竹子的森林

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

摘 要:本文回顾了2007年“德中同行”活动中,南京工业大学与德国莱比锡应用科学大学联合设计教学项目-“竹子的森林”的方案甄选和实施过程,分析了竹材的性能,探索了竹构建筑的建构方式,展现了竹构建筑独特的形态,旨在重新认识并利用竹子这一我国传统的绿色建筑材料,为未来绿色建筑的建造进行有益的探索。
    关键词:德中同行; 竹子; 竹子的森林; 绿色环保
    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项目背景
    2007年10月19日至10月28日,“德中同行”之“德国大道”活动在南京大行宫广场举行①。“德国大道”活动由一系列活动组成,旨在促进中德两国在文化、经济、科技等方面的相互了解,增进双方人民的友谊。
    参加中德高校联合设计教学的单位是南京工业大学建筑与城市规划学院(中方)和莱比锡科学应用大学(Hochschule für Technik Wirtschaft und Kultur, Leipzig)建筑系(德方)。根据联合设计教学计划,双方共有6名老师和16名学生共同参加了为期两个多星期的“竹子建筑”的设计和建造活动。
    2 联合设计教学
    2.1选题和项目安排
    竹子是古老的建筑材料之一,它有诸多优点,是一种可再生、可循环、经济且抗震的生态原材料,在中国自古至今广为使用。
    这次“德国大道”的策展人选定竹子这一中国味浓郁的元素为一系列临时展棚、展厅的建筑材料,中国五合国际(5+1 Werkhart International)设计了“德国大道”广场总平面布局(图1),联合设计项目的基地位于长江路入口处,紧邻南京图书馆,设计概念沿用竹元素,8m高的竹塔将为“德国大道”广场增添一处标志性建筑。
    根据联合设计教学的计划,双方拟定了教学的目标、任务和时间安排(表1)。
    2.2 教学过程
    2.2.1对竹材的分析研究
    1) 物理性质
    竹,学名Bambusoideae(Bambusaceae),禾本科多年生木质化植物。已知全球约有150属,1225种。茎横切成薄片,放在显微镜下观察,可以看到一个个的维管束,外层是韧皮部,内层是木质部,韧皮部和木质部之间没有形成层,这造成了竹子茎杆在生长到一定时候保持原有的粗细程度(图2)。
    竹子4~5年成材,而且枝叶茂盛,根系发达,具有调节气候,涵养水源,保持水土,防风减灾等良好功能,对维持生态平衡,保护人类生存环境起到很好的作用,是一种理想的绿色环保材料。
    2)历史进程
    4000多年来,人们将竹子应用到生产生活的各个方面:古代先民早已将竹子大量用于作战的武器,农耕、捕渔的工具,房屋建筑材料等。随着社会的发展,竹子被更广泛地用于工农业生产的各个行业,如:造纸、建筑、交通、水产养殖、食品加工、工艺美术等。近代更不断有加工利用的新技术被创造发明,新产品被开发利用。
    3)竹材的连接方式
    竹子作为一种建筑材料有诸多优点,如成本低廉,生长速度快以及优良的力学性能等。但是,连接却很困难:横断面是圆形;中空结构;外表皮光滑;只有竖向的组织;天然材料的各项性能受气候影响而不尽相同。以下是几种常用的绑扎方法:
    1)竹篾绑扎(图3)
    2)铁丝绑扎
    3)榫卯结构
    4)金属节点竹结构网架
    以上方法中,铁丝绑扎方法至今仍普遍应用。
    2.2.2 竹塔结构形态研究
    竹塔的造型参照高层建筑的形态,借鉴现有成熟的结构体系进行设计。
    1)筒中筒结构
    2)双曲面结构
    3)正多边形棱台结构
    4)圆柱体结构
    5)2~3种结构的组合结构
    通过读“竹”思辩,我们认为结构体系应当稳定牢固,用料节省,美观实用。组合结构具有艺术性和创造性,同时反映了竹子造型的多样性与灵活性,是本次设计结构选型的首选。
    2.3 方案斟选和竹塔建造
    方案1-双曲面竹塔:竹子相互交叉,外表面形成一个旋转的曲面,造型上给人以较大冲击。底层和顶层的旋转半径都比较大,中间较小,由此形成一个塔形体量。内部采用旋转楼梯,每上一层楼梯便可到达一个平台,供人们观赏大行宫广场和同学们做飞蛋实验之用(图4)。
    方案2-城韵:遵循传统理念,九宫格模数网架,形态方正。两层竹子的网面围成了“城墙”的体量,引用明城墙的概念表达地域性特征。围合的天井体现了中国传统的院落理念。两层竹网构成内廊,交错排列的两组楼梯直达网架顶端,形成有趣的空间序列,悬挑出的平台作为“飞蛋”的场地(图5)。
    方案3-贝塞尔曲线:一曲优美的音乐,节奏时而紧张,时而舒缓。采用了稳固的三棱锥和双曲面的组合结构,一个三棱锥在空间内绕顶点旋转,底层平台因此成为顶部平台,这是第一重转变。为了增加结构的稳定,加入另一个结构系统 “平缓和旋”:增大的底面平台和优美的竹子双曲面系统形成第二重转变,它分担了顶层平台传递下来的重量,且使得每个面更加连贯(图6)。
    方案4-柏林城墙:看起来像是一段城墙,经过处理后,它已不再是简单的城墙形式。它长15m,高8m。采用三角形的稳定结构,保证了整个建筑的稳定性和通透性,体现了竹子独特的柔韧性、生命力以及自然亲和力,而且大大减小施工难度。人们通过茂密的竹林,攀登到平台,豁然开朗,惊喜之情犹如登上了世界之颠(图7)。
    方案5-竹子的森林:这是5个设计方案中的胜出方案,称之为“竹子的森林”(图8)。灵感来源于在人们在漫山遍野的竹林中,闲庭信步、欢声笑语。这是一个欢快、智慧以及贴近自然的构思,它从更深层面上体现了中德师生对绿色建筑的深刻理解。
    普通的脚手架采用矩形框架的规整结构,而我们这个设计的构架,则采用竹杆在竖直方向上相互并列、倾斜、交叉、依靠的方式,充分利用了竹子强韧的竖向受力优点。
    结构体系采用传统的铁丝绑扎方式固定竹竿,这种方式在今日的建造领域广泛使用,其优点是操作简单,拆卸方便,造价低廉。
    通向顶部平台的蜿蜒坡道,对整个结构体系起到了一个很好的附加固定作用。整个构筑物长24m,平台离地面高8m,参加“飞蛋”试验的学生可沿多折梯段漫步而上,到达“竹林”的最高处,在那里完成“飞蛋”实验。
    设计所采用的构造节点,操作性很强,在实际建造过程中可以根据实际情况去调整,施工便捷。整个安装建造的过程,由中德两校带队老师、参与设计的学生和专业施工队在现场共同完成(图9)。
    2.4 “飞蛋”试验
    这是联合教学任务的结束曲,参与“飞蛋”试验的同学均为南京工业大学本科一年级新生,总共有28组。各设计小组运用物理和化学知识,设计出多个智慧有趣的装置:运用橡皮筋的拉力和竹子的韧性制作而成的获奖作品“永结同心”,灵感来源于制备二氧化碳的装置,运用螺旋桨原理的装置,运用空气动力学制成的降落伞等(图10)。很多方案获得成功,部分富有创意的成功方案得到评委们很高的评价。
    值得一提的是,“飞蛋”试验当天,莱比锡市长和其他官员亲临现场,兴致勃勃地参观了竹塔,并对联合设计教学的成果给与很高评价,“竹子的森林”获得“德中大道”活动的特别大奖。
    3体会与评价
    联合设计的主旨是强调在一定时间内以明确的指导思想、清晰的结构、有效的方法、紧密的合作来完成预设的目标。在这次活动开始前,中德双方老师已做好充分的准备工作(项目策划、材料选择、时间安排、建构研究等),这使得联合设计能在预定的框架内有条不紊地进行,德国人的严谨与中国人的效率有效地结合,参与的学生提高了空间造型能力,徒手模型制作能力,小组团结协作的能力和跨文化交流学习的能力。
    此次Workshop的课题是实际课题,而不是虚拟的;建造所使用的竹材是租用的竹脚手架,在活动结束后拆卸并收回,降低了成本,实现了绿色环保的目的,体现了可持续发展的理念。通过这次联合设计教学,我们对竹子这种建筑材料的特点和性质有了更深入的了解,拓宽了设计竹构建筑的思路与方法。这样的教学活动对促进教学改革,提高学生的创新思维、设计能力和实际动手能力是非常有益的。
    参考文献:
    [1] 高层建筑结构概念设计[G].南京:南京工业大学.
    [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] 龚恺.东南大学建筑学院联合教学成果选[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.