秦巴山区乡村建筑的生态设计研究
2014-11-28许娟霍小平
许娟 霍小平
摘要：以秦巴山区乡村的建筑为研究对象，对乡村建筑设计的生态化进行探索，在满足当地村民住宅的安全、舒适、经济、美观的基本需求上，满足使用者更高一级的需求；同时提出生态化设计原则，采用适应地貌环境、适合农耕生产的建筑形式以及节能的建造技术，使住宅舒适、美观。通过现状调研，剖析当地民居建设的经验与不足，归纳山区乡村建筑生态化的特征，提出考虑地理适应性、建筑适合性和技术适宜性角度的建筑生态化营造方法，该方法可为其他相似地区生态民居建设提供理论借鉴与实践指导。
关键词：乡村建筑；生态设计；秦巴山区；生态适应性
中图分类号：TU241.5文献标志码：A
0引言
人们对乡村生态建筑的认识往往局限于“节能、节水、节地、节材”，而且很多建筑师认为生态建筑是建筑技术解决的问题，脱离建筑设计本身。本文中笔者通过对四川通济镇大坪村建筑调查及示范工程的建设得出，生态建筑设计应关注人居环境适宜性，解决乡村建筑功能便利性、空间舒适性和环境舒适性，同时考虑到地域建筑风貌与文化传承，以及建造成本的经济性、建造技术和生态技术的适宜性等问题。
1乡村建筑生态设计构思与理念
运用建筑技术设计的生态理念，结合居民原有建筑文化，针对民居现状，提出合理的组合设计方案，以最经济的方法最大程度改善现有民居，使其成为建筑形式组合多样、形态适应地貌环境的原生、节能绿色山区乡村建筑。
（1）适应山区地貌环境。充分利用当地的土、石、木、瓦材料，结合当地建造技术与现代建筑设计技术，形成适宜当地地貌的建造技术，合理回应山区地形地貌，有效地利用高差组织院落建筑，突出秦巴山区传统民居高低错落的建筑风貌。
（2）适合村民以农耕生产为主的建筑形式。综合利用资源，在当地传统“三间”房的居住模式基础上进行改进，解决人、畜、卫生间及庭院布局的问题，根据生产需求增加生产用房，按照舒适、健康、美观的原则，科学组合设计，适应山区乡村经济的发展、生活水平的提高及人口结构的变化，较好地满足新形势下村民的生活要求。
（3）节能的建造技术。充分利用当地的太阳能资源，以简单易造、可行的、直接受益形式的开窗融入建筑设计当中，同时集中解决冬季保温的热环境问题；提高室内采光、通风的设计要求，初步改善居住生活环境条件，形成优点鲜明、经济适用的新型乡村建筑。2通济镇大坪村示范工程概况
通济镇坐落在彭州市西北25 km、成都以北65 km处，地处川西龙门山脉之玉垒山脉的天台山、白鹿顶南麓，湔江之滨；东与葛仙山镇、楠杨镇、丹景山镇接壤，南与新兴镇以湔江为界，西临小鱼洞镇，北靠龙门山镇、白鹿镇。通济镇境内山峦起伏，绿岭满目，林海延绵。
通济镇大坪村海拔为805～2 484 m，大坪村所在地约为1 400 m。通济镇境内日照好，气候温和，年平均气温在13 ℃左右，最高气温月为7月，约为22.1 ℃；最低气温月为1月，约为2.4 ℃，气候温湿，雨量充沛。
通过对大坪村的驻村体验和调研，原有乡村建筑存在的问题如下：
（1）现有的建筑与周边自然环境融合不够紧密，大多采用砖混结构和现行的建筑材料，不利于抗震且造价成本过高。
（2）建筑平面功能单一，空间形式不利于冬季保温；建筑与庭院的生态系统布局不合理等缺陷。
（3）建筑技术措施简陋，围护结构简单，外墙开窗较小，室内自然光照度随房间进深下降较大。3地理环境的生态适应性
为保证秦巴山区乡村建筑的生态可持续性，在自然环境方面应首先满足民居建筑与自然环境的融合与协调。
3.1地形地貌的回应
大坪村自然环境优美，山峦叠嶂，因此村民的居住模式一直是分散而居。新建的民居沿袭了建筑风貌与周边山体环境保持浑然一体的协调性（图1），建筑随山势而布与自然山体保持适宜的比例尺度，竖向层次分明有序。
图1建筑与环境的适应
Fig.1Building Adaption to Environment处理遇到地形有高差的地方，建筑和院落需要一定的延展空间，可以解决地形带来的高差问题。一方面可以利用院落适应相对平整的用地，改变建筑的形式来适应地形的高差变化（图2）；另一方面是用建筑适应相对平整的用地，用院落来联系不同高差的用地（图3）。虽然地势的变化对各建筑的建造带来很多不便，但是建筑的造型和空间变化相对丰富，与自然地理环境也结合的更加紧密，凸显建筑与地理环境的融合，形成错落有致的山区乡村建筑。
由于大坪村海拔较高，山路简陋，运输成本高，砖、混凝土等材料不适于该地域。但是当地森林资源丰富，遵循就地取材的原则，建筑沿用木骨架结构与灰色小青瓦屋顶；由于大坪村周边盛产林木，竹子资源丰富，加工简单易行，采用其作为围护材料具有简便、经济、透气，与山林景观和谐一致，因而广泛用于过去和新建的民居外墙围护面（图4）。设计时可以考虑结合夯土使用，以木骨架为结构，外墙抹灰作为隔墙，可以提高房间保温、隔声效果，降低建造成本，起到保护大坪村周边生态环境的作用，实现人与环境共生的生态可持续发展模式。
4.1科学的规划选址
大坪村村落的规划选址及单体规划设计中采纳了中国古人的“天人合一”、“天地合气、万物自生”的理念。大坪村坐拥天台山，面对龙门山，左携双狮山，且听流水潺潺，右枕白鹿山，即东、南、西、北各有名山环抱，聚落在中央，凭借这样优越的地理位置，村民选址是很有科学依据的。村落选址和布局具有明显的地理适应性，顺应自然，因地制宜，同时又是村民在聚落建设过程中自发建设和模仿改进的聚集结果，利用传统的技术，就地取材，顺应地形地貌，构筑自己的住所，以抵抗气候条件的威胁。科学地选取有利的风土、水文、气候、视野、方位、环境等，做到以人为本，尊重环境，符合天、地、人融合共生及人、建筑、环境和谐共存的局面。endprint
4.2合理的建筑布局
由于长期受到成都平原汉民居文化的影响，大坪村建筑形态分为双坡顶和单坡顶2种。建筑单体采用矩形平面，外立面沿袭建筑底层为竹笆墙围护的做法，局部土墙灰白清雅，结构清晰，2层较通透，可兼做储藏，形成独特的山区民居空间形态，如图5所示。
Fig.5Single Building Space Layout汉文化中以伦理代替宗教，体现在居住模式上就是中轴对称为明显的标志，建筑单体采用矩形平面，一户三开间，中间为堂屋，贯通整个进深，左右为分隔的卧室、厨房，形成一字型布局（图6）；或将厨房、餐厅、卫生间及其他附属用房位于主体一侧，形成L型布局（图7）；根据各家人口规模及经济条件，也可在主体建筑的另一侧增加卧室，供儿女、亲朋好友居住，形成U型布局（图8）。在秦巴山区的居住模式布局上充分体现中国传统的长幼有序、内外有别的居住理念，同时这种布局形式类似于中国传统的一进院的四合院形制，布置灵活，建筑向环境开敞，正如巴蜀人的性格，热情好客。
为了更好体现大坪村山区建筑的地域性特点，在保证结构安全的前提下，本着节能、节材的原则，采用木结构体系（图9），木板竹笆敷土墙。结构形式的灵活变换，采用近似于穿斗式木构架，与传统的穿斗式木构架有一定的区别。在需要营造大空间时使用抬梁式，在需要划分小空间时使用穿斗式，穿斗式结构的质量较轻，对抗震也是很有利的。
5.1建筑保温
设计中为了减少冬季对建筑的影响，建筑北墙较封闭，设置小窗或不开窗，南墙设置较开敞的大窗。由于大坪村冬季建筑室内的温湿度与室外接近，居民有2个月都需要通过烤火过冬，原有的居住形式是夏凉冬冷山区发展和延续下来的，因此冬季保温问题一直未能得到很好解决。为了改善传统墙体的冬季保温性能，可将墙体改为夹土或夹聚苯板保温墙（图10），以减少冬季热量损失，同时还可利用阳光间使房间温度升高，延缓冬季热量损失。
Fig.10Polystyrene Board Insulation Wall在厨房设置火炕，利用做饭的余热加热炕面，从而使室内温度升高。火炕既解决了做饭热源，又解决了取暖热源，热效率高，节省能源。
5.2太阳能的利用
住宅设置太阳能热水系统，在楼梯间屋顶平台上设置太阳能集热板，除了提供日常热水外，还可以利用太阳能所得热水，在冬季进行地板低温辐射采暖，或在正房端部附加阳光间，可以有效地改善冬季民居室内的热环境，减少对自然林木作为取暖能源的砍伐。
5.3自然通风组织
门窗设计时考虑利用夏季主导风向，在平面布局上形成良好的自然通风。通过模拟试验，夏季房间全部开窗时，当室外风速为1.3 m·s-1时，两层平面各房间风速分布较均匀，在厨房和堂屋空间组织上有利于形成竖向热压对流，这也符合大坪村夏季湿度较高的特点。模拟分析结果表明，在夏季大多数情况下，室内热环境基本可满足热舒适度的要求（图11），设计时仍采用原有的横向矩形开窗形式，尺寸选取通过对现有建筑模型的分析可得，其主要房间堂屋、卧室的采光系数都小于2%，房间内的照度变化与采光系数变化相一致，所有房间采光系数平均值为21.98%，照度平均值为915.77 lx，在设计新民居时需考虑到光环境的舒适度，尽量降低房间的开间（达到3.6 m）和进深（5.1 m）并增加开窗，使得1层房间采光系数在6%以上，采光系数平均值达到38%，2层由于出檐的原因，采光受到影响，采光系数为32%，照度均匀值为0.16，如图12所示，檐口宽度可改为1.2 m。
设计简易的山泉水储水系统，并通过简易的净化过滤系统将山泉水作为生活用水，从而保护整体水环境以及大坪村水域资源。对于庭院的生态系统，可将卫生间单独设置，改善卫生环境，同时家禽的粪便、植物的秸秆都可以作为沼气材料。6结语
乡村民居建筑的生态化特点，即节能、节地、可持续发展的特点必须是在满足建筑安全、经济、舒适、美观等条件下才能得到实现。按照上述策略设计的新型生态民居已在大坪村建造完成，村民全部搬至新居，使用效果良好。表明生态民居设计中结合气候、文化、经济、技术等诸多因素进行综合分析，根据不同地区的具体情况因地制宜地进行设计，是实现生态新农村建设的可行途径。
参考文献：
References：[1]西安建筑科技大学绿色建筑与人居环境研究中心.绿色建筑[M].北京：中国计划出版社，1999.
Research Center of Green Architecture and Habitat， XUAT.The Green Building[M].Beijing：China Planning Press，1999.
[2]许娟，刘加平，霍小平.秦巴山区传统民居建筑保护与发展[J].华中建筑，2011（8）：124126.
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[3]陈国阶，方一平，陈勇，等.中国山区发展报告——中国山区聚落研究[M].上海：商务印书馆，2007.
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[4]成辉，胡冗冗，刘加平，等.灾后重建乡村建筑的生态化探索与实践[J].建筑学报，2009（10）：8689.
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[5]王振复.中国建筑文化历程[M].上海：上海人民出版社，2000.
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[6]闫杰.陕南民居建筑及其文化特征[J].四川建筑科学研究，2009，35（4）：221225.
YAN Jie.The Residential Architecture and Its Cultural Characteristics in Southern Shaanxi[J].Sichuan Building Science，2009，35（4）：221225.
[7]荆其敏，张丽安.中国传统民居[M].北京：中国电力出版社，2007.
JING Qimin，ZHANG Lian.Chinese Traditional Localstyle Dwelling Houses Building[M].Beijing：China Electric Power Press，2007.
[8]张强，雍鹏.陕南传统民居建造技术研究[J].四川建筑科学研究，2010，36（3）：263265.
ZHANG Qiang，YONG Peng.The Study on Structural Techniques of the Traditional Dwellings in Southern Shaanxi[J].Sichuan Building Science，2010，36（3）：263265.endprint
4.2合理的建筑布局
由于长期受到成都平原汉民居文化的影响，大坪村建筑形态分为双坡顶和单坡顶2种。建筑单体采用矩形平面，外立面沿袭建筑底层为竹笆墙围护的做法，局部土墙灰白清雅，结构清晰，2层较通透，可兼做储藏，形成独特的山区民居空间形态，如图5所示。
Fig.5Single Building Space Layout汉文化中以伦理代替宗教，体现在居住模式上就是中轴对称为明显的标志，建筑单体采用矩形平面，一户三开间，中间为堂屋，贯通整个进深，左右为分隔的卧室、厨房，形成一字型布局（图6）；或将厨房、餐厅、卫生间及其他附属用房位于主体一侧，形成L型布局（图7）；根据各家人口规模及经济条件，也可在主体建筑的另一侧增加卧室，供儿女、亲朋好友居住，形成U型布局（图8）。在秦巴山区的居住模式布局上充分体现中国传统的长幼有序、内外有别的居住理念，同时这种布局形式类似于中国传统的一进院的四合院形制，布置灵活，建筑向环境开敞，正如巴蜀人的性格，热情好客。
为了更好体现大坪村山区建筑的地域性特点，在保证结构安全的前提下，本着节能、节材的原则，采用木结构体系（图9），木板竹笆敷土墙。结构形式的灵活变换，采用近似于穿斗式木构架，与传统的穿斗式木构架有一定的区别。在需要营造大空间时使用抬梁式，在需要划分小空间时使用穿斗式，穿斗式结构的质量较轻，对抗震也是很有利的。
5.1建筑保温
设计中为了减少冬季对建筑的影响，建筑北墙较封闭，设置小窗或不开窗，南墙设置较开敞的大窗。由于大坪村冬季建筑室内的温湿度与室外接近，居民有2个月都需要通过烤火过冬，原有的居住形式是夏凉冬冷山区发展和延续下来的，因此冬季保温问题一直未能得到很好解决。为了改善传统墙体的冬季保温性能，可将墙体改为夹土或夹聚苯板保温墙（图10），以减少冬季热量损失，同时还可利用阳光间使房间温度升高，延缓冬季热量损失。
Fig.10Polystyrene Board Insulation Wall在厨房设置火炕，利用做饭的余热加热炕面，从而使室内温度升高。火炕既解决了做饭热源，又解决了取暖热源，热效率高，节省能源。
5.2太阳能的利用
住宅设置太阳能热水系统，在楼梯间屋顶平台上设置太阳能集热板，除了提供日常热水外，还可以利用太阳能所得热水，在冬季进行地板低温辐射采暖，或在正房端部附加阳光间，可以有效地改善冬季民居室内的热环境，减少对自然林木作为取暖能源的砍伐。
5.3自然通风组织
门窗设计时考虑利用夏季主导风向，在平面布局上形成良好的自然通风。通过模拟试验，夏季房间全部开窗时，当室外风速为1.3 m·s-1时，两层平面各房间风速分布较均匀，在厨房和堂屋空间组织上有利于形成竖向热压对流，这也符合大坪村夏季湿度较高的特点。模拟分析结果表明，在夏季大多数情况下，室内热环境基本可满足热舒适度的要求（图11），设计时仍采用原有的横向矩形开窗形式，尺寸选取通过对现有建筑模型的分析可得，其主要房间堂屋、卧室的采光系数都小于2%，房间内的照度变化与采光系数变化相一致，所有房间采光系数平均值为21.98%，照度平均值为915.77 lx，在设计新民居时需考虑到光环境的舒适度，尽量降低房间的开间（达到3.6 m）和进深（5.1 m）并增加开窗，使得1层房间采光系数在6%以上，采光系数平均值达到38%，2层由于出檐的原因，采光受到影响，采光系数为32%，照度均匀值为0.16，如图12所示，檐口宽度可改为1.2 m。
设计简易的山泉水储水系统，并通过简易的净化过滤系统将山泉水作为生活用水，从而保护整体水环境以及大坪村水域资源。对于庭院的生态系统，可将卫生间单独设置，改善卫生环境，同时家禽的粪便、植物的秸秆都可以作为沼气材料。6结语
乡村民居建筑的生态化特点，即节能、节地、可持续发展的特点必须是在满足建筑安全、经济、舒适、美观等条件下才能得到实现。按照上述策略设计的新型生态民居已在大坪村建造完成，村民全部搬至新居，使用效果良好。表明生态民居设计中结合气候、文化、经济、技术等诸多因素进行综合分析，根据不同地区的具体情况因地制宜地进行设计，是实现生态新农村建设的可行途径。
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为了更好体现大坪村山区建筑的地域性特点，在保证结构安全的前提下，本着节能、节材的原则，采用木结构体系（图9），木板竹笆敷土墙。结构形式的灵活变换，采用近似于穿斗式木构架，与传统的穿斗式木构架有一定的区别。在需要营造大空间时使用抬梁式，在需要划分小空间时使用穿斗式，穿斗式结构的质量较轻，对抗震也是很有利的。
5.1建筑保温
设计中为了减少冬季对建筑的影响，建筑北墙较封闭，设置小窗或不开窗，南墙设置较开敞的大窗。由于大坪村冬季建筑室内的温湿度与室外接近，居民有2个月都需要通过烤火过冬，原有的居住形式是夏凉冬冷山区发展和延续下来的，因此冬季保温问题一直未能得到很好解决。为了改善传统墙体的冬季保温性能，可将墙体改为夹土或夹聚苯板保温墙（图10），以减少冬季热量损失，同时还可利用阳光间使房间温度升高，延缓冬季热量损失。
Fig.10Polystyrene Board Insulation Wall在厨房设置火炕，利用做饭的余热加热炕面，从而使室内温度升高。火炕既解决了做饭热源，又解决了取暖热源，热效率高，节省能源。
5.2太阳能的利用
住宅设置太阳能热水系统，在楼梯间屋顶平台上设置太阳能集热板，除了提供日常热水外，还可以利用太阳能所得热水，在冬季进行地板低温辐射采暖，或在正房端部附加阳光间，可以有效地改善冬季民居室内的热环境，减少对自然林木作为取暖能源的砍伐。
5.3自然通风组织
门窗设计时考虑利用夏季主导风向，在平面布局上形成良好的自然通风。通过模拟试验，夏季房间全部开窗时，当室外风速为1.3 m·s-1时，两层平面各房间风速分布较均匀，在厨房和堂屋空间组织上有利于形成竖向热压对流，这也符合大坪村夏季湿度较高的特点。模拟分析结果表明，在夏季大多数情况下，室内热环境基本可满足热舒适度的要求（图11），设计时仍采用原有的横向矩形开窗形式，尺寸选取通过对现有建筑模型的分析可得，其主要房间堂屋、卧室的采光系数都小于2%，房间内的照度变化与采光系数变化相一致，所有房间采光系数平均值为21.98%，照度平均值为915.77 lx，在设计新民居时需考虑到光环境的舒适度，尽量降低房间的开间（达到3.6 m）和进深（5.1 m）并增加开窗，使得1层房间采光系数在6%以上，采光系数平均值达到38%，2层由于出檐的原因，采光受到影响，采光系数为32%，照度均匀值为0.16，如图12所示，檐口宽度可改为1.2 m。
设计简易的山泉水储水系统，并通过简易的净化过滤系统将山泉水作为生活用水，从而保护整体水环境以及大坪村水域资源。对于庭院的生态系统，可将卫生间单独设置，改善卫生环境，同时家禽的粪便、植物的秸秆都可以作为沼气材料。6结语
乡村民居建筑的生态化特点，即节能、节地、可持续发展的特点必须是在满足建筑安全、经济、舒适、美观等条件下才能得到实现。按照上述策略设计的新型生态民居已在大坪村建造完成，村民全部搬至新居，使用效果良好。表明生态民居设计中结合气候、文化、经济、技术等诸多因素进行综合分析，根据不同地区的具体情况因地制宜地进行设计，是实现生态新农村建设的可行途径。
参考文献：
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