窯洞營(yíng)造技藝中的科學(xué)智慧

李佳琦

窯洞是黃土高原特有的一種民居形式，是人類早期穴居發(fā)展演變的實(shí)物遺存，廣泛分布于山西、陜西、甘肅等地。位于陜甘寧三省區(qū)交會(huì)處的甘肅省慶陽(yáng)市，被中國(guó)民俗學(xué)會(huì)命名為“窯洞民居之鄉(xiāng)”，慶陽(yáng)窯洞營(yíng)造技藝也被列入第二批國(guó)家級(jí)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)名錄。窯洞在不同自然環(huán)境、地貌特征和地方風(fēng)土的影響下，形成了各種不同的樣式。讓我們一起看看窯洞中的科學(xué)吧！

窯洞的圓拱造型使其受力均勻、不易坍塌

誕生于黃土中的居所

黃土高原是世界上最大的黃土堆積區(qū)，也是世界上黃土覆蓋面積最大的高原。當(dāng)?shù)鼐用裼米约旱闹腔郏蛸囈陨娴狞S土內(nèi)部探尋空間，創(chuàng)造了窯洞這一冬暖夏涼的建筑形式。

在20世紀(jì)，“陜甘革命根據(jù)地為黨中央和各路長(zhǎng)征紅軍提供了落腳點(diǎn)，為后來(lái)八路軍主力奔赴抗日前線提供了出發(fā)點(diǎn)”，一排排窯洞見(jiàn)證了中國(guó)革命的發(fā)展與成熟，寄托著中國(guó)人民的希望和力量。

黃土具有良好的保溫性，結(jié)構(gòu)緊密、不易坍塌、適于挖鑿。生土窯洞（有別于磚石材料做的窯洞）常依托自然生成的向陽(yáng)黃土壁建造。因?yàn)橄蜿?yáng)的黃土壁能保持干燥，而干燥的黃土硬度更高，能保障安全。黃土高原地區(qū)降雨偏少，對(duì)挖鑿窯洞也十分有利。

每一孔窯洞寬4～5米，高5～6米，深9～10米。這些洞穴最大的特征是頂部為類似拋物線的拱形，拱上面一般留有至少3米厚的黃土層，從而保障建筑不被雨水淋透。

奇妙的減法建造

生土窯洞的建造過(guò)程較為簡(jiǎn)單，卻處處蘊(yùn)含著智慧。它依托黃土進(jìn)行減法建造，省去了備料和運(yùn)輸?shù)攘鞒獭?/p>

開(kāi)鑿洞穴。匠人用鐵鍬、鐵锨（xiān）、镢（jué）頭等工具將土從黃土壁上挖出，形成弧形的拱頂；用石杵（chǔ）或木杵夯實(shí)土方；之后抹上用水、黃土和碎麥草和（huò）好的黏泥，使洞穴表面光滑。

挖拱頂洞穴

防水處理。為了防止雨水從窯洞口流入建筑，匠人會(huì)用薄石板做類似屋檐的窯檐，石板平鋪好后上面壓一些重石塊。為了提高防水性能，匠人會(huì)在此基礎(chǔ)上，在窯洞口處做磚石砌口或砌窯面，稱為磚石砌口窯洞。隨著當(dāng)?shù)厝松顥l件的改善，在生土窯洞內(nèi)加建磚石拱的做法也較為常見(jiàn)。

安裝木質(zhì)門(mén)窗。這些木質(zhì)門(mén)窗會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，確定尺寸后加工組合，通常為一扇門(mén)、一至兩扇低窗和一扇高窗，在滿足采光需要的同時(shí)，空氣可以上下對(duì)流，使窯洞內(nèi)有源源不斷的新鮮空氣。

室內(nèi)的布置。傳統(tǒng)的窯洞內(nèi)不用床，而是會(huì)請(qǐng)技藝好的匠人砌筑灶臺(tái)、火炕和煙囪，這樣可以將做飯時(shí)燒柴火的熱量留在炕洞中，讓炊煙從煙囪中排出。

建造窯洞的原材料雖然很少，但窯洞與黃土地互為一體，又使它成為材料最厚實(shí)的建筑。

窯洞的窗戶圖案（繪圖/ 黃金）

窯洞室內(nèi)布置炕洞圖（繪圖/ 魏欣）

了解了窯洞的這么多特點(diǎn)后不難發(fā)現(xiàn)，它用料節(jié)約環(huán)保、室內(nèi)環(huán)境舒適且與環(huán)境和諧共生，是被動(dòng)式的生態(tài)建筑，更是當(dāng)之無(wú)愧的中國(guó)五大特色傳統(tǒng)民居建筑形式之一。如今，許多窯洞已經(jīng)得到了保護(hù)，窯洞的拱形特征也被作為設(shè)計(jì)語(yǔ)言用在現(xiàn)代建筑中，形成了很強(qiáng)的地域特色。

（責(zé)任編輯 / 高琳 美術(shù)編輯 / 胡美巖）

知識(shí)鏈接：窯洞的主要形式

除了生土窯洞，還有磚窯、石窯或混合材料建成的窯洞。一家人至少有3～5孔窯洞，窯洞之間有不同的排列方式，窯洞與環(huán)境之間也有不同的融合方式。

第一種是開(kāi)敞式靠崖窯，也就是依靠山角或溝畔等處的黃土壁挖出的窯洞。窯洞前面是天然形成或人工平整過(guò)的開(kāi)敞平地。小的窯群呈一字形排列，大的窯群層層后退疊壓，坡道相連，蔚為壯觀。

第二種是下沉式地坑院。地坑院是黃土高原古人穴居方式的遺留，可以追溯到4000多年前。這類窯洞是在平整的黃土地基上向下挖出方形洞，形成四面土壁，再利用這四面土地向內(nèi)挖多孔功能不同的窯洞，例如主窯、副窯、廚窯、牲口窯、糧窯、柴草窯等，很像“地下四合院”。居民通過(guò)有坡道或臺(tái)階的墁道進(jìn)出地坑院。為了防雨和蓄水，院內(nèi)會(huì)挖一口深井用來(lái)滲水。

第三種是獨(dú)立式覆土窯。這類窯洞受地形的限制較少，只需以黃土作為地基，內(nèi)部可以像樓房一樣進(jìn)行墻面抹白等裝修。

在生活中，各種類型的窯洞會(huì)相互配合，共同順應(yīng)地形，達(dá)到最佳的布局效果。

?各類窯洞修建位置示意圖（繪圖/魏欣）

知識(shí)拓展：中國(guó)五大特色傳統(tǒng)民居建筑形式

中國(guó)五大特色傳統(tǒng)民居建筑形式包括陜西窯洞、客家圍龍屋、北京四合院、廣西桿欄式和云南一顆印。（關(guān)于桿欄式、抬梁式、穿斗式可詳見(jiàn)《知識(shí)就是力量》雜志2023年3月刊）