黄土高原地区窑洞建筑中的生态理念

李建军 武 琳 支瑞峰

(内蒙古自治区 包头 014030)

1.前言

黄土高原华夏文明的基因，孕育了农耕文明，居住在这片土地先民将道法自然、天人合一的思想到处体现在生活当中。窑洞取材自然，造价低廉，环保节能，舒适宜居，将人——建筑——自然有机结合在一起，蕴含着现代绿色建筑所追求的生态理念。在黄土高原广大农村地区，还有相当一部分人群居住在窑洞之中，据统计目前大约有4000万居民住在各种类型窑洞中［1］，仅山西省2004年统计，全省有100万孔土窑洞，窑洞居民为330 万［2］。

随着经济不断发展，农村居民对居住环境要求有所提高，在人均耕地不断减少，人地关系日趋紧张的大背景下，提升窑洞的住宅环境，满足窑洞居民对居住环境的需求，延续窑洞建筑生态环保的理念，既可以开发原有的宅基地，减少对耕地占用，又可以通过研究其中的生态设计方法对现代绿色建筑设计具有借鉴意义。

2.窑洞建筑中生态理念

窑洞从其建筑材料来看可以分为土窑洞、砖石窑洞，其中土窑洞又分为靠崖土窑洞、接口土窑洞、地下窑洞，砖石窑洞可分为靠崖砖石窑和平地砖石窑。

2.1 选址及选材中的生态理念。土窑洞是在社会生产技术较低的条件下，黄土高原地区居民改造自然，适应自然的结果，是人类穴居的一种类型。这类窑洞选址决定性因素是地形地貌、土质堆积条件及饮用水源分布情况。黄土高原地区塬、梁、峁等地貌类型主要由堆积作用形成，在土质堆积密实的陡坡地段及沿河、沟谷成为土窑洞的集中区，窑洞朝向决定于梁、峁构造走向，朝南、朝东、朝西的都有。随着人口增长，可用于修筑土窑洞的有利地形地貌条件缺乏，在一些土质堆积条件不太密实地段也修建了一些窑洞，但是这种窑洞窑口部容易坍塌，为了防止窑面坍塌用砖石在正立面砌筑加固，外观像砖石窑洞内部空间还是土穴的接口窑洞。这种窑洞克服了土层堆积不太稳定的缺点，利用了相对较差地段，降低了成本，增加开间，扩大开窗面积，改善了采光条件，同时也具有美观作用。地下窑洞主要集中在黄土高原平原地区，该地区受到外力侵蚀作用小、黄土层堆积厚，地下水位埋藏较深，梁卯地形较少，黄土塬地貌发育良好，不具有建设靠崖窑条件，因此在当时生产技术较低条件下，为适应这种环境，建设地下窑成为必然选择。

从建筑材料和对自然改造来看，以上三种窑洞主要建材为土、石与木材，这些材料都是在自然环境中可以直接获取，通过简单加工就可以使用，对自然的破坏不大。靠崖式砖石窑以砖石为建造材料形成拱券结构，一般选择在背靠土坡，三面被土包裹地段，有利于抵消了拱券结构的侧推力，这在建造技术较低的条件下，确保窑洞结构稳定性、防止坍塌、利于抗震等方面具有重要意义。这类窑选址多位于土窑原址，也有部分结合坡地建设，既可以利用原有建设用地，避免占用耕地，又可以降低建造成本。

选址位于坡地上的窑洞建造过程中，首先，将开挖墙多余土堆积于窑洞中间半凸拱形，作为弧形窑洞的模板及支撑结构。然后，从窑墙体到弧形顶部进行逐层砌筑，待窑洞结构养护稳定后将内部土挖出，填补在窑洞顶部或砌筑院墙、平整院落做到土尽其用。平地砖石窑是在平地上完全用砖石砌筑的窑洞。这种窑洞在选址上脱离了地形条件的限制，是靠崖式砖石窑由坡地向平坦空旷地带过度，建筑朝向受地形条件的限制较少，可以因地制宜选择最佳朝向。其用料主要为石材、石灰、木材及生土。

2.2 采暖保温生态理念。土窑洞建筑具有冬暖夏凉特点，石砌筑窑洞虽然也具有温度调节功能但较土窑洞差，居民结合厨房安装自备采暖系统，将厨房、火炕有机结合，既能满足取暖要求又能满足厨房用火需求。由于火炕烟道顶部建筑材料为当地自然环境中的片岩，吸热升温快，其上层为水泥砂浆抹面找平层。火炕表面上铺羊毛毡垫起到缓冲片岩热量传导的作用，使热量缓慢释放，保证室内长时间的适宜的温度。

2.3 建筑构造中的生态理念。为了平衡拱券水平侧推力，建造中增加两侧外墙厚度或者建设扶臂。从土窑洞到砖石窑洞，随着建筑材料结构性能的变化，内部空间也有改变。砖石拱券结构比土券结构强，因此砖石窑开间及高度都有了较大改变，可以建造跨度较大空间，宽度从土窑的2－2.5米增加到4米，高度也达到4米左右，利用联排窑洞中间通道，使内部空间更大，有了功能分区，居住环境有了较大提高，采光条件有了较大改善，为了使室内通风良好，在后墙增设高窗，保证了私密性要求同时防止了噪声干扰。建设联排式窑洞也减少用料，降低了建筑成本。

2.4 窑洞顶部防水做法改变。传统窑洞顶部用生土覆盖，年长日久草本植物生长，鼠类及昆虫会在覆土中挖洞筑巢，夏季黄土高原降雨丰沛，雨水会沿植物根系及孔隙下渗，引起窑内顶部潮湿，严重时会引起顶部抹灰层脱落，影响室内环境。

为了解决这一问题，现在窑洞屋顶防水处理施工艺有所改变，首先，用石灰浆灌顶，使拱券缝隙密闭;其次，干燥的石灰粉末与土层交替铺设数层后夯实。由于石灰粉中的碳酸钙可以吸收土层中的水分，起到干燥剂的作用，夯实可以使土中孔隙减少，防止水下渗。最后，在窑洞顶部最上层铺设砖块，用水泥砂浆沟缝，防止草本植物生长。

3.结语

窑洞不仅具有少占耕地、施工简单、易于自建、造价低廉的特点，还有隔音、防火、保温、冬暖夏凉的特点，是黄土高原农家居民首选［3］。在环境问题日益突出的今天，如何减少对环境破坏已成为经济发展的共识。窑洞充分利用了黄土高原地区的地理条件，适应当地干旱半干旱气候，结合得天独厚的土资源，创造了中国传统建筑中的土文化［4］。作为黄土高原乡土文化的基因，这种独特的民居形式越来越受到一些艺术家和游客的喜欢，成为乡村旅游的一个景点，值得推广。

［1］刘小军、王铁行、于瑞艳 黄土地区窑洞的历史、现状及对未来发展的建议［J］工业建筑2007.

［2］史向红 山西省农村黄土窑洞更新浅析 ［J］

［3］乔一真、张爱国.黄土高原窑洞选址的环境学分析 ［J］科学之友，2013(01)