土疙瘩房建筑材料、形式及建造工法研究

张鹏

清华大学建筑学院

农牧文化的变迁破坏了内蒙古传统的社会制度[1]，促成了中国北方地区游牧民从游牧到定居的转变。与此同时，内蒙古地域建筑也逐渐从游动帐幕建筑向固定建筑与汉式建筑转变。这在内蒙古地域史志与游记中不乏记载。清嘉庆间，西清所著《黑龙江外记》记载“（游牧民）渐能作室，穹庐之多不似旧时，风气一变”[2]；19世纪末，俄国旅行家波兹德涅耶夫记述了内蒙古地域游牧民帐幕建筑的演变过程[3]；20世纪初，鸟居龙藏、陈祖善等人则记录了内蒙古东部蒙旗已与内地渐近的现象，“皆有庐舍，已无住蒙古包者，各自为家，不成村落耳”[4]。

土疙瘩房建筑是内蒙古地区建筑转变过程中重要的定居建筑类型之一。有学者指出，土疙瘩房是20世纪40～80年代在内蒙古中西部农牧交错地区常见的居住建筑类型[5]。然而，本文经过调查研究发现，土疙瘩房在内蒙古部分地区仍在使用，只是功能逐渐由居住转变为仓储功能（图1），其建筑特征为“形式圆润，体积矮小，厚墙窄门，通常无窗，几无一木，全为土制”。

1 土疙瘩房建筑分布与材料适应性

田野调查发现，土疙瘩房在内蒙古地域的分布主要集中在干燥少雨、风沙较大的农牧交错边缘地带，在区域内沿农牧交错带边缘呈带状分布，自东向西从通辽市西北部（如扎鲁特旗）、赤峰市北部（如阿鲁科尔沁旗、巴林左右旗）、锡林郭勒市中北部、乌兰察布市中北部（如察右中旗、四子王旗），至内蒙古高原南缘鄂尔多斯地区（如鄂托克前旗、乌审旗）等多个旗县区均有分布，且愈靠近草原边缘分布愈多。

从建筑材料来看，受地域“缺石少木”的自然资源所限，土疙瘩房建筑主要以当地原生土为建筑材料。一方面，从内蒙古地域自然气候的分布特征来看，自东向西由湿润、半湿润气候逐渐过渡到半干旱、干旱气候，降水量也由500mm递减为50mm[6]，这与土疙瘩房的带状分布特征相互吻合。在半干旱、干旱的气候条件下，地方植被主要由中温型草原带所覆盖，少乔木而多灌木，故缺少相应的木材资源；另一方面，这些地区的石、砖、瓦等建筑材料资源亦相对匮乏，再加上交通、经济等条件限制，使得原生土无论从材料资源的丰富性，还是从就地取材的经济可行性来看，均是建筑材料的首选。

不仅如此，雨热同期、寒多暑少、雨量集中的气候特征[6]还为原生土的使用增加了合理性。首先，从寒多暑少的特点来看，保温隔热是地区建筑在选择建筑材料时需考虑的关键因素，而土这一材料因其密实性、热惰性以及良好的蓄热性成为乡土建筑（如窑洞）材料的首选；其次，雨量集中的特点回避了土壤在防水性能上的弱点，经实践验证，由于土疙瘩房建筑的分布地区70%以上的降水集中在夏季炎热的2～3个月内，在雨季来临前将建筑外围护面层重新整修抹泥便无漏雨的危险（内蒙古东部地区的碱土地带多使用碱土泥砌筑，碱土具有优良的“易沥水性”，有助于防水）[7]。由此可知，土疙瘩房建筑的分布以及以原生土作为建造材料的工程实践是与地域环境互融共生的。

在传统建筑中，夯土、土块（如草垡子，即用铁锹将草根盘结的黏土块切成方块后，整块从地表挖出，这种方式对植被破坏严重，实不可取[8]）、土坯、草泥均可作为建造材料[9]，这在土疙瘩房分布地区的建筑中均有体现，且以不同尺寸的土坯为主。在田野调查中发现，乌兰察布市四子王旗土疙瘩房1的土坯尺寸一般为370mm×240mm×70mm（图2，3）。

2 土疙瘩房建筑形式及其成因分析

土疙瘩房建筑形式通常为简单的基本几何形体或由基本几何形体的组合形体构成，包括圆锥体、半球体、圆锥体（上部）与圆柱体（下部）或正方体（下部）结合、半圆球体（上部）与圆柱体（下部）或正方体（下部）结合等多种形式。这些建筑不但形式圆润，体积通常也不大。在乌兰察布市四子王旗土疙瘩房建筑中，建筑为半球体（上部）与圆柱体（下部）结合的形式，下部圆柱体平面半径仅为1.25m，建筑高度为2.65m（图4～8），与帐幕建筑的形式特征相似。

1 土疙瘩房建筑

2 土疙瘩房土坯砖材料

3 乌兰察布市四子王子旗土坯砖尺寸

4 乌兰察布市四子王旗土疙瘩房立面图

5 乌兰察布市四子王旗土疙瘩房剖面图

6 乌兰察布市四子王旗土疙瘩房平面图

7 乌兰察布市四子王旗土疙瘩房穹顶仰视平面图

8 乌兰察布市四子王旗土疙瘩房穹顶室内仰视图

9 半球体与正方体组合形式

10 树枝、草席捆扎编织屋顶与叠涩出挑垒砌混合结构

11 土疙瘩房平面半径与矢高示意图

12 土疙瘩房建筑“半球形边界”形成示意图及数学解析图

13 乌兰察布市四子王旗土疙瘩房建筑各层平面半径展示图

关于固定帐幕建筑的形成，波兹德涅耶夫记载了巴林人在帐幕建筑破损后，通过抹泥形成固定帐幕建筑的演变过程[3]，但对于土疙瘩房是否也由帐幕建筑演化而来，还缺少确实的证据。目前，相关学者对该建筑形式做出了如下解释：1）土疙瘩房适应了蒙古牧区及游牧民偏向体积小、形制/形式圆润的住居文化心理[5]；2）从土疙瘩房建筑分布地区来看，该地区风沙较大，容易堆积在建筑周围，但土疙瘩房是圆形结构/形式，所以能很好地解决这个问题[10]；3）建筑矮小与当地“地高风大”的地势特征有关[11]。

除上述原因外，笔者认为土疙瘩房的建筑形式还与建筑结构及材料的“塑性”相关。首先，土疙瘩房采用圆形的“叠涩出挑”垒砌结构，即通过将砖沿圆形平面层层出挑，逐渐向上收分形成半球体（或类半球体）形式；其次，土疙瘩房建筑表面采用了一层较厚的黄土泥抹面，而泥材料（由土加水及其他掺杂料混合而成）本身的“塑性”及无确定的形式，使得土疙瘩房建筑表面“浑然一体”，并无鲜明的“棱角”；最后，从建筑技术科学的角度来看，在内蒙古地区的乡土建筑中，特别是草原传统民居建筑，建筑体量通常很小。原因一是通过减小建筑的体形系数，减小建筑表面积，进而相应地减少散热面积，降低能耗；原因二是减少材料用量，综合来看，圆球体（或类球体）是在体积相同的情况下表面积最小、表面积相同的情况下体积最大的结构形式。以与土疙瘩房建筑具有相似建筑形式的帐幕建筑蒙古包为例，其空间体积为相同建筑面积的矩形平面建筑体积的2/3[12]，这种做法不仅减少了材料用量，还有利于保温节能。

需要补充的是，土疙瘩房建筑在进一步的发展演进中，虽然存在方形平面及屋顶部分采用树枝“捆扎编织”的建造方式进行围合的情况，但其主要结构形式仍是由“叠涩出挑”垒砌的方式形成屋顶，也有将屋顶部分仅用“叠涩出挑”垒砌方式建造一半，再与“捆扎编织”建造工法混合的结构形式，最后上铺草席，抹泥而成。在平面布局的演变中，逐渐分化出“双连式”与“三连式”的建筑形式（图9），部分牧民甚至将蒙古包拆卸下来的旧件（如套脑、乌尼、哈那）作为椽或构架使用。建筑下部为矩形建筑，与土坯房建筑的结构形式相同（图10）。

3 土疙瘩房建造工法

3.1 土疙瘩房建造过程中的数学逻辑

从土疙瘩房建筑的建造过程来看，土疙瘩房建造中存在着一定的数学逻辑。

（1）确定底面圆周半径及矢高。矢高即土疙瘩半圆球体的半球顶至半球底面（此底面并非“地面”或“地平面”，而是半球体开始起拱时所在的平面）的高度。通常，矢高与半径尺寸相近，即在数值上矢高≈半径（图11）。

（2）叠涩垒砌。首先，第一层土坯砖“头”的下边线与半球剖面外边界线与地面的交接线重合，在剖面图中用交点a表示；此时剖面中砖的上“面”与半球剖面外边界线交于交点b，交点b是下一层将要垒砌的土坯“头”下边线的起点，即第二层土坯“头”的下边线在剖面中与此点重合；这时第二层土坯砖与半球剖面外边界线交于交点c，交点c又是下一层将要垒砌的土坯“头”下边线的起点，如此反复垒砌而成（图12）。

在土疙瘩房建筑中，叠涩垒砌一般采用“全丁平砌”或“全顺平砌”的“摆砖”方式。“全丁平砌”指在同一层内，将土坯砖“面”水平向上放置，土坯砖“头”向外，通过土坯砖“肋”与“肋”之间进行连接；“全顺平砌”同样将土坯砖“面”水平向上放置，但土坯砖“肋”向外，通过土坯砖“头”与“头”之间进行连接，二者之间相差90°。但在上下两层土坯砖之间，无论“全丁平砌”还是“全顺平砌”，上下层竖向砖缝之间相互错开1/2砖长，形成“错缝搭接”，从而增强砌体的整体性。

（3）材料估算。通过矢高与半径的关系以及叠涩垒砌的方式，根据相关圆周计算公式可以粗略地对土疙瘩房建筑材料用量进行推算。借用这种方法，本文对乌兰察布市察右中旗四子王旗土疙瘩房建筑材料用量进行了推算，基本验证了土疙瘩房建筑建造中数学逻辑的合理性（表1，图13）。

表1 内蒙古乌兰察布市察右中旗四子王旗土疙瘩房各层平面用砖量估算表

14 土疙瘩房建筑壳体外部抹泥

3.2 土疙瘩房建造工法

通常一个完整的土疙瘩房建筑建造过程与工法有如下五个步骤。

（1）择地及地面素土夯实。由于土疙瘩房体积矮小，自重较轻，所以简单的素土夯实即可满足要求。由于气候干燥少雨，在素土夯实的基础上通常不需要垒筑毛石或其他材料基础用于防水，但要注意避免选择在地势较低的坑洼地。

（2）在素土夯实地面划出土疙瘩房的建造范围，并沿范围边界进行摆砖砌筑。然而，土坯砖在沿圆形平面摆砖中会产生三角形缝隙，为保证每层摆砖之间的密实度以及整体的坚固性，需要对空隙进行满浆泥坐砌填充。填充材料应同时兼具粘结性及抗压强度，因此在使用泥土填充时，泥浆不宜过于粘稠，过于粘稠容易失去其抗压强度；同时又不宜过干，过干会影响后期土疙瘩房建筑表面抹泥的附着；更为重要的是保证填充物的整体性。综合上述分析，调研中土疙瘩房建筑的泥浆通常为当地原生黄土+羊草（或麦秸）辅料制作（视土质情况，可用适量细沙调节泥浆的抗压强度，沙子在使用前，一般需要筛选出较细的颗粒），按体积比3:1进行配合，麦秸长度50～60mm，需事先砸碎，并用水泡软，在条件许可的情况下，可加入石灰增加其粘结力。垒砌方法主要采用挤浆法、刮浆法、铺浆法等，但不使用灌浆法，以免土坯软化加大土坯干缩后的变形。泥浆缝的宽度一般控制在15mm左右。如此反复逐层向上垒砌，直至最后穹顶合拢。

（3）从土疙瘩房建筑的受力特点来看，土疙瘩房建筑结构最易发生坍塌的情况是由建筑内部向外“崩塌”，即墙面结构主体被向外侧推出，而愈向内部的“内聚力”愈大（相当于将其“箍”起来），对其结构愈有利。因此，土疙瘩房建筑外部需要抹较厚的黄土泥，通常厚度约为100～150mm，相当于两块土坯砖的厚度（2×70mm），来保证整个壳体具有足够的“内聚力”。从这一层面来看，“泥”也是结构的一部分，或者说是其有机组成部分。因此，抹泥需分多次（一般三次）完成，而且每次泥浆的含水率及羊草（或麦秸）长度也有不同：1）第一层抹泥通常需要泥浆粘稠些，抹平壳体表面凹凸之处，并且羊草（或麦秸）相对较长，可称之为“羊草（或麦秸）粗泥”，其作用主要是通过含水量较多的粘稠泥浆，尽量湿润土疙瘩房建筑表面，以利于泥浆的附着及增加松散泥土之间的整体性；2）第二层抹泥则需要在第一层半干的情况下，再继续加抹，此时第一层抹泥表面会有大量细小的裂纹，使下一层抹泥更好地附着，避免粘泥厚度过大从壳体表面滑落，同时第二次抹泥起到找平的作用，使土疙瘩房建筑表面大致平整；3）第三层抹泥材料要更加细致，可适当加入细沙增加泥浆的抗压缩性，防止干裂，并减短羊草的长度，在内蒙古地区，为增加泥浆的粘性及防水性，还可掺入搅拌均匀的牲畜粪便，由此形成的泥可称之为“羊草（或麦秸）细文泥”，这一层泥需要墁平、打紧、令光，主要起保护与美观的作用。建筑内墙面抹泥一般两遍即可，同样底层为“羊草（或麦秸）粗泥”，面层为“羊草（或麦秸）细文泥”（图14）。

（4）在第三层泥加抹完毕后，需要对其建筑表面，进行整体压实、打紧、墁平，拍打出浆并压光，使壳体表面足够光滑、密实，在保证坚固性的同时利于防水（条件许可的话，也可以使用掺了石灰的三合泥，使墙面更加光滑、有光泽）。相同的做法在土疙瘩房分布地区的其他建筑墙体等建造中亦有体现。

（5）由以上论述可知，内蒙古地区土疙瘩房建筑体积矮小，而且使用材料均为就地取材的原生黄土。因此，从建造周期来看（以笔者调研的乌兰察布市四子王旗土疙瘩房为例），1个人在3天时间内足以将其建造完成，而算上土坯制作时间（不计算土坯风干时间），也不过7天左右（土坯制作一般采用湿制坯方法，即将50～60mm长的羊草或麦秸加入黄土中，然后和泥，再闷沤2～3天装入坯膜中压实；脱模后，干燥1～2天侧立，堆架风干）。究其原因，除体积矮小以外，如前文所言，叠涩出挑的建造工法最大的特点是不需要“支模”，仅通过土坯砖的层层垒砌即可完成。

4 结语

建筑之始，产生于实际需要，受制于自然地理，非着意创制形式，更无所谓派别。其结构之系统，及形式之派别，乃其材料环境所形成[13]。综上所述，土疙瘩房是植根于当地自然资源条件，“土生土长”的乡土建筑类型。而更为重要的是，土疙瘩房是对土的两种形态——土坯与泥——的创造性使用，通过土坯的圆形叠涩出挑，以及通过泥作为结构的有机组成部分，即完全以“土”作为材料，通过构造“结构”获得建筑形式。因此，土疙瘩房建筑体积虽小，却揭示了在“缺石少木”的有限自然资源条件下，内蒙古地区先民在建造建筑这一“遮蔽体”时所能采取的建造策略。从建造工法的角度来看，其意义无疑是重大的，可视其为内蒙古地域乡土建筑建造工法体系研究的重要补充。

注释

1 调研对象：刘师傅，男，62岁，内蒙古乌兰察布市四子王旗人，其家建有三处土疙瘩房，分别为圆锥体与正方体结合形式，圆锥体与圆柱体结合形式，以及半球体形式。这些土疙瘩房建筑面积及高度均较小，现主要用作仓储功能。