傳統(tǒng)村落、民居綠色建筑技術(shù)研究
——以永州周家大院為例

劉薇薇，陳戈，殷昆侖Liu Weiwei,Chen Ge,Yin Kunlun

（湖南省建筑設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410012）

0 引言

實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，是黨的“十九大”作出的重大決策部署。實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，需要堅(jiān)持人與自然和諧共生、因地制宜、循序漸進(jìn)的原則。鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略在實(shí)施層面，涉及到兩個(gè)重要議題：一是村莊的建設(shè)與規(guī)劃，二是傳統(tǒng)村落的保護(hù)與傳承。

為滿足鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略背景下建筑的多樣化需求，需要更多地挖掘傳統(tǒng)聚落建構(gòu)的特點(diǎn)，研究傳統(tǒng)民居營(yíng)建的智慧，了解傳統(tǒng)村落的文化內(nèi)涵和鄉(xiāng)風(fēng)鄉(xiāng)俗，并充分融入新農(nóng)村的規(guī)劃與建設(shè)。只有在傳統(tǒng)村落研究基礎(chǔ)上進(jìn)行的規(guī)劃，才能使鄉(xiāng)村的地方風(fēng)貌得以存留，傳統(tǒng)建筑技藝得以傳承，當(dāng)?shù)孛袼椎靡匝永m(xù)。本文以湘南永州市富家橋鎮(zhèn)干巖頭村——周家大院古建筑群為例，研究湘南傳統(tǒng)村落和民居的綠色建筑技術(shù)，為傳統(tǒng)優(yōu)秀建造技藝的承續(xù)積累案例和提供思考。

1 湘南傳統(tǒng)村落概述

周家大院 （圖1、圖2）位于湖南省永州市零陵區(qū)富家橋鎮(zhèn)，距離零陵城區(qū)約40km，距桂林約200km，海拔高程約230m，地處平原與山區(qū)交界處，湘江支流進(jìn)水、賢水環(huán)繞而過(guò)，村內(nèi)有X033公路向北接至G207國(guó)道。明嘉靖二十九年，宋代著名理學(xué)家周敦頤之子周燾的十六代孫周佐遷居至此，自始建家立業(yè)，繁衍生息。因聚族而居于大院里的世代子孫均為宋代理學(xué)鼻祖周敦頤的后裔，故名“周家大院”。

圖1 干巖頭村周家大院區(qū)位分析圖

圖2 干巖頭村周家大院航拍實(shí)景

古建筑群由 “子巖府”“老院子”“新院子”“紅門樓”“黑門樓”“四大家院”6個(gè)子院組成。它們始建于明代嘉靖年間，形成于清末民初，六個(gè)院落依山就勢(shì)，如北斗七星狀排布。院落始建于明嘉靖二十九年（1550），至清光緒三十年（1904）全面建成。周家大院古建筑群是湘南地區(qū)規(guī)模最大、功能最齊全的古居民群之一，2007年被列為“中國(guó)歷史文化名村”和“國(guó)家重點(diǎn)文物保護(hù)單位”，它是湘南中西部天井堂廂式-三連間式民居文化融合區(qū)最具代表性的村落之一，呈現(xiàn)出名門望族的凝聚力和向心力。

受多種文化交融的影響，聚族而居是永州傳統(tǒng)民居的重要特點(diǎn)[1]。大院整體坐南朝北，三面環(huán)山，一面開闊臨水；依山就勢(shì)，南高北低，如北斗七星狀排布。各院落的整體排布呈“L”形，除子巖府以外，均呈線性布局的特點(diǎn)（圖3、圖4）。全村雖不是統(tǒng)一布局，但建筑風(fēng)格一致，每個(gè)宅院都為一個(gè)獨(dú)立院落，每單元都是“一顆印”的結(jié)構(gòu)形式，按一正兩橫或一正三橫的結(jié)構(gòu)布局，獨(dú)立成院又和諧連接[2]。

圖3 周家大院古建筑群總平面

圖4 周家大院古建筑群各院落朝向

2 周家大院的選址規(guī)劃、環(huán)境營(yíng)造

丘陵山區(qū)地形破碎，可開發(fā)利用耕地非常有限，在很大程度上限制了村落的規(guī)模。古建筑群的選址側(cè)重滿足農(nóng)耕的用地需求，將更平緩的山間盆地開墾為耕地，而靠近山腳處的區(qū)域用于民居的營(yíng)建。這樣的選址方式，一來(lái)是因?yàn)榕璧嘏c谷地海拔較低，而周邊近山的位置可以形成自然排水，可解決排水的問(wèn)題；二來(lái)，由于山腳處平原和山地過(guò)渡的區(qū)域熱舒適性較好，不至太過(guò)潮濕或干燥，在炎熱的夏季，還可利用部分山體的遮擋起到防熱作用。古建筑群靠山而建，坐落在山谷之中，恰好可以利用山谷風(fēng)效應(yīng)改善夏季的室外環(huán)境。山谷風(fēng)是由于晝間山坡上層的熱空氣上升，流到山谷上層冷空氣的上方，谷底空氣沿山坡向上補(bǔ)充，便形成了熱力環(huán)流（圖5）。而在夜間，山峰會(huì)變成冷風(fēng)源，熱力環(huán)流方向反轉(zhuǎn)，由山頂吹向谷底。所以，山風(fēng)與谷風(fēng)都會(huì)穿過(guò)村落和建筑，使其處于熱力環(huán)流的中央，能夠很好地改善民居建筑的通風(fēng)條件（圖6、圖7）。

圖5 周家大院夜間的熱力環(huán)流（山風(fēng)效應(yīng)）

圖6 周家大院晝間的熱力環(huán)流（谷風(fēng)效應(yīng)）

圖7 周家大院夜間的熱力環(huán)流（山風(fēng)效應(yīng)）

3 傳統(tǒng)民居中的綠色設(shè)計(jì)

3.1 采光系統(tǒng)

周家大院中子巖府內(nèi)部主要通過(guò)外窗、天井庭院采光。

（1）窗地比

子巖府中路院的開間在3880～4095mm之間，進(jìn)深在2400～3800mm上下，東西路院開間在3300～4450mm之間，進(jìn)深在3800～7100mm之間，從門窗采光的角度來(lái)看，中路院的采光要優(yōu)于東西路。以中路上堂院為例，室內(nèi)進(jìn)深較大的一個(gè)房間，窗地比為8%。若不考慮花窗木構(gòu)件的遮擋，室內(nèi)的采光系數(shù)可滿足一般生活起居的需求。相較之下，東西路采光要差一些。以東路丙號(hào)院一進(jìn)院為例，部分房間的采光效果不盡人意，窗地比僅為4%，而四開間的東西路院進(jìn)深超過(guò)7m的房間數(shù)量超過(guò)1/3。

（2）天井

子巖府共有29個(gè)天井（庭院），天井均沿中軸線分布，但東路和西路院的天井并不完全對(duì)稱（圖8）。天井透光面積最小的院落為西路乙號(hào)院一進(jìn)院，面積約為15㎡，最大的為西路丁號(hào)院一進(jìn)院，約為161㎡，其次為中路下堂院，面積約為154㎡。室內(nèi)自然采光效果最好的院落為西路丁號(hào)院一進(jìn)院。

圖8 子巖府的天井示意圖

為進(jìn)一步了解天井對(duì)室內(nèi)自然采光的影響，選擇東路丙號(hào)院一進(jìn)院進(jìn)深較小的一間，乙號(hào)院一進(jìn)院進(jìn)深較小的一間與二進(jìn)院進(jìn)深較小的一間的室內(nèi)采光情況進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)比較（因這三間用房開間進(jìn)深、窗墻比差別不大，而對(duì)應(yīng)的天井大小差別較大）。選擇的房間如圖9所示，三個(gè)房間室內(nèi)自然采光結(jié)果如表1所示。

圖9 自然采光模擬房間A、B、C位置示意圖

表1 三房間室內(nèi)自然采光結(jié)果匯總

僅依據(jù)天井的尺寸和平面布局來(lái)看，容易做出天井尺寸越大，室內(nèi)采光系數(shù)均值越高的判斷，即A房間采光系數(shù)均值最大，C房間次之，B房間最次。而模擬結(jié)果則顯示，B房間的采光效果優(yōu)于C房間，因而可以推斷，設(shè)置過(guò)亭對(duì)室內(nèi)采光效果影響并不大，而檐口出挑長(zhǎng)度對(duì)室內(nèi)采光影響較大。

（3）小結(jié)

通過(guò)上述分析可知，以子巖府為代表的湘南傳統(tǒng)民居室內(nèi)自然采光主要是通過(guò)外窗、亮瓦和天井來(lái)實(shí)現(xiàn)，大部分房間的窗墻比在10%上下，少部分進(jìn)深較大的房間窗墻比僅為4%，基本滿足日常起居需求；對(duì)于采光較差的房間，居民往往通過(guò)鋪設(shè)亮瓦進(jìn)行改造；普遍認(rèn)為用于解決采光通風(fēng)需求的天井，對(duì)室內(nèi)采光有較好的效果，但通過(guò)室內(nèi)自然采光的模擬，發(fā)現(xiàn)天井的尺度和朝向?qū)κ覂?nèi)采光的影響并沒(méi)有預(yù)想中大。表2為子巖府采光系統(tǒng)各設(shè)計(jì)要素的影響程度匯總，從中可以直觀了解到湘南傳統(tǒng)民居采光系統(tǒng)各組成部分的重要性。

表2 子巖府采光系統(tǒng)各設(shè)計(jì)要素的影響程度匯總表

3.2 遮陽(yáng)系統(tǒng)

子巖府內(nèi)部主要通過(guò)連廊、過(guò)亭及挑檐等進(jìn)行遮陽(yáng)。

（1）連廊

子巖府連廊設(shè)置主要集中體現(xiàn)在中路下堂院，其他院落以檐廊、過(guò)亭居多。中路下堂院的連廊寬約3.6m，長(zhǎng)約12m，院墻高約4.45m，為南北向，剛好可以遮擋東西向太陽(yáng)輻射，使夏季天井獲得較好的遮陰效果（圖10、圖11）。表3為中路下堂院采用連廊與不采用連廊的遮陽(yáng)效果對(duì)比。

圖10 中路下堂院連廊平面

圖11 中路下堂院連廊實(shí)景

表3 中路下堂院采用連廊與不采用連廊的遮陽(yáng)效果對(duì)比

（2）過(guò)亭

子巖府東路院乙號(hào)院，西路院的乙號(hào)院、戊號(hào)院，中路的中堂院天井均采用了過(guò)亭的形式，其中最有代表性的是西路乙號(hào)院，每進(jìn)天井處均設(shè)置了過(guò)亭。過(guò)亭屋面寬約6m，長(zhǎng)約3m，屋面投影面積大約為18㎡，雖為東西向，但因天井面積較小，南側(cè)和院墻形成一個(gè)整體，可遮擋夏季絕大部分直射輻射（圖12、圖13）。表4為西路乙號(hào)院采用過(guò)亭與不采用過(guò)亭遮陽(yáng)效果對(duì)比。

圖12 西路院的乙號(hào)院平面及屋頂平面

圖13 西路院的乙號(hào)院二進(jìn)院過(guò)亭及藻井

表4 西路乙號(hào)院采用過(guò)亭與不采用過(guò)亭遮陽(yáng)效果對(duì)比

（3）封火山墻

子巖府的封火山墻一般采用三級(jí)，東、西路院的二進(jìn)院也有部分采用兩級(jí)。最高為中路中堂院的山墻，墻帽下沿標(biāo)高為9.81m。山墻一般在8.6～9.7m上下，最低為8.3m（圖14、圖15）。表5為中路下堂院有無(wú)封火山墻對(duì)屋面太陽(yáng)輻射減少量的對(duì)比。

表5 中路下堂院有無(wú)封火山墻對(duì)屋面太陽(yáng)輻射減少量的對(duì)比

圖14 子巖府東隔墻立面

圖15 子巖府門樓院和中路中堂院封火山墻

（4）花窗、隔扇門

子巖府的花窗、隔扇門類型很多（圖16），采用實(shí)測(cè)的方式難以測(cè)試出漏窗的遮陽(yáng)效果，故采用模擬的方式，選擇兩種不同類型花窗和格柵門進(jìn)行比較。表6為不同鏤空率花窗的遮陽(yáng)效果比較。

表6 不同鏤空率花窗的遮陽(yáng)效果比較

圖16 子巖府支摘窗與格柵窗詳圖

（5）小結(jié)

通過(guò)上述分析可知，在以子巖府為代表的湘南傳統(tǒng)民居中，主要通過(guò)挑檐、封火山墻、花窗、隔扇門來(lái)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)遮陽(yáng)，通過(guò)過(guò)亭、連廊實(shí)現(xiàn)天井和庭院遮陽(yáng)。通過(guò)性能軟件分析可知：從遮陽(yáng)的效用來(lái)說(shuō)，挑檐的效果最佳，依次為封火山墻、隔扇門、花窗。針對(duì)天井遮陽(yáng)，過(guò)亭和連廊的效果都很好，但過(guò)亭的效果比過(guò)廊更好，因?yàn)闊o(wú)論是否設(shè)置連廊，連廊一側(cè)的院墻均有一定的遮陽(yáng)作用。但籠統(tǒng)得出過(guò)亭遮陽(yáng)效果優(yōu)于連廊遮陽(yáng)效果的結(jié)論是欠妥當(dāng)?shù)?，因?yàn)閷?shí)際的遮陽(yáng)效果由過(guò)亭和連廊的尺寸、高度，天井的朝向決定。各遮陽(yáng)措施的效果如表7所示。

表7 子巖府遮陽(yáng)系統(tǒng)各設(shè)計(jì)要素的影響程度匯總表

4 傳統(tǒng)民居中的綠色人文

4.1 傳統(tǒng)元素的應(yīng)用

子巖府乃至整個(gè)周家大院以青、白為主，朱紅色作為映襯，粉墻黛瓦的整體色調(diào)和徽州民居十分相近，朱紅色泥塑窗和大紅燈籠作點(diǎn)綴，又添了幾分祥瑞之氣。木門木窗都為深褐色，基本不采用漆作，僅在杉木原色上涂刷桐油，顯得質(zhì)樸大方（圖17）。

圖17 子巖府建筑色彩以青、白兩色為主

4.2 紋樣與裝飾

子巖府墻上有色彩艷麗的泥雕、堆塑和各式漏窗圖案，表現(xiàn)出房屋的華美[3]；隔扇屏門、支摘花窗和梁架、檐枋上的木刻圖飾（木刻圖案以蓮和花鳥居多）（圖18、圖19），生動(dòng)逼真；木質(zhì)窗欞中也有少量裝飾，雖僅采用矩形、菱形、三角形組合的紋樣，也同樣精致靈動(dòng)，古樸典雅；門墩石、門檻石和各式造型的柱礎(chǔ)石上的石雕圖案，精雕細(xì)琢，技藝精湛，龍鳳麒麟、獅象羊馬，無(wú)一不精致玲瓏，生動(dòng)傳神（圖20）；天井多以卵石鋪地，由不同顏色的卵石拼貼出各種圖案，有蝴蝶、蝙蝠、如意、八卦等，這些圖案都有幸福綿長(zhǎng)、吉祥如意的寓意，包含著周氏族人對(duì)美好生活的祈愿和向往。

圖18 梁坊上的木刻紋樣

圖19 花窗上多見(jiàn)蓮花紋樣

圖20 子巖府的石刻以飛龍走獸居多

5 結(jié)語(yǔ)

本文以周家大院子巖府為重點(diǎn)研究對(duì)象，通過(guò)多次實(shí)地調(diào)研和計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)應(yīng)用分析，對(duì)湘南傳統(tǒng)民居營(yíng)建中蘊(yùn)含的綠色技術(shù)總結(jié)如下：

（1）風(fēng)水選址

傳統(tǒng)風(fēng)水學(xué)在民居選址方面具有一定的科學(xué)性。通過(guò)模擬可以了解到，傳統(tǒng)民居夏至日日照時(shí)間達(dá)12h，冬至日達(dá)8h；依據(jù)主導(dǎo)風(fēng)向分析，過(guò)渡季節(jié)可獲得良好的風(fēng)環(huán)境及較好的空氣質(zhì)量，為村落創(chuàng)造了優(yōu)越的自然環(huán)境。

（2）院落布局

堂屋間距較寬，橫屋布局緊湊，利用狹長(zhǎng)豎向天井、過(guò)亭、過(guò)廊出挑為屋頂提供深遮陽(yáng)，避免了夏季強(qiáng)烈的太陽(yáng)輻射，降低了各院落的溫度，減少了環(huán)境輻射量[4]。

（3）天井采光

每一進(jìn)院落均設(shè)有天井，使得民居能夠雙側(cè)采光，50%～60%的房間室內(nèi)采光能夠滿足飲食起居的要求，進(jìn)深大的房間輔之以亮瓦，可改善室內(nèi)光環(huán)境。

（4）過(guò)亭、連廊、天井院墻遮陽(yáng)

過(guò)亭、連廊可減少夏季輻射達(dá)25%以上，天井內(nèi)還能夠利用院墻及建筑自身形成自遮陽(yáng)。模擬顯示漏窗和封火山墻的遮陽(yáng)效果雖不十分明顯，但也能起到一定作用。

（5）廊道通風(fēng)

民居的布局形式不僅使各院落之間能夠在交通上相互串聯(lián)，還能將不同院落的天井庭院串聯(lián)在一起。連廊、檐廊、過(guò)亭、開敞的堂屋連成一個(gè)整體，使得內(nèi)部形成各路通風(fēng)道，將建筑內(nèi)部的局地風(fēng)匯聚成一體。

（6）花窗隔扇門通風(fēng)

花窗通過(guò)鏤空部分將完整的窗扇均勻地分成了許多個(gè)細(xì)小的通風(fēng)口，通風(fēng)效果比平開窗更好。上部鏤空、下部密實(shí)的隔扇門可通過(guò)開啟和關(guān)閉來(lái)調(diào)節(jié)開間的采光、通風(fēng)和遮陽(yáng)。

（7）天井明溝排水

各院落的天井均設(shè)置深600mm明溝，并通過(guò)暗溝相互連接，形成完整排水系統(tǒng)。僅通過(guò)天井排水凹槽串聯(lián)的方式，便可將生活污水和雨水一并順坡自然排出。

（8）厚墻、屋頂隔熱

民居建筑就地取材，墻體具有良好的隔熱性能，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外封閉，以阻隔熱量進(jìn)入，門窗開向內(nèi)天井，廊道易于通風(fēng)散熱。屋頂?shù)目諝忾g層普遍在2m以上，周圍設(shè)通風(fēng)窗，能夠有效散熱。傳統(tǒng)覆瓦雙坡屋頂不僅能夠隔熱，還具有一定的遮陽(yáng)、導(dǎo)風(fēng)功能。

周家大院具有良好的微氣候環(huán)境，但也暴露了一些傳統(tǒng)民居普遍存在的居住問(wèn)題，如室內(nèi)潮濕、采光不足等：

（1）防潮

由于民居均依山而建，有部分院落所處地勢(shì)較低，通風(fēng)不暢、日照不足、室內(nèi)空氣陰涼，導(dǎo)致墻面、地面返潮、發(fā)霉現(xiàn)象嚴(yán)重[5]。

（2）采光問(wèn)題

部分房間單側(cè)采光，室內(nèi)采光系數(shù)較低，有些房間雖為雙側(cè)采光，但室內(nèi)進(jìn)深過(guò)大，采光極度不均勻。

傳統(tǒng)建筑的綠色技術(shù)研究是一項(xiàng)巨大的工程，涉及面廣、工作量巨大，需要大量人力物力，實(shí)際研究過(guò)程也困難重重。本文對(duì)周家大院從整體到微觀進(jìn)行了基礎(chǔ)研究，可為后續(xù)的傳統(tǒng)民居研究提供參考。