竞赛作品︱“D”造沙托邦：荒漠里聚沙而建的沙漠村庄
“D”造沙托邦
3D To Sand Utopia
设计者：何梦淑、楚子晗、杨学凯、王庭蔚
2021霍普杯竞赛学员团队
︱项目背景︱
这个项目的核心概念是如何形成的？
牛年伊始，一场大火烧毁了云南翁丁古寨。我国有一大批像翁丁古寨一样的村落，它们承载着一定的非物质文化遗产，在一定程度上代表了所在地域、民族以及特定历史时期的特征及价值，她们与周边自然环境相协调，具有独特的民风民俗，虽历经久远，但至今仍为当地村民服务。而近些年，我国自然村落正以平均每天80~100的数量消失。洪涝、地震、山体滑坡、火灾、荒漠化......在村落消失的无数个理由中，我们对自然灾害给村落带来的损失最是束手无策。
根据UNEP数据资料，过去50年间非洲36个国家面临旱地土地退化，也就是荒漠化。全球旱地占全球总面积的40%，有10亿多人口赖以生存和生活的资源受到了严重影响。因此，本次设计聚焦于因荒漠化而面临消失的村庄。
本次选址为有沙漠中的古国余韵之称的达里雅布依村，其位于北部新疆和田地区。和田地区总面积24.78万平方公里，其中山地占33.3%，沙漠戈壁占63%，绿洲仅占3.7%。从和田城出发沿北面一条蜿蜒曲径，伸入“死亡之海”--塔克拉玛干腹地245公里处，便是名扬世界的塞外桃源--达里雅布依沙漠村庄。
达里雅布依是中外探险家的一块福地。由于交通和地理条件的限制，达里雅布依人长期过着相对封闭和简单的生活。虽然村中的许多居民迁往了扶贫安置点，但依然有村民留在村中，依然住在用芦苇、红柳简单搭起的“笆子房”里，养一群山羊，以畜牧业为主要生产方式。沿克里雅河两岸，整个达里雅布依的百万亩胡杨一片金色，古林老树，千姿百态，构成奇观异景，巧夺天工的沙海金字塔，苍茫无际的新月沙链，魅力无穷的大漠日出、长河落日、纯真古朴的沙漠人家，伴随着那连绵不绝的悠悠沙鸣，古朴的民风，浓烈的歌舞，别致的礼遇。
︱选址︱
选址周边自然环境
达里雅布依村处于暖温带干旱沙漠，是明显的大陆性气候，酷暑最高温度达67.2℃，昼夜温差达40℃以上；年降水量极低，平均年降水不超过100毫米，最低只有四五毫米；而平均蒸发量高达2500～3400毫米。金字塔形的沙丘屹立于平原以上300米。狂风能将沙墙吹起，高度可达其3倍。沙漠里沙丘绵延，受风的影响，沙丘时常移动。沙漠里亦有少量的植物，其根系异常发达，超过地上部分的几十倍乃至上百倍。
问题总结——自然环境：
土地沙漠化越来越严重 胡杨红柳等植被严重衰退 湖泊及泉流干涸 地下水位下降，水质矿化度升高，居民饮水困难 风沙对于田绿洲的危害日益严重
问题总结——人居现状：
经济单一，放牧养家糊口 人与畜增长过快 每年2个月时间去沙漠腹地放牧 沙进人退
克里雅人家，院子是一圈胡杨木做成的篱笆，房子是不用一颗钉子的“芭子房”——用胡杨树干、红柳枝和芦苇排扎而成，表面抹上克里雅河的淤泥，房门是用一棵高大的胡杨木挖空而成。
︱方案生成︱
基于以上前期调研，本次设计将从以下问题出发进行思考：
1.牛羊生长过快，草场退化严重
2.植被大量退化，当地主要依靠红柳和胡杨林
3.地下水氟含量高，矿化严重
4.沙漠化正在迅速发展，一些村庄已经被掩埋
5.人口增长过快，自然资源不足
提出构想
随着时间的推移，沙漠的移动推演，村落被掩埋的概率在80%以上，目前已经有许多青壮年选择离开这个古老的乡村。
那我们是否可以在沙漠的不断移动下保护这个古老的村庄？
不同于通过以往的植树造林等方式来减少荒漠化的推移，减少荒漠化对村庄的影响。我们选择以水管为骨架，松散的沙子为材料，结合菌落群体和现有的3D打印技术，建构一个大型的构筑物，取之于沙漠也用之于沙漠。将古老的村落保护在这个“罩子”中，同时为村民创造能举行当地民俗活动的公共空间。
类似案例 DUBAI Palm Island
迪拜棕榈岛共有三个岛屿，包括朱美拉棕榈岛、杰贝阿里棕榈岛和德伊勒棕榈岛，棕榈岛仅用了四年就建成了，每个岛屿使用了超过 5300 万磅的沙子和 1200 万磅的岩石。为了形成棕榈树形状的岛屿，疏浚并再利用了2 亿立方米的沙子。
构想演变
①达里雅布依村被称为沙漠中的绿洲。村民们的房屋大多被安置在一片胡杨林下，这样既可以确保充足的生产资料，同时还可以提供乘凉的树荫。
②在牲畜数量快速增长的压力下，由于缺乏环境保护意识，当地村民对胡杨林进行了大量砍伐，导致了荒漠化的快速发展和植被的大规模破坏。随之而来的就是沙漠逐渐侵入村庄，生态受到威胁，所以解决这一问题迫在眉睫。
③我们想到的策略是，首先，与3D印刷技术相结合，在解决最严重的沙漠化问题的基础上，解决当地地下因矿化而不能使用的问题。我们使用水管为建筑骨架，将其设置在村庄上方，作为输送工具将净化水输送至村中每户。
④ 在一定的环境温度和一定的材料条件下，巴氏杆菌在明胶中以一定的速率进行合理生长，在此过程中，整个明胶的粘度逐渐变强。随后将巴氏杆菌和明胶的混合溶液装入3D打印机中，以水管为骨架，细菌不断繁殖的热凝胶在整个空间中悬浮在不同的3D打印位置。最后按照指定的位置和几何形态的完成整个大构筑物的建造。
建构原理
以下是我们的建构原理图，主要讲述了松散的沙子如何让凝聚成坚固的砂岩的过程。
将所需的蛋白质、巴氏杆菌、透明质酸组成的混合胶水溶液和聚合蛋白片段添加到凝胶中以调整印刷材料的化学性能。
用于3D打印的水凝胶材料，细菌在里面不断繁殖。
在细菌不断繁殖的水凝胶材料中加入松砂。
随着细菌的不断繁殖，水凝胶溶液的粘度不断增大。宽松的沙子被粘聚在一起，逐渐形成坚固的砂岩。
试图用微生物在明胶中的繁殖而带来的整个溶液的物理性质的改变来减少村子周围松散沙的存在，解决沙漠村庄的即将被沙漠掩埋的问题。水凝胶液滴形成的物质有助于维持并延长细胞在沙漠这个极端环境中的生存能力。
水凝胶被装入3D打印机，随后被注入沙漠中的松散沙子中。
巴氏杆菌在整个沙漠环境中不断繁殖，沙丘逐渐形成具有较高强度的砂岩构造。
控制砂岩结构的整体造型，把沙子粘聚成想要的形状，并用一定的合理方式来将其固化。
构筑分析
以下是我们的构筑分析，我们不仅是做了一个大的“壳子”将整个村庄保护起来，同时还赋予了它一些其他的功能特征。
①保护原始村落
在重新规划村庄的同时，尽量减少对原有风貌的破坏，即保留原有的住宅建筑。
②利用沙子
在框架结构中，利用巴氏菌和丰富的砂土资源来“打印”建筑主体。
③创造绿色空间
在屋顶上创造一个绿色空间，用于农作物种植和村民的休闲娱乐
④构建水管结构
水管结构不仅保证了村庄的自来水供应，还为3D打印提供了结构框架。
单元平面
以下是我们的单元分析，保留其原有的柴木堆放区、院落区等基本布局，特别是每个建筑旁边的很大一块用以牛、羊、骆驼等牲畜的蓄养区。同时考虑村落原有建筑的位置对大构筑物的结构的影响并进行相应的设计与调整。
①在用巴氏杆菌和3D打印的部分原有建筑屋顶结构上，增加部分屋顶绿化，并对其进行相对集中的灌溉和管理，解决当地村民农作物生长不良、灌溉不足、管理不善的问题。
②为了解决当地牲畜生长过快的问题，每户都建立了独立的牲畜养殖单位，合理饲养，科学管理。同时与屋顶作物种植面积形成一定联系，合理利用芦苇形成肥料，创造绿色农业。
③大面积屋顶结构可供居民攀爬，创造更为多样的原住区空间层次，进一步丰富居民活动范围，创造一定的公共交往空间，合理利用育种肥料形成肥料，创造绿色农业。
④在充分尊重当地土著居民生活习惯的基础上，重新规划原有建筑空间布局中不合理的空间，将常年需要用火的空间与休闲生活空间分开，实现动静分区和污染清理。
总平面图
以下是我们的总平面图，根据原有的村庄建筑肌理对“壳子”进行形态以及功能上的规划和调整，将好的空间感受留给建筑面向胡杨林的一面，同时调整面向沙漠腹地一侧的构筑物结构，使其起到对沙漠的阻挡作用。
①延展：从沙漠中延展出来的“保护壳”。
②公共活动空间：达里雅布依村民俗特色丰富，有其独特的村落文化景观，同时也为村民提供了一个日常交流的活动空间。
③沿着沙漠化的方向，不断向村庄移动的散沙被“壳子”阻挡，以防止村庄随着时间的推移被淹没。
④由于特殊的气候条件，村里可用于种菜的土地较少，从而导致村中蔬菜植物较少，以肉类为主，辅以面饼。所以专门在砂岩外壳上规划两个区域用于种植。
⑤该村西北侧是塔克拉玛干沙漠腹地唯一的河流，孕育了一片神奇的绿洲，拥有110多万亩原始胡杨林。
⑥在太阳辐射极强的环境下,极大的减小了撒哈拉沙漠腹地太阳辐射对村民生活的直接影响，在保护壳下为村民提供一个相对舒适的生活环境。
策略图
以下是我们的策略图，将6种不同的策略融入设计中，最终就是为当地原住民打造一个更舒适、更安全，不会面临被淹没的风险的家。
①全村面临的最大问题是沙进人退，最后村庄被掩埋在沙漠下。除了传统的植树造林和其他控制荒漠化的方法，源头解决问题的方法-使用沙子建立保护层村庄的外壳，减少村庄的危机被淹没。
② 通过控制温度、湿度、噪音和其他条件繁殖空间，我们可以提高地方政府的竞争力骆驼、牛等牲畜还有羊。
③通过合理的建筑物的建造改善室内热环境建筑环境，减少传统的木材加热和加热技术二氧化碳排放。
④充分利用当地太阳能资源、通过太阳能光伏板发电，并以此供应村庄的日常生活用电。
⑤从地下提取出的水地面将受到物理破坏净化，同时随着时间的推移，灌溉系统将建立灌溉系统胡杨生活污水。
⑥将胡杨种植在地下室砂岩结构，以固化风吹沙，改善村庄环境，减少污染沙漠环境对乡村生活的影响。
剖面图
︱学习心得︱
整个竞赛的节奏十分紧凑，从最开始的解题、头脑风暴、选址，到后期的设计、模型、出图，每一步都是挑战。特别是头脑风暴期间，每一天都是疯狂搜集案例、解读案例，寻找设计切入点，一点点的进行思考。由于概念的确定，后期建模难度较大，前期多次用细分尝试模型都不是很成功，最后学习了MAYA完成最终模型。因为本次设计的切入点为保护沙漠中即将被掩埋的村子，所以最开始我们都不是很清楚如何清晰明了的引入及表达整个设计概念，在这一阶段很感谢韩老师和孙老师给我们的指导；而整个设计结合了3D打印以及一些生物学上的知识，所以会多次查阅与微生物及3D打印相关的论文，确保整个方法在理论上的可行性；后期在大效果图的制作上，由于不像平时那样仅仅表达出单体建筑的设计，所以在整体构图与氛围上想象力匮乏，所以很感谢后面林老师的帮助。
在整个竞赛营期间真的学到了很多，认识了很多优秀的同学和老师。自己对整个设计的流程及步骤也更加深刻了，关于整个设计的思考也更加有深度了。在竞赛营的压力下不断提升自己，学习来自不同院校的同学头脑风暴，真的很值！
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