鄉(xiāng)土生產(chǎn)性建筑的氣候構(gòu)形研究
——以鄂西土家族吊腳糧倉(cāng)為例

潘勇杰，張彤

0 引言

太陽(yáng)輻射和地球自轉(zhuǎn)帶來(lái)的能量在地表與地球大氣內(nèi)的交換、轉(zhuǎn)化，構(gòu)成了我們認(rèn)知的“氣候”。諸如遮風(fēng)擋雨、趨暖避寒、通風(fēng)采光等對(duì)氣候環(huán)境的調(diào)適，是建筑建造最原初而本質(zhì)的動(dòng)機(jī)。氣候調(diào)適這一命題始終伴隨著人類(lèi)的生產(chǎn)、生活活動(dòng)，在氣候調(diào)適的過(guò)程中，應(yīng)對(duì)不同氣候條件的各地原生建筑構(gòu)形，即是對(duì)風(fēng)、光、熱等能量要素獲取、保蓄、釋放的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，塑造和奠定了鄉(xiāng)土建筑形體和空間形態(tài)最為恒定的內(nèi)核[1]。

工業(yè)革命以來(lái)，得益于能源利用和科技進(jìn)步，各類(lèi)如電氣照明、機(jī)械通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)等以主動(dòng)耗能為代價(jià)的建筑氣候調(diào)適手段層出不窮。此類(lèi)主動(dòng)式環(huán)境調(diào)控技術(shù)顯然更直接、高效，但同樣意味著更高的能耗和碳排。當(dāng)1960 年代能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題出現(xiàn)，人們才逐漸意識(shí)到社會(huì)綜合可持續(xù)發(fā)展的重要性，一系列諸如“綠色建筑”“建筑節(jié)能”等建筑行業(yè)觀念和技術(shù)的變革應(yīng)運(yùn)而生。在此背景下，低能耗、低碳排的被動(dòng)式環(huán)境調(diào)控方案被建筑領(lǐng)域關(guān)注，與曾經(jīng)的鄉(xiāng)土建筑氣候調(diào)適路徑再次交織，使得綠色建筑研究開(kāi)啟對(duì)于深諳當(dāng)?shù)貧夂蛱卣?、資源稟賦的鄉(xiāng)土建筑智慧回溯。

1 鄉(xiāng)土生產(chǎn)性建筑與氣候構(gòu)形

1 中國(guó)各地鄉(xiāng)土生產(chǎn)性建筑

2 鄉(xiāng)土建筑類(lèi)型及氣候調(diào)適差異

3 漢明器陶倉(cāng)樓，來(lái)源：焦作市文物考古研究所

相較于生產(chǎn)活動(dòng)，人類(lèi)的日常生活更需要在自然環(huán)境中開(kāi)辟出容納自身的“內(nèi)部”。對(duì)于不同氣候條件下的舒適性居住探索，造就了各地體現(xiàn)氣候理性且形態(tài)各異的鄉(xiāng)土生活性建筑（民居）類(lèi)型。在鄉(xiāng)土民居之外，用以從事各種農(nóng)業(yè)、手工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)所需要的建筑設(shè)施稱(chēng)為鄉(xiāng)土生產(chǎn)性建筑，它們是人類(lèi)創(chuàng)造物質(zhì)文明的溫床，也是產(chǎn)生勞動(dòng)價(jià)值的場(chǎng)所（圖1）。按照生產(chǎn)活動(dòng)所在部門(mén)可分為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)建筑（如糧倉(cāng)、禾晾、蠶室、蔭房1）等）和手工業(yè)生產(chǎn)建筑（如酒窖、染坊、磚窯等）等。

鄉(xiāng)土民居和鄉(xiāng)土生產(chǎn)性建筑共同構(gòu)成了歷史維度的鄉(xiāng)土建成遺產(chǎn)[2]。參考學(xué)界對(duì)于鄉(xiāng)土建筑[3-6]的釋義，對(duì)鄉(xiāng)土生產(chǎn)性建筑范疇作以下界定，以利于此類(lèi)型建成遺產(chǎn)的甄別：

（1）從地理區(qū)位考慮，雖名為鄉(xiāng)土，卻也不限于鄉(xiāng)村地區(qū)。在傳統(tǒng)農(nóng)耕社會(huì)，城市與鄉(xiāng)村區(qū)域的二元對(duì)立尚不明顯，且隨著歷史變遷，大量原屬于鄉(xiāng)村的地區(qū)并入城市范圍。

（2）從生產(chǎn)類(lèi)型考慮，主要為小農(nóng)經(jīng)濟(jì)（小生產(chǎn)）體制下的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和手工業(yè)，以及工業(yè)社會(huì)以來(lái)具有鄉(xiāng)土性的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)及現(xiàn)代工業(yè)。

（3）從營(yíng)造方式考慮，需使用根植于地方本土的建造材料與技藝，且體現(xiàn)出非職業(yè)建筑師的設(shè)計(jì)和工藝傳承。

在小農(nóng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)，農(nóng)業(yè)及手工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模普遍偏小，部分無(wú)特殊需求（環(huán)境、工藝等）的生產(chǎn)活動(dòng)與生活居住常歸于同一空間或同類(lèi)型空間，因此平衡地共用同一套以人為本的氣候調(diào)適系統(tǒng)。囿于特殊環(huán)境需求而單獨(dú)設(shè)置的生產(chǎn)性建筑，則具備了以“物”為本2）的氣候調(diào)適契機(jī)。對(duì)于生活舒適和生產(chǎn)高效的內(nèi)部“氣候”的需求，導(dǎo)向不同的氣候構(gòu)形調(diào)適方式，同時(shí)造就了鄉(xiāng)土生產(chǎn)性建筑不同于民居氣候理性的形式特征（圖2）。

相較于20 世紀(jì)以來(lái)被不斷討論和發(fā)展的鄉(xiāng)土民居氣候適應(yīng)性研究而言，本該與之處于同等地位的鄉(xiāng)土生產(chǎn)性建筑氣候調(diào)適研究卻因遺存樣本數(shù)量較少罕被提及。近年來(lái)，在眾多建筑理論學(xué)者有關(guān)鄉(xiāng)土蠶室[7-9]、磚窯[10]等研究的推動(dòng)下，鄉(xiāng)土生產(chǎn)性建筑的環(huán)境理性與學(xué)科意義引發(fā)學(xué)界關(guān)注[11]。鄉(xiāng)土糧倉(cāng)作為糧食生產(chǎn)過(guò)程的最終容器，亦成為研究重點(diǎn)，相關(guān)學(xué)者對(duì)于鄂西北明清糧倉(cāng)[12]、關(guān)中清代義倉(cāng)[13]和黔東南苗侗糧倉(cāng)[14]的調(diào)查研究，聚焦了鄉(xiāng)土語(yǔ)境下糧食倉(cāng)儲(chǔ)建筑環(huán)境調(diào)控和建造模式的關(guān)聯(lián)討論。類(lèi)似研究對(duì)象還涉及茶倉(cāng)[15]、禾晾[16]、蔭房[17]、鹽坊[18]等，所用研究方法也從傳統(tǒng)的定性分析逐步向定性與定量相結(jié)合[19]過(guò)渡。

因此，本文在“鄉(xiāng)土生產(chǎn)性建筑以房屋構(gòu)形實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境調(diào)適”這一核心觀點(diǎn)下，將鄂西土家族吊腳糧倉(cāng)作為研究對(duì)象，考察儲(chǔ)糧環(huán)境需求和地方建造傳統(tǒng)對(duì)于地域糧倉(cāng)構(gòu)形的影響，并試圖從定性和定量相結(jié)合的角度對(duì)這種關(guān)聯(lián)進(jìn)行成因闡釋。

2 土家族吊腳糧倉(cāng)的源流與發(fā)展

2.1 糧食倉(cāng)儲(chǔ)歷史與需求

糧食生產(chǎn)是人類(lèi)賴(lài)以生存和延綿文明的根基，糧食儲(chǔ)存作為糧食生產(chǎn)活動(dòng)的末端環(huán)節(jié)，自古以來(lái)就備受重視。遍觀歷史，中華文明的儲(chǔ)糧智慧可以追溯到半坡遺址的簡(jiǎn)易窖穴和河姆渡遺址的“干欄式糧倉(cāng)”。漢書(shū)《論積貯疏》中更是將糧食倉(cāng)儲(chǔ)譽(yù)為“夫積貯者，天下之大命也”，充分肯定了儲(chǔ)糧在戰(zhàn)備、賑災(zāi)、平抑糧價(jià)等方面的社會(huì)功能，繼而推動(dòng)此后歷朝歷代官倉(cāng)和民倉(cāng)共存的局面（圖3）。

糧食儲(chǔ)存面臨的首要挑戰(zhàn)來(lái)自于糧食本身。糧食的呼吸作用強(qiáng)度僅在含水量少（＜12.5%）和環(huán)境溫度低（＜15～20℃）的情況下才會(huì)減弱，以最小的代價(jià)維持最低限度的生命活動(dòng)，避免不合時(shí)宜的蘇醒發(fā)芽。霉變、蟲(chóng)蛀等儲(chǔ)糧問(wèn)題帶來(lái)的糧食損耗同樣只能在低溫低濕氣候條件下才會(huì)得到抑制。前工業(yè)時(shí)代，在熱輻射、風(fēng)和降水等不利地區(qū)氣候因素下，人類(lèi)主要借助被動(dòng)式的空間氣候調(diào)適方式對(duì)糧食倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境進(jìn)行控溫控濕。北方低溫干燥的氣候條件促發(fā)了窖存的儲(chǔ)糧形式，地窖、半地窖更是成為地區(qū)特色；而在南方，常年濕熱的外部氣候使得儲(chǔ)糧形式傾向于地上糧倉(cāng)，各種隔熱防潮措施數(shù)見(jiàn)不鮮。不同氣候條件下的鄉(xiāng)土糧倉(cāng)形態(tài)，集中體現(xiàn)了以“物”為本的空間氣候調(diào)適智慧，為鄉(xiāng)土生產(chǎn)性建筑的氣候構(gòu)形研究提供了絕佳的范例樣本。

4 恩施州全域高程分析

5 恩施氣象臺(tái)站溫濕度、風(fēng)頻數(shù)據(jù)可視化分析

6 恩施彭家寨吊腳樓群落

7 土家族吊腳樓示意

8 土家族吊腳糧倉(cāng)——宣恩第壹糧庫(kù)外觀

9 糧倉(cāng)內(nèi)部

10 糧倉(cāng)架空層

11 環(huán)境實(shí)測(cè)

2.2 土家族聚集區(qū)地理及氣候環(huán)境

氣候按照影響因素的差異，不僅有海陸分布和大氣環(huán)流造就的全球性氣候，也有因地形和下墊面材質(zhì)差異而形成的局地“小氣候”。根據(jù)巴里（Barry）的氣候分類(lèi)法，氣候可分為4 個(gè)層級(jí)：全球性風(fēng)帶氣候、地區(qū)性氣候、局地（地形）氣候和微氣候[20]。微氣候作為鄉(xiāng)土營(yíng)造最直接面對(duì)的氣候?qū)蛹?jí)，受到地區(qū)性宏觀氣候、地形及地表覆蓋物的多重影響。

恩施土家族苗族自治州位于鄂西，同時(shí)與湘、渝兩省相鄰，屬亞熱帶季風(fēng)型山地濕潤(rùn)性氣候，在我國(guó)建筑氣候區(qū)劃上屬于夏熱冬冷地區(qū)。恩施州全域地貌主要為北部巫山山脈、東部武陵山脈和西部齊躍山脈組成的山間河谷（圖4）。因地形錯(cuò)綜復(fù)雜，地勢(shì)高低懸殊，該地區(qū)又呈現(xiàn)出“一山有四季，十里不同天”的氣候垂直地域差異。

以研究樣本所在地最近氣象臺(tái)站的逐年氣象數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，并進(jìn)行可視化分析（圖5）。分析結(jié)果顯示，一年中該地氣溫在-1～37.7℃之間波動(dòng)，年平均氣溫為17℃，夏季有較長(zhǎng)時(shí)段的高溫天氣，全年均呈現(xiàn)高濕度狀態(tài)，年平均濕度高達(dá)77.4%。在風(fēng)環(huán)境方面，該地主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂舷?，多風(fēng)時(shí)段分布于3-6 月，在山體阻隔下依然保持2.2m/s 的年平均風(fēng)速?？傮w來(lái)看，土家族聚集區(qū)糧食儲(chǔ)存難題主要來(lái)自于該地區(qū)夏季悶熱、全年高濕的氣候條件，而良好的自然風(fēng)環(huán)境又給糧倉(cāng)通風(fēng)降溫除濕策略帶來(lái)了契機(jī)。

2.3 從土家族吊腳樓到吊腳糧倉(cāng)

在山多嶺陡、木多土少、悶熱潮濕的地理、資源、氣候環(huán)境因素下，土家族先民營(yíng)造出具有適應(yīng)性、生態(tài)性特征的山地住居形式——吊腳樓（圖6）。當(dāng)?shù)刈迦瞬捎枚钙碌跄_、緩坡吊腳和平地起吊的方式適應(yīng)多變的山地環(huán)境，不僅創(chuàng)造出垂直分層的生活空間，還有效地避開(kāi)了地面蟲(chóng)獸和濕氣（圖7）。底層架空、二層少設(shè)或不設(shè)木板壁圍護(hù)、以及屋面設(shè)通風(fēng)口等措施，充分利用了自然對(duì)流帶走室內(nèi)熱量和潮濕空氣。吊腳樓坡屋頂屋檐深遠(yuǎn)，起到良好的遮陽(yáng)效果，屋頂以下的閣樓既作糧食等儲(chǔ)藏用，又充當(dāng)二層居住空間的空氣間層，極大減少了夏季輻射得熱量。當(dāng)?shù)剌^多的降水也塑造了吊腳樓無(wú)舉折和檐角上翹的屋面形態(tài)，便于雨水快速排下，減少濕氣聚集。

新中國(guó)成立后，舊有儲(chǔ)糧設(shè)施已無(wú)法滿足新儲(chǔ)糧政策下的倉(cāng)容和技術(shù)需求。土家族人面對(duì)當(dāng)?shù)貪駸岬膬?chǔ)糧氣候，在吊腳樓環(huán)境應(yīng)對(duì)智慧的啟發(fā)下，營(yíng)造出體現(xiàn)氣候調(diào)適語(yǔ)境及地區(qū)建造技藝的糧倉(cāng)類(lèi)型——吊腳糧倉(cāng)。吊腳糧倉(cāng)沿用土家族民居 “平地起吊”的建造技藝，主體結(jié)構(gòu)為穿斗木構(gòu)架系統(tǒng)，排扇下方為0.5m 多高的石柱，排扇之間以“地枕子”連接并擱置木板，此種建構(gòu)方式下的儲(chǔ)糧平面可離地1m 以上，有效地規(guī)避了地區(qū)性的潮濕與鼠害[21]。在技術(shù)匱乏、能源短缺的1950 年代，土家族吊腳糧倉(cāng)依托類(lèi)似的被動(dòng)式空間氣候調(diào)適策略，并利用冬季糧堆降溫后的熱穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代糧倉(cāng)借助機(jī)械控溫才能做到的準(zhǔn)低溫儲(chǔ)糧目標(biāo)3）[22]。

東南大學(xué)建筑學(xué)院相關(guān)團(tuán)隊(duì)4）近幾年曾多次前往恩施州廓域內(nèi)進(jìn)行風(fēng)土考察與實(shí)地測(cè)繪5），目前發(fā)現(xiàn)的吊腳糧倉(cāng)遺存主要有3 處，分別是位于椒園鎮(zhèn)的宣恩縣第壹糧庫(kù)以及曉關(guān)侗族鄉(xiāng)的1 號(hào)、2 號(hào)糧倉(cāng)。本文研究案例為其中建成時(shí)間最早、現(xiàn)存狀態(tài)最好的宣恩縣第壹糧庫(kù)（圖8-10）。該糧倉(cāng)建于1951 年，石質(zhì)外墻包裹著內(nèi)部的木質(zhì)倉(cāng)體，倉(cāng)體共分3 組，每組4 厫，厫倉(cāng)底部通過(guò)架空層與地面脫開(kāi)，厫倉(cāng)頂部為糧食裝卸平臺(tái)，屋頂處還設(shè)有傳統(tǒng)官倉(cāng)常見(jiàn)的“氣樓”。如今，“古稀之年”的吊腳糧倉(cāng)雖不復(fù)往日的使用場(chǎng)景，卻也作為土家族倉(cāng)儲(chǔ)文化記錄者為后人提供珍貴的鄉(xiāng)土建筑研究樣本。

3 土家族吊腳糧倉(cāng)的氣候構(gòu)形機(jī)制

12 測(cè)點(diǎn)布置平面示意

13 測(cè)點(diǎn)布置剖面2-2示意

14 測(cè)點(diǎn)布置剖面1-1示意

15 糧倉(cāng)場(chǎng)地周邊高程分析

16 糧倉(cāng)風(fēng)方位角及熱方位角

17 糧倉(cāng)風(fēng)傾斜角及熱傾斜角

為了量化研究土家族吊腳糧倉(cāng)在濕熱氣候下的環(huán)境應(yīng)對(duì)和建造應(yīng)答，研究團(tuán)隊(duì)在2022 年夏季8 月20-22 日期間，基于低功耗傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)測(cè)方案對(duì)宣恩縣第壹糧庫(kù)開(kāi)展了為期3 天的環(huán)境實(shí)測(cè)（圖11）[23]。鑒于糧倉(cāng)單元式布局且垂直向空間多變的特征，傳感器圍繞典型剖面進(jìn)行布置，具體測(cè)點(diǎn)位置如圖12-14 所示。受限于傳感器覆蓋面、風(fēng)環(huán)境復(fù)雜多變等因素，本研究還使用CFD 軟件PHOENICS 對(duì)糧倉(cāng)構(gòu)形下的氣流組織進(jìn)行模擬，疊加實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)以驗(yàn)證土家族吊腳糧倉(cāng)的被動(dòng)式自然通風(fēng)效能。在定性的策略討論和定量的實(shí)測(cè)、模擬數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，從形體、空間、界面和構(gòu)造等維度對(duì)土家族吊腳糧倉(cāng)“形式—?dú)夂颉币氐年P(guān)聯(lián)機(jī)制展開(kāi)討論。

3.1 氣候的選擇機(jī)制

建房造屋的先決條件即是選擇環(huán)境與適應(yīng)氣候。合理的位置和朝向有利于對(duì)外部氣候進(jìn)行初步選擇，進(jìn)而獲取適宜的外部能量?！罢砩?、環(huán)水、面屏”這些樸素風(fēng)水觀念，表達(dá)了古人在選擇氣候方面的經(jīng)驗(yàn)智慧。

對(duì)于山地環(huán)境，房屋建造不僅受地形制約，同樣受地形氣候影響。宣恩縣第壹糧庫(kù)選址于兩山之間，背靠緩坡。兩側(cè)山體成為糧倉(cāng)的自然屏障，可避免日間過(guò)多的太陽(yáng)輻射，同時(shí)山谷走勢(shì)與盛行風(fēng)向相近，便于借助自然通風(fēng)降溫除濕（圖15）。

朝向方位的考量，是對(duì)局地氣候中風(fēng)、光、熱環(huán)境選擇的另一種手段，可由風(fēng)方位角6）和熱方位角7）來(lái)解讀。風(fēng)方位角表征建筑主體朝向與盛行風(fēng)向之間的關(guān)系，而熱方位角則描述建筑方位對(duì)太陽(yáng)熱量的接納程度。宣恩縣第壹糧庫(kù)長(zhǎng)邊朝向西南，與盛行風(fēng)來(lái)向一致，使得建筑物多數(shù)開(kāi)啟洞口能最大化獲得自然風(fēng)（圖16）。在熱方位方面，糧倉(cāng)長(zhǎng)邊法線與正南方向夾角64.6°。理論上，南向的墻面在太陽(yáng)輻射熱獲取方面優(yōu)于東西向墻面，熱方位角越小，則表明輻射得熱效果越好。宣恩縣第壹糧庫(kù)通過(guò)對(duì)熱方位角的優(yōu)化，使其夏季輻射得熱相對(duì)較低，避免倉(cāng)內(nèi)溫度過(guò)高。

3.2 形體的自適機(jī)制

如果說(shuō)氣候選擇是氣候調(diào)適的前奏，那么對(duì)形體的操作則直切以建筑構(gòu)形實(shí)現(xiàn)氣候調(diào)適的主題。對(duì)于因地制宜的鄉(xiāng)土建筑，氣候在建筑形體上的雕琢更敏銳而直接。關(guān)于體形的描述，可以引入體形系數(shù)、風(fēng)傾斜角8）、熱傾斜角9）、負(fù)體形10）等概念（圖17）。

宣恩縣第壹糧庫(kù)的外觀形態(tài)，整體上呈現(xiàn)一個(gè)由高墻圍合的規(guī)則長(zhǎng)方形體量，較小的體形系數(shù)表達(dá)了糧倉(cāng)對(duì)于外部熱量的排除。糧倉(cāng)頂部的“氣樓”和厫倉(cāng)組團(tuán)間的垂直貫通空間構(gòu)成建筑的負(fù)體形（圖18），同時(shí)充當(dāng)熱壓豎井，較大的負(fù)體形高寬比帶來(lái)更顯著的垂直溫度差異，增強(qiáng)了熱壓通風(fēng)的“拔風(fēng)”效應(yīng)；糧倉(cāng)較大的屋面風(fēng)傾斜角在伯努利效應(yīng)下使得屋頂兩側(cè)產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)，風(fēng)壓和熱壓共同作用于室內(nèi)氣流，向上并通過(guò)“氣樓”排出。糧倉(cāng)的屋頂坡度、出檐深度還影響著建筑對(duì)太陽(yáng)輻射熱的獲取。從圖17 可以看出，糧倉(cāng)屋面熱傾斜角為負(fù)值，呈現(xiàn)以自身形態(tài)規(guī)避太陽(yáng)的“自遮陽(yáng)形體”。

3.3 空間的梯度機(jī)制

空間的梯度機(jī)制指在空間組織中，依據(jù)不同空間對(duì)于風(fēng)、光、熱、濕環(huán)境的差異需求，合理配置空間結(jié)構(gòu)和布局，實(shí)現(xiàn)梯度化氣候調(diào)適。“溫度洋蔥”就是空間氣候梯度下的典型設(shè)計(jì)策略。在這種機(jī)制下，主要功能空間（被調(diào)控空間）的環(huán)境需求被最大化滿足，而次要空間和輔助空間（調(diào)控空間）則充當(dāng)緩沖區(qū)和調(diào)節(jié)區(qū)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不利氣候的屏蔽[24]。

對(duì)于生產(chǎn)性建筑，容納生產(chǎn)活動(dòng)的空間即為最主要的被調(diào)控空間。宣恩第壹糧庫(kù)在熱環(huán)境的差異化需求下，分為直接調(diào)控空間、選擇調(diào)控空間和被調(diào)控空間（熱受體）3 級(jí)梯度（圖19）。直接調(diào)控空間即前文所述的由“氣樓”和垂直貫通空間組成的負(fù)體形，該空間具有半開(kāi)敞屬性，作為室內(nèi)外環(huán)境的緩沖地帶，是內(nèi)外能量傳遞與轉(zhuǎn)化的橋梁。選擇調(diào)控空間是糧倉(cāng)氣候梯度的第二級(jí)，由環(huán)繞倉(cāng)體四周的首層、夾層過(guò)道和門(mén)廳組成，該部分空間不僅充當(dāng)交通使用，還因?yàn)檩^多的開(kāi)啟洞口而具備氣候調(diào)適的選擇性和靈活性。第三級(jí)梯度是被調(diào)控空間（熱受體），由糧倉(cāng)中最為封閉且對(duì)熱環(huán)境需求最穩(wěn)定的倉(cāng)體以及管理人員辦公空間組成。倉(cāng)體和辦公空間雖同作為熱受體，卻因服務(wù)對(duì)象差異而指向不同的氣候調(diào)適需求。倉(cāng)體為糧食儲(chǔ)存服務(wù)，隔熱是首要需求，而辦公空間以人員舒適為本，日照不可或缺，因此辦公空間布置在倉(cāng)體的南側(cè)，充當(dāng)倉(cāng)體隔熱的又一層屏障。

18 糧倉(cāng)負(fù)體形示意

19 糧倉(cāng)空間梯度示意

20 1-1剖面各溫濕度測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)分析

21 1-1剖面各溫濕度測(cè)點(diǎn)濕度數(shù)據(jù)分析

22 2-2剖面各溫濕度測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)分析

23 2-2剖面各溫濕度測(cè)點(diǎn)濕度數(shù)據(jù)分析

圖20所示為8月20-22日糧倉(cāng)1-1剖面各測(cè)點(diǎn)溫度及室外空氣溫度變化曲線。從圖中可以看出，夏季室內(nèi)不同位置溫度與室外熱環(huán)境波動(dòng)趨勢(shì)相近，室內(nèi)最高溫度出現(xiàn)時(shí)刻較室外有1～2h 的延遲。各測(cè)點(diǎn)的溫度變化差異，同樣驗(yàn)證了糧倉(cāng)空間組織在熱環(huán)境調(diào)適中的梯度機(jī)制，即倉(cāng)體作為被調(diào)控空間（熱受體），四周走道及中庭貫通空間作為調(diào)控空間提供氣候緩沖，整體呈現(xiàn)從上到下、由外至內(nèi)的溫度梯度變化特征。倉(cāng)體作為熱受體在熱調(diào)控空間的環(huán)裹下，擁有較好的穩(wěn)定性，溫度日較差維持在3℃以?xún)?nèi)，并在夏日高溫時(shí)刻維持同室外氣溫6～8℃的溫度差異。溫度與相對(duì)濕度的協(xié)同性使得糧倉(cāng)濕環(huán)境同樣呈現(xiàn)類(lèi)似的梯度差，如圖21 所示。倉(cāng)體內(nèi)部濕度在夏日全天均維持在較高水平，可能與空置倉(cāng)體內(nèi)部無(wú)有效通風(fēng)有關(guān)。

如此設(shè)計(jì)，由易到難，由淺入深，巧妙對(duì)學(xué)生的前期學(xué)習(xí)情況進(jìn)行了鞏固和反饋，教師繼續(xù)指導(dǎo)：“課堂背誦，要做到一看二想三誦讀?！痹谝龑?dǎo)學(xué)生填空檢測(cè)的同時(shí)，巧妙培養(yǎng)了學(xué)生的背誦能力。

圖22、23 所示為同時(shí)段糧倉(cāng)2-2 剖面各測(cè)點(diǎn)的溫濕度變化曲線。在夏日高溫時(shí)段，糧倉(cāng)南側(cè)室內(nèi)測(cè)點(diǎn)呈現(xiàn)比北側(cè)測(cè)點(diǎn)更高的溫度取值，充分驗(yàn)證了辦公空間作為熱流屏障布置在倉(cāng)體南側(cè)的合理性。結(jié)合圖20、21 對(duì)比分析可知，北側(cè)的厫倉(cāng)比南部?jī)蓚?cè)的厫倉(cāng)具有更佳的熱環(huán)境性能，具體表現(xiàn)在高溫時(shí)段0.7℃和3.2%的溫濕度差異以及日較差更小的熱穩(wěn)定性。圖22 還表明了中庭貫通空間在炎熱氣候下?tīng)I(yíng)造舒適熱環(huán)境的能力。作為生產(chǎn)性建筑，糧倉(cāng)中庭貫通空間不僅作為氣候緩沖地帶為生產(chǎn)主體（糧倉(cāng)）提供熱調(diào)控，還為生產(chǎn)活動(dòng)（糧食裝卸）提供了舒適的操作環(huán)境。

3.4 界面的引導(dǎo)機(jī)制

建筑界面對(duì)于氣候的調(diào)適主要分為“靜態(tài)控制”和“動(dòng)態(tài)控制”兩個(gè)維度。靜態(tài)控制體現(xiàn)在圍護(hù)界面的材料及構(gòu)造設(shè)計(jì)上，而動(dòng)態(tài)控制則是對(duì)圍護(hù)界面開(kāi)啟系統(tǒng)的配置。圍護(hù)界面上的開(kāi)啟洞口作為室內(nèi)外能量交換的通道，其開(kāi)啟大小、位置及時(shí)段等，引導(dǎo)著建筑通過(guò)對(duì)流、輻射進(jìn)行的能量交換過(guò)程。

糧倉(cāng)的氣候調(diào)適界面分為3 級(jí)：由“氣樓”常開(kāi)洞口構(gòu)成的敞開(kāi)型界面、由外圈石墻門(mén)窗構(gòu)成的選擇型界面以及由屋頂和木質(zhì)倉(cāng)壁組成的隔絕型界面（圖24）。各界面的開(kāi)啟方式（大小、數(shù)量、相對(duì)位置等）對(duì)糧倉(cāng)內(nèi)部的自然通風(fēng)產(chǎn)生了顯著影響。圖25 所示為實(shí)測(cè)時(shí)段內(nèi)剖面1-1 各風(fēng)速測(cè)點(diǎn)所獲取數(shù)據(jù)的變化曲線，可見(jiàn)在室外風(fēng)速較低的情況下，糧倉(cāng)內(nèi)部依然存在明顯的空氣流動(dòng)。

通過(guò)剖面特征分析可知，糧倉(cāng)在頂部“氣樓”和中庭貫通空間的垂直溫差下，結(jié)合各類(lèi)型界面門(mén)窗洞口大小、相對(duì)位置的設(shè)計(jì)，引導(dǎo)自然氣流進(jìn)入室內(nèi)，并攜裹熱量和濕氣由下而上經(jīng)“氣樓”排出（圖26）。糧倉(cāng)石砌外墻底部常開(kāi)的圓形洞口在熱壓通風(fēng)機(jī)制下充當(dāng)進(jìn)風(fēng)口，與架空層齊平的洞口位置以及與頂部“氣樓”出風(fēng)口較大的高度差保證了該機(jī)制下的通風(fēng)效果。圖27 所示為與實(shí)測(cè)時(shí)間段相似氣象（室外氣溫32℃，風(fēng)速1m/s）、倉(cāng)體內(nèi)部無(wú)堆糧條件下糧倉(cāng)的風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果。模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表現(xiàn)出較高的相關(guān)性，具體表現(xiàn)在室外＞外側(cè)窗＞中庭下部＞中庭上部的風(fēng)速差異。

當(dāng)室外風(fēng)速較大時(shí)，糧倉(cāng)選擇型界面的眾多開(kāi)啟洞口使得風(fēng)壓通風(fēng)占據(jù)主導(dǎo)地位。糧倉(cāng)氣樓迎風(fēng)面與背風(fēng)面對(duì)位貫通的洞口設(shè)計(jì)，有效減少了過(guò)流路徑的阻力與迂回，由此產(chǎn)生的負(fù)壓區(qū)帶動(dòng)下部氣流抬升并逸出室外（圖28）。圖29 所示為室外風(fēng)速較大時(shí)（3m/s）糧倉(cāng)的風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果，從圖中可以看出糧倉(cāng)頂部氣樓處風(fēng)速較大，并形成局部渦流。由石砌外墻下部洞口流入的自然風(fēng)穿過(guò)糧倉(cāng)架空層后經(jīng)對(duì)側(cè)洞口流出，總體呈現(xiàn)迎風(fēng)側(cè)過(guò)道＞背風(fēng)側(cè)過(guò)道＞架空層＞中庭的風(fēng)速差異，并基本維持在1.5m/s 左右。

24 糧倉(cāng)氣候調(diào)適界面類(lèi)型圖示

25 1-1剖面各風(fēng)速測(cè)點(diǎn)風(fēng)速數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

26 糧倉(cāng)熱壓通風(fēng)狀態(tài)下氣流組織圖示

27 糧倉(cāng)熱壓通風(fēng)（主）狀態(tài)下風(fēng)環(huán)境模擬

28 糧倉(cāng)風(fēng)壓通風(fēng)狀態(tài)下氣流組織圖示，來(lái)源：參考文獻(xiàn)[25]

29 糧倉(cāng)風(fēng)壓通風(fēng)（主）狀態(tài)下風(fēng)環(huán)境模擬

3.5 構(gòu)造的開(kāi)閉機(jī)制

界面的靜態(tài)控制通過(guò)對(duì)材料及構(gòu)造的開(kāi)閉組織，實(shí)現(xiàn)傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射3 種能量交換過(guò)程的強(qiáng)化或抑制。對(duì)于濕熱氣候條件下的土家族吊腳糧倉(cāng)，以材料及構(gòu)造方式降低夏季儲(chǔ)糧溫濕度的策略可大致歸為兩類(lèi)：抑制熱傳導(dǎo)和強(qiáng)化熱對(duì)流，主要依賴(lài)于墻體、地面、屋頂這3 處圍護(hù)界面實(shí)現(xiàn)。

強(qiáng)化熱對(duì)流的材料構(gòu)造方式，其落腳點(diǎn)是為自然通風(fēng)服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)散熱和除濕。糧倉(cāng)強(qiáng)化熱對(duì)流的構(gòu)造主要為界面開(kāi)啟洞口的附屬組件，例如外墻上的支摘窗擋板，其特殊的開(kāi)啟方式既保證了氣流進(jìn)出的通道，又實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)熱輻射的抑制（圖30b）。而在地面層級(jí)，儲(chǔ)糧倉(cāng)體被一排排石柱架空抬升至1m 左右，避免了地面熱傳導(dǎo)和濕氣的傳遞，同時(shí)也因貫穿的氣流通道而為自然通風(fēng)提供絕佳路徑（圖30c）。

4 結(jié)語(yǔ)

本文是將氣候構(gòu)形理論應(yīng)用于鄉(xiāng)土生產(chǎn)性建筑研究的一次嘗試。文章以鄉(xiāng)土生產(chǎn)性建筑為研究對(duì)象，聚焦鄂西土家族吊腳糧倉(cāng)，考察了地區(qū)性氣候環(huán)境對(duì)該地區(qū)糧倉(cāng)建筑形式與建構(gòu)的外在表征與內(nèi)在機(jī)制。研究表明，土家族吊腳糧倉(cāng)的形體、空間、界面、構(gòu)造特征呈現(xiàn)出建筑形式與氣候的高度關(guān)聯(lián)，究其根源可歸納出氣候選擇、形體自適、空間梯度、界面引導(dǎo)以及構(gòu)造開(kāi)閉這5 個(gè)維度層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣的氣候構(gòu)形機(jī)制。

30 材料構(gòu)造方式模型圖示

從理論層面來(lái)說(shuō)，本文提供了一種結(jié)合田野調(diào)查、環(huán)境實(shí)測(cè)、性能模擬方法對(duì)鄉(xiāng)土生產(chǎn)性建筑進(jìn)行“形式—?dú)夂颉币鼗コ蓹C(jī)制研究的方法；從現(xiàn)實(shí)層面來(lái)說(shuō)，本文的研究結(jié)果在一定程度上反映了該地區(qū)濕熱氣候條件下糧倉(cāng)類(lèi)建筑的在地建造應(yīng)答，可以為類(lèi)似調(diào)控需求的地域綠色建筑形式生成提供思路和方法。同時(shí)，本文作為研究項(xiàng)目的階段性成果，尚存許多待深入探索的議題。文章著重探討了土家族吊腳糧倉(cāng)具體實(shí)例在“當(dāng)下”構(gòu)形參數(shù)下的環(huán)境調(diào)控機(jī)制，但尚未充分解答關(guān)于構(gòu)形參數(shù)與環(huán)境調(diào)控效能間的交互機(jī)理問(wèn)題，例如改變開(kāi)啟面積或負(fù)體形高寬比等參數(shù)對(duì)調(diào)控效能的影響程度，以及如何優(yōu)化構(gòu)形參數(shù)以實(shí)現(xiàn)調(diào)控效能的最優(yōu)解。從“構(gòu)形”研究的角度過(guò)渡到更深入的“構(gòu)型”研究，結(jié)合形式能量關(guān)系適應(yīng)性分析，揭示地區(qū)氣候環(huán)境下建筑空間形態(tài)生成的氣候理性與構(gòu)型機(jī)理，將是本文團(tuán)隊(duì)接下來(lái)的工作焦點(diǎn)。

注釋

1）蔭房，也稱(chēng)晾房，是吐魯番當(dāng)?shù)仄限r(nóng)利用光熱資源進(jìn)行葡萄干晾制、生產(chǎn)的生土建筑。蔭房通常呈平頂長(zhǎng)方形格局，墻面以土坯磚塊錯(cuò)落疊砌而成，由此形成的方形或多邊形孔洞在滿足自然通風(fēng)的同時(shí)，又使得垂掛的葡萄免受直射光。蔭房木櫞上設(shè)若干“掛架”，用樹(shù)枝、鐵鉤或麻繩固定，以掛晾收獲的新鮮葡萄?！皰旒堋彪x地面有半米左右的高度，便于通風(fēng)和清掃掉落的葡萄。

2）所謂以“物”為本的氣候調(diào)適，即作為生產(chǎn)性建筑需首要滿足生產(chǎn)活動(dòng)的工藝環(huán)境需求，與之相關(guān)的生產(chǎn)人員的工作環(huán)境需求次之。

3）所謂低溫儲(chǔ)糧，即平均糧溫常年保持在15℃以下，局部糧溫最高不超過(guò)20℃的儲(chǔ)藏方式；準(zhǔn)低溫儲(chǔ)糧是降低標(biāo)準(zhǔn)下的低溫儲(chǔ)糧方式，需保持平均糧溫恒定于20℃以下，且局部最高糧溫不超過(guò)25℃，引自參考文獻(xiàn)[22]。

4）自2019年“兩河口：土家鹽道古村的再生”東南大學(xué)、華中科技大學(xué)和威尼斯建筑大學(xué)三校國(guó)際聯(lián)合教學(xué)肇始，至2021年張彤教授聯(lián)合策展的第17屆威尼斯雙年展官方平行展“兩河口，一個(gè)土家會(huì)聚之地的再生”，再至2022年亞洲干欄木構(gòu)建筑遺產(chǎn)的保護(hù)與再生學(xué)術(shù)研討會(huì)，4年間東南大學(xué)建筑學(xué)院張彤、李海清、王川、淳慶等團(tuán)隊(duì)先后參與到恩施州土家族干欄木構(gòu)建筑遺產(chǎn)價(jià)值、保護(hù)與再生研究。

5）2019年暑假，東南大學(xué)建筑學(xué)院2016級(jí)測(cè)繪調(diào)查小組成員朱翼、楊靈、張卓然、唐宇軒、藍(lán)明發(fā)和鄭舒欣在李海清教授指導(dǎo)下對(duì)恩施州宣恩縣第壹糧庫(kù)開(kāi)展了詳盡的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪。測(cè)繪圖紙為本研究提供了珍貴的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其中本文圖12-14的平立剖底圖，圖26、28的剖面底圖均由李海清老師提供，在此一并感謝。

6）風(fēng)方位角指建筑體形長(zhǎng)軸方向的法線與主導(dǎo)風(fēng)向之間的夾角。

7）熱方位角指建筑體形長(zhǎng)軸方向的法線與正南方的夾角。

8）風(fēng)傾斜角指建筑迎風(fēng)面的法線與主導(dǎo)風(fēng)向的夾角，包含屋面風(fēng)傾斜角和立面風(fēng)傾斜角兩個(gè)概念。

9）熱傾斜角指建筑立面與垂直方向或建筑屋面與水平方向所成夾角，包含屋面熱傾斜角和立面熱傾斜角兩個(gè)概念。迎向太陽(yáng)方向時(shí)其值為正，背向太陽(yáng)方向時(shí)為負(fù)。

10）負(fù)體形用于表述與建筑形體具有緊密而明確幾何相關(guān)性的外部空間，如庭院、天井、軒、廊等。負(fù)體形具備獨(dú)立完整性質(zhì)和幾何形狀，對(duì)建筑室內(nèi)物理環(huán)境產(chǎn)生可以解析的作用與影響，一般情況下起到過(guò)渡、緩沖以及調(diào)節(jié)優(yōu)化環(huán)境物理性能的作用。