豫西北地區(qū)生土建筑形式通風(fēng)采光改造

王薇 陳劍橋

摘 要：農(nóng)村不應(yīng)該是城市的低級(jí)版本，也不是城市的跟隨者。農(nóng)村應(yīng)該是跟城市有差異并且更能接近自然與土地的人類棲息地。

關(guān)鍵詞：生土建筑；通風(fēng)采光；建筑；改造

一、引言

人類的建筑起源于“鑿?fù)翞檠?，?gòu)木為巢”。原始人類用這些種方法來(lái)抵御鳥(niǎo)獸及自然災(zāi)害的侵襲把文明的火種傳遞下來(lái)。人類的建筑史也是人類文明的發(fā)展史。

在人類的發(fā)展歷程中，隨著社會(huì)生產(chǎn)力及人類智慧的發(fā)展，人們學(xué)會(huì)了利用更先進(jìn)的建筑材料及建筑技術(shù)來(lái)維系生存和進(jìn)取發(fā)展。建筑材料包括黏土磚、燒結(jié)磚、石材、植物等乃至現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的混凝土、砌塊、玻璃、合材料等。然而隨著科技的發(fā)展，這些建筑材料在方便人類生產(chǎn)生活的同時(shí)也對(duì)自然環(huán)境造成了極大的破壞。據(jù)歐洲建筑師協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，全球建筑相關(guān)產(chǎn)業(yè)消耗了地球能源的50%，原材料的50%，造成土地?fù)p失的40%。同時(shí)，產(chǎn)生了50%的空氣污染，42%的溫室氣體，50%的水污染，48%的固體廢物和50%氟氯化合物?，F(xiàn)代建筑業(yè)已成為導(dǎo)致全球環(huán)境問(wèn)題的主要因素之一。如今人們的環(huán)保意識(shí)日益增強(qiáng)。國(guó)家在環(huán)保方面出臺(tái)了相當(dāng)多的政策來(lái)維系以及還原生態(tài)健康。生土建筑又重新回到人們的視野。

生土建筑有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.結(jié)構(gòu)安全：結(jié)構(gòu)布局合理、有加固措施的生土房屋可以滿足8度地震設(shè)防要求。

2.經(jīng)濟(jì)能耗低：生土建筑不僅造價(jià)低廉，而且使用過(guò)程中維護(hù)費(fèi)用低，在全壽命周期內(nèi)能耗低。

3.優(yōu)越的熱學(xué)、聲學(xué)性能：生土材料可調(diào)節(jié)溫濕度，冬暖夏涼，濕度宜人，隔音效果好。

4.施工便利：生土材料分布廣，技術(shù)簡(jiǎn)單靈活，施工周期短。

5.環(huán)境友好：無(wú)污染，可完全回收再利用。

生土建筑的不足：

1.強(qiáng)度低，自重大：材料與構(gòu)件強(qiáng)度低，整體性能差，導(dǎo)致建筑空間拓展受限（包括建筑高度、開(kāi)間進(jìn)深、洞口尺寸等）。

2.耐久性差：生土建筑尤其怕水，不耐風(fēng)雨侵蝕。

從生土建筑的優(yōu)缺點(diǎn)可以看出生土建筑的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，造價(jià)低廉，聲熱性能良好，材料廣布，施工方便，環(huán)境友好，可再生，建筑規(guī)模和形式具有一定的限制性。

二、豫西北地區(qū)區(qū)域現(xiàn)狀

豫西地區(qū)包括洛陽(yáng)、三門(mén)峽、平頂山。豫西西接關(guān)中，東靠中原，北臨黃河，南接蜀漢，豫西處于我國(guó)地勢(shì)第二級(jí)階梯向第三級(jí)階梯的過(guò)渡地帶，地形千差萬(wàn)別。面積有25539平方公里。洛陽(yáng)地勢(shì)西高東低，境內(nèi)山川丘陵交錯(cuò)，地形錯(cuò)綜復(fù)雜，其中山區(qū)占45.51%，丘陵有40%，平原則只有14%。三門(mén)峽市域總面積10496平方公里，地貌以山地、丘陵和黃土塬為主，其中山地約占54.8%，丘陵占36%，平原占9.2%，可謂“五山四陵一分川”。平頂山市處于豫西山地和淮河平原的過(guò)渡地帶，西部以山地為主，東部以平原為主，在低山和平原之間，分布著高低起伏的丘陵。

根據(jù)上述資料顯示，該區(qū)域地形狀況復(fù)雜，丘陵、山地、平原均有分布，整體來(lái)看丘陵居多。因此，在研究該區(qū)域的生土建筑時(shí)應(yīng)當(dāng)以此為依據(jù)劃分為三類，平原類、山地類、丘陵類。

看似陳舊落后的地坑院在許多方面有著現(xiàn)代建筑無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)：

造價(jià)低廉。地坑院的建造是在大自然中做減法。整個(gè)建造過(guò)程中幾乎不需要什么主材，除去裝飾部分只有些許加固材料用到磚等。所以其工程造價(jià)低于大部分建筑。在歷史建造過(guò)程中費(fèi)時(shí)費(fèi)工問(wèn)題也在現(xiàn)代建造技術(shù)面前迎刃而解，幾臺(tái)挖掘機(jī)幾天之內(nèi)便可完成主體挖掘，且建筑使用年限也能夠達(dá)到100年以上。

構(gòu)造方式獨(dú)特。有別于大部分古今中外的建筑，地坑院幾乎完全舍棄了地上部分，建筑主體全部置于地下。這樣的逆向思考在古今建筑上也屬罕見(jiàn)。建筑整體藏身大地，與自然幾乎完美融合。建筑學(xué)家荊其敏、張麗安教授在他們的著作《中外傳統(tǒng)民居》中這樣寫(xiě)道：“中國(guó)的黃土窯洞民居建在黃土高原的沿山與地下，是人工與天然的有機(jī)結(jié)合……有的整個(gè)村莊建在地下，是建筑生根于大地的典型代表，其自然風(fēng)格與鄉(xiāng)土氣息充分體現(xiàn)了敦厚樸實(shí)的性格，鄉(xiāng)村住宅應(yīng)寓于大自然之中，好像是大自然的延續(xù)。”

熱工性能好。由于窯洞深厚土層的熱惰性（D=RS）地坑院建筑結(jié)實(shí)耐用、冬暖夏涼、擋風(fēng)隔音。室內(nèi)溫度夏季保持在20度左右，冬季保持在10度左右，是造價(jià)低廉的恒溫住宅。地坑院的抗震性能也十分不錯(cuò)，在有加固措施的情況下，很容易達(dá)到八級(jí)設(shè)防要求。

三、建筑技術(shù)改造

通風(fēng)采光問(wèn)題是制約生土建筑滿足現(xiàn)代建筑居住需求的最主要問(wèn)題。傳統(tǒng)地坑院環(huán)境陰暗潮濕，通風(fēng)不便，使得原有住民不愿再回想居住在其中的苦難日子，也讓對(duì)其有些許好奇的新青年望而卻步。

采光系統(tǒng)這里選用自然采光加補(bǔ)償采光的方式。后加庭院，加涂抹反光涂料的庭院內(nèi)壁形成有效的自然采光。在地表和地坑院側(cè)壁添加采光筒的輔助采光系統(tǒng)，有效補(bǔ)償室內(nèi)采光。這里主要介紹香港正能量科技集團(tuán)的無(wú)電照明系統(tǒng)。無(wú)電照明系統(tǒng)100%利用自然采光照明，幾乎可以抵用80%的白天照明能耗。0能耗，無(wú)需維護(hù)，節(jié)約能源，一次投資，這些都是無(wú)電照明系統(tǒng)的特點(diǎn)。其對(duì)二氧化碳排放量的減少具有重要意義。無(wú)電照明系統(tǒng)總共由三個(gè)部分組成：采光區(qū)、傳輸區(qū)和輸出區(qū)。采光區(qū)有5部分，鉆石型采光器、發(fā)電裝置、密封圈、T型圈、防雨裝置組成。白天時(shí)利用光線的透射折射原理，通過(guò)鉆石型采光器采集光線并將其導(dǎo)入系統(tǒng)內(nèi)部。在夜晚時(shí)，可以利用發(fā)電裝置發(fā)電作為夜間補(bǔ)充照明。傳輸區(qū)由光導(dǎo)管、彎管等組成。材料防腐防銹、使用壽命長(zhǎng)，全反射率達(dá)到100%，傳輸長(zhǎng)度達(dá)到20米以上，彎度最高能夠達(dá)到90度。輸出區(qū)由光線調(diào)節(jié)器、圓轉(zhuǎn)方轉(zhuǎn)換器、補(bǔ)光裝置、漫射器等組成。通過(guò)光線調(diào)節(jié)器，使入室光線均勻無(wú)害漫反射均勻提供室內(nèi)照明需要。

根據(jù)區(qū)域環(huán)境設(shè)計(jì)采用采光井加導(dǎo)光筒加太陽(yáng)能夜間補(bǔ)充照明的照明體系。采光井的設(shè)計(jì)會(huì)兼做內(nèi)部小景觀的作用。通風(fēng)和采光兼顧。在這里根據(jù)地域文化形態(tài)設(shè)計(jì)出三種形式。一是窯洞進(jìn)深末端置入庭院：二是窯洞之間設(shè)置小型庭院或采光井；三是窯洞中段置入采光井，將窯洞分成兩個(gè)部分。第一種在窯洞底部設(shè)橫型庭院，庭院串聯(lián)幾個(gè)窯洞，不僅使得窯洞底部采光問(wèn)題得到解決，也創(chuàng)造一個(gè)幾個(gè)窯洞共享的庭院空間。缺點(diǎn)是造成土質(zhì)松動(dòng)，對(duì)窯洞堅(jiān)固度有一些影響，并且這種改造方式對(duì)地表形態(tài)改變較大。第二種方式是采用窯洞之間夾雜通風(fēng)采光井模式。這種模式對(duì)地表形態(tài)破壞較少，需要注意采光井的防御問(wèn)題。相應(yīng)的，其對(duì)采光通風(fēng)的解決不如第一種方式見(jiàn)效。第三種其實(shí)是原來(lái)就存在的開(kāi)天井模式。在窯洞中側(cè)網(wǎng)上開(kāi)大小不等的天井。天井的通風(fēng)采光效果有限。其對(duì)地表形態(tài)的影響微乎其微。三種模式利弊不一，可以根據(jù)具體的通風(fēng)采光需要采取不同的形式。

通風(fēng)方面改造前單方面開(kāi)門(mén)開(kāi)窗，窗戶沒(méi)有辦法對(duì)流。經(jīng)過(guò)后加庭院及天井庭院的改造，通風(fēng)可以形成對(duì)流。進(jìn)風(fēng)口低，出風(fēng)口高，能夠形成最有效的在人體活動(dòng)有效區(qū)域內(nèi)的空氣對(duì)流。

四、結(jié)語(yǔ)

其實(shí)，生土建筑能否不被遺忘，能否重新煥發(fā)光彩，能否繼續(xù)傳遞該區(qū)域乃至整個(gè)民族國(guó)家的建筑文化，關(guān)鍵不在于改善某項(xiàng)技術(shù)提高其性能，關(guān)鍵在于民族建筑文化記憶的喚醒和民族建筑文化自豪感的喚醒。即便在農(nóng)村地區(qū)，人民建造房屋也不是僅以堅(jiān)固耐用、廉價(jià)方便為依據(jù)。即便不像中世紀(jì)的歐洲，市民們傾其所有耗費(fèi)幾代人心血共同建造屬于他們的精神堡壘——教堂，每一個(gè)農(nóng)村住宅，也是每個(gè)家庭智慧和心血的結(jié)晶。在同樣的條件下沒(méi)有誰(shuí)會(huì)愿意建造一個(gè)比別人“丑”的住宅。所以關(guān)于生土建筑在通風(fēng)采光方面的改造只是從技術(shù)上解決一些問(wèn)題，主要還是要從建筑文化方面入手。

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作者簡(jiǎn)介：

王薇，河南工業(yè)大學(xué)教授；

陳劍橋，河南工業(yè)大學(xué)研究生。