现代竹结构建筑研究

现代竹结构建筑研究（精选五篇）

现代竹结构建筑研究 篇1

1. 竹子的结构潜力

竹子是圆形中空,纤维致密,其优点是轻质高强,弹性很好,径向抗压抗拉能力很强,缺点是抗弯矩能力稍弱,结构整体刚性较差。竹材性能和其他材料比较毫不逊色,表1中显示,在常规建材中,竹材单位面积的抗拉和抗压强度只逊于钢铁,而在绿色指标上均优越于其他材料。[1]

由于竹子强重比高,径向抗压抗拉强度高,与钢材物理性能相似,它很适用于空间网架型结构,三角形屋架是传统建筑中的例子。在当代,由于竹加工工艺的进步,竹子网架式结构有了极大的超越,造型非常具有想象力。

2. 竹子的耐候性分析

竹子的耐侯性较弱,一般的竹结构建筑寿命比较短,安全使用期限一般为15年内。影响竹子寿命的主要因素是阳光、湿度变化和虫蛀。在直射阳光和湿度剧烈变化的综合作用下,竹子会出现裂纹,而裂纹又为蛀虫打开了门户,竹竿强度会打折扣。竹建筑往往需要好的“帽子”和“靴子”,“帽子”是让竹子避免阳光直射,“靴子”是为保持竹建筑底部通风和防止过潮,如傣族竹楼就是通过大出檐和架空方式来解决该问题。竹结构建筑虽然寿命相对较短,但是在取材、施工、废弃的建筑全周期过程中,对环境的破坏极小,是一种绿色的营造方式。

二、现代竹结构建筑

广州南昆山十字水度假酒店掩映在竹林间,其中许多建筑采用了竹结构。由哥伦比亚建筑师Simon Velez设计的竹桥是其中的代表性建筑。这座拱长25米,每平方米承重350公斤的竹桥通体金黄圆润,全部采用南昆山当地产的毛竹建造而成。毛竹最短1至2米,最长10至20米左右。(图1)

Simon Velez和另一个建筑师Marcelo Velligas合作为德国Hanover 2000博览会设计了一个巨大的双层竹亭(Zeri pavilion),并在此之前在哥伦比亚试搭建以测试荷载安全性。竹亭的屋顶和楼板是现浇混凝土,而支撑结构全部是当地产的竹子。该竹亭的安全测试均高于德国规范,并且历经地震安然无恙。(图2)

竹子在现代居住建筑中也有应用,Marcelo Velligas用竹子作为主要结构在哥伦比亚设计了一幢示范性的低收入者住宅,其主体结构框架为竹子,屋顶为波形瓦,墙面为轻质复合墙板,建筑成本非常低(图3)。虽然竹子的安全使用期限一般为15年内,但对于震区住宅和简易住宅的建设,竹结构具有较强适用性。

善用空间网架结构体系是这些现代竹结构建筑的显著特征,比起传统竹结构建筑,空间跨度与结构表现力都有了很大的飞跃。

三、竹节点技术

现代竹结构建筑区别于传统竹建筑的另一显著特征就是竹连接技术的进步。传统的竹节点一般为绑扎、榫卯、搭接方式,而现代竹节点发展了螺栓、套筒、槽口等方式。

1. 螺栓型

螺栓固定是最基本的方式,几乎在所有节点方式中都有螺栓固定作为辅助手段。图4显示的是竹垂直连接时的螺栓固定方式,这里的连接完全依靠预制件和螺栓,螺栓是主要的受力件。螺栓连接一般要先用钻枪打孔,如果荷载较大时,还需要在螺栓部位的竹腔内灌注水泥加强节点,以防止竹子崩裂。哥伦比亚建筑师西蒙韦雷(Simon Velez)和Marcelo Velligas发明了一种现代的螺栓加水泥的体系,借助水泥和钢预制件固定螺栓,既美观又牢固(图5)。他们在大量竹建筑中成功使用了这种节点方式,建造的竹建筑可以悬挑达到26英尺,跨度达到60英尺。另外,利用螺栓和预制钢节点还可以开发出具有高技术特征的竹节点,如图6所示,这种节点可以解决多角度连接问题。

2. 套筒型

套筒是用筒形预制件比如钢套筒来嵌套竹子的作法,可有内嵌套和外嵌套两种方式(图7)。实际上在中国传统竹连接方式里就有大小竹筒嵌套的作法。套筒连接方式可以解决各种角度连接的问题,然而问题是要求竹的直径尺寸统一,这在实际选材中有较大难度,其连接方式有改良的余地。套筒方式也可以用于竹的垂直连接,如图8的例子中,用成品PVC管道箍嵌套竹子,然后用长螺栓固定每两根竹子和两个箍。因为箍可以绕螺栓转动,所以这种方式也可以解决多角度连接问题。

3. 槽口型

槽口型一般是在竹端头开槽,插入预制钢片节点,然后用螺栓、铁丝或钢箍加固。这种连接一般可以解决竹节点的接地问题。(图9、10)

四、结语

1.竹子成材期短，取材方便，在建筑全周期过 程中对环境的影响极小，且力学性能优越，适合作为 结构建材，空间网架式的整体结构有利于发挥竹子的 结构潜力;

2.竹子的耐候性较弱，适用于景观建筑、临时 性和简易建筑，在建筑设计中应进行遮阳、防潮等处 理;

3.现代竹节点大致有螺栓、套筒、槽口等方 式，节点技术的进步与空间结构体系的发展是现代竹 结构区别于传统竹结构的显著特征。

参考文献

[1](美)琳恩.伊丽莎白,卡萨德勒亚当斯.吴春苑译.新乡土建筑——当代天然建造方法[M].北京:机械工业出版社,2005:223.

竹建筑生态环保使用研究 篇2

1、引言

钢材、水泥、玻璃、砂石、粘土砖及其它金属、化工材料，其原料都是不可再生的矿物资源。我国在建筑材料制造过程中，约消耗近百亿t的矿物资源，造成严重的资源短缺和环境破坏。同时，建筑材料的制造过程，还要消耗占全国总能耗15％的能源并造成惊人的环境污染。建筑材料的全球性紧缺是十分令人担忧的问题：特别在发展中国家。木材及其它传统建筑材料的短缺及相应的价格上涨迫使人们必须去寻找一种价格低廉又能满足建造要求的建筑材料。

竹子因其属于草科植物，所以常被称作高大的“草”，与塑料、木材和石头等材料建造的房屋相比，廉价的竹子建筑不但经济，耐久性和安全性也很好。

许多竹子房屋用处理过或天然的竹材来建造，必要时辅以木材、泥浆、砖块及混凝土等其它材料，可增加耐用性并丰富造型。竹子在我国的产量非常丰富，中国人对竹子的使用有几千年的历史，但是，一直都局限在传统的用法上，作为生态建筑材料的巨大价值却被忽视了。本文从建筑学的角度对竹子进行分析和说明，旨在揭示我国开发竹子这种生态建筑材料所具有的深远意义。

2、竹子的性质

2.1分布世界上有超过l 600种竹子，主要分布在亚非拉的一些国家（见图1）。欧洲没有天然分布的竹种，北美原产的竹子也只有几种。近百年来，一些欧洲国家和美国、加拿大等从亚非拉的一些产竹国家引种了大量的竹种。例如，美国从中国引种的刚竹属竹种就有35种。亚太竹区是世界最大的竹区，该区竹子约50多属，900多种，其中有经济价值的有100多种。主要产竹国家有中国、印度、缅甸、泰国、孟加拉、柬埔寨、越南、日本、印度尼西亚、马来西亚、菲律宾等。

美洲竹区南至南纬470的阿根廷南部，北至北纬40。的美国东部，共有18个属，270多种。在北美，除大青篱竹及其2个亚种外，没有乡土竹种。在拉丁美洲，南北回归线之间的墨西哥、危地马拉、哥斯达尼加、尼加拉瓜、洪都拉斯、哥伦比亚、委内瑞拉和巴西的亚马逊流是竹子分布的中心。

非洲竹区竹子分布范围较小，南起莫桑比克南部，北至苏丹东部。在非洲北部苏丹境内的尼罗河上游河谷地带和埃塞俄比亚的温带山地森林地区都有成片的竹林分布。然而非洲大陆的竹类区系很贫乏，引种的也不过十几种。图1世界竹区分布目前，世界上绝大多数竹林仍处于荒芜状态，滥砍滥伐严重，经营管理水平低，产量不高。本世纪80年代以来，一些热带、亚热带国家都重视发展竹业生产。其中，经营历史较久、经营管理水平较高的要算中国和日本。

2.2自然属性竹子是属于禾本科竹亚科（Ba，Ilbusadea）的一类植物，已知全球约有150属，l 225种；竹林面积达l 400万hm2。竹子的生长速度非常快，在理想的条件下，一种生长在哥伦比亚的叫Guadua的窄叶竹，直径为22～24 cm左右，它的茎秆只要3～4个月就可以完全长成。竹子的产量也很惊人，在哥伦比亚，每ho土地可以产出7 000～10 000万株Guadua；在巴西，Guadua的一些品种每ho可以产出60 000株。

我国江西的毛竹具有生长快、成材早、产量高、用途广的特点，一株毛竹从出笋到成竹只需2个月左右，当年即可砍作造纸原料，若作竹材原料，也只需3～6年的加固生长就可砍伐利用。0.067 hm2（1亩）可年产竹材l 500～2 000 kg。毛竹是多年生常绿树种，要求温暖湿润的气候条件，年平均温度15～20cc，年降水量为l 200。1 800 mm。对土壤的要求高于一般树种，既需要充裕的水湿条件，又不耐积水淹浸。

2.3物理性质竹材有一般木材所不及的优点：收缩量小，高度的割裂性、弹性和韧性，很好的顺纹抗压力和抗拉力。

竹材在外力作用下的抵抗力称为竹材的力学强度，单位为MPa。竹材的抗拉强度约为木材的2～25倍，抗压强度为木材的1.5～2倍。表l列出了竹材的各种力学强度，竹子的抗压和抗拉性能都很好。而且生长在斜坡的竹子比生长在山谷的竹子结实，在贫瘠干旱的土地上生长的竹子比在肥沃的土壤中生长的竹子结实。这些在选用竹子时也要作为考虑因素。

2.4竹子在建筑方面的优势1）经济性：竹子建筑最重要的优点是成本低廉但不降低建筑质量，而且经久耐用，占用空间少。根据哥斯达黎加PNB的统计，竹房屋比普通材料住宅的成本便宜20％H1。

2）灵活性：竹子建筑的设计和建造更具灵活性，优点之一就是能够通过更换损坏部分得到经常性的维护。

3）低技术：竹建筑的技术要求不高。大多数竹房屋的建造基于当地的技术水平，无需高技术的指导，另外，竹建筑比较容易与先进技术结合使用。

4）安全性：由于质量轻、弹性好，竹子的抗震功能非常突出。据报道（Gutierez，1998），在哥斯达黎加的7.6级地震中，位于震中的30座竹房屋保存完好，而周边许多混凝土房屋和旅馆全部倒塌。

5）舒适性：热带农区夏季气温很高，中国云南南部地区，人们至今仍然喜欢建造竹楼来避暑，享受竹楼的凉爽。

6）耐用性：经过适当处理的竹材使用寿命可达30年之久，而且，竹材种类的精心选择、防腐处理、辅助材料的使用以及老化或损坏部分的定期更换等等都能增加竹房屋的耐用性。7）可持续性：社会、经济和环境的可持续性是当前发展领域中日益重要的问题。竹子本身所具备的特点符合可持续性发展的所有指标。竹子在2～3年即可成材，而木材至少需要25年。竹子是世界上生长最快的植物，只需利用当地的主要原材料和工具就足以建造简单经济的竹房屋。

3、竹子的应用 3.1传统用法

1）利用其割裂性编织用具、竹帘、竹席、竹篱、伞骨、灯笼等；

2）利用其负荷力制作晒竿、担架、脚手架、梁柱、门窗、地板、竹桥、竹筏及其它家具、用具

3）利用其弹力制作弓、弩、钓竿等；

4）利用其抵抗力制作手杖、伞柄、撑竿、竹钉、竹箍等； 5）利用其中空特性制作水车、水桶、水管、烟筒及各种乐器； 6）利用其外观特性制作竹索、蔑榄、工艺品、玩具等。

3.2现代用法随着科学技术的进步，除了在传统的基础上提高产品质量外，竹子还被开发出了更多新的用途（见图4）。主要是以竹代木，将竹材制成各种建筑用板材，比如胶合板、纤维板、装饰板等代替各类木质板材。竹质人造板材质细密，不易开裂、变形，具有抗压、抗拉、抗弯等优点，各项性能指标均高于常用木材。

4、竹子建筑

4.1概况竹子在食品、房屋、家具等许多领域的应用历史悠久。在许多国家，竹子以多种方式得以巧妙利用，一生都可为人类服务。竹子是房屋建造最古老的建筑材料之一，作为品质优良的建筑材料，竹子比较便宜，且容易加工。近年来，竹子作为房屋建筑材料的重要性逐渐得到人们的关注。在亚洲，许多低收入家庭利用竹子搭建房屋构架，即便使用其它材料，竹子也是建筑单元的主要组成部分。其可以制成房屋的屋顶桁架、檩子、椽子、柱子、地板、墙体、门窗等各种部分，有时为了隔声的需要可以结合水泥、石膏等材料。竹子建筑除了环保外，还具有造价低、便于安装的优点（见图5、6）。在中国和日本的文化中，竹子具有重要的地位。

竹子刚劲、清新、生机盎然、蓬勃向上的特点被看作是做人的重要品质，因此，竹子在建筑、家具及日用品中更多的体现其文化涵义。在东南亚，竹子几乎覆盖了泰国、印尼的乡间和很多太平洋小岛，孟加拉国90％的农村房屋都是用竹子建造的；在南美洲，本土适合建造用的竹子Guadua建成的房屋很受欢迎，在哥伦比亚的安第斯山地区，竹子被用来建造结构柱或者劈裂制成板条，用来覆盖在墙体表面、天花板和地板上，大多数的竹子还被用作脚手架或者混凝土的模板∞j。4.2我国的传统竹子建筑我国在2 000多年前，竹子就已用于民间房屋的建造，迄今南方各省仍多采用竹子建造一些半永久性或临时性的房屋、棚舍等。竹子在江南民居建筑中一般做夯土墙的骨料使用，可以使夯土墙更加坚固耐用，也可以把竹子剖成长条编成竹笆作为围墙、外墙，竹子还可以编织成窗间墙的防护网、护墙板或者做成框钉竹条用作护窗板b］。

在云南，傣家竹楼属热带雨林竹楼形式，包括德宏、景颇、西双版纳一带。傣族民居以木柱承重，四周围竹墙，为了通风和防潮，房屋整个架空。竹构架歇山顶，坡度很大，屋面覆以小平瓦或排草。湿热带的太阳眩光很强，所以墙体不能开窗，但又要保证通风。竹编的墙透光柔和，既排除了眩光又可以通风Mj。景颇族的竹楼是长脊短檐、架空低矮的干栏式建筑，竹楼的架空高度很低，一般距地面约50cm，高的也不超过l m，竹屋两侧的竹编墙体上部略向外倾，覆盖脊长而檐短的倒梯形双坡屋顶o¨。

从结构上看，景颇民居采用的是纵向承重构架。三列纵向设立的竹子可依家庭大小延长扩展，柱与柱之间无横向的联系构件。另外，承重的柱子与架空层、居住层、围护的墙体三者之间也是相互独立、自成一体的，4.3现代竹子建筑现代竹子建筑根据不同的需求，主要分为3类。

一是廉价的实用房屋，主要针对解决贫困地区的居住问题，这类住宅建筑以低造价为前提，对技术的要求低对竹材的需求量很大。如东南亚的大部分地区以及南美的一些国家，目前仍然有大量竹制房屋。二是临时性建筑，如用于临时展览或休憩用的竹屋，这类建筑要求建造快捷、拆装方便、且造型精美。具有代表性的例子就是由哥伦比亚建筑师西蒙·韦雷（Simon velez）为汉诺威世博会主持设计的zERI厅，以及建于哥伦比亚，由Jorg sta姗设计的跨度约为45 m的竹桥（见图9）。在我国的台湾南部，使用竹子也有很悠久的历史，随着时代的发展，又把竹子灵活地应用于现代房屋中，例如竹子建造的公厕、办公室等。三是比较奢侈的别墅、茶室等。这类建筑追求的是竹子所体现的颀长挺拔以及朴素内敛之美，建筑构件精致考究，造价较高，但随着技术的发展和人们对精神美的更高追求，这类高品质的竹子建筑的发展空间也是很大的。典型例子是隈研吾设计的位于长城脚下的公社竹屋。隈研吾之所以选择竹子为材料，如他自己所说，“既然它在中国与日本文化中具有独特涵养，我们尽可能使用竹子”。

这充分体现了竹子在中国和日本文化中的重要地位。竹子排布的密度与直径，提供了各种不同的空间分割，利用这些特性，隈研吾设计了一面竹墙，就像长城一样沿着基地斜面的一层竹子，将长城的特质运用到居住行为上。这样一来房子被称作“墙”而非“房屋”（4.4竹构件的连接竹子自身具有很多优点，如前面已经提到的，它是一种便宜，生长迅速的植物，其优越的物理性能使图10外挂竹墙公厕图11隈研吾设计的竹屋之成为很好的建筑材料。但是在竹子建筑中，连接部分是竹结构的一个难点。因为竹子本身是圆筒形的，圆形的交接在节点处比较困难；另外竹纤维是纵向生长的，这样竹子很容易在纵向破裂；竹子表面很光滑而且坚硬，捆绑材料很难固定住。目前常用的一些连接竹结构的方法可以比较好的解决这一难题。1）捆绑连接法捆绑连接法是最常见的连接方法，用传统的自然植物连接，如椰子的纤维、棕榈叶、树的内皮和竹藤等。捆绑之前将藤条在水中浸泡一下，藤条在干燥后会收缩变紧，从而捆绑的更牢固。横梁末端和绑带起到了传递受力的作用，如果捆绑得不够紧，横梁很可能会在孔洞里裂开。

2）榫卯（螺栓）连接法具有次级连接元素的构件经常用于与绳索的上下连接。在这种连接方法中，作为螺栓的构件负责传递拉力与压力。在木构件中，这种连接由榫卯来完成。金属螺钉是穿孔材料，如果竹材不够新鲜，竹子就很容易被楔形的螺钉劈裂，因此要选用砍伐后不久的竹材穿孔，另外穿孔不能太靠近竹子的端部，否则竹子会很容易裂开4.5实例分析——zE砒厅1）背景哥伦比亚的建筑师西蒙·韦雷致力于竹建筑的研究已经很多年，是这方面的专家。他设计了大量优秀的竹子建筑，这些作品包括住宅、观光塔、乡村俱乐部甚至马厩。zERI厅是西蒙·韦雷为了2000年汉诺威世博会而设计的，它代表了（Zem Ernissions Research＆Initiatives，zERI）的宗旨——可持续发展，另一个目的是为了推动竹子在南美洲作为建筑材料的应用。

2）方案zERI厅为圆形架构建筑，主要静力结构的构成单元由2个斜柱及其支撑的2个悬臂梁组成。在这个圆形放射状平面上每个轴线上有2个支撑横梁，横梁在最高处形成1个圆环。lO对上述的基本结构单元按照圆形规律布置，构架上还有一些为了减少跨度而设置的支撑结构。支撑结构不把荷载直接图14 zElu厅外观图15框架示意图16受力示意传递到斜柱上，而是将荷载转化成柱与柱之间的相互挤压。为了避免斜柱折断，减少斜柱的长度，在整个建筑的中间高度位置加入了旋转展厅。

该建筑屋顶呈lO边形，向外悬挑7 m。屋顶平面的直径为40 m，屋脊处高度为14.5 m，屋面排水槽处高度为7 m。屋面材料为9 mm厚的瓷砖贴面，由竹子加固，下铺3 cm的水泥砂浆。砂浆和下面铺的金属卷材一起将屋顶的荷载传递到椽子上，椽子之间的距离较近，由它们将荷载向下传递给梁和柱（见图17、18）。

外圈的斜柱由6根圆木绑成，里圈的由4根绑成，它们是由纽纹条和扁钢连接的。不论里圈还是外圈，斜柱只有2棵圆木直接与基础接触，其它的圆木都是用来增加硬度和弹性的。里圈的斜柱下部是圆型基座，外圈的斜柱下接单个的基座，由基础梁相互连接。

3）连接方法①A型——水泥砂浆埋螺纹杆从内部打穿竖向竹子2～3个柱子节儿，插入螺纹杆，再从外注入水泥砂浆将其固定。横向竹子在垂直方向打一个穿孑L，串在螺纹杆上。螺纹杆伸出来的末端，至少要有一个螺母和圈垫拧在上面，最后在向横向竹子注入水泥砂浆。②B型——钢条螺栓，水泥固定首先把横向放置的竹子竖向打孔，螺纹杆从这些孔中拉出来。第2根垂直放置的竹子外侧固定了钢条，钢条绕过横向竹子，拧在刚才拉出来垂直螺纹杆上。钢条像根皮带将2根竹子拉在一起。横向竹子上被钢条搭上的那节必须灌入水泥砂浆，否则钢条一紧，竹子就会被勒劈。

③2种连接方式的评估根据FMPA斯图加特（一家专门测试材料的机构）的实验，A型连接基本没有什么错位，在螺纹杆连接处连接竹子的时候，曾出现竹子破裂。最大的荷载为70 kN。B型连接有1.5 mm的错位，不过可以承受140 kN，是上一种的2倍之多。竹子的破裂发生在给钢条凿孔和对竹子进行切割的时候。

4.6局限及解决办法1）寿命有些竹子的淀粉含量比较高，在收割后很快就会被昆虫和霉菌侵蚀，破坏了竹子的强度和联接。

在热带雨林中，没有经过防腐处理的竹子建筑的预期寿命是3.5年，很少有寿命超过15年的，因此整个建筑每隔一定时间就要重建。

解决办法：一种传统的办法是将竹子烘烤晾干后，快速的用烟熏一下，利用烟里面的木馏油在竹子表面形成一层保护膜，这样就可以起到很好的防蛀作用。还有一种方法是在竹子外表面涂上一层熟石灰，这样可以防止湿气渗入，也可以防止霉菌的腐蚀。在印度尼西亚还有一种传统的办法就是在竹子涂上焦油后再包一层沙子，待晾干后再刷石灰。

2）连接尽管一些传统的方法，诸如榫卯和捆扎技术已经使用了上千年。但是这种固定方法的效率并不高，在一定范围内会有移动。由于竹子会随季节性的湿气变化而膨胀，膨胀率达到直径的6％，长度也会相应缩小，从而使连接处变松弛。

解决办法：西蒙－韦雷设计了一种连接法，即上面提到的螺栓水泥连接法。由于螺栓是一种力量集中型的连接构件，所以定在竹片容易引起竹子的开裂，这种方法是在螺栓节点之间填充固化水泥。有了这种连接法，可以增大竹子建筑的跨度。

3）缺乏设计指导和规范社会上存在一种普遍的观念，就是竹子是穷人的建筑材料，竹子建筑被看作是临时的避难所。这种观念导致竹子这种生态建筑材料的价值长期被忽视了。除了传统的建造方法外，现代只有极少数建筑师致力于竹子的研究和开发。因而在竹建筑的设计方面缺乏相应的指导和规范，在通常情况下，专业建筑师在选材时就很少考虑竹材。

5、结语

通过以上对竹子的介绍可知，竹子在我国作为建筑材料被开发是切实可行的。目前国内发展迅速，大规模的城镇建设消耗了大量能源，也给环境带来了破坏。以可持续发展为方针，针对我国国情、建设采用“就地取材”和“低技术”的理念是必要的。我国的竹类资源十分丰富，使用竹子已有几千年的历史，从乐器、家具到古老的“火箭”、造纸、造船、造桥、建造房屋，竹子几乎可以涉及到各个领域。但是人们的传统观念认为以竹子为材料代表了贫穷和落后，这种错误的认识导致了对竹子的利用只停留在传统的方法上，技术落后、产品单一，没有更好的挖掘竹子的价值。

要开发竹建筑项目，首先要考虑项目实施的对象。比如在开放的林区和生产石材的地区，人们可以获得足够的木材和石材，就无需关注竹材的利用。

相对来讲，竹建筑项目在比较贫困且没有资源可供选择的地区成功实施的可能性更大。如果当地人们已经使用了竹子，那么工作就更容易开展。丰富的竹资源是实施低成本的首要前提，根据竹资源清查和年采伐量限额的计算，可以预测可收获的竹材数量，并制定相应的竹子管理计划。另外一个要考虑的问题是项目成本，竹屋的成本由竹建筑的规模、竹材处理、设计、施工及其它材料的使用等因素构成。

因此，要根据使用者的支付能力来做出合理的房屋设计。

现代竹结构建筑研究 篇3

在创新设计的语境下，分析了传统竹工艺面临的传承保护困境，为竹产业转型升级提供新的发展路径，探索了传统竹工艺品在现代竹产品设计中的应用方法。从竹产品创新设计的视角出发，分析了竹产品设计研究的现状，提出了竹产品在传统保护、产品设计以及创新模式上存在的问题，并对传统竹工艺应用与现代竹产品设计的可行性进行了分析。

关键词：

传统 竹工艺 创新设计 应用

中图分类号：TB472

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2015）04-0098-02

近年来，浙江省把发展竹产业作为“十大农业主导产业”之一，加以重点培育和扶持，产业规模不断扩大，竹材工业化利用取得了很大的发展。但是全省竹产业产品存在着高端产品少，技术含量低，产品附加值低等一系列问题，阻碍了竹产业的健康发展。竹产品生产企业面临的市场压力越来愈大，同时更为严重的是，优秀的传统竹工艺面临失传的困境。虽然竹产业在经济结构中所占比重较小，但是传统竹产业中蕴含的文化价值具有较大的保护和传承意义。通过对竹产品生产发展中存在的一些亟待解决的问题进行了研究，提出利用工业设计的相关设计理论及设计方法，把传统竹产品中的优秀形态元素融入到现代竹产品设计中去，提高竹产品设计水平，同时实现传统竹工艺品的保护和传承。

1 竹产品设计研究概述

目前，随着人们环境保护意识的提高，在产品设计领域，寻求更加绿色环保的替代材料成为众多设计师进行创新设计的首选。由于竹材具有的独特材料特性和文化特色，越来越多的产品设计中运用了竹材。由于地域的差异，国内设计师对传统竹工艺品的设计研究较多，国外设计师则研究竹材在现代产品设计中的应用较多。现代产品设计需要创新，提倡绿色环保，优秀的传统竹工艺需要传承，国外运用竹材进行现代设计的理念值得我们学习借鉴。

1.1 相关理论研究分析

国内竹产品设计大都囿于传统造型与工艺，缺乏现代设计理念，打破传统竹文化、工艺所形成的思维定式，在竹文化、工艺传承基础上进行创新设计已经成为一种新的发展模式。基于产品符号学理论，通过对传统竹产品和现代竹产品功能传达方式上的差异进行比较分析，构建以继承和更新为核心思想的再设计模式。通过整合设计理念，依靠设计的艺术性、科技性及商业性的有机结合，能够很大程度上提高竹产品的核心竞争力，同时满足可持续的整合设计理念。从功能与文化两个方面，来对竹产品在产品设计中具有的功能性进行研究，并深入挖掘竹产品设计生产过程中的非物质生产特性，研究竹艺的艺术形态、文化意蕴和生态意义与现代竹产品设计相结合的必要性和可行性。最终以传统竹产品中的情感元素来实现对现代竹产品设计的启发作用。

1.2 竹产品设计现状

通过调查发现，虽然市场上竹产品种类繁多，但是大部分设计水平较低。传统竹产品材质单一，样式陈旧，产品功能和形态缺乏创新性。竹产品的创新设计是对竹资源进行开发利用的重要环节，传统竹产品工艺需要在好的设计带动下才能实现资源的优化利用。

然而，与国外竹产品设计相比，国内对竹资源的开发利用还处在粗放式阶段，加工制造技术落后，产品附加值较低，很难看到具有设计感的现代产品。传统的竹工艺品没能与现代设计实现对接，与现代的家居环境格格不入，只能成为怀旧的装饰点缀。现代设计也没有起到对传统竹工艺的继承作用，传统竹工艺越来越边缘化。竹产品需要的创新设计，把传统竹工艺中的精髓运用到现代竹产品设计中去，提高竹产品的文化品质，让使用者在使用现代产品的过程中还能感受到传统竹工艺品的文化感，这需要对竹产品进行深入的设计研究。寻找新的竹资源开发利用模式成为现代竹产品行业面临的紧迫任务。

1.3 国外竹产品设计现状

由于竹材绿色环保，以及独特的文化特征，受到了世界众多设计师的青睐。甚至许多没有竹资源国家的设计师也开始尝试利用竹材进行各类设计创作见图1-图4（图片摘自百度图片），充分表明了运用竹材进行设计的巨大潜力。这些产品既符合现代的生活方式，又具有现代审美感，得到了消费者的认可。由此可见，在竹产品的开发过程中，充分利用竹子的环保和文化特征，有助于提高竹产品的附加值，使我国竹产品在世界竹产品创新设计领域中占有一席之地。

2 竹产品发展存在的问题

2.1 现代竹产品同质化严重，创新乏力

在工业化生产快速发展的经济模式下，现代竹产品行业发展迅速，成长起一批具有现代化规模和水平的竹材加工企业。但是这些企业的竹产品样式粗糙，结构单一，制作方式原始，价格低廉，直接导致人们对竹产品产生了“原始、贫穷、落后”的印象。仅仅把竹资源当作一种原材料进行规模化利用，只是最低层次地实现了“以竹代木”的生产模式。竹材具有的独特材料特性，以及内在文化特性还远远没有被很好地挖掘利用，更没有实现“以竹胜木”的目的。

研究发现常见的竹材产品具有以下缺陷：

（1）产品同质化程度较高，不同企业生产的竹产品品种较少，造型形态大同小异，产品差异化程度较低。

（2）产品工艺简单，品质粗糙，大多数竹产品的表面处理工艺水平较低，品质感较差。少见竹材与现代其他材料的结合使用，产品缺少时代感。

（3）产品设计缺失，竹材具有独特的造型塑造能力，高水平的设计更能彰显竹材本身的文化底蕴和地方文化特色。设计的缺失导致产品视觉效果欠丰富，且生产效率低，也让竹产品失去了与现代生活化衔接的机会，很难更大范围地融入到现代人的生活中去。

2.2 传统竹工艺产品面临传承困境

浙江竹林资源丰富，但是与现代竹产品产业“蒸蒸日上”的发展现状形成鲜明对比的是传统竹产品行业的渐渐衰落。竹刻竹编工艺水平很高，技术精湛的手工艺人利用竹子的特性制造了大量优秀的竹产品。但是在浙江经济转型升级背景下，传统竹工艺产品的市场竞争优势在慢慢消失，出现了“叫好不叫座”的尴尬境地，由于对竹产业缺乏足够的信心，使得原有的技术人才纷纷转而投向别的行业。传统竹工艺人才急剧流失，已经使传统的竹匠手艺处于濒临失传的边缘，传统竹工艺产品加工和制造行业后继无人已是不争的事实。人才流失所造成的直接影响便是传统竹工艺技术停滞不前，而且已经面临失传的尴尬境地。

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2.3 竹产品产业亟需转型升级，转变发展模式

在经济转型升级背景下，浙江竹产品出现了发展瓶颈。基于以上分析表明，虽然现代竹产品产业发展模式实现了规模化，产品数量巨大，但是附加值较低，只是实现了对竹资源的物质性的开发利用。相比较，传统竹工艺品在对竹资源的非物质开发方面独树一帜，但是更多的竹工艺品只是充当了日常装饰品的角色，原有的器物功能性特征几近消失，这也造成了竹工艺品需求量较低，产业规模不大，怎样实现两者的优势互补成为了浙江竹产品行业发展亟需解决的问题。挖掘传统竹工艺中蕴含的丰富设计元素，通过创新设计运用到现代产品设计开发中去，实现传统竹工艺的传承与发展模式的转变，同时也为现代的产品设计融入新的元素。

3 传统竹工艺应用与现代竹产品设计的可行性分析

3.1 传统竹工艺与现代竹产品设计的关系

传统竹工艺品在特定的历史时期既有功能性特征，也满足了那个时代竹产品的装饰性需求。在现代生活中，传统竹产品更多地发挥了装饰性功能，艺术性大大超过了其原有的功能属性，而现代的一些竹产品则满足了人们对竹产品功能性的需求。这就出现了一种现象，传统竹工艺品艺术性有余功能性不足，现代竹产品功能性尚可艺术性较低。究其原因，最主要的是设计的缺失，设计能够实现二者的融合，对整个竹产业产生积极的作用。

3.2 传统竹工艺对现代竹产品设计的作用

在现代竹产品设计过程中，从传统竹艺技艺中汲取营养，寻找其与现代竹产品设计的结合点，满足人们的审美需求，是保护竹艺技艺并实现传承发展的重要手段。通过对传统竹工艺形态、功能、表面装饰等进行设计创新，在功能上进行重新定位，结合现代人的生活方式和功能需求进行创新设计。设计出兼具传统韵味和时尚气息的竹产品，实现传统文化与现代审美需求的有机结合。这对实现传统竹工艺产业的转型升级具有积极的催化作用，更能为现代人们提供更多功能好品质高的竹产品。

4 对策与建议

4.1 培养设计人才，提高从业者设计意识

设计在本质上是基于需求的，是为了解决问题而进行的创新活动。对传统竹工艺的保护传承与提升现代竹产品的品质就是竹产业紧迫要解决的问题。任何设计活动中人永远是第一位的，竹产品制造行业设计人才的缺乏一定程度上阻碍了本行业的发展。通过大力培养懂设计的专业竹产品从业者，不断提升现有竹产品从业者的设计意识，只有让行业内人员懂得设计的价值，有意识地运用设计的手段进行竹产品的创新设计，才能不断从传统竹工艺品中汲取有价值形态元素，设计制作出更多符合现代生活需求的竹产品，让设计的作用在竹产业转型升级和传统竹工艺保护传承过程中发挥作用。这需要加大对原创设计的知识产权保护和奖励力度，鼓励企业投入更多资源进行原创设计。同时发挥行业协会等平台，为传统竹工艺老艺人与现代设计师搭建互相交流的平台，实现二者之间的融合，为竹产业的转型升级提供持续的设计原动力。

4.2 竹产品原创设计模式的构建

通过对传统竹工艺品中的设计元素、设计工艺、设计文化等进行归纳提取，让保留下来的工艺通过转换，结合现代竹产品的设计需求，融入到现代竹产品设计中去，变成可以融入我们现代生活的产品，这种方式并不只是单纯的去附和环保潮流，而是从手工艺与现代工艺的结合中让我们感受传统工艺的艺术魅力，同时也使流水线产品变得鲜活生香，实现传统竹工艺的传承和创新发展，也为现代竹产品设计提供丰富的设计“营养”。

4.3 借助设计来加快实现竹产业的转型升级

结合产品语义学等设计理论，从竹产品创新设计的视角出发，针对传统竹工艺品中的造型语义元素进行分析，并对其进行设计符号化归类，结合现代竹产品设计需求进行设计应用，最终探索构建适合地域特点的传统竹工艺品和竹产品发展的新模式。对传统竹工艺品造型语义的研究属于竹材非物质特性范畴，主要对传统代表性竹产品进行的形态语义分析，挖掘传统竹工艺的造型工艺等元素，再利用现代的设计方式进行新产品的设计开发，最终通过传统竹工艺品在现代产品设计中的应用，实现对传统工艺的保护和传承，也为现代竹产品的设计提供丰富的设计元素。

5 结语

传统竹工艺需要传承保护，现代竹产业发展需要转型升级。研究提炼传统竹工艺中的经典形态语义，并应用于现代竹产品设计中去，构建二者结合发展的新路径具有很强的现实价值。传统竹产品具有深厚的文化底蕴，能为现代竹产品设计提供丰富的形态语义元素，国外优秀的竹产品设计为我们提供了有价值的设计模式，通过学习借鉴，最终设计出具有本土特色的竹产品。

现代竹结构建筑研究 篇4

一、传统竹艺与现代竹产品设计的关系

竹艺本身是一种实用性的技艺,在其发展过程中不断融入了艺术性的成分,使其具备了实用功能和审美功能相结合的特征。竹艺工艺品的艺术性占据主导地位,而竹艺生产和生活用品则更多体现出优良的使用功能。

在现代竹产品设计中,一方面可以在保持手工艺传统的前提下,使民族文化特色和现代人的审美需求相结合,通过造型、题材和表现手法的创新,发展出兼具传统韵味和时尚气息的竹产品;另一方面,在环保理念的推动下,人们重新认识到竹子在环境保护、再生性等方面的优势。通过对传统竹艺的艺术形式和装饰手法进行重新开发,在功能上进行改良和拓展,结合现代人们低碳、时尚、健康生活方式的国际流行趋势进行跨界创意设计,创造出更多绿色实用的竹产品,不仅有助于实现传统竹艺的产业化升级,其产品也更能符合现代人的生活品味与需求[1]。

二、现代竹产品设计中介入竹艺“非遗”资源的必要性

(一)环境的可持续发展

竹是一种生长周期短、再生能力强的可持续发展的材料,它能够广泛应用于产品设计的多个方面。随着技术的进步,竹材料的应用形式也发生了很大的变化,包括:(1)原竹材料。这是一种比较传统和广泛的应用方式,同时,通过防腐蚀、防霉变、防渗透、防干裂等处理,能够进一步扩大了原竹材料的使用范围;(2)竹材人造板材料,如竹胶合板、竹层积板、竹碎料板等。具有材质细密、耐磨损、不易变形等优点,可作为产品的装饰或结构材料;(3)竹纤维复合材料。包括竹纤维面料和纤维复合材料等。具有抗菌、吸湿排湿、美观等特点。原竹和复合材料的广泛应用,能够充分发挥竹材料的资源优势和生态价值以及利用效率,对于实现现代产品设计的低碳环保具有积极的现实意义。

(二)竹艺“非遗”技艺的保护和传承

我国的竹艺技艺遍布南方各省,以四川、浙江、湖北等地最为有名。根据艺术载体及表现手法的不同,可将其分为竹编和竹刻艺术两大类,独具地域艺术特色。但伴随着经济社会的快速发展,传统的手工技艺正逐渐淡出人们的视野。随着“非遗”保护工作的深入开展,很多竹艺技艺被列入各级“非遗”名录,确立了“保护为主,抢救第一,合理利用,传承发展”的保护方针。竹艺这一与人们的生产生活密切相关的传统技艺再次受到了人们的普遍关注[2]。竹艺“非遗”技艺一方面要保持传统手工艺的形式不断推陈出新,另一方面,从传统竹艺技艺中汲取营养,寻找其与现代竹产品设计的结合点,满足人们的审美需求,是保护竹艺技艺并实现传承发展的重要手段。

(三)传统竹文化的传承和发展

竹艺“非遗”资源在现代竹产品设计中的应用能够实现产品功能性、艺术性和文化性的和谐统一,它不仅能够满足人们生产和生活的需要,还能体现出使用者的文化品味与审美追求。同时从传统竹艺中汲取营养,实现现代竹产品的形式创新,不仅能够丰富中国竹艺术的表现载体和表现手法,而且也能够通过设计使竹产品和竹艺走向世界,进而提高中国竹文化在世界的影响力。竹子已经融进中国人衣食住行的各种活动之中,成为中国重要的文化符号;竹文化已渗透到中国人的文学、艺术、园林等众多文化领域并影响了人们的审美和伦理[3]。因此,通过对竹文化内涵的分析和解读,在体现文化性的同时实现竹产品形式的创新,进而实现中国传统竹文化的传承和发展。

(四)促进湖北地区竹产业的发展

湖北的竹材和竹艺资源丰富。据调查,全省境内现有毛竹、淡竹、斑竹、水竹、桂竹、毛金竹等163种,其中毛竹是湖北最重要的散生竹类资源。湖北最具代表性的竹艺是入选第二批国家非物质文化遗产保护名录的“武穴竹艺”,“武穴竹编”在2013年又被批准为国家地理标志保护产品。武穴竹艺有着100余年的发展史,集实用性和观赏性于一体,“牢固而不显粗笨,精巧而不失单簿,富有装饰而不失繁琐”,以其精巧的图案构思、独特的艺术表现形式享誉海内外。对竹艺“非遗”技艺的深入研究和创新应用有利于提升竹产品的附加值和艺术性,凸显地方文化特色,从而带动湖北竹产业的升级。

三、结论

对现代竹产品的研究符合“绿色发展、循环发展、低碳发展”的指导方针。同时,将传统竹艺的精华通过现代的设计手段和形式表现出来,设计出集生态性、艺术性和文化性于一体的现代竹产品,有助于实现民间传统技艺的创新和民族文化的传承。

摘要：通过对我国竹艺“非遗”资源的分析,探讨了传统竹艺与现代竹产品设计的关系,研究了竹艺的艺术形态、文化意蕴和生态意义与现代竹产品设计相结合的必要性和可行性。

关键词：竹艺,非遗,产品设计

参考文献

[1]傅菂.中国传统竹文化在现代产品设计中的应用与研究[D].上海:上海交通大学,2007.

[2]刘辰璐.湖南竹艺研究[D].长沙:湖南大学,2011.

现代竹结构建筑研究 篇5

人工鱼礁可以通过多种途径修复海洋生态环境和恢复生物资源,包括吸收海水中污染物质净化水质[6],为渔业资源提供索饵场、庇护场、产卵场等。附着生物在此过程中发挥重要作用,直接影响着人工鱼礁生态效应功能的发挥和海洋环境修复的成败。然而,目前国内人工鱼礁附着生物研究集中在鱼礁材料选择和单纯人工鱼礁附着生物生态特征[7,8],而人工鱼礁与天然岛礁附着生物群落对比研究很少。此外,人工鱼礁修复重建区生态修复效果评估主要局限于水质、浮游生物、游泳生物等对比分析[9,10],水质、浮游生物具有很大流动性,难以进行有效对比评价;游泳生物具有较强的运动能力,无法判断人工鱼礁是将周边海区的游泳生物吸引到礁区,还是提高了海域整体的游泳生物资源量[11];而附着生物群落相对稳定,可以反映其栖息地的环境状况[12]。因此,有必要对人工鱼礁与天然岛礁附着生物群落特征开展对比研究[13],以完善人工鱼礁修复重建区生态修复效果评估体系。

1 材料与方法

1.1 调查站位

笔者以珠江口竹洲人工鱼礁区及其相邻天然岛礁竹洲作为研究对象。竹洲人工鱼礁区位于珠江口竹洲岛北部,2010年2月开始施工建设,2011年3月礁区建设完成,共投放混凝土礁体1 051座,礁体中部敷设了轮胎或者U形PVC管,礁群实体表面积64 114.92 m2,空方体积36 639 m3。2011年9月利用潜水原位采样法,选择4座礁体为采样站位,其中AR1和AR2采样站位礁体投放于2010年9月,AR3和AR4采样站位礁体投放于2011年3月,竹洲天然岛礁布设2个调查站位NR1和NR2(图1)。

1.2 样品采集和处理

利用潜水原位采样法采集竹洲人工鱼礁及天然岛礁上的附着生物。每个站位定量采集2个样方,采样面积0.062 5 m2。样品处理和分析均按照《海洋调查规范》[14]进行。

1.3 数据分析

选用Shannon-Wiener多样性指数(H′)和Pielou均匀度指数(J)进行群落多样性研究。

式中S为测站中的样品的总种类数,N为样品的总丰度,Pi为测站第i种的丰度与样品丰度的比值,根据优势度选择优势种。计算公式:

Y=(Ni/N)×fi

式中Y为优势度,Ni为第i种出现的个体数,N为样品的总丰度,fi为第i种在各个站位出现的频率。采用软件SPSS 17作因素方差分析(One-Way ANOVA)。使用软件PRIMER 5分析生物群落。附着生物生物量(g·m-2)进行平方根转化后,进行Bray-Curtis相似性等级聚类分析(Cluster analysis)和非度量多维标度分析(MDS)[15]。对聚类分析划分的样品组通过SIMPER分析,进一步将每个种对任2个样品组之间的非相似性贡献的百分数分解,并按照递减的顺序排列,以便分析表征群落以及造成群落差异的物种[16]。

2 结果与分析

2.1 种类组成

调查共鉴定生物68种,隶属于海绵动物门(1种)、腔肠动物门(4种)、苔藓虫动物门(1种)、环节动物门(15种)、软体动物门(31种)、节肢动物门(9种)、棘皮动物门(5种)、脊索动物门(2种)七大门类(表1)。其中软体动物物种数量最多,占鉴定生物种类总数的45.59%,其次为环节动物(22.06%)。各站位物种组成均以软体动物所占比例最高。人工鱼礁礁体上共鉴定附着生物51种,其中投放6个月的礁体上附着生物26种,投放12个月的礁体上附着生物36种,天然岛礁上物种数量为38种。根据优势度公式计算人工鱼礁和天然礁上附着生物的优势度,以Y>0.02作为优势种的选择标准[17]。按照优势度大小排列,优势种分别为网纹藤壶(Balanus reticulatus)(0.285)、华美盘管虫(Hydroides elegans)(0.0421)和马氏珠母贝(Pinctada martensi)(0.036)。其中网纹藤壶在附着生物群落中占绝对优势,所有站位均有出现。

2.2 数量分布

人工鱼礁和天然岛礁上附着生物总平均栖息丰度为3 037.33 个·m-2,总平均生物量为3 670.32 g·m-2。附着生物丰度分布为投礁6个月(3 552 个·m-2)>天然岛礁(2 912 个·m-2)>投礁12个月(2 648 个·m-2)(表2)。投放6个月和12个月的人工鱼礁礁体上均为节肢动物丰度最高,分别占总丰度的51.35%和42.30%,而天然岛礁上节肢动物丰度所占比例为22.45%,软体动物丰度最高为1 264个·m-2。附着生物生物量分布为天然岛礁(5 163.68 g·m-2)>投礁12个月(4 461.68 g·m-2)>投礁6个月(1 385.6 g·m-2)。附着生物生物量均以软体动物为主,投礁6个月礁体上软体动物生物量最低为937.28 g·m-2,其次为投礁12个月礁体为3 565.28 g·m-2,天然岛礁上最高为4 304.08 g·m-2,所占比例分别为67.64%,79.91%和83.35%。

采用One-Way ANOVA分析了人工鱼礁和天然岛礁上附着生物丰度和生物量的差异,结果表明,附着生物丰度在人工鱼礁礁体与天然岛礁上不存在显著性差异(P>0.05);投礁6个月礁体上附着生物生物量与投礁12个月礁体、天然岛礁上附着生物生物量存在显著性差异(P<0.05),而投礁12个月礁体和天然岛礁上附着生物生物量差异不明显(P>0.05)。投礁6个月的礁体上附着生物平均个体质量最低(0.39 g·个-1),其次为投礁12个月礁体(1.68 g·个-1),天然岛礁上最高(1.77 g·个-1)(表2)。投礁6个月礁体上附着生物个体小,单位面积可以容纳更多的生物个体。

2.3 附着生物群落多样性

人工鱼礁与天然岛礁附着生物多样性指数(H′)和平均均匀度指数(J)见图2。平均生物多样性指数和平均均匀度指数均以天然岛礁最高,其次为投礁12个月礁体,投礁6个月礁体最低。根据生物多样性阀值分级评价标准[18],投礁6个月礁体附着生物多样性较好(1.63.5),随着投礁时间延长,附着生物种类增加,礁体表面空间异质性增强,有助于生物多样性水平提高。

2.4 附着生物群落划分和特征

对附着生物群落进行Cluster和MDS分析,结果见图3。相似度50%时可将附着生物划分为2个群落。MDS分析参数Stress值为0.01,小于0.1,MDS图形可以正确解释各采样站位附着生物的相似关系。MDS排序结果与聚类分析结果基本一致。

对Cluster聚类分析划分的群落进行SIMPER分析,将每个种对2个群落之间非相似性贡献的百分数分解并按递减的顺序排列,鉴定出对群落划分起重要作用的种(表3)。

根据Cluster和SIMPER分析结果,把附着生物划分为2个群落。群落Ⅰ为马氏珠母贝-网纹藤壶-塔形扭柱螺,该群落由AR1和AR2组成,群落内相似性系数为57.29%;群落Ⅱ为马氏珠母贝-网纹藤壶-密鳞牡蛎,该群落由站位AR3、AR4、NR1和NR2组成,群落内相似性为54.19%。2个群落平均距离δ=59.87,差异主要由生物量差异引起,马氏珠母贝、网纹藤壶、皱瘤海鞘、翡翠贻贝、紫海胆、双带核螺、侧花海葵在2个群落内都有出现,但附着生物生物量在2个群落之间存在明显差异。

3 讨论

竹洲位于珠江口中部,属于南亚热带季风气候[19],夏季底层水温为24.81～26.47 ℃,底层盐度为30.40～32.54,附着生物种类多属热带-亚热带暖水种。人工鱼礁和天然岛礁上附着生物种类存在明显差异,人工鱼礁附着生物优势种为网纹藤壶和华美盘管虫,天然岛礁优势种为网纹藤壶、马氏珠母贝和翡翠贻贝。网纹藤壶是广东沿海的主要附着生物[20],黄梓荣等[7]对珠江口东澳岛附着生物研究也表明网纹藤壶是夏季附着生物群落优势种。对烟台港附着生物研究结果表明,挂板6个月盘管虫为群落优势种,12个月后挂板上贻贝等软体动物增多,成为优势种,附着生物群落接近顶级群落[21]。笔者研究发现,投礁12个月后人工鱼礁与天然岛礁附着生物物种数和种类组成差异减小。投礁6个月礁体附着生物为26种,投礁12个月时增长到36种,仅比天然岛礁物种少2种。投礁6个月礁体和天然岛礁上共有种仅11种,占总种数的21.15%,投礁12个月礁体和天然岛礁上共有种19种,占总种类数34.55%。SARA等[22]对迈阿密巴尔港人工鱼礁和附近天然礁附着生物进行了5年的调查研究,天然岛礁物种数量稳定维持在60种以上,而投礁6个月礁体上物种数量为22种,12个月为34种,投礁2.5年物种数量才达到60种。DEBORAH等[23]通过对Pendleton人工鱼礁和相邻天然礁Las Pulgas研究认为新投放人工鱼礁上附着生物种类组成经过长时间生态演替,与天然岛礁上附着生物种类组成逐步相近似,而人工鱼礁附着生物群落演变成近似天然岛礁附着生物群落的过程需要10～15年。人工鱼礁附着生物种类组成受所在海域气象、水文、季节及原著居物种、礁体材料等影响[12,20,24,25,26,27,28,29],不同地区不同礁区附着生物群落演替进程存在差异。

竹洲人工鱼礁与天然岛礁附着生物生物量在投礁6个月时存在显著差异,而投礁12个月时这种差异消失,人工鱼礁附着生物生物量升高到接近天然岛礁水平,但丰度依旧存在显著差异,附着生物多样性指数和均匀度指数随着投礁时间延长呈升高趋势,但均低于天然岛礁。巴尔港人工鱼礁附着生物调查发现丰度、生物多样性变化亦呈现这种趋势,投礁后第4年达到与天然岛礁相近的水平,附着生物群落趋于稳定[22]。与其他海区挂板试验中年度附着生物生物量比较,竹洲人工鱼礁投礁12个月礁体上附着生物生物量低于大亚湾[26]、湛江港[31]、碣石湾[32]、深圳湾[33],这种差异可能是由水深不同造成的。上述研究的挂板试验深度在0.5～5 m,而笔者的研究采样水深为19～22 m,随着水深增加附着生物生物量有减少的趋势[24]。有研究表明,投放水深为12～24 m时礁区鱼类生物多样性和丰度最高[34],因此,人工鱼礁投放时应选择合理的水深。

投礁6个月礁体与天然岛礁附着生物Bray-Curtis相似性系数为40.13%,投礁12个月礁体与天然岛礁附着生物Bray-Curtis相似性系数升高至54.19%,人工鱼礁与天然岛礁附着生物群落同属于马氏珠母贝-网纹藤壶-密鳞牡蛎群落。在投礁后初始的3.5年内,巴尔港人工鱼礁[22]附着生物与天然岛礁附着生物群落Bray-Curtis相似性系数也呈现不断增长的趋势,此后维持在45%～58%[22],表明人工鱼礁附着生物群落处于相对稳定状态。

研究表明随着投礁时间延长,人工鱼礁与附着生物相互作用、相互影响,在演替过程中,尤其是牡蛎、藤壶等营固着生活的种类极大地改变了附着基的表面组成和空间结构,空间异质性程度的提高有助于更多小生境的形成,生物多样性水平升高和人工鱼礁生态系统抗干扰能力、恢复能力、稳定性的提高。ROOKER等[34]对Flower Garden Bank国家海洋保护区人工鱼礁研究表明鱼类丰度随着人工鱼礁礁体附着生物丰富度和空间结构复杂度的增加而升高。人工鱼礁在附着生物演替过程中逐步向着临近天然岛礁附着生物群落相近的方向发展,并逐渐发挥与天然岛礁相似的功能,对生物栖息地修复和渔业资源恢复具有积极意义。人工鱼礁结构特征在这种发展趋势中发挥了重要作用,人工鱼礁与天然岛礁结构特征不同时,即使给予充分的演替时间,附着生物群落依旧存在差异[35]。因此,人工鱼礁礁体设计以岛礁为模型,要提高附着表面积,增加附着生物数量,为鱼类提供丰富的饵料;更要增加坑槽、裂缝等结构,提高空间结构复杂性,为鱼类提供休憩、避难场所。