一處標志性建筑。
    根據(jù)聯(lián)合設(shè)計教學的計劃,雙方擬定了教學的目標、任務(wù)和時間安排(表1)。
    2.2 教學過程
    2.2.1對竹材的分析研究
    1) 物理性質(zhì)
    竹,學名Bambusoideae(Bambusaceae),禾本科多年生木質(zhì)化植物。已知全球約有150屬,1225種。莖橫切成薄片,放在顯微鏡下觀察,可以看到一個個的維管束,外層是韌皮部,內(nèi)層是木質(zhì)部,韌皮部和木質(zhì)部之間沒有形成層,這造成了竹子莖桿在生長到一定時候保持原有的粗細程度(圖2)。
    竹子4~5年成材,而且枝葉茂盛,根系發(fā)達,具有調(diào)節(jié)氣候,涵養(yǎng)水源,保持水土,防風減災(zāi)等良好功能,對維持生態(tài)平衡,保護人類生存環(huán)境起到很好的作用,是一種理想的綠色環(huán)保材料。
    2)歷史進程
    4000多年來,人們將竹子應(yīng)用到生產(chǎn)生活的各個方面:古代先民早已將竹子大量用于作戰(zhàn)的武器,農(nóng)耕、捕漁的工具,房屋建筑材料等。隨著社會的發(fā)展,竹子被更廣泛地用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個行業(yè),如:造紙、建筑、交通、水產(chǎn)養(yǎng)殖、食品加工、工藝美術(shù)等。近代更不斷有加工利用的新技術(shù)被創(chuàng)造發(fā)明,新產(chǎn)品被開發(fā)利用。
    3)竹材的連接方式
    竹子作為一種建筑材料有諸多優(yōu)點,如成本低廉,生長速度快以及優(yōu)良的力學性能等。但是,連接卻很困難:橫斷面是圓形;中空結(jié)構(gòu);外表皮光滑;只有豎向的組織;天然材料的各項性能受氣候影響而不盡相同。以下是幾種常用的綁扎方法:
    1)竹篾綁扎(圖3)
    2)鐵絲綁扎
    3)榫卯結(jié)構(gòu)
    4)金屬節(jié)點竹結(jié)構(gòu)網(wǎng)架
    以上方法中,鐵絲綁扎方法至今仍普遍應(yīng)用。
    2.2.2 竹塔結(jié)構(gòu)形態(tài)研究
    竹塔的造型參照高層建筑的形態(tài),借鑒現(xiàn)有成熟的結(jié)構(gòu)體系進行設(shè)計。
    1)筒中筒結(jié)構(gòu)
    2)雙曲面結(jié)構(gòu)
    3)正多邊形棱臺結(jié)構(gòu)
    4)圓柱體結(jié)構(gòu)
    5)2~3種結(jié)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)
    通過讀“竹”思辯,我們認為結(jié)構(gòu)體系應(yīng)當穩(wěn)定牢固,用料節(jié)省,美觀實用。組合結(jié)構(gòu)具有藝術(shù)性和創(chuàng)造性,同時反映了竹子造型的多樣性與靈活性,是本次設(shè)計結(jié)構(gòu)選型的首選。
    2.3 方案斟選和竹塔建造
    方案1-雙曲面竹塔:竹子相互交叉,外表面形成一個旋轉(zhuǎn)的曲面,造型上給人以較大沖擊。底層和頂層的旋轉(zhuǎn)半徑都比較大,中間較小,由此形成一個塔形體量。內(nèi)部采用旋轉(zhuǎn)樓梯,每上一層樓梯便可到達一個平臺,供人們觀賞大行宮廣場和同學們做飛蛋實驗之用(圖4)。
    方案2-城韻:遵循傳統(tǒng)理念,九宮格模數(shù)網(wǎng)架,形態(tài)方正。兩層竹子的網(wǎng)面圍成了“城墻”的體量,引用明城墻的概念表達地域性特征。圍合的天井體現(xiàn)了中國傳統(tǒng)的院落理念。兩層竹網(wǎng)構(gòu)成內(nèi)廊,交錯排列的兩組樓梯直達網(wǎng)架頂端,形成有趣的空間序列,懸挑出的平臺作為“飛蛋”的場地(圖5)。
    方案3-貝塞爾曲線:一曲優(yōu)美的音樂,節(jié)奏時而緊張,時而舒緩。采用了穩(wěn)固的三棱錐和雙曲面的組合結(jié)構(gòu),一個三棱錐在空間內(nèi)繞頂點旋轉(zhuǎn),底層平臺因此成為頂部平臺,這是第一重轉(zhuǎn)變。為了增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,加入另一個結(jié)構(gòu)系統(tǒng) “平緩和旋”:增大的底面平臺和優(yōu)美的竹子雙曲面系統(tǒng)形成第二重轉(zhuǎn)變,它分擔了頂層平臺傳遞下來的重量,且使得每個面更加連貫(圖6)。
    方案4-柏林城墻:看起來像是一段城墻,經(jīng)過處理后,它已不再是簡單的城墻形式。它長15m,高8m。采用三角形的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),保證了整個建筑的穩(wěn)定性和通透性,體現(xiàn)了竹子獨特的柔韌性、生命力以及自然親和力,而且大大減小施工難度。人們通過茂密的竹林,攀登到平臺,豁然開朗,驚喜之情猶如登上了世界之顛(圖7)。
    方案5-竹子的森林:這是5個設(shè)計方案中的勝出方案,稱之為“竹子的森林”(圖8)。靈感來源于在人們在漫山遍野的竹林中,閑庭信步、歡聲笑語。這是一個歡快、智慧以及貼近自然的構(gòu)思,它從更深層面上體現(xiàn)了中德師生對綠色建筑的深刻理解。
    普通的腳手架采用矩形框架的規(guī)整結(jié)構(gòu),而我們這個設(shè)計的構(gòu)架,則采用竹桿在豎直方向上相互并列、傾斜、交叉、依靠的方式,充分利用了竹子強韌的豎向受力優(yōu)點。
    結(jié)構(gòu)體系采用傳統(tǒng)的鐵絲綁扎方式固定竹竿,這種方式在今日的建造領(lǐng)域廣泛使用,其優(yōu)點是操作簡單,拆卸方便,造價低廉。
    通向頂部平臺的蜿蜒坡道,對整個結(jié)構(gòu)體系起到了一個很好的附加固定作用。整個構(gòu)筑物長24m,平臺離地面高8m,參加“飛蛋”試驗的學生可沿多折梯段漫步而上,到達“竹林”的最高處,在那里完成“飛蛋”實驗。
    設(shè)計所采用的構(gòu)造節(jié)點,操作性很強,在實際建造過程中可以根據(jù)實際情況去調(diào)整,施工便捷。整個安裝建造的過程,由中德兩校帶隊老師、參與設(shè)計的學生和專業(yè)施工隊在現(xiàn)場共同完成(圖9)。
    2.4 “飛蛋”試驗
    這是聯(lián)合教學任務(wù)的結(jié)束曲,參與“飛蛋”試驗的同學均為南京工業(yè)大學本科一年級新生,總共有28組。各設(shè)計小組運用物理和化學知識,設(shè)計出多個智慧有趣的裝置:運用橡皮筋的拉力和竹子的韌性制作而成的獲獎作品“永結(jié)同心”,靈感來源于制備二氧化碳的裝置,運用螺旋槳原理的裝置,運用空氣動力學制成的降落傘等(圖10)。很多方案獲得成功,部分富有創(chuàng)意的成功方案得到評委們很高的評價。
    值得一提的是,“飛蛋”試驗當天,萊比錫市長和其他官員親臨現(xiàn)場,興致勃勃地參觀了竹塔,并對聯(lián)合設(shè)計教學的成果給與很高評價,“竹子的森林”獲得“德中大道”活動的特別大獎。
    3體會與評價
    聯(lián)合設(shè)計的主旨是強調(diào)在一定時間內(nèi)以明確的指導思想、清晰的結(jié)構(gòu)、有效的方法、緊密的合作來完成預(yù)設(shè)的目標。在這次活動開始前,中德雙方老師已做好充分的準備工作(項目策劃、材料選擇、時間安排、建構(gòu)研究等),這使得聯(lián)合設(shè)計能在預(yù)定的框架內(nèi)有條不紊地進行,德國人的嚴謹與中國人的效率有效地結(jié)合,參與的學生提高了空間造型能力,徒手模型制作能力,小組團結(jié)協(xié)作的能力和跨文化交流學習的能力。
    此次Workshop的課題是實際課題,而不是虛擬的;建造所使用的竹材是租用的竹腳手架,在活動結(jié)束后拆卸并收回,降低了成本,實現(xiàn)了綠色環(huán)保的目的,體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的理念。通過這次聯(lián)合設(shè)計教學,我們對竹子這種建筑材料的特點和性質(zhì)有了更深入的了解,拓寬了設(shè)計竹構(gòu)建筑的思路與方法。這樣的教學活動對促進教學改革,提高學生的創(chuàng)新思維、設(shè)計能力和實際動手能力是非常有益的。
    參考文獻:
    [1] 高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計[G].南京:南京工業(yè)大學.
    [2] http://bambus.rwth-aachen.de/eng/
    PDF-Files/Bamboo Connections. PDF.
    [3] http://bambus.rwth-aachen.de/eng/
    PDF-Files/Bamboo as a building
    material. PDF.
    [4] 龔愷.東南大學建筑學院聯(lián)合教學成果選[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007.