探索可持续建筑的未来。本综合指南为全球读者深入剖析夯土、堆砌土和土坯等土壤基建筑材料。
我们脚下的大地：全球土壤基建筑材料指南
在我们全球寻求可持续未来的过程中，建筑业正处于一个关键的十字路口。建筑业产生的二氧化碳排放量占全球能源相关排放总量的近40%，其对混凝土和钢铁等能源密集型材料的依赖是不可否认的，且日益变得难以为继。但如果解决方案的核心部分并非来自高科技实验室，而是就在我们脚下呢？几千年来，人类一直用地球上最丰富的材料——土壤，来建造耐用、舒适和美丽的居所。如今，一场全球性的土壤基建筑复兴正在将古老的智慧与现代创新相结合，为实现更健康、更具韧性的建筑环境提供了一条强有力的途径。这并非倒退回过去，而是对一种低碳、无毒、普遍可得的材料的精妙重新评估。
本综合指南将带您踏上一段探索土建筑世界的旅程。我们将探讨其复兴背后令人信服的原因，巡览各大洲实践的多样化技术，揭示现代的进步，并为任何对土建筑感兴趣的人提供实用的见解。无论您是建筑师、工程师、建筑商，还是具有环保意识的房主，了解土壤基材料已不再是小众兴趣——它已是21世纪建筑业的必备知识。
为何转向大地？土壤基材料的有力论据
向土建筑的转变是由环境、经济和健康需求的强大合力所驱动的。它代表着从“获取-制造-废弃”的线性模式，向尊重地球边界、增进人类福祉的循环模式的根本转变。
环境可持续性：凭良心建造
用土建造的主要优势在于其极低的环境足迹。关键在于其低隐含能源。隐含能源指的是材料在整个生命周期中（从开采、制造到运输和施工）所消耗的总能量。
- 混凝土与土壤的对比：混凝土的关键成分波特兰水泥的生产过程是众所周知的能源密集型过程，需要将石灰石加热到1400°C（2550°F）以上。仅此一项就占全球二氧化碳排放量的约8%。与此形成鲜明对比的是，大多数土质材料只需挖掘、与水混合，然后风干或就地压实。能源投入极小，通常仅限于体力劳动或轻型机械。
- 本地取材：土壤几乎总是在施工现场或其附近就可获得。这大大减少了与运输相关的排放和成本，而这在传统建筑项目中是一个重要因素，因为材料常常需要跨国、跨洲运输。
- 从摇篮到摇篮的可回收性：在使用寿命结束时，未经稳定剂处理的土墙可以被轻易拆除并回归大地，分解回土壤，而不会产生废物或有毒渗滤液。它甚至可以被浸湿后重新用于建造新结构。这种循环生命周期是可持续设计的黄金标准。
经济可行性：易于获取且价格实惠
对世界上的大部分人口而言，传统住房的成本高得令人望而却步。土建筑提供了一种经济上可行的替代方案。主要原材料——土壤——通常是免费的。虽然劳动力成本可能很高，特别是对于像堆砌土这样的技术，但它们往往通过创造就业机会和促进自建项目来赋权当地社区。像压缩土砖（CEB）这样的技术可以比传统土坯显著减少劳动时间，使项目更具规模化。在发达国家，虽然专业劳动力可能很昂贵，但在原材料上的节省可能相当可观，特别是对于自建者或社区主导的项目。
健康与舒适：会呼吸的墙体
现代建筑为了节能而密封，但常常因合成材料、油漆和饰面材料的废气排放而导致室内空气质量差。土墙提供了一种更健康的替代方案。
- 吸湿特性：粘土是建筑用土的关键成分，具有吸湿性，意味着它可以吸收和释放空气中的水分。这创造了一个天然的湿度缓冲器，将室内湿度水平保持在舒适健康的范围内（通常为40-60%）。这种被动调节抑制了霉菌的生长，并减少了对机械除湿机或加湿器的需求。
- 无毒性质：未经稳定剂处理的土壤是完全天然的，不含许多传统建材中发现的挥发性有机化合物（VOCs）和其他有害化学物质。这带来了卓越的室内空气质量。
- 蓄热体：厚实的土墙拥有高蓄热性能。这意味着它们在白天缓慢吸收热量，在夜晚缓慢释放热量。在炎热干旱的气候中，这能保持室内白天的凉爽。在温带气候中，通过良好的被动式太阳能设计，它们可以在冬日的白天吸收太阳热量，并在夜晚将其辐射回室内，从而显著降低供暖成本，并创造一个全年稳定舒适的室内温度。
文化与美学丰富性
土建筑将我们与一个地方及其历史联系起来。墙壁的颜色反映了当地的地质，创造出与其景观内在融为一体的结构。从英国堆砌土房屋的雕塑般曲线，到亚利桑那州夯土墙鲜明的分层线条，其美学可能性是巨大而又极具真实性的。这与许多现代建筑的同质化形成对比，提供了一种独特的个性和与自然及传统的切实联系。
全球土建筑技术巡礼
土建筑并非一个单一的概念。它包含了丰富多样的技术，每种技术都有其自身的历史、方法论和理想应用。让我们来探索一些在世界各地使用的最主要的方法。
土坯与日晒砖
它是什么：土坯是地球上最古老、最广泛的建筑技术之一。该过程包括用沙土、粘土、水以及通常如稻草或松针之类的纤维粘合剂的混合物，制作单个的砖块。这些砖块随后在阳光下晒干，然后用泥浆砌筑成墙。
过程：准备合适的土壤混合物，通常在一个坑里进行，与水混合至可塑状态。加入稻草以减少砖块干燥时的开裂。然后将这种泥浆压入木制模具中，将湿砖块平放在干燥的平面上，在阳光下晾晒数周，并定期翻转以确保均匀干燥。
特点：
- 优点：材料成本低、技术简单、蓄热性能优异、防火。
- 缺点：劳动密集、施工过程缓慢、如果没有大的屋檐和坚固的地基进行妥善保护，则易受水损害。抗拉强度低，如果没有加固，在地震中可能很脆弱。
全球范例：土坯是美国西南部沙漠地区的标志性材料，可见于新墨西哥州的多层建筑陶斯普韦布洛，这是一个被联合国教科文组织列为世界遗产的地点，已连续居住了1000多年。它定义了从墨西哥到秘鲁的拉丁美洲广大地区的建筑风格。也门的希巴姆古城及其高耸的泥砖摩天大楼，是土坯潜力的另一个壮观例子。
夯土 (Pisé de Terre)
它是什么：夯土涉及将一种含有特定比例的沙、砾石、粘土和粉土的潮湿颗粒状土壤混合物，压入坚固的模板中。当混合物被分层夯实时，它会形成一面密实、整体性强的墙体，具有巨大的强度和独特的层状外观。
过程：竖立坚固、可重复使用的模板（传统上是木制，现在通常是钢制或胶合板）。将一种潮湿的土壤混合物——常被形容为布朗尼蛋糕糊的稠度——分层放入模板中，每层10-15厘米（4-6英寸）。然后使用气动或手动夯锤对每层进行夯实，直到其坚固致密。重复此过程，直到达到所需的墙体高度。模板几乎可以立即拆除，露出完成的墙段。
特点：
- 优点：极其坚固耐用、蓄热性能高、防火、防虫、美观。可作为多层建筑的承重墙。
- 缺点：需要特定的土壤级配（实验室测试至关重要），需要昂贵且重型的模板，如果手动操作则劳动密集，由于需要专业技能和设备，成本可能较高。
全球范例：夯土历史悠久，中国长城的部分段落就是2000多年前用这种技术建造的。如今，它在当代建筑中正经历着重大的复兴。例子包括西澳大利亚和加利福尼亚州令人惊叹的现代住宅、加拿大的Nk'Mip沙漠文化中心，以及由赫尔佐格和德梅隆建筑事务所设计的著名的瑞士理口乐草药中心，该中心使用了预制的夯土构件。
堆砌土 (Cob)
它是什么：堆砌土是一种整体式建筑方法，用土壤、水和稻草混合物的土团手工塑造墙壁。与土坯或压缩土砖不同，它没有模板或砖块；建筑是从地面开始，逐层雕塑而成。
过程：将土壤、粘土、沙子和稻草与水混合在一起，传统上是在一块大防水布上用脚踩踏。这会形成一种坚韧的纤维状泥浆。然后将这种“cob”塑成土团，压在基础上，以逐层或“升层”的方式建造墙体。每层都让其稍微干燥后再添加下一层。墙壁在升高时通常会用锋利的铲子修剪以保持垂直。
特点：
- 优点：允许有机的、雕塑感的和创造性的形式（曲线、壁龛、内置家具）。不需要特殊设备或模板。使用易于获得的材料。
- 缺点：极其劳动密集，施工时间线非常长。需要一定的技能才能建造坚固、稳定的墙壁。
全球范例：堆砌土因在英国德文郡发现的迷人的、有数百年历史的小屋而闻名。这项技术已在全球范围内被自然建筑运动复兴，许多现代、富有艺术感的堆砌土房屋正在美国俄勒冈州和加拿大不列颠哥伦比亚省等地建造。这是一种能够深度赋权那些愿意投入自己时间和劳动的自建者的技术。
压缩土砖 (CEB)
它是什么：CEB是传统土坯砖的现代演变。它涉及将一种微湿的土壤混合物在机械压力机中高压压缩。由此产生的砖块极其致密、均匀和坚固。
过程：对土壤进行筛分以去除大颗粒。然后将其与精确、少量的水混合。将此混合物送入手动或液压压力机中施加巨大压力，形成砖块。这些砖块出机后即具有高强度，仅需短暂的养护期。通常会添加少量稳定剂，如水泥（制成压缩稳定土砖，或CSEB）或石灰，以增加强度和防水性。
特点：
- 优点：尺寸和形状均匀，可以用薄灰缝进行快速、精确的砌筑。比传统土坯更坚固、更防水。与土坯相比，养护时间缩短。
- 缺点：需要投资购买机械压力机。仍然需要优质的土壤混合物。如果用水泥稳定，一些环境效益会略有降低。
全球范例：印度的奥罗维尔地球研究所是CEB技术、研究和培训的全球领导者，已使用它建造了数千座建筑。CEB被非洲和南美洲的非政府组织和发展机构广泛推广，用于建造耐用、经济的学校、诊所和房屋。
板条抹灰墙 (Wattle and Daub)
它是什么：这是一种复合建筑方法，其中使用柔性木材或竹子编织的格栅（wattle，即板条）作为框架，然后涂抹上粘性的粘土、土壤、稻草，有时还有动物粪便的混合物（daub，即抹灰）。
过程：竖立一个结构框架（通常是木材）。将细长的柔性树枝或板条编织在立柱之间，形成一个网状面板。然后将抹灰混合物厚厚地涂抹在板条的两侧，用力压实，使其通过格栅锁在一起。然后将表面抹平。
特点：
- 优点：重量轻，因其灵活性而具有出色的抗震性，使用易于采购的小直径木材。
- 缺点：非承重（它是一种填充系统），与实心土墙相比，蓄热性能和隔音效果较差。抹灰层需要定期维护。
全球范例：板条抹灰墙在都铎王朝时期的英格兰和中世纪欧洲的历史性半木结构房屋中尤为显眼。这是一种在亚洲和非洲广泛使用的传统技术，用于建造室内隔断和整个小屋。
现代创新与土建筑的未来
土建筑的复兴不仅仅是复兴旧技术；它关乎用现代科学、技术和设计原则来增强它们，以满足当代的需求和标准。
稳定技术的进步
虽然从纯生态角度来看，未经稳定处理的土壤是理想的，但有时为了满足结构规范或在潮湿气候下增加耐久性，稳定处理是必要的。现代研究侧重于最大限度地减少稳定剂对环境的影响。创新者们不再严重依赖波特兰水泥，而是使用石灰（其隐含能源较低，并且在固化时会重新吸收二氧化碳），或使用粉煤灰和矿渣等工业副产品。地质聚合物和生物聚合物（酶或天然淀粉）也正作为前沿的、低影响的稳定剂出现。
预制化与数字技术
为了克服土建筑被视为缓慢且劳动密集的观念，该行业正在进行创新。预制夯土板，就像赫尔佐格和德梅隆建筑事务所使用的那样，在受控条件下在场外制造，然后吊装到位，大大加快了施工速度。最具未来感的发展是用土基混合物进行3D打印。像意大利的WASP（世界先进拯救项目）这样的研究机构和公司正在开发大型3D打印机，可以用当地土壤挤压出整个建筑，有望彻底改变经济适用房的建造方式。
与现代建筑的融合
土质材料正在摆脱其纯粹的“乡村”形象，并被世界著名建筑师用于高端当代项目中。这种材料的纹理美感、整体存在感和可持续性资质正在豪华住宅、酒庄、文化中心甚至公司总部中得到颂扬。建筑精英对它的主流接受，对于展示用土建造的多功能性和复杂性至关重要。
制定建筑规范和标准
土建筑广泛应用的最大障碍之一，是在世界许多地区缺乏标准化的建筑规范。这给建筑师、工程师和建筑官员带来了不确定性。幸运的是，这方面正在取得重大进展。新西兰、德国和美国等国家现在已经有了全面的土建筑标准。国际委员会正在努力制定全球指南，这将使专业人士更容易设计、审批和为土建筑投保，为其融入主流建筑市场铺平道路。
您的土建筑项目的实际考量
受到启发，想用土建造吗？成功取决于周密的规划和对材料独特属性的理解。以下是一些关键的考量因素。
了解您的土壤：成功的基础
并非所有土壤都适合建筑。理想的建筑用土是底土，位于表土之下，并含有均衡的粘土、沙子和粉土的混合物。
- 粘土是把所有东西粘合在一起的粘合剂。
- 沙子和小型骨料提供结构强度并减少收缩。
- 粉土填补空隙，但含量过大可能会有问题。
- 有机物（如表土中的根和腐殖质）必须被清除，因为它们会分解并削弱结构。
气候响应式设计：一顶好帽子和一双好靴子
在土建筑中有一个永恒的原则：建筑需要“一顶好帽子和一双好靴子”。这意味着：
- 一顶好帽子：宽大的屋檐对于保护墙壁免受雨淋和阳光直射至关重要。
- 一双好靴子：一个由石头、混凝土或烧结砖制成的高的、防水的基础（勒脚墙）是至关重要的，以防止水从地面溅起并渗入土墙底部。
寻找专业知识和资源
虽然原理简单，但用土建造需要技巧和经验。对大多数传统建筑商来说，这并非标准做法。寻找专门从事自然建筑的建筑师、建筑商和工匠。参加实践工作坊以获得实际经验。像法国的CRATerre和印度的奥罗维尔地球研究所这样的全球性组织是研究、培训和技术信息的宝贵来源。致力于自然建筑的在线论坛和社区也可以提供丰富的共享知识和支持。
结论：构建可持续的遗产
用土壤建造并非要让时光倒流。它是以一种更深邃的智慧向前迈进——这种智慧认识到我们的建筑、我们的健康以及我们地球的健康之间深刻的联系。我们脚下的材料为现代建筑业面临的许多挑战提供了一个切实的、可扩展的、优雅的解决方案。通过将乡土传统的持久智慧与现代科学的精确性相结合，我们可以创造出不仅可持续、耐用和高效，而且美丽、健康并与其环境深度连接的建筑。
向土建筑的转变，是对新一代建筑者的行动号召。它挑战我们在如何为自己提供居所方面更具资源意识、更富创造力、更负责任。这是一个机会，不仅是建造房屋，更是构建一个尊重和维系我们所有人的地球的韧性遗产。