白族民居建筑的物理環(huán)境

高琳玲，柯衛(wèi)華

（大理學院工程學院，云南大理 671003）

白族建筑是在特定條件下形成的一種民族傳統(tǒng)建筑文化。它既是“有形文化”也是“無形文化”，具有鮮明的民族性、地方性和頑強的生命力〔1〕。其中最具有代表性的白族民居建筑蘊藏著白族文化的精髓，是中國傳統(tǒng)民居建筑的典范，更是我國少數(shù)民族建筑史上的一朵奇葩。拉普普在《住房形式與文化》中指出：“住房的形式并不是實質(zhì)的力量或任何一個因素的單純結(jié)果。而形式漸次為氣候條件、構(gòu)筑方法、可用材料和技術(shù)所修改〔2〕。”可見，人與自然之間的雙向選擇形成了大理特定時空下精湛的建筑藝術(shù)。相應(yīng)于不同層次的文化基因，不同的環(huán)境因素限制，形成了具有明顯地域性特征的建筑模式。

居住環(huán)境直接關(guān)系著人們生理和心理上的健康。建筑物理是研究人在建筑環(huán)境中的聲、光、熱作用下通過聽覺、視覺、觸覺和平衡感覺所產(chǎn)生的反應(yīng)〔3〕。20世紀以來人們對所居住住房的物理環(huán)境有了越來越高的要求。隨著社會的發(fā)展，人們對所處的建筑物理環(huán)境（力、熱、光、聲）與人體健康的關(guān)系日益重視。本文通過對白族民居建筑中物理環(huán)境的研究，提高建筑物的功能質(zhì)量，創(chuàng)造適宜的人居環(huán)境。

1 白族民居建筑中的力學原理分析

大理地區(qū)位于強力活動的紅河斷裂帶，有地震災(zāi)害頻繁、震級較高的特點。這種特殊的自然現(xiàn)象直接影響著白族民居的建筑。當?shù)貏趧尤嗣窨偨Y(jié)了歷次大地震的經(jīng)驗教訓(xùn)，根據(jù)我國傳統(tǒng)民居的建筑特點，結(jié)合力學原理創(chuàng)造出了白族民居建筑的一些防震抗震的方法：一是房屋的基槽挖得深且寬。用巨大石頭做基石，在砌壘石頭時，必須一塊石頭壓在另一塊石頭的左端或右端，形成互相“高壓”和聯(lián)系，充分分散了墻體對基底的壓力，構(gòu)成牢固堅實的整體〔4〕；二是房屋建筑采用梁柱式結(jié)構(gòu)，各構(gòu)件之間的結(jié)點用榫卯相連接，構(gòu)成了富有彈性的構(gòu)架。其主要特點是：①屋子層高低矮，減小了梁柱間力的相互作用，降低了房屋在地震時的擺動幅度；②房屋每榀舉架有五根柱子落地，穿接式屋架多而梁短，這樣在地震時榫處的力矩較小，因而房屋構(gòu)架不易被破壞〔5〕；③使用串枋將一排柱子串聯(lián)起來，平衡了柱子上的作用力，組成一組具有很強抗震性能的構(gòu)架；④房屋的鏈接處多用合柱，在兩方房屋交叉處的柱子合用一根或互為交叉，形成多個三角形，相互扶持，在地震發(fā)生時，地震波對屋架產(chǎn)生的力會沿著柱子向地下分解，減少了屋架各構(gòu)件間合力的作用，使房屋不易散架。在不大的空間構(gòu)架范圍內(nèi)，交叉聯(lián)系越多抗震性能越強（見圖1）。

圖1 白族民居建筑木架結(jié)構(gòu)〔6〕

由于木材建造的梁式結(jié)構(gòu)是一種富有彈性的框架結(jié)構(gòu)，可自成一個完整的體系，墻體不必承重，因此有“墻倒屋不塌”的說法。在地震發(fā)生時構(gòu)架可以將巨大的震動能量消失在彈性很強的結(jié)點上，這對地震頻繁的大理是一種非常實用的建筑藝術(shù)，是與當?shù)靥厥獾刭|(zhì)條件的相適應(yīng)。

2 白族民居建筑中的光環(huán)境分析

大理地處海拔2 000多米的云貴高原，常年日照時間長且陽光輻射強烈。白族民居院落寬敞，可容納充足的陽光。然而，傳統(tǒng)白族民居的門窗采用的是木雕加板畫或是花格形式，厚實的窗體擋住了光線向室內(nèi)入射，室內(nèi)采光自然不好。通常情況下，白族民居院內(nèi)設(shè)有照壁。照壁主要是用來避免過路人從大門外看院內(nèi)的情況，在當?shù)匾灿斜傩暗恼f法?，F(xiàn)代建筑學研究中有學者說用照壁反射來的光可增加白族民居室內(nèi)的采光度。較北方傳統(tǒng)民居相比，為考慮房屋的通風散熱、遮雨防潮、防輻射等因素，白族民居落院出檐較深，少則6～7 m，多則8～9 m，而院內(nèi)照壁高度一般不超過3～5 m，院與正房間又有深達2～3 m的廈廊，正房與廈廊間是透光很不好的格子門窗，照壁反射來的太陽光線能抵達正房的將微乎其微〔7〕（見圖2），因此，靠它反射來的光線來增加室內(nèi)采光度是遠遠不夠的。

圖2 白族院落日照分析

而由內(nèi)墻照壁反射的陽光卻增強了院中的光線，過強的光線會在院中產(chǎn)生眩光和光幕反射現(xiàn)象，使在院中勞作的人眼睛容易產(chǎn)生疲勞甚至刺痛感。

3 白族民居建筑中的熱環(huán)境分析

大理地處低緯高原，境內(nèi)有中外聞名的點蒼山和高原明珠洱海，形成了獨特的高原地方性氣候。有“四時之氣、常如初春、寒止于涼、暑止于溫”之說。因此，對于當?shù)亟ㄖ锏谋?、散熱的要求相對于北方地區(qū)較為放寬。白族民居的墻體主要是土質(zhì)的，在冬日，白天土質(zhì)墻體接受太陽輻射并蓄熱。根據(jù)測量當?shù)囟嗨鶄鹘y(tǒng)白族民居墻體（研究對象是正房為三間的白族民居）求其平均值得出：后墻長度a=10.5 m、側(cè)墻長度b=5.02 m、墻體的高度c=6.0 m、墻體的厚度d=0.654 m（見圖3），經(jīng)測算得：當?shù)刂τ猛恋拿芏圈?1.52×103kg/m3，大理地區(qū)冬季白天太陽輻射的平均溫度T＝10.5℃、土的比熱容是C＝1.13×103J/kg·℃。

墻的體積V=a×c×d+2（b×c×d）=10.5m×6.0m×0.654m+2×5.02m×6.0m×0.654m=80.7m3。

墻的質(zhì)量M=ρV=1.52×103kg/m3×80.7m3=1.227×103kg。

墻體吸收的熱量Q=MCΔT=1.13×103J/kg℃×1.227×103kg×10.5℃＝1.45541×108J。

圖3 墻體簡易結(jié)構(gòu)

白天墻體吸收了1.455 41×108J的熱，根據(jù)熱平衡原理可知，在夜間墻體表面溫度高于周圍環(huán)境的溫度，墻體就向室內(nèi)、室外以及地下放出與吸收同等的熱。在冬日夜晚，氣溫大幅度降低時就能給室內(nèi)提供一定的熱量，保證了室內(nèi)的基本溫度。墻體的保溫效果跟其厚度成正比，墻體越厚儲熱保溫效果越好。土質(zhì)墻體厚度應(yīng)考慮當?shù)囟緶囟燃皟鐾翆雍穸取w理想厚度應(yīng)該是凍土層厚度加上50 cm。這樣有利于自然保溫和防止夜間溫度快速散發(fā)〔8〕。大理地區(qū)冬日的凍土層厚度約為14.8 cm，大理地區(qū)白族民居墻體厚度約為65.42 cm。墻體的理想厚度＝14.8cm+50cm=64.81cm≈65.42cm。上式表明：白族民居的墻體很好地符合了建筑學上墻體保溫厚度的要求。但由于白族民居門窗以及內(nèi)部裝修都以木質(zhì)材料為主，房間的房門均一個式樣，都為4扇高門不帶亮子；每個房間都有扇用木雕加板畫或是花格形式的窗戶，房屋密封性自然不好，再加上房屋出檐較深，室內(nèi)對太陽的輻射熱接收很少、大理常年多風勁強。因此在寒冷的冬天，為保證舒適的室內(nèi)溫度，還需要對門窗、墻體等作相應(yīng)的處理。而在炎熱的夏天白族民居的這些特點又保證了其良好的散熱功能。

4 白族民居建筑中的聲學原理分析

大理是個邊遠的古城小鎮(zhèn)，有著悠久的歷史文化。雖然在這個工業(yè)飛速發(fā)展的今天，古鎮(zhèn)在追逐時代發(fā)展步伐的同時，依舊保留了原有的風貌，遠離了城市喧囂的環(huán)境，噪音污染指數(shù)自然不高。但仍然不可避免地受到低頻噪音的影響。應(yīng)對噪音的干擾，傳統(tǒng)的白族民居建筑自身的建筑材料就有很好的隔音功效。主要表現(xiàn)在以下兩點。

第一，墻壁過于光滑，任何聲音都會產(chǎn)生回音，從而會增大噪音。因為聲波的反射和折射有些類似于光，打在光滑的平面上，反射后的能量就較集中，方向性也強，如果打在粗糙的平面上就會形成漫反射，對人的影響就小了很多。而白族民居建筑是土質(zhì)墻體，墻面很粗糙，類似細小的波紋狀，聲波打在墻面上會產(chǎn)生漫反射，從而減弱噪音（見圖4）。

圖4 墻體表面聲的反射

第二，白族的房子的格局主要采用木質(zhì)材料（松木）且家具也多半是木質(zhì)的。木質(zhì)纖維有多孔性，能吸收噪音。

白族民居除了從以上兩個方面很好地防止了噪音的干擾外，室內(nèi)裝潢的色彩也起到了一定作用。若室內(nèi)裝飾的顏色過于明艷，就會干擾人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)，讓人感到心煩意亂，對噪音顯得格外敏感。而白族民居裝潢的顏色不管從外觀上還是室內(nèi)，都以白色調(diào)為主，追求色彩的素雅、光線的柔和，保證了民居的清靜。

5 總結(jié)

通過以上對白族民居建筑的結(jié)構(gòu)特點和物理環(huán)境的研究分析，可以清晰的看出其優(yōu)勢和不足。優(yōu)勢：①用榫卯相連接的富有彈性的梁式框架結(jié)構(gòu)，使房屋具有優(yōu)良的抗震性能；②土、木相結(jié)合的結(jié)構(gòu)使房屋有很好的保溫、散熱和隔音的效果。不足：①房屋的格局以及門窗的設(shè)置上存在的問題，使住房室內(nèi)采光度不足，院內(nèi)光線過強而產(chǎn)生有害的眩光；②雖然墻體有良好的保溫效果，但在寒冷的冬天，室內(nèi)溫度相對存在不足。

針對以上的總結(jié)歸納，優(yōu)點我們當然要繼承和發(fā)揚，而在不足的地方應(yīng)給予相應(yīng)合理的改進建議。

第一，增加室內(nèi)采光度建議：①白族民居的窗戶可以使用透光性更好的玻璃來替代木制結(jié)構(gòu)的窗戶，或使用玻璃與木條相間的窗戶，盡量減少木條在窗戶中的占有面積來增加室內(nèi)采光度。再根據(jù)房間內(nèi)部的尺寸和使用情況設(shè)計合理的窗戶大小。由于在夏季炎熱期，室內(nèi)溫度的增加與窗的面積成正比，因此窗戶不宜過大；②適度降低照壁的高度來增加室內(nèi)的采光度，因為照壁會遮擋早上射向正房的光。

第二，院內(nèi)陽光亮度控制建議：①合理選擇院內(nèi)照壁的涂抹顏色，盡量使用相對較偏暗的乳白色，以此減少太陽光在院內(nèi)的反射來降低院內(nèi)的光亮度；②當太陽高度角低于30°時最容易引起眩光〔11〕，根據(jù)這一特點，可在院內(nèi)適當位置設(shè)置陽光控制裝置來避免院內(nèi)眩光的產(chǎn)生。

第三，冬日室內(nèi)保溫建議：①由于人體發(fā)散的熱量大約有90%是通過輻射，因此建筑物圍護結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面穩(wěn)定對于人體的熱平衡顯得十分重要。當人體溫度和周圍表面溫度相差很大時，人很快就感到冷而不舒服。從生理上說，最佳狀態(tài)是室內(nèi)空氣溫度與周圍環(huán)境的表面溫度相同。在冬天，這種狀況只有通過加熱建筑外圍護結(jié)構(gòu)自身才能達到建筑環(huán)境〔9〕。因此，①增強外圍護結(jié)構(gòu)的密封性或可根據(jù)需要適當?shù)脑谕鈬o結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝暖氣片；②窗戶面積要盡可能的小，以有足夠的天然光這一要求作為確定窗戶面積的主要因素。因為窗戶越大，熱損失會越多、越快；③在冬天夜晚可在門窗上掛棉被，也可減少屋內(nèi)熱量的流失；④在室內(nèi)裝潢時也可在墻體與抹灰層間砌入擠塑板、網(wǎng)格布等現(xiàn)代建筑材料，也將會有很好的保溫效果。

第四，如今，人們的物質(zhì)生活條件有了很大的改觀。為追求視覺上的舒適感，白族民居建筑在室內(nèi)裝潢上也采用了如瓷磚、墻紙等較多的現(xiàn)代建筑材料。然而，這些材料的選取是否合理將直接影響房屋的隔音效果。因此，為保證人們在房間里有充足視覺享受的同時又具有良好的隔音效果，在選取室內(nèi)裝潢材料時，盡量選擇表面紋理較多的材料，以增強聲波在其表面的漫反射，減弱聲音的傳播。

總之，在白族民居的建筑過程中要充分考慮其物理環(huán)境的要求，使建筑技術(shù)不斷適應(yīng)于物理環(huán)境的改變，建造出適宜的人居環(huán)境〔10-11〕。

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