張掖東倉(cāng)建筑特征與氣候適應(yīng)性策略定性分析

基金項(xiàng)目：本文系2023年度河南省重點(diǎn)研發(fā)與推廣專(zhuān)項(xiàng)（科技攻關(guān)）項(xiàng)目“綠色儲(chǔ)糧環(huán)境被動(dòng)式控制理論與高標(biāo)準(zhǔn)糧食倉(cāng)房被動(dòng)式設(shè)計(jì)方法”（232102110285）研究成果。

氣候適應(yīng)性策略是指人類(lèi)為應(yīng)對(duì)特定氣候條件而發(fā)展出的一系列智慧解決方案，這些策略通過(guò)對(duì)環(huán)境特征的深入理解，無(wú)須或極少依賴(lài)外部能源輸入。在建筑領(lǐng)域，這種策略主要通過(guò)被動(dòng)式設(shè)計(jì)手法體現(xiàn)，包括建筑形態(tài)、空間布局、材料選擇和構(gòu)造技術(shù)等多個(gè)方面。與現(xiàn)代建筑依賴(lài)機(jī)械設(shè)備調(diào)節(jié)環(huán)境不同，氣候適應(yīng)性策略強(qiáng)調(diào)建筑本身與自然環(huán)境的和諧互動(dòng)，利用氣候特點(diǎn)，而非與其對(duì)抗。

傳統(tǒng)糧倉(cāng)作為農(nóng)業(yè)文明的重要物質(zhì)載體，集中展現(xiàn)了氣候適應(yīng)性策略的精髓。在漫長(zhǎng)的農(nóng)耕歷史中，各地先民根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛱卣靼l(fā)展出獨(dú)具特色的糧倉(cāng)形式。潮濕多雨的南方地區(qū)往往采用架空式糧倉(cāng)，通過(guò)將儲(chǔ)糧空間抬離地面，有效阻斷地面濕氣上升，同時(shí)利用自然風(fēng)力增強(qiáng)通風(fēng)效果；在氣候干燥的北方地區(qū)，厚重的土墻糧倉(cāng)利用材料的高熱容量特性，緩沖外部溫度波動(dòng)，維持糧倉(cāng)內(nèi)部相對(duì)穩(wěn)定的溫濕度環(huán)境；在季風(fēng)氣候區(qū)，人們?yōu)榧Z倉(cāng)設(shè)計(jì)了可根據(jù)季節(jié)調(diào)整的開(kāi)口系統(tǒng)，雨季關(guān)閉防潮，干季開(kāi)啟通風(fēng)。這些設(shè)計(jì)無(wú)一不體現(xiàn)了對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蛞?guī)律的準(zhǔn)確把握和巧妙應(yīng)對(duì)。

這些看似簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)技術(shù)，實(shí)則蘊(yùn)含著豐富的糧倉(cāng)營(yíng)建智慧，通過(guò)巧妙的建筑設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)節(jié)倉(cāng)內(nèi)環(huán)境，能夠最大限度地保障糧食安全。雖然傳統(tǒng)糧倉(cāng)通過(guò)各種氣候適應(yīng)性策略所營(yíng)造出的儲(chǔ)糧環(huán)境無(wú)法做到與現(xiàn)代糧倉(cāng)使用主動(dòng)式設(shè)備一樣的效果，但是在古代這是最適宜的方式。探究傳統(tǒng)糧倉(cāng)的氣候適應(yīng)性策略，從中汲取古人寶貴的建造經(jīng)驗(yàn)，能夠?yàn)楝F(xiàn)代糧倉(cāng)設(shè)計(jì)和建造提供指導(dǎo)。

一、張掖東倉(cāng)歷史沿革

明朝建國(guó)之初，朱元璋深刻認(rèn)識(shí)到農(nóng)業(yè)對(duì)于國(guó)家建設(shè)的重要性。農(nóng)業(yè)不僅是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石，還是促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定的重要保障，因此明朝大力推進(jìn)屯墾制度的建設(shè)與完善。隨著軍屯制度的逐步健全，張掖（甘州府）甘肅鎮(zhèn)的屯田戍邊功能得到了顯著增強(qiáng)，促進(jìn)了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的蓬勃發(fā)展，使張掖成為河西地區(qū)聞名的西北糧倉(cāng)，糧食產(chǎn)量十分豐盛。

為儲(chǔ)存這些糧食，張掖（甘州府）修建了較大規(guī)模的倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施，主要包括東倉(cāng)和西倉(cāng)。據(jù)《張掖市志》記載，東倉(cāng)坐落于甘州城東北角，原名甘州倉(cāng)，民間稱(chēng)為明大倉(cāng)或東大倉(cāng)。東大倉(cāng)又稱(chēng)廣儲(chǔ)倉(cāng)，明弘治十六年（1503年），都御使劉璋在其內(nèi)建造了預(yù)備倉(cāng)。

清朝時(shí)期，前后三任張掖知縣杜萌、王延贊、陶士麟分別在乾隆十八年（1753年）、二十八年（1763年）和四十一年（1776年）對(duì)東倉(cāng)進(jìn)行了詳細(xì)修繕和擴(kuò)建。到了光緒年間，甘州知縣喻炎炳重建了22座傲房，并分別命名為廣被、廣恒等。

東倉(cāng)占地面積達(dá)2萬(wàn)多平方米，其中厰房占地4600多平方米，儲(chǔ)糧能力高達(dá)770萬(wàn)公斤。如今，張掖東倉(cāng)尚存9座共54間厰房，坐東朝西布局，南北長(zhǎng)度超過(guò)160米，東西寬約12米，建筑面積約2000平方米，其現(xiàn)存外觀如圖1所示。

二、張掖地理位置與氣候特點(diǎn)

甘肅省張掖市甘州區(qū)的張掖東倉(cāng)位于河西走廊中段，緊鄰巴丹吉林沙漠南緣和祁連山北麓，地理坐標(biāo)為北緯 38^°32^′-39^°24^′ ，東經(jīng) 100^°06^′-100^°52^′ 。這一區(qū)域是青藏高原和蒙古高原的交界處，地形多元：南側(cè)聳立著祁連山脈，北側(cè)分布著合黎山和龍首山，中央則是寬廣的走廊平原。整個(gè)地區(qū)呈現(xiàn)出南北兩側(cè)高、中央地帶低的地形特征，構(gòu)成了一個(gè)從東南向西北傾斜的盆地，海拔在1400—2000米。

圖1張掖東倉(cāng)外觀

作為溫帶大陸性氣候的典型代表，張掖市甘州區(qū)的氣候以“干、熱、冷、風(fēng)”四個(gè)特點(diǎn)為主要標(biāo)志。該區(qū)域最為顯著的氣候特點(diǎn)是極度干燥少雨，年均降水量低于全國(guó)平均水平；該地區(qū)溫度差異明顯，不僅季節(jié)溫差大，晝夜溫差也很突出，一月平均最低氣溫可達(dá) -18^°C ，七月平均最高氣溫可達(dá) 29°C ，一天之內(nèi)的溫差常常在 ；該地區(qū)陽(yáng)光充足，年日照時(shí)間達(dá)3000—3600小時(shí)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度較高；此外，該地區(qū)全年多風(fēng)沙天氣，尤其是春季，風(fēng)沙現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)。

總的來(lái)說(shuō)，該地夏季炎熱，冬季寒冷。眾所周知，北方地區(qū)冬季氣候寒冷有利于糧食儲(chǔ)存，而夏季高溫容易對(duì)糧食產(chǎn)生不利影響，因此在設(shè)計(jì)糧倉(cāng)建筑時(shí)需要避免高溫對(duì)糧食帶來(lái)的不利影響。

三、張掖東倉(cāng)建筑特征與氣候適應(yīng)性策略

糧倉(cāng)的建筑特征不僅決定了其基本功能，還體現(xiàn)了對(duì)氣候條件的適應(yīng)性。雖然并非所有的建筑設(shè)計(jì)都采取了氣候適應(yīng)性策略，但氣候適應(yīng)性策略必然通過(guò)特定的建筑特征得以實(shí)現(xiàn)和體現(xiàn)。在傳統(tǒng)建筑智慧的結(jié)晶中，每一個(gè)構(gòu)造細(xì)節(jié)都蘊(yùn)含著深刻的環(huán)境應(yīng)對(duì)邏輯，反映了古人對(duì)自然規(guī)律的精準(zhǔn)把握和巧妙利用。這種建筑與環(huán)境的對(duì)話(huà)關(guān)系，在歷經(jīng)數(shù)百年歲月考驗(yàn)的傳統(tǒng)糧倉(cāng)中尤為明顯。

本文對(duì)張掖東倉(cāng)的建筑特征進(jìn)行逐一解析，包括屋頂坡度、建筑高度、架空層、窗墻比、厚重的墻體和輕薄屋頂?shù)攘鶄€(gè)方面，從中提取氣候適應(yīng)性策略。這些特征既是物質(zhì)構(gòu)成要素，也是功能實(shí)現(xiàn)手段，更是氣候適應(yīng)的具體表現(xiàn)。通過(guò)系統(tǒng)分析這些建筑特征與當(dāng)?shù)貧夂驐l件的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以揭示傳統(tǒng)建造者如何在不依賴(lài)現(xiàn)代技術(shù)的情況下，僅通過(guò)精心設(shè)計(jì)的建筑形態(tài)和構(gòu)造，創(chuàng)造出適宜糧食長(zhǎng)期儲(chǔ)存的物理環(huán)境。這種分析不僅有助于理解傳統(tǒng)建筑技術(shù)的科學(xué)內(nèi)涵，還為現(xiàn)代糧倉(cāng)建筑設(shè)計(jì)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

（一）屋頂坡度

張掖東倉(cāng)的屋頂設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出坡度較為平緩的特點(diǎn)。這種平緩的屋頂坡度在建筑熱工性能方面呈現(xiàn)出雙重效應(yīng)。一方面，平緩的坡度增加了屋頂?shù)恼w表面積，擴(kuò)大了與外界環(huán)境的接觸面，從而提升了對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收率，在夏季強(qiáng)烈日照條件下會(huì)導(dǎo)致更多熱量進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)，使倉(cāng)內(nèi)溫度上升；另一方面，較大的表面積在理論上有利于熱量的均勻分布和向外界的有效散發(fā)，特別是在夜間可以促進(jìn)熱量的散失。被動(dòng)式設(shè)計(jì)的核心理念是通過(guò)建筑自身特點(diǎn)抵御外部環(huán)境對(duì)內(nèi)部空間的不利影響，屋頂平緩的坡度雖然有利于散熱，但是也造成了得熱，所以屋頂坡度平緩不屬于該倉(cāng)的被動(dòng)式設(shè)計(jì)方法。

（二）建筑高度

一方面，較高的建筑高度在夏季會(huì)增加建筑的得熱面積，導(dǎo)致更多的太陽(yáng)輻射被吸收，從而引發(fā)倉(cāng)內(nèi)溫度的上升；另一方面，建筑高度的增加意味著更大的表面積用于熱量的散發(fā)。同理，計(jì)算屋頂?shù)脽岷褪幔傻贸鰤w的得熱量大于失熱量。此外，較高的建筑高度也有利于大量糧食的存儲(chǔ)。由此可知，建筑高度不屬于張掖東倉(cāng)的被動(dòng)式設(shè)計(jì)方法。

（三）架空層

張掖東倉(cāng)底部設(shè)計(jì)有 0.4m 高的架空層，并在周?chē)鷫w上設(shè)置了2處專(zhuān)用通氣孔。這種架空設(shè)計(jì)具有多重功能。首先，將整個(gè)倉(cāng)房底部抬升，可以使儲(chǔ)糧空間與地面保持適當(dāng)距離，有效隔絕了地表水分上滲對(duì)糧食的侵害，從根本上阻斷了地面濕氣向上遷移的途徑。其次，架空層與通風(fēng)孔巧妙結(jié)合，形成了一個(gè)自然通風(fēng)系統(tǒng)，利用熱壓和風(fēng)壓原理，促進(jìn)空氣在架空層內(nèi)持續(xù)流動(dòng)，及時(shí)排散倉(cāng)底積聚的濕氣和熱量。因此，架空層被視為張掖東倉(cāng)的被動(dòng)式設(shè)計(jì)方法之一。

（四）窗墻比

張掖東倉(cāng)采用較小的窗墻比設(shè)計(jì)，可有效應(yīng)對(duì)當(dāng)?shù)叵募镜难谉釟夂?。建筑僅在東、西立面開(kāi)設(shè)小窗，且數(shù)量有限，窗戶(hù)尺寸相對(duì)墻體面積極小。這種設(shè)計(jì)策略具有多重優(yōu)勢(shì)。首先，較小的窗戶(hù)面積能夠顯著阻擋太陽(yáng)輻射和外界熱量通過(guò)窗戶(hù)直接傳入倉(cāng)內(nèi)，從而降低夏季高溫對(duì)倉(cāng)內(nèi)糧食儲(chǔ)存的不利影響。其次，窗戶(hù)面積的減少意味著墻體覆蓋比例的增加，充分發(fā)揮了厚重墻體優(yōu)異的隔熱性能和熱穩(wěn)定性，有利于維持倉(cāng)內(nèi)溫度的恒定。因此，較小的窗墻比設(shè)計(jì)被視為張掖東倉(cāng)的被動(dòng)式設(shè)計(jì)方法之一。

（五）厚重墻體

張掖東倉(cāng)的墻體采用傳統(tǒng)夯土工藝構(gòu)筑，呈現(xiàn)出典型的收分結(jié)構(gòu)特征，即上窄下寬的梯形截面，最窄處厚0.6m ，最寬處厚達(dá) 1.9m_? 。這種厚重墻體具有優(yōu)異的熱工性能，其顯著的熱阻與熱惰性能夠有效緩沖外界氣溫波動(dòng)，削弱室外綜合溫度對(duì)倉(cāng)內(nèi)環(huán)境的影響。特別是在夏季高溫時(shí)期，厚重的墻體能夠延遲熱量傳遞，使糧倉(cāng)內(nèi)部溫度始終維持在相對(duì)穩(wěn)定且較低的水平，為儲(chǔ)糧創(chuàng)造有利條件。從結(jié)構(gòu)受力上來(lái)看，這種厚重墻體還能有效抵抗糧食裝填后產(chǎn)生的巨大側(cè)推力，確保建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和安全性。

值得注意的是，張掖東倉(cāng)墻體的這種設(shè)計(jì)不僅體現(xiàn)了古人對(duì)建筑結(jié)構(gòu)物理特性的深刻理解，而且反映了其對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)的精準(zhǔn)把握。甘肅張掖地區(qū)屬于大陸性氣候，晝夜溫差大，四季變化明顯，厚重墻體正是應(yīng)對(duì)這種氣候特征的智慧選擇。因此，厚重的墻體設(shè)計(jì)屬于張掖東倉(cāng)的被動(dòng)式設(shè)計(jì)方法之一。

（六）輕薄屋頂

與厚重墻體形成鮮明對(duì)比的是張掖東倉(cāng)的輕薄屋頂設(shè)計(jì)。屋頂采用木材等熱容量較小的材料構(gòu)建，并覆以輕質(zhì)屋面材料。輕薄屋頂?shù)闹饕攸c(diǎn)在于其對(duì)溫度變化的快速響應(yīng)能力。由于熱容量小，熱惰性小，輕薄屋頂能夠迅速響應(yīng)外部溫度變化。一般而言，糧倉(cāng)建筑的屋頂越厚，越能夠有效地維持內(nèi)部溫度的穩(wěn)定，減少外界溫度波動(dòng)對(duì)儲(chǔ)糧環(huán)境的不利影響。較厚的屋頂具有更高的熱容和隔熱性能，能夠在白天吸收并儲(chǔ)存熱量，夜間緩慢釋放，從而平衡晝夜溫差，保持倉(cāng)內(nèi)溫度的相對(duì)恒定。然而，張掖東倉(cāng)的輕薄屋頂設(shè)計(jì)在夏季可能導(dǎo)致熱量更快地傳遞到倉(cāng)內(nèi)，削弱了屋頂在熱量調(diào)節(jié)中的緩沖作用。這不僅增加了倉(cāng)內(nèi)溫度的波動(dòng)，還可能加劇高溫對(duì)糧食儲(chǔ)存環(huán)境的不利影響，所以輕薄屋頂設(shè)計(jì)不屬于該倉(cāng)的被動(dòng)式設(shè)計(jì)方法。

頂坡度平緩、建筑高度和輕薄屋頂雖非主要的氣候適應(yīng)性策略，但也在一定程度上協(xié)同發(fā)揮了保障作用。這些建筑特征共同構(gòu)成了一個(gè)完整的環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)：架空層有效隔絕地面濕氣，確保糧食不受潮；小窗墻比阻擋太陽(yáng)輻射熱量進(jìn)入，降低夏季高溫影響；厚重墻體提供優(yōu)異的熱阻與熱惰性，緩沖外界溫度波動(dòng)。這種無(wú)須或極少依賴(lài)外部能源的設(shè)計(jì)理念，充分體現(xiàn)了傳統(tǒng)建筑的生態(tài)智慧。

張掖東倉(cāng)作為古代建筑遺產(chǎn)，其建筑特征與氣候適應(yīng)性策略不僅記錄了古代糧倉(cāng)建造的技術(shù)成就，而且為當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。在現(xiàn)代糧倉(cāng)設(shè)計(jì)中融入傳統(tǒng)氣候適應(yīng)性策略，既能降低能源消耗，又能創(chuàng)造穩(wěn)定的儲(chǔ)糧環(huán)境，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)智慧與現(xiàn)代技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。未來(lái)研究可進(jìn)一步通過(guò)定量分析方法，精確評(píng)估各種建筑特征的環(huán)境調(diào)節(jié)效能，為傳統(tǒng)建筑技術(shù)的現(xiàn)代應(yīng)用提供更為科學(xué)的依據(jù)。

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四、結(jié)語(yǔ)

對(duì)張掖東倉(cāng)建筑特征與氣候適應(yīng)性策略的研究揭示了古人營(yíng)建智慧與自然環(huán)境的和諧統(tǒng)一。通過(guò)對(duì)張掖東倉(cāng)六大建筑特征的分析，可以看出架空層、小窗墻比和厚重墻體是張掖東倉(cāng)最具代表性的被動(dòng)式設(shè)計(jì)方法，屋

作者簡(jiǎn)介：

韓博，河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院碩士研究生。研究方向：建筑技術(shù)科學(xué)。

李恩，河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院副教授。研究方向：建筑節(jié)能設(shè)計(jì)與被動(dòng)式建筑研究。