爱华网生土复合混凝的建筑——土楼
摘要：福建土楼是东方血缘伦理关系和聚族而居的传统文化和造型艺术的历史见证，是具有文物价值的大型生土建筑。土楼的建造技术，把中国传统的“夯土版筑”的生土建筑技术发挥到了极致，堪称《世界建筑史》中的生土典范。2008年福建土楼被正式列入《世界遗产名录》，从而确定了中国土楼在世界的地位。本文着重探讨天然混凝土——生土复合材料，在土楼结构中所承载的技术支持和外观形制设计。
关键词：土楼建材 天然混凝土生土复合 夯土版筑 营造法式
据《永定县志》记载：1918年2月该县发生七级地震，使楼顶瓦片几乎全部震落……，同样是位于震区的南溪南中村的“环极楼”，虽然建造于清•康熙卅一年（1693年），但其损坏程度只是在楼门的上方，震开了一道约长3米，宽约0.2米的裂缝。然而，意想不到的是震后，由于圆楼土墙的向心力和木架构的牵引作用，这道裂缝竟然奇迹般地自己恢复，慢慢合拢后仅留下一条细长的裂痕而已，整座土楼安然无恙。作为建筑史上的奇特现象，自20世纪50年代以来，土楼的结构和建材的妙用，倍受国内外专家学者的关注。究其原因，土楼的设计结构和建材使用所产生的特殊性质，是震后土楼不倒的根本所在。
茅茨不翦：古今生土建筑概览
显而易见，以生土作为主要建材的建筑物是最古老的建筑形式之一，古今中外莫不如此。攒土为家是建筑材料的表面取其天然而不加工的状态，粗犷的天然材料可以延伸到室内，而室内外并无明显的界限，建筑与环境浑然一体，这是以土造家的古代特征。由于民居与外界环境有一个相互关联的区域，建筑表面的材料就统领了整个建筑物。土地、草地、立面、铺地材料乃至屋顶，都在交替布置。这种把民居与外界的大自然有机结合的设计经验，表现在近代住宅设计的许多流派之中。其设计思想，主要表现人类原本是生根于土地的，建筑使其恢复本来面目，寓于土地和大自然当中，而民居就是与大地的最直接、最紧密的联系。
考古发现原始的生土建筑典型代表作之一，是辽宁省牛河梁的女神庙，是新石器时代晚期距今有5500多年的公共建筑。该建筑系组合群体，形制有圆有方，制式有廊有檐，构造有柱有础，立面墙壁还有壁画纹饰、仿木的建筑附件等。女神庙的发掘证明了生土建筑由来已久。据载：至少在五千年以前的先民就掌握了夯土为基、版筑为墙的“茅茨不翦”技术。从原始社会的生土半穴居式，到商周时期已经运用自如的生土建筑，已经开始按北方的“梁柱式”、南方的“穿斗式”而分别发展。所以，从秦汉时起政府就设置专职的“版筑官”。到了北宋不仅夯土技术进步，而且，建筑学家李诫编撰的《营造法式》更进一步规范了技术要求。如今我们可以看到典型的生土建筑还有：1，陕北高原的退台窑洞，建在黄土高原的沿山或地下，是一种冬暖夏凉的生土穴居式建筑。特点是不破坏生态，不占用良田。其中，退台式窑洞呈阶梯形沿山坡布置，亦即第一层屋顶就是第二层的晒谷场地，以此类推。2，青海民居，以撒拉族大型民宅为代表。宅院分庭院、侧院、果园等。特点是以厚厚的土墙围合着木结构的中庭内院，庭院封闭内向，平屋顶向内倾斜，外部是高大敦厚的土墙。3，新疆民居，外表是厚厚高大而朴素的土墙，内部装饰华丽的伊斯兰风格的庭院。厚墙之内的庭院有凹进墙内的橱柜、壁龛，及其富于变化的立面。特点是生土墙挡风隔热，也为室内创造了各种可塑性条件，同时土墙还可以兼顾防御作用。4，宁夏民居，是黄土窑洞与二合院住宅的表现形式，主要建材是生土。特点是庭院内家禽、动物的饲养棚与住宅组合为一体，有效地在家园中保护动物及其生态平衡。5，内蒙古土坯房，是在生土建筑的基础上的一种变革。虽然外墙仍然保留着生土夯筑，但是，其内容可谓是现代的生土住宅设计。以内蒙古土木尔台为例，这种现代的生土住宅具有如下特点：⑴就地取材，土坯为主。⑵院落采用传统地坑式节能设计。⑶土坯制作新技术。⑷采用天井大进深的设计解决照度利用光能。⑸居住社区的邻里由基本生活单元组成。⑹风能的利用，采取被动式风塔与主导风向相对应。⑺热能利用，炉灶连结火炕、火墙，土炕的炊事余温辐射式采暖。⑻生土材料的蓄热效应。⑼能量循环效应，提高物质流与能量流之间的循环效应是地下空间高效应的前提。⑽视觉效应，传统的下沉式四合院的空间层次丰富，明暗对比强烈。⑾自建住宅，亲友帮忙，节约投资。6，福建土楼，因其地域气候湿热，土质坚硬。所以形成其特点是：外形如城堡，防御性强。夯土墙厚实隔热、防风、保温，窗小、坡顶，同家族的集体住宅。内部木结构围廊式，天井通风，院内有厅堂及耳房等附属建筑搭配。
目前仍然沿用生土“夯土版筑”的古老建筑技法
结构考证：移植福建的生土建筑
土楼的建造和客家人的历史紧密相关。客家原是汉族的一支民系，其先祖大多居住在中原地区。由于战争等变动原因，使得部族开始了大规模迁徙。据史料检索，客家先祖的首次迁徙，发生在距今1698年前的晋•永嘉五年（公元311年）。此后，唐代末期和南宋末年的战乱时期，黄河流域的汉族又两度南迁，定居于赣、闽、粤等地。从西晋至明清的千余年间，凡是中原动荡之时，一些人就被迫不断南迁。据统计，客家先民先后就经历了五次大规模的迁徙。由此，中原汉族就纳入古闽、粤等地并成为了新的部族——客家人。
福建土楼，通常指以生土墙和木构架共同承重，具有突出防卫功能，围合式聚族而居且两层以上的民居建筑。土楼的特征是坡顶小窗，外貌如土堡，底层饲养家畜，顶层贮存粮食，中间为木结构的围廊式的集体居住空间。土楼的墙基夯土厚达1米以上，能很好的隔热与促进内天井的通风，创造了湿热地区生土建筑的良好效益。客家土楼，因福建气候湿热，但土质坚硬，为土楼的长存奠定了自然条件的基础。所以，早在唐代晚期和南宋初期开始萌芽，明末清初以后走向成熟，到了清•康熙及乾隆两朝为鼎盛阶段。据调查统计，永定县2223平方公里范围内的土楼就大约有几千座之多。
在福建省的永定县，虽然土楼集中，但地理环境却是“八山一水一分田”的山区。通过资料和调研，土楼选址所遵循的两个原则：先是从生产和生活角度考虑，注重选择向阳避风、傍水近路的平地为楼址；再从土楼的外部环境来审视，以前方开阔，后方坚实者为佳地。通过长期的建造实践，土楼设计者摸索出了一套独特的砌墙基工艺。在以生土为主体的建筑材料中，有比例的混入了石块，以增加墙体的强度，这种做法就是使生土变成传统的“天然混凝土”，并在砌筑技法上加以改进。譬如：建造者大多选择溪流中的大块鹅卵石充填墙体，尤其是墙基的砌筑，遵循石块大头在内，小头在外的砌筑原则，而且两边都是如此交叉，使之连结为浑然的整体。这种结构的特点是防扒、防挖，是因地制宜且非常科学地设计。除此之外，土楼墙体的建筑，大部分在下部中间墙里面埋藏有大根的立木，这也是受到古老建塔“木筋”的启示。墙体中间的立木混藏着坚硬的石头，既不能砍又不能锯。这足以让企图挖墙进楼者望而却步。何况还有土楼在外墙上设计的瞭望台和可以架设枪炮的武装设施，都能在必要时使用，打击来犯之敌。由此而导致了诸多土匪在土楼面前损兵折将、无功而返的许多故事，也使得古堡似的土楼更加传奇和神秘。
这些巧夺天工的生土建筑很难找出具体的设计者，虽然一部分永定土楼由楼主聘请名人设计的，但绝大部分则是出自当地的工匠，是经验的积累。建造一座土楼，通常要经过确定坐向、开挖地基、打石脚、夯墙、献架、出水、装修等七道工序才能完成。土墙是土楼的主体工程，它的质量好坏，直接关系到土楼的寿命，因此，格外受到楼主的重视。建土楼的时间，一般安排在干燥少雨的秋冬季节。此时正值农闲，家族的人也都能参与，可以降低费用。由于规模不同，工期也长短不一，建造年限几年都有。譬如：建造占地2万多平方米的“永隆昌”，则历时28年之久。亦即从清•道光末年开始施工，经咸丰、同治两世，直到光绪初年才告完成。不论是哪种造型的土楼，绝大部分以大门和大厅的中点连线作为中轴线，中轴线的两边对称分布着房间和楼梯，给人以有条不紊的秩序感。土楼里面还有一个特殊的功能，土楼的土墙非常厚，在空气很潮湿的时候，土墙会吸收空气中的水分，空气干燥的时候，土墙里面又会把水分释放出来。这样一来，土楼里面就显得清爽、舒适、怡人。土楼还有神奇的抗震功能。
因材施宜：土楼的营造法式
北宋•崇宁二年（1103年），政府为了规范建筑工作颁行了《营造法式》，可视为当时的建筑国标。这本书的目的是统一各种建筑的设计、结构、用料和施工，其内容主要是从释名、各作制度、功限、料例和图样（设计）等五个方面、总计34卷来阐述建筑模式，其中的“看祥”就有一卷，说明若干规定和数据。例如，屋顶的坡度曲线及其画法，计算材料与所用的各种几何形比例，确定垂直和水平的方法，都按不同的季节订定劳动日的标准等等的依据，均相当于目前的建筑劳动定额。然而，在整篇著作中，仅仅提纲挈领地提到“泥作”，而没有直接论述土楼的内容。
好在《营造法式》内容的特点之一，就强调了“设计的灵活性”。具体地说，虽然各种制度都有明确而细致的规定，但是，未涉及到的建筑群的布局和单体建筑的平方尺度，都可以在制度的条文下“随宜加减”。因此，设计者可按具体情况在此原则之下，对构造的比例尺度发挥自己的创造性，这也是符合实际工作的要求。《营造法式》的特点之二，就是“技术经验的总结”。为了方便实施，《总例》中例举了圆、方、六棱、八棱等形体的径、围和斜长的比例数字，便于工匠掌握。根据传统的木架构，规定其结构的凡是立柱都有“侧脚”，柱头向内倾斜1%，同时“升起”，也就是柱的高度由中间向两端逐渐加高……这些措施可使整个构架向内倾斜，以此增加结构的稳定性。例如：计算得知建造一座直径7.3米、墙体厚度1.5米、高度约13米的圆形土楼，需要用土1850多立方米。土楼的墙体通常为—米多厚，从底层往上，每一层减薄3-5寸，使重心下移以增强了墙体的稳固性。因南方多雨，为防止雨水毁坏墙体，土楼顶专门设计了伸出墙体外边达3米多长的大屋檐。屋檐犹如巨大的保护伞，遮蔽土墙风雨无忧。当然，土楼的制式和设计理念在理论上源于并符合《营造法式》的规范。就像“振成楼”，作为厨房和粮仓的1-2层楼外墙完全封闭。到了3-4层，才开有窗户。窗户不但能通风采光，还兼作枪眼。在永定许多土楼只开有一洞大门。只要把大门一关，整座土楼就是一个封闭的城堡。用厚重的硬木做成的两扇包上了铁皮盔甲的大门。抗撞击力增强但惧怕火攻，于是，像始建于清•光绪六年“衍香楼”就采取了对策。为了应对匪盗放火烧门，设计者在大门上方安装了防火水柜，当把水倒入位于二楼的漏斗后，流水迅速通过管道，在大门外侧形成一道瀑布，即便门口燃起大火也会被水浇灭。
土楼也和其它土木建筑一样，最大的隐患莫过于火灾。那么，古人是如何解决建筑防火的呢？据《汉纪》所云：汉•柏梁殿被火焚之后，有巫师“言海中有鱼，虬尾似鸱，激浪即降雨。遂作其像于屋，以厌火祥”。这就是古代宫室正脊鸱尾之饰的起源。人们祈盼这种像海鱼尾巴一样的生物装饰，能够“防火”。不仅如此，而后又演化出了系列的动物组合造型，蹲坐在挑檐屋脊之上，而室内的“藻井”与山花的“惹草、悬鱼”以及屋顶的群兽联合，在观念上具有“防火”的功能，而实际上不论其装饰的诸兽水性如何、造型如何狞厉恐怖，都只能用来吓唬“火神”。而终究起到作用的还是像故宫殿宇之前的大水缸来得实在。土楼也是如此，从最初的每家上楼休息前的反复清理灶灰，到后来必须在晚间水缸里要挑满水，都是为了防患于未然。
生土复合：土楼的建造材料
梁思成《中国古代建筑史六稿绪论》指出：“从中国传统沿用的‘土木之功’这一词句作为一切建造工程的概括名称可以看出，土和木是中国建筑自古以来采用的主要材料。这是由于中国文化的发祥地黄河流域，在古代有茂密的森林，有取之不尽的木材，而黄土的本质又是适宜于用多种方法（包括经过挖掘的天然土质，晒坯、版筑以及后来烧制的砖、瓦等）建造房屋。这两种材料之掺合运用对于中国建筑在材料、技术、形式传统之形成是有重要影响的”。其实，早在新石器时代的仰韶文化青莲岗遗址的考古发现中，就有以木为材所发展的夯土技术运用。以夯土筑墙，起码从商代开始，中华的建筑已有版筑技术的发明与广泛运用。版筑，就是利用木制框槽规范墙体而使用木杵之类的工具夯实土质，使其结构紧密、墙体平滑、坚固美观。从保留至今的陕西扶风周原建筑物中分析遗存的夯土墙——版筑墙，证明当时的版筑技术成熟且建筑物耐久长存。
土楼是客家人继承中华古老夯土技艺的结晶。考古证明五六千年以前的夯土技术，亦即后来所谓夯土为基、版筑为墙的生土模式。土与木的造家缘起于土穴木巢的生存空间，是衍化各种居住样式的母体，从原始社会的生土半穴居的立面支撑，到商周时期已经运用自如的木柱网结构，可视为生土建筑的初级阶段，而这种技艺就被客家人沿袭下来了。显而易见，客家土楼的建筑灵感来源于古代北方的“梁柱式”，与南方本土的“穿斗式”（井干式）差异较大，是传统的版筑木架建筑方式的延续。因为，从秦汉时期起，政府就设置版筑官，负责地方的指导、监理生土建筑事宜。也是在那个时候，版筑技术要求墙体的转角等处，必须加入木构架，以防止生土墙体的支撑力不足而垒高倒坍；在主要建材生土中按地域不同而分别添加诸如麻、草、碎石、沙等附属材料，以防止墙体因渗水吸潮而导致蓬松、脱落而坍塌。到了北宋，发源于原始社会的夯土技术进一步发扬光大，并有专门的著述问世，宋代著名建筑学家李诫编撰的《营造法式》中就有“筑墙之制，每墙厚三尺，则高九尺，其上斜收，比厚减半；若高增三尺，则厚加一尺，减亦如之”的理论参考。当然，这就像清代在《营造法式》的基础上总结撰著的《工程做法则例》一样，客家的土楼也正是在否定之否定的基础之上而形成的生土建筑的高级阶段。
土楼墙体的坚如磐石其奥秘还在于它的生土配方。福建省宁化县的玉屏坑，早在唐宋时期已成为客家人的聚集地。为了营造生存的空间，只能就地取材，利用富有粘性的黄土，建造防御功能强、避风遮雨、高枕无忧的家园——土楼。用生土建房子的创意，以后成为了闽西客家土楼的样板。倘若追溯客家人的发源故地，黄河流域，黄土质地细密干结，水位较高，容易开掘，古老的先民们就地取材，就曾创造出像河南二里头之宫殿——夯基排列的柱洞、卵石等构成的那样窑洞式或四合院式的民居。可见，承传有序，事有出因。1942年，洪水曾把“遗经楼”浸泡了十余天后仍然无恙。这座建于清•道光年间的土楼固若金汤的原因，是墙体里面除了有黄泥、细沙之外，还掺入了石灰。
古老的天然混凝土，主要成分就是那些火山灰、石灰、碎石等的混合配比。而土坯的构成其重量配比则是，黄土∶滑稭=100∶8，用滑稭泥砌墙、夯垒，就沿用这种古老的配方和工艺，换言之，在砼发明之前，这种天然的混凝土曾是最坚固的建材之一。不难看出，福建土楼的生土建筑材料的配比，恰恰就契合了古老的天然混凝土的配方，并与之相近，作用相等。另据建造者透露：土楼的用土最理想的则是水田下面的泥土——生土。还要适度掺进一定比例的细河沙或石灰等，经过充分搅拌均匀并且发酵后使用。由此看来，土楼能够历经百年的风雨侵袭而依然屹立，除了土质具有很好的粘性之外，还有墙体隐藏的秘密。那就是每夯大约10厘米高，就要在墙体中放进竹片或杉木条——木筋骨架。这种夯窝尺寸和掺和土的配比，夯筑方法和木筋骨的植入，均与古代夯土版筑技法同出一辙。
在版筑的夯土墙内添加立木和木筋骨架的发明，虽然在材料的性质不同和各节点的差异之外，就其本质而言，它就是现代材料的钢筋混凝土建筑结构的鼻祖，至少是对这种现代成熟技术发明的先行与启蒙。然而，永定客家土楼并非食古不化，完全生搬硬套《营造法式》的理论指导，而是参照系数灵活运用。譬如，房子的高度是跟墙的厚度成正比的，也就是3∶1。以此推论，建房高达3米，而墙厚必须1米。那么，以“振成楼”为例，其墙高约有13米，它的底层墙厚应该在4.2米左右。而实际上基础墙厚才1.3米，这不能不说是在《营造法式》基础上的技术进步。
参考文献：
⑴沈起炜，中国历史大事年表（古代史卷）[M]，上海辞书出版社：上海.1983
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⑶王振复，中华艺匠——中国建筑基本门类[M]，复旦大学出版社：上海.2001
⑷荆其敏，张丽安，著：中外传统民居[M]，百花文艺出版社：天津.2004
