干熱地區(qū)城市住宅建造技術(shù)與氣候適應(yīng)性探討
——以也門為例

■ Alabsi Akram Ahmed Noman 宋德萱 Song Dexuan

0 引言

在過去的幾年里，也門與世界上許多國家一樣，多次呼吁節(jié)約能源。獨(dú)立前的也門，人們住在自建房屋，廣泛利用當(dāng)?shù)夭牧?，達(dá)到房屋與環(huán)境的和諧。事實(shí)上，人們在設(shè)計(jì)房屋時(shí)會(huì)考慮充分利用自然條件，如采光、通風(fēng)、采暖和致涼。

1967年獨(dú)立之后，尤其是1990年南、北也門統(tǒng)一為也門共和國之后，隨著石油資源的發(fā)現(xiàn)，全國在各方面高速發(fā)展，尤其在建設(shè)領(lǐng)域(Ahmet, 1994)。第二次海灣戰(zhàn)爭結(jié)束之后，1991年，人們?yōu)榱藢で蟾玫氖杖爰娂娪咳氤鞘?，?duì)也門隨處可見的寨城產(chǎn)生了嚴(yán)重的破壞。因此，大規(guī)模的住房項(xiàng)目選擇建在城市郊區(qū)，以減輕內(nèi)城的壓力。這些新的居住區(qū)項(xiàng)目由受歐洲技術(shù)影響的公司設(shè)計(jì)建造，設(shè)計(jì)思路及建材選擇照搬西方而沒有具體考慮也門的氣候條件 (Al-Guhi, 2000)。本文討論和關(guān)注的重點(diǎn)便是這些現(xiàn)代建筑技術(shù)，建造材料以及他們對(duì)居住建筑熱工性能的影響。

1 也門現(xiàn)代住宅類型

也門居住建筑和居住區(qū)的布局在1962年（北也門成立阿拉伯也門共和國）之后發(fā)生了重大變化，現(xiàn)代建造系統(tǒng)和現(xiàn)代材料的引進(jìn)，促使了與傳統(tǒng)建筑完全不同的、全新的住宅類型的出現(xiàn)，最主要原因是居住觀念的開放。

1.1 新住宅類型

新的獨(dú)戶住宅最初出現(xiàn)在城鎮(zhèn)繼而發(fā)展到農(nóng)村，打破了傳統(tǒng)核心家庭多層公寓的居住模式。這種常見的住宅形式最初在鄉(xiāng)村，后來在薩那的郊區(qū)出現(xiàn)，是“20世紀(jì)60年代之前的模式，有塔式住宅的基本四邊形平面，占地面積較大但樓層較少，客廳位于底層”。這是種非常典型的模式，直到“20世紀(jì)70年代在大城市中，顯然是回流移民的房子，整體體量和建筑肌理均被同化”。早期，當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)材料被廣泛使用，但很快變成了建在石頭上。這種住宅在城市中便成為“別墅”，最早由新貴階層和外國高管居住，住宅只有一層但設(shè)通往頂層的樓梯，使其能向上擴(kuò)展。首個(gè)案例，有規(guī)則的四邊形平面，墻體材料的首選是石材。首層布置生活和安全隱私空間，有鐵窗或高圍墻。“別墅”代表了新的獨(dú)戶住宅基本的平面組織形式——中央走廊的平面（可擴(kuò)大為走廊或用餐區(qū)），家庭活動(dòng)室開向中廳，主會(huì)客室靠近入口，配套一個(gè)浴室，這個(gè)區(qū)域與別的區(qū)域通過中廳隔開。入口可凹入建筑或沿四周形成門廊，附屬建筑為儲(chǔ)藏室和門衛(wèi)房，有時(shí)有沿街商鋪[1]。

1.1.1 低成本住宅

低成本建造的獨(dú)戶住宅一般建在石頭或混凝土塊上，有窄邊院或者后院，房間直通街道，一般建在城鎮(zhèn)邊角被遺棄的地方。第一批建在薩那（Sana’a）和塔伊茲（Taiz），但在其他省會(huì)城市如伊布、哈賈和薩達(dá)，低成本住宅的出現(xiàn)，都是由于他們自發(fā)地解決密集城區(qū)居住問題（圖1、2）。增加的樓層材質(zhì)為石頭或混凝土，為了在體量上與周邊建筑協(xié)調(diào)，但形式上有所不同，窗戶更大且墻面更平整。這種住宅在推廣過程中遵循基本的形式，但公寓和獨(dú)戶住宅分離。根據(jù)20世紀(jì)70年代聯(lián)合國城市規(guī)劃專家的提議，不同的獨(dú)戶住宅類型保持相同的建筑密度，增加庭院空間。然而政府沒有接受，顯然最重要的原因是建材選擇為土坯，而不是所謂現(xiàn)代建材[1]。

1.1.2 別墅

“別墅”比其他類型的住宅建筑布局更具多樣性，一些特征如入口凹入建筑或沿四周形成門廊被迅速推廣。20世紀(jì)80年代末，別墅流行的趨勢是兩層或三層建筑，上面樓層平面布局與首層基本一致，更像是1962年革命前的郊區(qū)房子（圖3、4）。1990年，典型的別墅為兩層樓房，中央大廳為天窗采光，尤其受到涉外人員的青睞。

1.1.3 多層公寓

多層公寓的發(fā)展主要滿足年輕人新組建家庭和低收入工人對(duì)新增住房的要求，這些公寓層數(shù)為多層，每層2～4個(gè)公寓單元。這種類型開始出現(xiàn)在主要城市，如薩那、亞丁、塔伊茲、荷臺(tái)達(dá)，繼而在其他城市都有出現(xiàn)（圖5、6），多被用于投資和收取租金。這種類型的公寓通常臨主街，除承擔(dān)居住功能外，還被作為私人辦公、私人診所和其他非居住功能。

圖1 現(xiàn)代兩層住宅（圖片來源：《也門建筑藝術(shù)》）

圖2 現(xiàn)代單層住宅（圖片來源：《也門建筑藝術(shù)》）

2 也門現(xiàn)代住宅建造技術(shù)應(yīng)用

2.1 建筑結(jié)構(gòu)

也門“國家革命”之后，薩那出現(xiàn)了新建筑技術(shù)和建筑材料。新技術(shù)被迅速廣泛地接受，不僅可以滿足現(xiàn)代新城市建設(shè)的各種需求，并且可以引領(lǐng)現(xiàn)代建筑時(shí)代的發(fā)展，而傳統(tǒng)材料和技術(shù)已無法滿足政府和居民日益增長的需求。下面簡要介紹出現(xiàn)在薩那的新技術(shù)。

2.1.1 承重石墻上接混凝土頂板

這種結(jié)構(gòu)是通過墻體把荷載分散到地基。在也門，所有的城市中混凝土頂板技術(shù)仍然被運(yùn)用，特別是在低成本的房屋建造中（圖7）。

圖3 別墅設(shè)計(jì)圖及建成照片

圖4 也門現(xiàn)代別墅

2.1.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

混凝土是一種復(fù)合建筑材料，通過不同的混凝土配方，可以提供多種多樣的性能，混凝土是全世界使用數(shù)量最大的建材（圖8）。

混凝土被廣泛使用于建筑結(jié)構(gòu)，地基、磚、砌塊墻，還有其他建筑部位。隨著混凝土結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，用五顏六色，約10cm厚的石頭層裝裱在水泥填充的樓體，但不起承重作用。

2.1.3預(yù)制混凝土

預(yù)制混凝土是一種由模鑄混凝土在一個(gè)可重復(fù)使用的磨具中生產(chǎn)出來的混凝土，工廠生產(chǎn)，在可控制的環(huán)境下保存，運(yùn)送到建筑工地使用。相反，普通的混凝土直接在現(xiàn)場澆筑完成。在混合劑中用細(xì)骨料是人造石材與預(yù)制混凝土的不同之處，所以，人造石材在外型上比較接近巖石或石頭。預(yù)制混凝土建造技術(shù)在也門的發(fā)展十分受限，大多被應(yīng)用于大學(xué)宿舍、教育建筑和工業(yè)建筑中，也應(yīng)用于個(gè)別住宅項(xiàng)目中。由于需要相對(duì)簡化的平面形式和統(tǒng)一的模數(shù)單位，預(yù)制混凝土建筑對(duì)設(shè)計(jì)自由度會(huì)有一定的限制（圖9）。

圖5 亞丁現(xiàn)代公寓住宅設(shè)計(jì)圖（圖片來源：Kibsi，2009）

圖6 薩那現(xiàn)代公寓住宅設(shè)計(jì)圖（圖片來源：Kibsi，2009）

2.1.4 鋼結(jié)構(gòu)

鋼和玻璃等新型材料的涌現(xiàn)，使建筑的形式發(fā)生變化，開放自由的平面成為可能。相較于石混結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)面積更小，自身重量更輕，目前主要被應(yīng)用于商業(yè)、工業(yè)建筑，以及住宅建筑的構(gòu)件中[2]（圖10）。

2.2 建筑材料

在1962年，多年閉關(guān)鎖國之后，也門向世界打開了國門，直到20世紀(jì)70年代發(fā)展達(dá)到先進(jìn)水平，然后首次出現(xiàn)了在房屋建造中使用新材料，也是首次在建造的完成階段用工業(yè)材料，例如塑料、鋁、石膏、油性色漆等。

2.2.1 混凝土與鋼筋混凝土

混凝土是用在建筑建造中的一種材料，是由堅(jiān)硬的、化學(xué)惰性微粒物質(zhì)組成的集料（通常由不同類型的沙子和砂礫組成），再與水泥和水混合在一起，是世界上最常用的建筑材料之一。鋼筋混凝土的發(fā)明始于19世紀(jì)工業(yè)技術(shù)革命時(shí)期，是一種復(fù)合型材料。其中混凝土抗拉強(qiáng)度較低，鋼筋抗拉強(qiáng)度較大，鋼筋通常在建造之前被埋置在混凝土中。一些不允許出現(xiàn)開裂或結(jié)構(gòu)破損的特殊部位，通常采取局部加固的方法來抵抗拉應(yīng)力。

2.2.2 混凝土砌塊

混凝土砌塊通常是指（混凝土磚砌體單位）“灰色砌塊”或者只是簡單的“混凝土砌塊”，是一種常見建材，由手搖設(shè)備制造（圖11），少數(shù)由機(jī)器制造。在也門，通?；炷疗鰤K的大小是40cm×20cm，厚度分別是10cm、15cm、20cm。

圖7 承重石墻上接混凝土頂板細(xì)部大樣圖（圖片來源：也門建筑藝術(shù)）

圖8 也門現(xiàn)代建筑混凝土結(jié)構(gòu)

圖9 也門現(xiàn)代建筑預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)

圖10 也門現(xiàn)代建筑鋼和玻璃結(jié)構(gòu)（圖片來源：Alghazali，2005）

2.2.3 鋼

在古代，人們就知道鐵的存在，但是直到19世紀(jì)以前，并沒有以有效的方式用做建筑材料。19世紀(jì)開始煉鐵，之后鋼鐵便用在建筑中。鋼鐵是鐵和其他元素的一種合成，包括碳。在也門當(dāng)?shù)貨]有鋼鐵廠，需要從海外進(jìn)口，因此價(jià)格很昂貴，進(jìn)而提高了建筑的整體造價(jià)。

2.2.4 玻璃

玻璃是一種非結(jié)晶固體材料，具有非常典型的易碎性和光學(xué)透明度。用于建筑物的玻璃起到透明的作用，使光線進(jìn)入房間和樓層，照亮封閉的空間，通過窗子構(gòu)建外景，既可以做內(nèi)部隔斷，又可以做外部裝飾（圖12）。

建筑師越來越多地追求建筑優(yōu)美的造型，這就需要在正面、房頂，甚至整個(gè)立面使用大面積的玻璃幕墻，這時(shí)玻璃就是建筑物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。但是大量的使用玻璃將會(huì)在冬天增加采暖費(fèi)用，在夏天增加致涼費(fèi)用。雙層玻璃隔熱性能較好，降低了玻璃的熱傳遞效應(yīng)，但是在也門使用仍然較少。

2.2.5 鋁合金

鋁合金具有獨(dú)特的性能，成為建材具有天然的優(yōu)勢。因其強(qiáng)度大，耐久性、耐腐蝕性強(qiáng)以及可回收性，它已成為必備建材，在過去50年間，它在建筑中的應(yīng)用呈持續(xù)穩(wěn)定的增長。鋁擠壓、軋制和鑄造的產(chǎn)品通常用于窗框、其他玻璃結(jié)構(gòu)和幕墻，也用于門把手、窗戶、樓梯、供暖和空調(diào)系統(tǒng)。

鋁在也門現(xiàn)代建筑中可用于門/窗和隔墻，以及各種裝飾工程，如包層的墻壁和天花板，有不同的顏色和不同的截面形狀。

2.2.6 現(xiàn)代磚

隨著先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)，使用機(jī)器已經(jīng)可生產(chǎn)出不同種類和不同尺寸的磚。磚的尺寸和性能，可根據(jù)要求和設(shè)計(jì)目的進(jìn)行靈活的調(diào)整（圖13）。各類燒制的空心磚、多孔磚廣泛地應(yīng)用于各種類型的住宅中，主要用于砌筑圍護(hù)墻體而不是承重墻體。由于空心磚、多孔磚具有較大的空隙率，因此，這類磚砌筑的墻體具有較好的隔熱性能。

圖11 混凝土砌塊

圖12 也門現(xiàn)代建筑中的玻璃

2.3 建筑尺度與形式

1962年之后，由于建筑身份的缺失和信息的完全開放，國家也沒有頒布響應(yīng)的建筑法規(guī)，使得也門現(xiàn)代建筑，無論從體量或其他特征方面都沒有特定的形式，多數(shù)住宅都屬于“沒有建筑師的建筑”。

也門的現(xiàn)代建筑也有一些自己的特性：建筑平面和體量形式的多樣性，如正方形、長方形、圓形和三角形，但這些形式的選擇并未考慮其對(duì)建筑性能的影響。

傳統(tǒng)的也門建筑形式，根據(jù)不同地區(qū)氣候特征會(huì)有不同的建筑模式和建筑細(xì)節(jié)，與之不同的是，也門現(xiàn)代建筑在不同地區(qū)和城市之間已同質(zhì)化。

1962年革命之后，也門逐漸受到國際文化的影響。經(jīng)濟(jì)的快速增長造成了城市的快速擴(kuò)張，石油的后續(xù)開采和城市富裕階層的出現(xiàn)，使得建造房屋成為展現(xiàn)社會(huì)地位的一種方式。在這場“競賽”中，人們并不是追求房屋的美觀，而是不考慮與周邊環(huán)境的關(guān)系，一味通過體量的巨大來體現(xiàn)自身實(shí)力和影響力。

在也門革命之前，國家的主要經(jīng)濟(jì)來源是農(nóng)業(yè)，人們對(duì)建筑進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)，最大化利用有限的可建設(shè)用地。隨后，國家經(jīng)濟(jì)來源增加，土地使用規(guī)定的缺失和人口的增加，都導(dǎo)致了建筑物在水平方向的面積擴(kuò)張和形式的增加，但都沒有考慮這種形式對(duì)建筑熱工性能的負(fù)面影響（圖14）。

2.4 建筑朝向

圖13 現(xiàn)代磚的形狀尺寸

也門所有的城市均為網(wǎng)格狀規(guī)劃，因?yàn)楸阌趯?shí)施。但這種規(guī)劃結(jié)構(gòu)對(duì)現(xiàn)代居住區(qū)的設(shè)計(jì)有很大的負(fù)面影響，土地的混合使用更是加劇了這種影響。每個(gè)復(fù)興的也門城市均有商業(yè)和居住混合使用區(qū)域，但規(guī)劃并未詳細(xì)規(guī)定建筑的位置，而只是規(guī)劃了垂直的路網(wǎng)。路網(wǎng)劃分為隨機(jī)方式，由土地的所有者和出售者決定，政府并沒有相關(guān)法律做出明確的規(guī)定。所有建筑的朝向均依據(jù)道路的方向來確定。另一個(gè)影響建筑方向的因素是新的混凝土結(jié)構(gòu)體系，使立面可以自由開窗，因此增大了立面最大開窗面積，同時(shí)，大開窗成為一種炫耀式表達(dá)。

在也門，居住建筑很少是由建筑師設(shè)計(jì)的，即使建筑師參與設(shè)計(jì)，通常也要被迫執(zhí)行業(yè)主的想法。而業(yè)主通常只關(guān)注立面的展示效果，而不考慮設(shè)計(jì)是否符合環(huán)境特征。

也門建筑的朝向沒有明確的法規(guī)規(guī)定，整體城市規(guī)劃對(duì)建筑的朝向有不利的影響。在為數(shù)不多的別墅中，由于建材的靈活性，可在不改變墻體方向的前提下，調(diào)整窗戶的方向。

3 干熱環(huán)境下建筑氣候適應(yīng)性

3.1 住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱性能

之前研究表明，大多數(shù)也門現(xiàn)代建筑的隔熱性能不佳[3]，因?yàn)槿藗儧]有意識(shí)到圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能對(duì)降低能耗的重要性，維護(hù)結(jié)構(gòu)面層與結(jié)構(gòu)層結(jié)合不佳，造成冷熱橋（圖15、16）。多數(shù)居住建筑只通過制冷設(shè)備來保證環(huán)境的熱舒適性，卻忽視了傳統(tǒng)的隔熱技術(shù)。

圖14 薩那現(xiàn)代居住建筑設(shè)計(jì)圖

過去20年，也門經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的變化，使人們更熱衷于使用現(xiàn)代建筑材料如鋼筋混凝土和水泥砌體等，毫無疑問，這些現(xiàn)代建材有自身的優(yōu)勢。但是，它們在也門地區(qū)的使用有自身的局限性，在無隔熱層時(shí)，其隔熱性能弱于也門傳統(tǒng)的泥土材料[4]。

A. H. ALGIFRI, S. M. BIN GADHI 和 B. T. NIJAGUNA完成的《也門地區(qū)土坯和混凝土熱工性能對(duì)比》研究中，選取Seiyoun這一城市，對(duì)現(xiàn)代建筑和傳統(tǒng)建筑的室內(nèi)溫度做了對(duì)比測試。

測試結(jié)果如圖17所示，結(jié)果表明，土坯建筑的熱工性能與混凝土建筑相比有顯著的不同，其熱穩(wěn)定性更好，圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度在大多數(shù)時(shí)間保持穩(wěn)定[3]。

也門現(xiàn)代建筑隔熱性能的關(guān)鍵問題是，建筑使用現(xiàn)代的混凝土結(jié)構(gòu)，但不使用相應(yīng)的技術(shù)和隔熱材料，原因較多。首先，隔熱材料在當(dāng)?shù)厥袌霾灰状罅揩@取，且缺少熟練工人施工；其次，人們?nèi)狈κ褂酶魺岵牧蟻硖岣呓ㄖ峁ば阅艿囊庾R(shí)；還有，開發(fā)商出于控制成本的考慮，干脆不用隔熱材料。

建筑采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而沒有相應(yīng)的保溫隔熱措施，由于鋼筋混凝土熱容量很小，所以建筑會(huì)在冬季迅速降溫，在夏季迅速升溫。目前，住宅建筑多為自發(fā)建造，缺乏相關(guān)建筑師和工程師指導(dǎo)。而所謂的職業(yè)建筑師，也只是繼承了上輩的建造經(jīng)驗(yàn)。在各個(gè)立面均使用大面積玻璃，從而導(dǎo)致熱量的流失。

隨著土地的更易獲得和新的結(jié)構(gòu)形式/建筑材料的使用，使建筑變得大而寬，增大了建筑的表面積。尤其是屋頂直接暴露在太陽下，增加了夏天的熱交換。多數(shù)建筑為一層或兩層，因此，底層多為主要起居空間。但地坪層未使用保溫隔熱材料，與地面直接接觸，造成底層夏季過熱、冬季過冷?，F(xiàn)代建筑保溫隔熱性能差，人們需要使用制冷或取暖設(shè)備來保證熱舒適性。

圖15 別墅建筑墻體大樣圖

圖16 低成本建筑墻體大樣圖

3.2 現(xiàn)代住宅建筑的通風(fēng)

不同地區(qū)、不同氣候條件下的也門現(xiàn)代建筑中，越來越趨向于使用同一種建造方式和建筑材料來建造形式一致的建筑。另一個(gè)突出特征便是對(duì)于起居和居住空間，采用同一形狀和尺度的大面積玻璃窗，滿足通風(fēng)和采光需求，但非常不利于建筑環(huán)境的控制（圖18）。

在炎熱地區(qū)，也門現(xiàn)代建筑中通風(fēng)狀況不佳，沒有小的開口或者架空層帶走熱空氣，以助于冷卻內(nèi)部空間。在自然通風(fēng)無效或不足的情況下，通常采用風(fēng)扇或通風(fēng)換氣扇輔助通風(fēng)換氣（圖19）。

3.3 現(xiàn)代住宅的采光

與傳統(tǒng)建筑截然不同的是，所有現(xiàn)代住宅建筑的窗尺寸都很大，且?guī)缀醪豢紤]太陽朝向。在典型的也門現(xiàn)代住宅建筑室內(nèi)，由于長期使用制冷空調(diào)，室內(nèi)外溫差明顯，感受不到炎熱和干旱氣候?qū)κ覂?nèi)的影響，同時(shí)也增加了設(shè)備能耗（圖20）。

也門現(xiàn)代城市街道較寬，兩邊建筑低矮，道路大多數(shù)時(shí)間暴露在陽光下。街道高寬比過小，無法在街道上形成風(fēng)道，且黑色瀝青材料吸熱能力很強(qiáng)，使街道舒適性很低，尤其不利于行人。

圖17 Seiyoun土坯建筑墻體內(nèi)表面溫度對(duì)比圖

圖18 也門現(xiàn)代建筑立面大面積玻璃窗

圖19 也門現(xiàn)代建筑的通風(fēng)示意圖

3.4 現(xiàn)代住宅建筑的日照及遮陽

在城市層面上，由于也門沒有整體的城市規(guī)劃，且房屋均為私人建造，因此，在規(guī)劃角度對(duì)日照和遮陽沒有任何考慮。

對(duì)單體建筑而言，通過立面的大尺度開窗來獲得冬季日照，而沒有遮陽措施防止夏季暴曬。

由于過度依賴空調(diào)設(shè)備，在建筑設(shè)計(jì)時(shí)常常忽略了通過遮陽措施來減少太陽直射，只有極少數(shù)建筑使用百葉窗遮陽。少數(shù)住宅建筑上層的懸挑結(jié)構(gòu)，既可以增加建筑面積，又可以自遮陽。

4 結(jié)語

總體而言，也門現(xiàn)代建筑沒有具體特征或獨(dú)特的屬性。毫無疑問，現(xiàn)代建筑技術(shù)帶來了很多新的建筑特征，具有很多傳統(tǒng)建筑技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢。如建造速度的加快，抗震性能的提高，空間、造型、窗更加多變，室內(nèi)空間分隔更加靈活而不受結(jié)構(gòu)的限制，構(gòu)件可工廠預(yù)制、現(xiàn)場組裝等等。但同時(shí)，也存在上述的一系列在建材選擇、朝向、采光、通風(fēng)設(shè)計(jì)方面的問題，望建筑師能夠注意到這些問題，并在以后的建筑實(shí)踐中妥善解決。

圖20 也門現(xiàn)代建筑玻璃窗造型及圓頂采光窗

[1]V. Fernando , ''Art of building in Yemen'', AARP, Aug 1981.

[2]Ali Al-Ghazali, "The impact of technology and new building materials on the local architecture in Sana'a - Yemen" Alazhr University Egypt,2005.( In Arabic).

[3]A.H.ALGIFRI, S.M.BIN GADHI and B.T.NIJAGUNA,Thermal behavior of adobe and concrete houses in Yemen,Renewable Enerq3, Vol.2. No.6.pp.597 602.1992.

[4]FH Al-Shibami and IC Ward, Energy consumption and thermal comfort of domestic buildings in Seiyun, (Yemen) , Proceedings:Indoor Air 2002.