不同地區(qū)合院民居形態(tài)的氣候條件的適應(yīng)研究

楊 濤 （陜西理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，陜西 漢中 723001）

1 引言

從人類營(yíng)建居所開始，利用物質(zhì)條件和技術(shù)手段營(yíng)造舒適的居住環(huán)境，一直是人類積極應(yīng)對(duì)的課題。傳統(tǒng)民居作為先民營(yíng)造居所的實(shí)踐產(chǎn)物，其多樣的形態(tài)是生活在不同氣候條件的人們，對(duì)居住舒適性的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與智慧的物化結(jié)晶。分析傳統(tǒng)民居建筑形態(tài)與環(huán)境的相互關(guān)系，一直是建筑學(xué)研究的重要問題。

合院民居作為傳統(tǒng)民居中最主要的民居形制，不管是中原腹地還是邊疆省份，均具有較為統(tǒng)一的平面形式，即民居平面多由若干居住功能的建筑單體，圍繞庭院展開布局，形成一個(gè)獨(dú)立的居住單元，根據(jù)圍合庭院建筑數(shù)量的多少形成二合院、三合院和四合院。由于合院民居是以建筑和庭院共同組成，滿足生活需求的居住單元，其在適應(yīng)不同外部條件和內(nèi)部需求的變化時(shí)，往往是保持建筑圍合庭院這一基本的平面布局模式的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整庭院的大小、數(shù)量以及所圍繞的建筑數(shù)量、大小、尺度等形態(tài)因素來實(shí)現(xiàn)。合院民居在我國(guó)廣大地區(qū)的普遍存在，表明合院民居的平面形態(tài)的這種變化有著較好的適應(yīng)性，既能很好地適應(yīng)各地居民生活功能的需求，也能較好地適應(yīng)各地不同氣候條件的差異?；谶@一特點(diǎn)，通過合院民居平面形態(tài)的特征，去研究合院民居的氣候條件的適應(yīng)性具有了可行性。

目前針對(duì)傳統(tǒng)合院民居氣候適應(yīng)性的研究較為豐富。主要是以民居所在不同地區(qū)為研究范圍，對(duì)民居氣候適應(yīng)性策略進(jìn)行研究[1-4]，也有部分研究者嘗試突破地區(qū)限制，從全國(guó)范圍內(nèi)對(duì)合院民居氣候適應(yīng)性進(jìn)行了分析研究[5-8]，這些研究的共同點(diǎn)是對(duì)不同地區(qū)的合院民居形態(tài)特征進(jìn)行了歸納和總結(jié)，多以定性分析為主?；跀?shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)不同地區(qū)的合院民居形態(tài)差異由哪些氣候因子引起，以及為適應(yīng)不同氣候條件民居形態(tài)發(fā)生的變化和調(diào)整的研究較少涉及。

本研究擬對(duì)漢中、韓城和宏村三個(gè)地區(qū)的傳統(tǒng)合院民居形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行比較和分析，并與所在地區(qū)的氣候因子進(jìn)行相關(guān)分析，探討傳統(tǒng)合院民居對(duì)氣候條件的適應(yīng)策略，以期通過本次研究，為傳統(tǒng)民居形態(tài)對(duì)氣候條件的適應(yīng)性策略的研究提供參考和借鑒。

2 研究對(duì)象與研究方法

2.1 研究對(duì)象選擇

本研究以合院式民居為研究對(duì)象，從氣候分區(qū)屬于寒冷地區(qū)的關(guān)中韓城地區(qū)和氣候分區(qū)屬于夏熱冬暖地區(qū)的陜南漢中地區(qū)和安徽宏村地區(qū)，分別選擇若干民居為研究樣本，研究樣本情況如表1所示。其中作為研究樣本的漢中和宏村合院民居的相關(guān)數(shù)據(jù)主要來自筆者學(xué)院的古建測(cè)繪資料，韓城地區(qū)合院民居的相關(guān)數(shù)據(jù)主要來自《關(guān)中民居院落空間形態(tài)分析及應(yīng)用》[9]和《韓城古城傳統(tǒng)民居院落空間尺度的保護(hù)與延續(xù)研究》[10]兩篇論文。

2.2 分析指標(biāo)確定

①氣候指標(biāo)：研究地區(qū)的氣候信息數(shù)據(jù)來自于國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供的地面累年值數(shù)據(jù)集（1981-2010年）中與研究地區(qū)鄰近的氣象臺(tái)站數(shù)據(jù)[11]。其中漢中地區(qū)的數(shù)據(jù)來自漢中臺(tái)站，韓城地區(qū)來自渭南臺(tái)站，宏村地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)選擇其所屬的黟縣臺(tái)站的相應(yīng)數(shù)據(jù)。研究選取的氣候指標(biāo)包括年平均氣溫（annual mean air temperature，MAT）、年平均相對(duì)濕度（annual mean relative-humidity，MARH）、年平均降水量（annual mean precipitation，MAP)、年平均風(fēng)速（Annual average wind speed，MAWS）、平均年日照時(shí)數(shù)（mean annual sunlight，MAS）。三個(gè)研究區(qū)域的基本氣候信息見表2。

研究樣本一覽表 表1

研究對(duì)象地區(qū)的氣候指標(biāo) 表2

②合院民居形態(tài)指標(biāo)：由于合院民居平面形態(tài)的基本構(gòu)成模式是建筑圍繞庭院展開布局，其形態(tài)主要由圍合庭院的建筑形態(tài)和由建筑圍合的庭院形態(tài)所決定。結(jié)合以往的研究，本次研究選擇合院民居的庭院長(zhǎng)度、寬度、長(zhǎng)寬比、庭院的面積、庭院占比和庭院形態(tài)的緊湊度指數(shù)（Richardson指數(shù)）來表征合院民居中的庭院形態(tài)特征。

其中庭院占比=合院民居中庭院面積/合院民居的宅地面積

庭院長(zhǎng)寬比=庭院南北方向長(zhǎng)度/庭院東西向長(zhǎng)度

一般進(jìn)行形態(tài)緊湊度的計(jì)算，多是以圓為參照幾何形狀?？紤]到合院民居中庭院形狀以矩形為主，本研究中采用的緊湊度計(jì)算公式以正方形為參照幾何形狀。計(jì)算公式為，其中A為庭院面積，P為庭院的周長(zhǎng)[12]。

合院民居的建筑形態(tài)通過正房以及左廂房建筑的面積、開間、進(jìn)深等形態(tài)指標(biāo)來表征。由于合院民居多對(duì)稱布局，左右?guī)啃螒B(tài)基本一致，本研究?jī)H選擇左廂房作為研究對(duì)象。部分研究樣本為三合院，因此本次研究不將倒座的形態(tài)指標(biāo)作為研究?jī)?nèi)容。

2.3 數(shù)據(jù)分析方法

基本的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)利用Excel2013完成，數(shù)據(jù)的差異性和相關(guān)性運(yùn)用SPSS22軟件進(jìn)行分析。由于合院民居形態(tài)的數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布和方差齊性，因此對(duì)合院民居形態(tài)數(shù)據(jù)的差異性采用非參數(shù)檢驗(yàn)，對(duì)存在顯著差異的形態(tài)指標(biāo)（P＜0.05）用 Kruskal Wallis test進(jìn)行兩兩比較。對(duì)三個(gè)地區(qū)合院民居形態(tài)與氣候因子的相關(guān)性，采用Spearman相關(guān)性進(jìn)行分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 三個(gè)地區(qū)合院平面形態(tài)差異

研究樣本的三個(gè)地區(qū)的合院民居多為四合院，其數(shù)量最多為24個(gè)，占研究樣本的64.9%，其他合院類型數(shù)量為13個(gè)，占研究樣本的35.1%。

三個(gè)地區(qū)的合院民居在庭院形態(tài)上多呈現(xiàn)出進(jìn)深大，面寬小的縱深型的窄院形式。建筑組合關(guān)系上，韓城地區(qū)的合院民居廂房和正房之間往往留有“風(fēng)道”，保證正房獲得采光和通風(fēng)，漢中和宏村地區(qū)的合院民居廂房和正房之間往往共用廂房山墻，布局上顯得更為緊湊。

對(duì)三個(gè)地區(qū)的合院民居研究樣本的庭院形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，見表3，表征庭院形態(tài)的6個(gè)指標(biāo)中，庭院長(zhǎng)度、庭院長(zhǎng)寬比、庭院面積、庭院占比及庭院緊湊度均為韓城＞漢中＞宏村，僅有庭院寬度為漢中＞韓城＞宏村。

通過Kruskal Wallis test的成對(duì)比較可以發(fā)現(xiàn)，庭院形態(tài)指標(biāo)中，宏村地區(qū)和韓城、漢中地區(qū)分別在庭院的長(zhǎng)度、長(zhǎng)寬比和庭院面積、庭院占比及庭院緊湊度存在顯著差異（P＜0.05），漢中和韓城地區(qū)的合院民居庭院形態(tài)差異不顯著。

對(duì)三個(gè)地區(qū)的合院民居研究樣本的圍合庭院的建筑的形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行分析，通過比較可以發(fā)現(xiàn)，見表4，反映建筑形態(tài)的6個(gè)指標(biāo)中，正房無論面積還是尺度上均為漢中＞宏村＞韓城，廂房的面積與尺度則是漢中＞韓城＞宏村。

建筑形態(tài)的差異性比較顯示，三個(gè)地區(qū)中僅有漢中地區(qū)和韓城地區(qū)在正房的進(jìn)深、正房的面積上兩類指標(biāo)上具有顯著差異（P＜0.05），其他建筑形態(tài)指標(biāo)上不具有顯著差異。

3.2 氣候因子與合院民居形態(tài)的相關(guān)性

對(duì)合院民居的8個(gè)形態(tài)指標(biāo)與所在地區(qū)氣候因子進(jìn)行相關(guān)性分析與顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果見表6、表7。

①氣溫。表征合院民居的院落形態(tài)的四個(gè)指標(biāo)均和氣溫極顯著相關(guān)，其中庭院的長(zhǎng)（r=-0.441，P＜0.01）、庭院占比 （r=-0.495，P＜0.01）、庭院面積（r=-0.486，P＜0.01）3個(gè)指標(biāo)和年平均氣溫極顯著負(fù)相關(guān)，庭院緊湊度（r=0.550，P＜0.01）和年平均氣溫極顯著正相關(guān)，庭院的長(zhǎng)寬比和年平均氣溫顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.326，P＜0.05）。表征合院民居建筑形態(tài)的指標(biāo)僅正房進(jìn)深和年平均氣溫顯著正相關(guān)（r=0.348，P＜0.05），其他建筑形態(tài)指標(biāo)和年平均氣溫不存在顯著相關(guān)。

②濕度。表征合院民居的院落形態(tài)的指標(biāo)中庭院占比（r=-0.440，P＜0.01）年平均相對(duì)濕度極顯著負(fù)相關(guān)，庭院緊湊度（r=0.392，P＜0.01）和年平均相對(duì)濕度極顯著正相關(guān)，庭院面積（r=-0.293，P＜0.05）則和年平均相對(duì)濕度顯著負(fù)相關(guān)。表征合院民居建筑形態(tài)的指標(biāo)中正房進(jìn)深（r=0.550，P＜0.01）和年平均相對(duì)濕度極顯著正相關(guān)，正房面積（r=0.306，P＜0.05）和年平均相對(duì)濕度顯著正相關(guān)。

三個(gè)地區(qū)合院民居庭院形態(tài)指標(biāo)比較 表3

三個(gè)地區(qū)合院民居建筑形態(tài)指標(biāo)比較 表4

三個(gè)地區(qū)合院民居庭院形態(tài)與氣候因子的相關(guān)性分析 表5

三個(gè)地區(qū)合院民居建筑形態(tài)與氣候因子的相關(guān)性分析 表6

③降水。合院民居的形態(tài)與降水的相關(guān)性和氣溫的相關(guān)性一致。

④風(fēng)速。合院民居形態(tài)指標(biāo)和風(fēng)速的相關(guān)性和濕度正好相反。庭院占比（r=0.440，P＜0.01）和年平均風(fēng)速極顯著正相關(guān)，庭院緊湊度（r=-0.392，P＜0.01）和年平均相對(duì)濕度極顯著負(fù)相關(guān)，庭院面積（r=0.293，P＜0.05）則和年平均相對(duì)濕度顯著正相關(guān)。表征合院民居建筑形態(tài)的指標(biāo)是正房進(jìn)深（r=-0.550，P＜0.01）和年平均相對(duì)濕度極顯著負(fù)相關(guān)，正房面積（r=-0.306，P＜0.05）和年平均相對(duì)濕度顯著負(fù)相關(guān)。

⑤日照時(shí)數(shù)。表征合院民居院落形態(tài)的指標(biāo)和日照時(shí)數(shù)不存在顯著相關(guān)。表征合院民居建筑形態(tài)的指標(biāo)中正房進(jìn)深 （r=-0.637，P＜0.01）、正房面積（r=-0.388，P＜0.01）和日照時(shí)數(shù)極顯著負(fù)相關(guān)，其他建筑形態(tài)指標(biāo)和日照時(shí)數(shù)不存在顯著相關(guān)。

4 討論

4.1 三個(gè)地區(qū)合院民居形態(tài)特點(diǎn)

三個(gè)地區(qū)的合院民居的庭院形狀中，宏村地區(qū)合院民居的庭院長(zhǎng)度最小為5.24m±3.43m，漢中和韓城地區(qū)的合院民居庭院長(zhǎng)度較為接近，分別為12.19m±4.36m和12.20m±3.61m，長(zhǎng)度為宏村合院民居庭院長(zhǎng)度的2倍以上。但三個(gè)地區(qū)合院民居的庭院寬度接近，分別為漢中地區(qū)（4.87m±2.73m）、韓城地區(qū)（4.36m±1.94m）和宏村地區(qū)（4.12m±1.65m），說明4m左右的庭院寬度是三個(gè)合院民居對(duì)氣候以及使用功能適應(yīng)后的穩(wěn)定指標(biāo)。三個(gè)地區(qū)合院民居中,漢中和韓城地區(qū)合院民居庭院長(zhǎng)度較長(zhǎng)，因此其庭院形狀為長(zhǎng)寬比3:1的狹長(zhǎng)形狀，宏村地區(qū)的長(zhǎng)寬比僅為1.52±1.42，形狀上更接近正方形。三個(gè)地區(qū)的合院民居的庭院大小，以韓城地區(qū)的最大，宏村地區(qū)最小，宏村地區(qū)合院民居庭院面積僅為韓城地區(qū)的1/3，而庭院占比重，韓城地區(qū)合院民居庭院占比接近30%，宏村地區(qū)僅為16%,只是韓城地區(qū)的1/2。說明宏村地區(qū)合院民居用地內(nèi)，建筑的占比和密集程度遠(yuǎn)高于其他兩個(gè)地區(qū)。若按照三個(gè)地區(qū)的地理位置，庭院形態(tài)上呈現(xiàn)出從北向南，庭院長(zhǎng)度更短，面積更小，布局緊湊度也更高的特點(diǎn)。

三個(gè)地區(qū)的合院民居的正房開間尺寸非常接近為10m左右,且不存在顯著的差異，見表4，正房的進(jìn)深為漢中地區(qū)合院民居（7.29m±1.62m）的最大，韓城地區(qū)（4.60m±1.36m）的最小，漢中地區(qū)合院民居正房進(jìn)深為韓城地區(qū)的1.5倍。表現(xiàn)在正房形態(tài)上，韓城和宏村的正房形狀更接近2:1的偏窄長(zhǎng)的矩形，漢中地區(qū)合院民居的正房形狀則為“胖”一些的矩形。而廂房的形態(tài)特征以正房的相反，即三個(gè)地區(qū)合院民居廂房的進(jìn)深尺寸接近，為3.5m左右，廂房長(zhǎng)度有一定差異，漢中地區(qū)合院民居的廂房開間尺寸要更大，反映到形態(tài)上顯得更為狹長(zhǎng)（長(zhǎng)寬比為3:1），韓城和宏村的廂房形狀要偏短（長(zhǎng)寬比分為2.6:1和2.4:1）。建筑形態(tài)沒有呈現(xiàn)出庭院形態(tài)那樣從北到南的變化規(guī)律。

4.2 三個(gè)地區(qū)合院民居氣候適應(yīng)性

本研究中的三個(gè)地區(qū)的氣候因子，氣溫、降水隨著地區(qū)所在地理位置的南移，呈現(xiàn)逐漸增加的變化規(guī)律，濕度則是同屬夏熱冬冷地區(qū)的漢中和宏村大于寒冷地區(qū)的韓城，日照時(shí)數(shù)則是漢中最小，韓城最大，宏村次之。若三個(gè)地區(qū)的合院民居在形態(tài)上的變化和氣候因子的變化有某種相似性，可以認(rèn)為合院民居形態(tài)上的變化是對(duì)氣候條件變化的適應(yīng)。

通過氣候因子與合院民居形態(tài)指標(biāo)相關(guān)性分析表明：除年平均日照時(shí)數(shù)外，其余四個(gè)氣候因子均和庭院的形態(tài)存在極顯著相關(guān)。其中年平均氣溫和年平均降水量與庭院形態(tài)關(guān)系最為密切，分別與庭院的長(zhǎng)度、面積、庭院占比、庭院緊湊度4個(gè)形態(tài)指標(biāo)呈極其顯著的相關(guān)（P＜0.01），見表6。而建筑形態(tài)和氣候因子的變化關(guān)系沒有庭院形態(tài)那么密切。各氣候因子中僅有年平均風(fēng)速和年平均日照時(shí)數(shù)和建筑形態(tài)相關(guān)性較為密切。庭院形態(tài)與氣候因子相關(guān)性密切的原因，是由于合院民居的平面構(gòu)成要素中庭院是直接與外界環(huán)境接觸的要素，且在合院民居中有著較大的占比（三個(gè)地區(qū)庭院占比為20%～30%），因此庭院對(duì)氣候條件的改變的反應(yīng)是最為直接和敏感。

本次研究的三個(gè)地區(qū)的庭院形態(tài)呈現(xiàn)出從韓城到宏村合院民居庭院長(zhǎng)度逐漸變短、庭院面積逐漸變小、庭院的緊湊度逐漸增加的變化規(guī)律，這種變化規(guī)律伴隨著三個(gè)地區(qū)從北向南的氣溫與降水增加的變化規(guī)律具有一致性。同時(shí)三個(gè)地區(qū)合院民居庭院形態(tài)上的差異與其氣溫、降水的差異也具有一致性。雖然鑒于數(shù)據(jù)的不足，無法對(duì)三個(gè)地區(qū)的年平均氣溫及年平均降水量進(jìn)行方差分析，判別彼此之間的氣溫和降水是否存在統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著差異，但從表2的氣候數(shù)據(jù)仍可以發(fā)現(xiàn)，漢中與韓城地區(qū)的年平均氣溫、年平均降水量接近，但和宏村地區(qū)的氣溫、降水存在明顯的差異。三個(gè)地區(qū)中韓城地區(qū)合院民居庭院形態(tài)數(shù)據(jù)的均值大于漢中地區(qū)，但不存在顯著差異，漢中、韓城地區(qū)與宏村地區(qū)的合院民居在庭院長(zhǎng)度、長(zhǎng)寬比、庭院面積等多個(gè)指標(biāo)上存在顯著差異。綜上，三個(gè)地區(qū)合院民居庭院形態(tài)變化與差異可認(rèn)為是對(duì)所屬地區(qū)氣候條件適應(yīng)的真實(shí)反映。

研究地區(qū)合院民居庭院形態(tài)的變化規(guī)律可以認(rèn)為，面積小而緊湊度較高的庭院是合院民居抵御較高氣溫的重要措施。這些庭院形態(tài)上的特征反映出合院民居通過減少直接暴露在外部環(huán)境的開口部位以減少熱空氣進(jìn)入建筑內(nèi)部，縮短庭院的長(zhǎng)寬比以利用建筑之間的相互遮擋，減少炎熱地區(qū)的太陽(yáng)輻射的樸素的生態(tài)適應(yīng)策略。建筑的形態(tài)雖然與氣候因子相關(guān)性沒有庭院形態(tài)密切。三個(gè)地區(qū)的氣候因子中，日照時(shí)數(shù)以漢中為最短，因此漢中合院民居的正房進(jìn)深及面積為三個(gè)地區(qū)最大，使得建筑形態(tài)沒有和庭院形態(tài)一樣，呈現(xiàn)出按地理位置從北到南的變化規(guī)律，也是其對(duì)相應(yīng)的氣候條件適應(yīng)的一種反映。

5 結(jié)論

綜上所述，本研究得到以下主要結(jié)論：

①三個(gè)研究地區(qū)的合院民居，漢中和韓城地區(qū)合院民居的庭院形態(tài)與宏村地區(qū)的合院民居庭院形態(tài)上有著顯著的差異。庭院形態(tài)上存在著按研究地區(qū)地理位置從北向南，各指標(biāo)逐漸增大的變化規(guī)律。三個(gè)地區(qū)的合院民居的建筑形態(tài)僅在正房的尺度和面積上存在顯著差異，且未和庭院形態(tài)呈現(xiàn)出一致的變化規(guī)律。

②氣候因子中氣溫和降水是影響合院民居庭院形態(tài)變化的主要因子，日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速是影響合院民居建筑形態(tài)的主要因子。庭院形態(tài)的變化是三個(gè)地區(qū)的合院民居適應(yīng)地區(qū)氣候差異的主要途徑，并呈現(xiàn)出隨著氣溫及降水的增加、減少庭院與外部環(huán)境接觸的適應(yīng)策略。