鄉(xiāng)土建筑的環(huán)境能量協(xié)同與當代設(shè)計轉(zhuǎn)化
——以義烏雪峰文學館為例

李麟學 何美婷 吳杰

同濟大學建筑與城市規(guī)劃學院

業(yè)主：義烏市文化廣電新聞出版局

建設(shè)地點：浙江省義烏市赤岸鎮(zhèn)神壇村

建筑設(shè)計：同濟大學建筑設(shè)計研究院（集團）有限公司麟和建筑工作室

主持建筑師：李麟學

設(shè)計團隊：吳杰、劉旸、周凱鋒、汪穎、姜詠茜、單云翔、何美婷

建筑面積：3 375m2

設(shè)計時間：2017.05～2019.09

世界能源問題和氣候危機的出現(xiàn)，亟需建筑設(shè)計策略、技術(shù)、結(jié)構(gòu)以及管理方法的實質(zhì)性變革。布魯諾·拉圖爾（Bruno Latour）認為，“技術(shù)—環(huán)境—文化”在當代社會凝結(jié)成一個巨大的整體，呈現(xiàn)出復(fù)雜的、糾結(jié)待解的狀態(tài)[1]。面對嚴重的能源問題，建筑師們不得不開始反思能量觀在建筑中的地位，研究建筑如何實現(xiàn)高性能低能耗的問題。

保羅·奧利弗（Paul Oliver）認為，當今超過90%的建筑都是由那些真正使用它的人所設(shè)計的[2]。因此，本文將從世界上大范圍存在的鄉(xiāng)土建筑出發(fā)，以我國浙江中部地區(qū)的鄉(xiāng)土村落——義烏神壇村雪峰文學館的設(shè)計和建造為例，對傳統(tǒng)鄉(xiāng)土建筑與當代鄉(xiāng)土建筑的氣候適應(yīng)性特征進行分析研究，試圖以氣候能量的觀點，提出一種基于鄉(xiāng)土建筑氣候適應(yīng)性的建筑設(shè)計系統(tǒng)論。

1 傳統(tǒng)鄉(xiāng)土建筑與當代鄉(xiāng)土建筑研究

中國傳統(tǒng)民居，經(jīng)由千百年的不斷試錯，由深諳當?shù)刭Y源、氣候、技術(shù)的當?shù)毓そ辰ㄔ於?，其中體現(xiàn)的關(guān)注氣候的設(shè)計策略在當今這個時代已逐漸被忽視[3]。傳統(tǒng)鄉(xiāng)土建筑與當代鄉(xiāng)土建筑既有區(qū)別又有聯(lián)系。傳統(tǒng)鄉(xiāng)土建筑中，往往展現(xiàn)出一種把建筑融入自然環(huán)境中的才能，它們沒有采取那種竭力征服自然的行為，而是樂于接受氣候的反復(fù)無常與地形的挑戰(zhàn)[4]。當代鄉(xiāng)土建筑則是在回應(yīng)本地傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對當?shù)氐慕?jīng)驗進行轉(zhuǎn)譯與升級，轉(zhuǎn)變?yōu)榕c當前人們生活模式相符合的設(shè)計[5]。

鄉(xiāng)土建筑傳統(tǒng)智慧的回溯，也引發(fā)了建筑學者對全球各個區(qū)域的鄉(xiāng)土建筑文化的重新認識。迄今為止，最廣博的文獻要數(shù)《世界鄉(xiāng)土建筑百科全書》（Encyclopedia of Vernacular Architecture of the World）[6]，其中包括大量氣候和文化的“鄉(xiāng)土回應(yīng)”。在氣候作為影響因素的研究中，英國建筑理論家阿摩斯·拉普卜特（Amos Rapoport）以人類學、人文地理學為基礎(chǔ)[7]，提出“氣候適應(yīng)性量度”；埃及建筑師哈?！しㄙ悘娬{(diào)鄉(xiāng)土建筑受包含氣候因素在內(nèi)的多重因素影響[8，9]。本文將會更進一步討論在鄉(xiāng)土建筑氣候適應(yīng)性設(shè)計方法中，氣候作為重要但非決定性因素的影響作用。

2 環(huán)境能量協(xié)同與氣候適應(yīng)性

從能量流動出發(fā)的自然系統(tǒng)構(gòu)建，是應(yīng)對當今資源短缺、環(huán)境污染、建筑與城市地域性缺失等問題的一種積極探索[10]。建筑氣候適應(yīng)性是從人體舒適度出發(fā)，根據(jù)所處環(huán)境的氣候特性，在規(guī)劃布局、空間組織、選材與建造等方面提出的適應(yīng)性應(yīng)對策略。

2.1 環(huán)境能量協(xié)同

過去，建造人類的庇護所往往離不開對氣候的考慮。而現(xiàn)在，在建筑設(shè)計初期就要討論對建筑影響最為重要的熱、濕、風、光等氣候參數(shù)，以及它們是如何與人和建筑相互作用的。研究氣候要素對鄉(xiāng)土建筑形態(tài)的影響有很多方法，如通過復(fù)合不同氣候分區(qū)和文化分區(qū)從而劃分出鄉(xiāng)土分區(qū)，并從中提取一些有代表性的鄉(xiāng)土建筑特征進行了大量的計算機能量模擬，從而確定最優(yōu)建造方式[11]。

2.2 氣候分區(qū)：確立氣候響應(yīng)設(shè)計的優(yōu)選項

在對具體氣候要素進行研究和分析之前，需了解全球氣候分區(qū)[12]，這有助于進一步確立特定環(huán)境設(shè)計的優(yōu)選項。較為廣泛和精確的氣候分區(qū)方法，是由德國氣候?qū)W家弗拉迪米爾·柯本（Wladimir K?ppen）創(chuàng)立的根據(jù)溫度、濕度和植被類型進行劃分的K?ppen氣候分區(qū)，即分為熱帶區(qū)、干旱區(qū)、溫帶區(qū)、降雪區(qū)及極地區(qū)五大類（圖1）。本研究所涉及的義烏雪峰文學館位于亞熱帶季風性濕潤氣候，對應(yīng)K?ppen氣候分區(qū)中的Cfa。

1 K?ppen全球氣候分區(qū)及幾個位于溫和區(qū)的城市

2 浙江義烏自然資源及全年氣候概況

2.3 實地研究：環(huán)境參數(shù)和建筑特征

義烏地處丘陵地帶，有許多緩坡溪流，地形特征相對復(fù)雜，氣候溫和濕潤，四季分明，年平均氣溫在17℃左右，平均氣溫以七月最高為29.3℃，一月氣溫最低為4.2℃，全年一般不低于-4℃（圖2）。

義烏民居大多散落在山麓和河岸上，本案例基地位于義烏市南部的神壇村，距城區(qū)29km。清時屬雙林鄉(xiāng)廿六都（圖3）。神壇村地處半山區(qū)，北、西、南三面環(huán)山，村落地形似壇子。村前有一條源于八寶山的小溪淙淙流過，隔溪是一畈平坦廣闊的水田，一條公路直達赤岸，與縣道相通。

九間頭作為居住建筑的細胞單元，是浙中院落式鄉(xiāng)土民居最具代表性的開間組合方式。其是由三面房屋一面墻組成的三合院落式民居，平面布局呈U形，庭院廣闊方正，正屋三開間居中，兩邊各為兩開間的廂房。經(jīng)進一步演變還發(fā)展成了十三間頭、十八間頭甚至二十四間頭等形式。神壇村馮雪峰故居是典型的九間頭布局，這也成為雪峰文學館設(shè)計理念中的基本原型。

為了進一步對當?shù)貧夂颦h(huán)境做出響應(yīng)，需深入了解當?shù)貍鹘y(tǒng)民居的環(huán)境性能特征，包括通風情況、熱環(huán)境舒適性和光照。因此對村落中較為典型的馮雪峰故居進行連續(xù)測試，測試情況如表1所示。

表1 馮雪峰故居測試情況

空氣交換和自然通風是影響鄉(xiāng)土民居舒適度的關(guān)鍵[11]。鄉(xiāng)土建筑的朝向和設(shè)計一定程度上可以降低風的負面影響，并通過促進通風和維持建筑結(jié)構(gòu)堅固等進一步增強其積極影響。風速決定了氣流的聚集與分散，所謂“山聚氣，水藏風”，房子應(yīng)背山面水，地形應(yīng)前低后高，并且坐北向南。而對故居的風速測試發(fā)現(xiàn)，同一時間段，風速由大到小依次為：正廳、門廳、二層廊道、二層室內(nèi)、一層室內(nèi)、天井。天井處風速與室外風速接近，其余測點的風速都相對較高（圖4）。由此可見，故居遵循傳統(tǒng)坐北朝南的格局，在白天時充分利用了當?shù)氐纳焦蕊L進行自然通風。

溫度同樣是室內(nèi)外氣候感知的重要因素，與建筑的界面設(shè)計息息相關(guān)。然而，溫度也受到其他兩個重要的氣候參數(shù)——濕度和風的影響。當有建筑界面作為與外部的屏障時，人體與室內(nèi)外環(huán)境的熱交換是相互恒定的，而熱量的得失密切關(guān)系到人的舒適度、建筑能耗，甚至全球的氣候狀況。

在較溫暖的氣候環(huán)境下，不需要采暖，一般單獨的空間結(jié)構(gòu)會建造較高的屋頂，以使得空氣分層。由圖5的熱成像可見，天井作為民居室內(nèi)外氣候的“調(diào)節(jié)器”，其溫度變化較為遲緩，由于測試在冬季，可以觀察到天井作為蓄熱器為傍晚的建筑室內(nèi)提供熱量。這種溫度調(diào)節(jié)效應(yīng)也體現(xiàn)在鄉(xiāng)土建筑的屋檐上，在炎熱的氣候環(huán)境中，屋檐經(jīng)常會出現(xiàn)在非厚質(zhì)墻體的民居中，這在某種程度上說明屋檐會發(fā)揮一定的隔熱降溫的作用。

從氣候適應(yīng)性的角度分析實測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，建筑石材屋面在冬季能夠接受到更多的熱輻射。如圖6，在18:00時屋頂?shù)臏囟葹?1.2°C，墻體的表面溫度為-5.3°C，屋頂表面溫度明顯高于墻體，并且其高蓄熱性使得空間的恒溫性更強；庭院空間在接近正午時能夠受到太陽直射，對正廳和門廳及一層室內(nèi)溫度的提升起較大作用，同時對室內(nèi)空氣流通與空氣質(zhì)量的調(diào)節(jié)也有裨益；雙小窗的設(shè)計在夏季能夠?qū)α魍L，在冬季也能夠?qū)崿F(xiàn)較好的保溫隔熱。

3 鄉(xiāng)土建筑氣候響應(yīng)設(shè)計——以義烏雪峰文學館為例

3.1 設(shè)計方法

響應(yīng)氣候的建筑設(shè)計觀強調(diào)對自然和氣候的利用，從人體自身的舒適性出發(fā)，綜合考慮具體地區(qū)不同氣候因素對建筑設(shè)計產(chǎn)生的影響。其關(guān)鍵是研究建筑形式如何高效地組織城市或鄉(xiāng)村、建筑、氣候、環(huán)境的相互關(guān)系以及自身系統(tǒng)內(nèi)部各個子系統(tǒng)之間的能量流動。圖7表現(xiàn)了建筑氣候響應(yīng)設(shè)計的系統(tǒng)路線圖，在這個過程中需要將建筑放在一個更廣泛的開放系統(tǒng)中進行討論，作為一個整體的“自然—能量協(xié)調(diào)系統(tǒng)”來彌補技術(shù)與設(shè)計之間的疏離。

從時間維度和空間維度可以將建筑氣候響應(yīng)設(shè)計劃分為三個層面：宏觀層面，城市尺度下的氣候環(huán)境對建筑布局、選址、空間形態(tài)構(gòu)成、群體組合方式等方面的影響；中觀層面，建筑本體下的室外微氣候與建筑單體外部的空間形態(tài)構(gòu)成、室內(nèi)空間構(gòu)成之間的相互影響；微觀層面，材料角度的構(gòu)造處理和材料選用對于室內(nèi)外微氣候的響應(yīng)。三個層面均試圖從熱力學、風、能量等角度對氣候做出響應(yīng)，并嘗試將氣候與大氣環(huán)境作為主要設(shè)計因素。

3.2 義烏雪峰文學館

3 1640年義烏縣地名詞典的雙林鄉(xiāng)地圖

4 故居各測點風速變化圖

5 故居各測點的溫度變化及熱成像測試圖

6 故居庭院與屋頂?shù)?8:00時熱成像

7 建筑氣候響應(yīng)設(shè)計系統(tǒng)路線圖

8 雪峰文學館選址

9 雪峰文學館與村落文脈相呼應(yīng)

10 雪峰文學館轉(zhuǎn)譯演化規(guī)律

11 文學館空間意象

12 雪峰文學館實體模型

雪峰文學館位于神壇村西北角的后山山坳，緊鄰一條蜿蜒陡峭的山路，地塊內(nèi)及周邊現(xiàn)狀為鄉(xiāng)間田野山林，沒有其他建筑物，這也為文學館的風貌設(shè)計整合增加了難度。文學館地塊北側(cè)倚靠緩坡山丘，南鄰鄉(xiāng)村山路及水塘，整體地勢北高南低，和村落一致（圖8）。地塊與外側(cè)的主要連接方式為南側(cè)的鄉(xiāng)村道路，道路向東一直延伸到神壇村中，并與村落的各個片區(qū)和景觀節(jié)點相連。

本項目采用結(jié)合實測的鄉(xiāng)土建筑氣候響應(yīng)設(shè)計方法，首先通過對聚落與當?shù)貙嶓w民居的溫度、濕度、風速和熱成像等測繪與軟件模擬，了解傳統(tǒng)鄉(xiāng)土民居中針對氣候的優(yōu)勢點和建筑特征，然后將其轉(zhuǎn)譯到雪峰文學館的設(shè)計中，最后對其進行軟件模擬驗證。

3.2.1 院落布局：化整為零，協(xié)調(diào)通風

在義烏雪峰文學館的建筑設(shè)計中，不僅借鑒了當?shù)孛窬釉郝洳季郑€遵循了當?shù)亟ㄖ夂蚺c自然環(huán)境響應(yīng)的規(guī)律。文學館的設(shè)計首先遵循氣候環(huán)境參數(shù)——風，考慮南北向的山谷來風，采用院落橫行排布的布局方式，盡可能地將自然風引入建筑空間。建筑體量呼應(yīng)了聚落的文脈，采用化整為零的手法，形成與村莊一致的建筑風貌，與周圍村落環(huán)境相融（圖9）。

3.2.2 空間演繹：傳統(tǒng)轉(zhuǎn)化，虛實相生

建筑對原始聚落進行了空間演繹，也是對浙江民居聚落形象的抽象（圖10）。雪峰文學館提取村鎮(zhèn)聚落的形態(tài)特征，經(jīng)過轉(zhuǎn)譯演化形成新的文學館形體。首先，通過“聚集的村落”概念分配各部分文化空間，形成大小錯落有致、富有變化的形體，在立面上形成了“群山”一般的起伏，突出了文學館在該區(qū)域中的特殊性和標志性。然后，四個院落的加入打破了均質(zhì)平淡的空間格局，通過“虛”的院落與“實”的展廳創(chuàng)造出更具游客體驗的展覽空間。

入口的設(shè)置，應(yīng)對當?shù)赜晁^多的氣候特征，強調(diào)室內(nèi)外空間呈一個整體。入口位于南側(cè)山路上，面向主要道路，對從東南向村鎮(zhèn)到達的游客具有標示作用。上升的橋也具有強烈的引導(dǎo)作用，通過與入口嵌入式庭院的銜接形成人群集散效應(yīng)。二層西側(cè)配有室外觀山臺，利用山體的高差變化將建筑與北側(cè)的山景自然銜接。二層?xùn)|側(cè)室外觀景臺也適當提高，與中間的廊道呼應(yīng)，形成通向神壇村落的視線通廊，與馮雪峰故居遙相對望（圖11）。

3.2.3 材料文化：適度繼承，適宜氣候

在設(shè)計中，力圖通過物化的元素去體現(xiàn)歷史文化。建筑外觀采用了新中式風格，在材料的運用上遵循了當?shù)貍鹘y(tǒng)材料和舒適性的原則，采用白水泥外立面、瓦屋頂以及復(fù)合木暴露屋頂構(gòu)架的形式（圖12）。墻體使用淺白與深灰色彈性質(zhì)感涂料，與瓦屋頂、木構(gòu)架的相互對比，更能體現(xiàn)出歷史的沉穩(wěn)和厚重。傳統(tǒng)瓦屋面的運用，在體現(xiàn)傳統(tǒng)風貌的同時，兼顧現(xiàn)代意象。

4 結(jié)語

鄉(xiāng)土建筑的設(shè)計不僅是從文化或者氣候條件出發(fā)，更是從能量的整體觀視角重新對其空間與形式、材料與建造進行分析設(shè)計，從傳統(tǒng)鄉(xiāng)土建筑中抽取出其對環(huán)境系統(tǒng)更為成熟的認知與經(jīng)驗，并進行現(xiàn)代化的設(shè)計表達。

通過對實際項目的前期實地考察研究和設(shè)計建造，氣候適應(yīng)性設(shè)計程序總結(jié)如下：

（1）氣候條件與建造環(huán)境參數(shù)評估，對當?shù)夭牧虾徒ㄔ旃に囘M行研究和總結(jié)。在氣候適應(yīng)性設(shè)計中，對氣候與場地的關(guān)注是找到最適宜策略的前提。

（2）氣候適應(yīng)與鄉(xiāng)土建筑特征分析，找到當?shù)貍鹘y(tǒng)建筑中平衡外部氣候條件與內(nèi)部需求之間的關(guān)系，分析影響熱舒適感受的主要矛盾，并進一步提取當代鄉(xiāng)土建筑原型。

（3）原型調(diào)整與技術(shù)選取，對傳統(tǒng)鄉(xiāng)土建筑中的被動式技術(shù)進行經(jīng)驗總結(jié)，根據(jù)環(huán)境需求將其運用到當代鄉(xiāng)土建筑中，并盡可能地結(jié)合多參數(shù)協(xié)同模擬工具進行性能分析，選擇出與能量和形態(tài)需求相匹配的形式。

（4）建造后評價，通過模擬研究找到與設(shè)計過程中產(chǎn)生偏差的地方，將鄉(xiāng)土建筑的經(jīng)驗進行再度優(yōu)化與升級，有利于建筑師對經(jīng)驗的總結(jié)和當?shù)剜l(xiāng)土建筑的進一步發(fā)展。

當前正在施工的義烏雪峰文學館，正是將環(huán)境能量協(xié)同與氣候響應(yīng)作為主要考量因素的當代鄉(xiāng)土建筑設(shè)計項目，它是一座植根于神壇村文化遺產(chǎn)資源和馮雪峰個人生涯的專題性文學館。通過對氣候的適應(yīng)性分析和文化研究，設(shè)計呈現(xiàn)以下特征：一是建筑遵循傳統(tǒng)材料和氣候文化，具有歷史厚重感；二是建筑的體量與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，與周邊村落、群山和水系等自然環(huán)境相融合；三是建筑形式繼承演化并融合了當?shù)孛窬釉郝涮卣鳌?/p>