竹制零碳建材走向世界

December 2, 2019

Zach Mortice - CN

bamboo construction luum temple tulum mexico — 墨西哥图卢姆的卢姆神庙。Cesar Bejar供图。

竹子作为建筑材料，人们的看法不尽相同，有人认为它尚未获得充分利用，实在是种浪费；也有人认为它确实不同凡响，但命中注定只适于某些地区。

竹子在发展中国家之外长期以来并未受到重视。它是一种草本植物，而不是木本植物。它既有混凝土的抗压强度，又有钢材的拉伸韧度。特别之处更在于竹子生长过程中能吸收碳，而不像混凝土和钢材制造过程中要排放碳。它生长迅速，每星期能茁壮成长将近一米。它是空心的，分量轻。“没有哪种木材可以与之媲美。”墨西哥建筑公司CO-LAB的Joana Gomes说。此公司最近在墨西哥图卢姆设计了一个竹制凉亭式的卢姆神庙（Luum Temple）。

竹子主要生长在中美洲、南美洲和亚洲，其余地方较少见，地理分布不均。其形状不规则，厚度、长度不统一，很难磨碎、联结在一起。竹片也不能整齐地组合在一起，要想用它制成热带以外地区必需的隔热墙的部件还比较困难。

但设计师们正在设法克服这些困难，致力于设计加工竹材的系统，让竹材既能像木材般便于利用，又能保持外观上的优点，比如竹节和纹理形成的美观图案。竹子的碳足迹为负数，利用这一点建筑行业可减缓对气候变化的影响，这对竹子生长的热带发展中国家有较大的影响。Gomes说：“我们对竹子利用潜力的了解才刚刚开始。”

竹子很容易让人联想到某些特定的地方和场景，比如倾盆大雨哗哗作响的热带雨林，热带小鸟啾啾啼鸣的空旷原野。用竹子作豪华酒店的建材，可唤起人们对远方胜地的无限向往。但这特点也让竹材的使用陷入模式化，反而不太有利。田纳西大学诺克斯维尔分校研究竹子的建筑学教授Katie MacDonald说：“竹子往往让人联想到亚洲、中美洲低档的非正式建筑，或是吉利根岛那样的俗气的度假屋。”

“为了显著地加强对竹子的利用，我们需要新的动态的木工系统，要能有效地联结不规则的多个材料。”Ibuku公司创始人Elora Hardy说。这是巴厘岛的一家建筑公司，擅长利用竹材，比如用欧特克的AutoCAD设计了令人惊叹的班布因达（Bambu Indah）度假村。

bamboo construction Bambu Indah resort bali — Ibuku公司设计的月亮屋，成为印度尼西亚巴厘岛附近的班布因达可持续豪华度假村引人入胜的亮点。Alina Vlasova供图。

这种潮流也吸引了不少建筑师关注。美国建筑师协会向MacDonald、田纳西大学诺克斯维尔分校教授Kyle Schumann和弗吉尼亚理工大学的Jonas Hauptman提供了3万美元的Upjohn研究资金，以设计一种制造竹材的系统，具有特别多样的功能来把竹材联结起来。此团队的系统可把竹子纵向直线切割，制成多种竹材，比空心竹子更为坚固。Schumann说：“这系统可把竹材磨成平片，让它看起来更像木板。”

Schumann及其研究伙伴设计出一台原型铣床，尺寸只有一台老式微波炉那么大，两端开孔，供竹杆进入。Schumann说，这些竹杆用一个“有点像相机光圈”的夹头固定起来。机器在四个维度上操纵竹杆，首先进行扫描以绘制材料图，然后用CNC铣刀可将其切割成任何形状。MacDonald说：“你可根据材料的厚度设计、切割出任何几何体。”

团队的终极构想是设计出一个自成一体的、可在现场操作的箱式铣床，可以动态地参数化设计部件和木工方法，然后进行加工、构建。MacDonald解释道：“目前大多数数字制造技术的成本都比较高，需要规模经济的支撑，而我们的项目致力于开发一种价格实惠的自造式机器，能通过特定技术来利用形状不规则的竹材。”有了这种多功能机器，看来可把小型建筑的轻捷木骨架作为竹材的一种用途。功能最简单的型号具有预设的菜单，让用户可选择想要的联结方式。这对作为竹子产地的新兴市场也许是最为实用的。

bamboo construction prototype milling machine — Kyle Schumann团队设计的原型竹铣机。弗吉尼亚理工大学供图。

田纳西大学和弗吉尼亚理工大学团队使用欧特克Fusion 360来规划参数工具路径和建立机器原型模型，他们也在研发一种类似于交叉层压木材的结构性竹墙面板。该团队正在研究如何使从圆型竹子中磨出的板块之间的空隙具备绝缘能力；他们采取的一种方法是利用菌丝（蘑菇真菌）来堵塞这些空隙。

MacDonald说：“这种板材系统就是要把竹子制作成比较标准化的几何形状，而数控机床加工系统就是要开发出一个可定制几何形状的经济实惠的系统。”

bamboo construction detail of joint — 联结起来的磨制竹板。弗吉尼亚理工大学供图。

CO-LAB公司采用比较传统的木工方法来利用切割成直条的竹材。卢姆神庙是该公司开发的 Luum Zama豪华住宅区的核心之作，位于保留了墨西哥南部大部分丛林的地区。这是个露天的亭式建筑，只有步行道通达，环境清幽，特别适于静坐冥想。

这个亭子看起来像个纪念性建筑，也像个雕塑作品，围绕着五个约5.5米的悬链拱门组成，这种形状有赖于竹材的弹性才可能制成。CO-LAB公司和建筑商Arquitectura Mixta公司选用超级柔韧的幼竹，切割成长条，弯曲成所需形状，每隔1米左右用铝带加以联结。

Gomes的想法是构建一个与悬链拱门形状相协调的结构性系统。因此，CO-LAB公司采用参数化设计过程为指导，设计出三角形的图案，在整个建筑中多次重复出现，赋予其强烈的节奏感。这种几何图案分布在各个拱门上，向宁静的丛林中伸展；其质感层次丰富，仿佛是用织物编织而成，而不是用建材建造的。Gomes原计划采用木头来建造，但由于毗邻竹子园，后来熟悉竹材的建筑商提议改用竹材。“它为我们开创了一系列全新的可能。”Gomes说。

bamboo construction assembling the luum temple — 组装卢姆神庙。CO-LAB公司供图。

此外，新加坡技术设计大学建筑教授Carlos Bañón和Felix Raspall也设计了一个以竹子为主的项目，名为绿荫亭（Sombra Verde），进一步发挥了竹材制造技术上的优势。这两位教授亦从业于AIRLAB公司，为新加坡2018城市设计节而设计了绿荫亭。

他们对亭中的每个竹片进行扫描，以绘制其尺寸图；然后通过算法生成将竹片联结在一起的计划，其中具体规定了木工节点和所需的竹片长度。然后把每根竹杆切割成一定的长度，用3D打印机生成36个有点像网状藤壶的PLA（一种植物性聚合物）接头。“每一个接头都是不同的，但我们给它提供了一个整体的解决方案，”Bañón说。竹杆需以手工操作来插入节点。这种做法与弗吉尼亚理工大学的研究有所不同，是用竹子来构建临时性建筑，其主要重点集中在大批量定制接头上。