植物與建筑的共生

【摘要】植物建筑學(xué)是通過(guò)植物生長(zhǎng)與技術(shù)連接的相互作用形成的一個(gè)活的、會(huì)呼吸的復(fù)合技術(shù)結(jié)構(gòu)。本文通過(guò)活樹(shù)塔這一案例講述了植物建筑結(jié)構(gòu)創(chuàng)建所需考慮的設(shè)計(jì)要素、技術(shù)手段、建造及開(kāi)發(fā)過(guò)程?；顦?shù)塔作為第一個(gè)示范性項(xiàng)目，它體現(xiàn)了活植物建筑工程實(shí)現(xiàn)的可能性，并將植物建筑學(xué)的生態(tài)潛力可視化，對(duì)以后的建筑設(shè)計(jì)研究具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】植物建筑結(jié)構(gòu)；疊加法；設(shè)計(jì)要素；生長(zhǎng)過(guò)程

1、項(xiàng)目概況

活樹(shù)塔是由斯圖加特大學(xué)博士費(fèi)迪南德·路德維希（Ferdinand Ludwig）設(shè)計(jì)，占地面積約八平方米，高度約九米，由三層樓層以及數(shù)百顆白柳組成（圖1）。整個(gè)建筑由一個(gè)臨時(shí)鋼管腳手架支撐，并通過(guò)一個(gè)可拆除的螺絲底座固定在地面上。該項(xiàng)目主要是通過(guò)植物疊加法使植物融合并垂直生長(zhǎng)、且與金屬構(gòu)件相互作用，來(lái)建造一個(gè)由植物支撐的三層結(jié)構(gòu)。

2、設(shè)計(jì)要素

2.1位置和樹(shù)種

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

2.2植物建筑結(jié)構(gòu)

在表皮結(jié)構(gòu)上，為了使植物形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，植物枝干均等傾斜排列形成菱形。菱形結(jié)構(gòu)又通過(guò)交叉、與金屬部件牢固連接形成剛性的桁架狀結(jié)構(gòu)。在荷載承重上，該結(jié)構(gòu)的水平荷載由構(gòu)建的臨時(shí)框架結(jié)構(gòu)支撐，垂直荷載由四個(gè)角的支柱承擔(dān)。當(dāng)植物被放置到金屬框架中且與金屬構(gòu)件融合時(shí)，撤除臨時(shí)框架，此時(shí)的垂直荷載完全由植物交叉形成的菱形結(jié)構(gòu)承擔(dān)。在連接方式上，植物通過(guò)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(xiàn)故障也不會(huì)失去整體穩(wěn)定性。在連接技術(shù)上，采用穿透連接將植物進(jìn)行粘連。在十字接頭處，植物通過(guò)兩根共用螺絲平行連接。所有接頭都預(yù)先鉆好，以避免木材分裂。

2.3技術(shù)部件

所有技術(shù)部件均由鍍鋅鋼材構(gòu)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(qū)域，第一層可以通過(guò)鋪設(shè)的梯子進(jìn)入。二、三層之間則安排了走道和鋁梯。在第一個(gè)增長(zhǎng)階段，這些水平層僅用于維護(hù)和保養(yǎng)。

2.4生長(zhǎng)環(huán)境

除了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，創(chuàng)建合適的生長(zhǎng)環(huán)境也是植物疊加法的主要內(nèi)容。通過(guò)綜合考慮，選擇了相對(duì)常規(guī)的帶滴灌的集裝箱系統(tǒng)，種植容器采用的內(nèi)襯是由透水、透氣材料編織而成的絲網(wǎng)層，生長(zhǎng)植物的基質(zhì)選擇普通的泥炭基質(zhì)。在施工過(guò)程中，用起重機(jī)將植物或植物容器進(jìn)行安置并安裝一個(gè)灌溉系統(tǒng)，根據(jù)天氣和季節(jié)狀況利用定時(shí)器控制和調(diào)整灌溉。

3、建造及生長(zhǎng)過(guò)程

3.1建造過(guò)程

活樹(shù)塔的建造分為以下幾步：首先是在植物容器中預(yù)先種植植物。其次使用金屬構(gòu)件搭建臨時(shí)結(jié)構(gòu)框架，待植物長(zhǎng)到一定程度，使用起重機(jī)將植物及容器放置到金屬框架預(yù)留的位置上。最后將植物與金屬框架運(yùn)用上文所提到的方法進(jìn)行連接。每個(gè)階段必須謹(jǐn)慎切割，嚴(yán)格控制施肥、澆水來(lái)促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

3.2生長(zhǎng)過(guò)程

3.2.1植物個(gè)體生長(zhǎng)

第一階段的目標(biāo)是使植物盡可能均勻的發(fā)育并快速生長(zhǎng)，這需要根區(qū)具有充足的水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。盡管生長(zhǎng)條件相同，各個(gè)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(guò)修剪生長(zhǎng)旺盛的植物來(lái)減緩植物生長(zhǎng)速度，另一方面也可以人為的控制植物的生長(zhǎng)發(fā)育，如定期移除生長(zhǎng)旺盛的側(cè)芽。

在活樹(shù)塔內(nèi)，植物要克服其他植物占據(jù)的區(qū)域進(jìn)行自身的生長(zhǎng)發(fā)育，因此會(huì)發(fā)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(duì)中心處的植物較大，因此生長(zhǎng)更優(yōu)于中心處植物。這時(shí)可通過(guò)修剪更強(qiáng)壯的植物枝條來(lái)補(bǔ)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(guò)植物疊加法（即在垂直的植物結(jié)構(gòu)上連接融合其他植物的方法）使植物融合，實(shí)現(xiàn)共生。首先是切割植物，并使植物的兩個(gè)傷口表面接觸、捆綁待其愈合。當(dāng)植物間形成共同的形成層時(shí)，慢慢減少單個(gè)容器的供水量直至完全停止供水。若沒(méi)有造成任何明顯的損壞則粘連成功。然后從上到下逐級(jí)進(jìn)行粘連，直到人為形成的植物結(jié)構(gòu)融為一體并呈現(xiàn)出陸地習(xí)性，代表植物已融合成功。當(dāng)結(jié)構(gòu)足夠穩(wěn)定時(shí)，框架結(jié)構(gòu)將被去除。

3.2.3植物厚度增長(zhǎng)和死亡

第三階段是植物的厚度增長(zhǎng)和死亡階段。這時(shí)候個(gè)體植物完全融合在一起，形成一個(gè)整體。為了使植物的所有部分盡可能均勻的生長(zhǎng)，需以生長(zhǎng)旺盛的植物取代生長(zhǎng)緩慢的植物來(lái)保證植物的承載能力。在結(jié)構(gòu)上，當(dāng)部分根冠或者莖區(qū)死亡時(shí)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載力降低，對(duì)剩下的植物造成負(fù)擔(dān)，但同時(shí)周邊區(qū)域的枝干會(huì)迅速增粗來(lái)維持整體結(jié)構(gòu)的均衡。但有時(shí)候植物的發(fā)展并不盡如人意，這時(shí)候?qū)τ诓环€(wěn)定的結(jié)構(gòu)要通過(guò)護(hù)理措施來(lái)避免，如針對(duì)性的施肥。同時(shí)也應(yīng)注意風(fēng)災(zāi)，蟲(chóng)害等。

結(jié)語(yǔ)：

活樹(shù)塔的設(shè)計(jì)和建造向我們展示了怎樣在短時(shí)間內(nèi)使用植物疊加法實(shí)現(xiàn)垂直的綠色空間。植物建筑結(jié)構(gòu)打破了傳統(tǒng)的建筑形式，看似不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)隨著時(shí)間的推移會(huì)變得越來(lái)越強(qiáng)壯直到形成永久性結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)研究展示了植物建筑結(jié)構(gòu)的可行性，隨著結(jié)構(gòu)的不斷試驗(yàn)和完善，這些結(jié)構(gòu)將融入社會(huì)、融進(jìn)生活，并為我們的城市提供一個(gè)健康且生態(tài)的空間環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[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(jiǎn)介：

于曉晨，1993.02.21，女，山東煙臺(tái)，山東建筑大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，綠色建筑。

許欣悅，1993.04.10，女，山東泰安，山東建筑大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，綠色建筑。