豫西地坑院民居修缮改造探究

韩文翔， 祝丹晴， 常利武

(1.中原工学院 建筑工程学院， 河南 郑州 450007； 2.上海联创设计集团股份有限公司， 上海 200093)

窑洞作为民居起源于新石器时代的穴居，距今已有约4 000年的历史。地坑院是在平地上挖凿的窑洞民居建筑，主要分布在我国豫西、晋南、陇西等地，由于其具有四季恒温、隔热隔音、生态节能、牢固性强等优点而深受当地人们的青睐。2011年，地坑院被评为中国五大神秘古村落之一。然而，随着社会经济的快速发展和人民生活水平的提高，地坑院已无法满足人们现代化生活模式的要求，居民纷纷“弃窑建房”[1]。窑洞由于无人居住而被废弃或仅做储藏之用，时日一长，很多坑院坍塌、损毁，甚至被填埋。这一极具特色的传统民居形式正面临着消失的困境。如不及时进行保护与再利用，不但传统的建造工艺和技术无法得到传承，其悠久的历史文化及建筑形态也将会消失。如何在维持地坑院原真性的前提下进行宜居性改造，是当前地坑院保护与再利用过程中亟待解决的问题。

本文以豫西陕县庙上村地坑院民居为例，针对其通风、采光和安全性等问题提出改造方案，并在其上设计现代主义住宅，不仅能满足居住者舒适度的需求，而且使地坑院这种特色民居得到保护。运用Sketchup建模与Ecotect环境分析软件相结合的方式对改造方案进行了可视化分析，探究了改造方案的合理性。

1 豫西地坑院存在的问题

地坑院作为居住建筑虽独具优势，但也存在着很多问题，如通风不畅、采光不好、占地多、交通不方便、卫生条件差、安全性低等[2]。使用功能上，由于空间限制性大，因此平面布局不够灵活，功能分区相对简单，各个房间之间的联系性差等。大部分地坑院现状如图1所示，外墙为整体夯筑，门脸较小(见图1(a))；内部窑洞潮湿阴暗(见图1(b)和(c))；随着年代的推移，建筑多年久失修(见如图1(d))，满足不了居民对居住舒适度日益提高的需求。

1.1 通风问题

地坑院单面开窗，窑内通风设施较差，空气流通不畅。虽然有些地坑院根据实际情况在洞前或洞底开设有排气道及通风百叶，但对于大体量的地坑院来说，这种排气设施还不能从根本上解决通风问题。

1.2 采光问题

原始的地坑院坑的四周全是房间，占地面积较大，坐南朝北的屋子在一天中光照最少。在豫西窑洞的分布区内，多数窑洞存在采光不足的问题[3]。受以往施工技术所限，传统窑洞的窑门和窑面为整体砌筑，窑口封闭到内部，虽然门上有亮窗，边上有坑窗，但窑洞进深较大、采光窗位置较低，使得采光面积较小，窗地面积比不足，不能满足居住者日照采光的需求。

(a) (b)

(c) (d)图1 地坑院现状图

1.3 安全问题

由于坑内地面和周边地面高差较大，因此地面上需要设置围栏以防止人畜跌落。地坑院的四周砌有30～40 cm高的拦马墙，但是其高度远远达不到安全标准的要求；且要到达坑内地面需经过较长的甬道，甬道多年久失修，地面坑洼不平，甬道上门洞也随时有坍塌的危险，存在较大的安全隐患。

2 豫西陕县庙上村地坑院民居修缮改造方案

目前在豫西地坑院民居改造方面，国内专家进行了广泛的研究[4-5]。本文在文献[6]的基础上，设计了地坑院的改造方案，并利用Sketchup建模软件和Ecotect环境分析软件对改造方案的合理性进行验证。

设计改造方案为：每户上下两层庭院，地下建筑是3个窑脸的房间住宅，地上建筑为两户联立式的房子，如图2所示。居住者可以根据喜好选择居住在地上或者地下。新旧建筑相辅相成，发挥各自的优势，不仅保护了当地历史悠久的建筑遗产，而且可满足居民的现代化居住需求。

图2 建筑改造方案图

2.1 采光改造

改造方案分地下窑洞部分和地上新建房屋部分，地坑院窑洞和地坑院上的房间都采取坐北朝南，以保证一天当中能获取足够多的日照时数，并且能充分利用到地坑院上面的空间。

对现有地坑院窑洞进行采光改造的主要方法是运用现代梁柱结构加大窑脸开窗面积。图3为窑洞改造整体效果图，图4是窑洞立面放大图，其中1号窑脸为改造前开窗形式，2号和3号窑脸为改造后开窗形式。

1号窑门脸为原始开窗形式，由于以往建筑没有采用钢筋混凝土材料，因此窑脸需整体砌筑，开窗面积小，采光得不到满足。2号窑、3号窑运用当代的建筑技术采用过梁的形式扩大窑脸面积，使室内的采光率和照度增大。基于软件在模拟分析中的优势[7]，本文采用Ecotect软件进行了模拟分析，原始1号窑洞和改造后2号窑洞、3号窑洞照度的分析模拟结果如图5所示。

图3 窑洞效果图

图4 窑洞立面放大图

(a) 窑洞轴测图

(b) 窑洞平面图

图5窑洞采光系数与照度分析图

从图5(b)可以看出，1号窑采光区域为暗色，其采光系数和照度均较小。2号窑、3号窑图示亮色明显增大，房间主要空间的采光系数和照度均明显改善，表明用现代的施工技术对窑脸进行改造，可使窑洞内部获得更多的太阳光照射，满足舒适度的要求。

2.2 通风改造

地坑院通风主要靠门洞，由于门洞位于地面以下，因此效果不佳。再加上地面以下潮气较大、空气不流通对室内居住环境造成极大影响。因此对窑洞进行通风改造是改善居住条件的关键环节。具体的改造方案为：对2号窑进行了吊顶的设计，吊顶直通窑洞正脸，窑洞的顶部设置风帽连通吊顶空间，形成通风回路，改造后通风效果如图6所示。夏季地面温度高(即风帽顶部温度高)，窑洞内部温度低，会形成风帽处加热的现象即烟囱效应，使得窑洞内空气能够流通，增加室内舒适度。3号窑洞不仅在屋顶上设置风帽通风，并且在窑脸接近地面处开洞，即在门的两边开通风口，使得房间地面处也能产生通风效果，以满足室内通风要求。

图6 2号窑洞通风示意图

2.3 安全性改造

地坑院周围围墙较低，夜晚不易察觉，存在很大的安全隐患。据村民介绍，之前曾有拖拉机夜间直接开进院里的情况。为消除类似实全隐患，需在院周围把围墙加高[8],与地上建筑合围形成院落。围墙的材料可选取当地常见的砖、瓦或土坯，造型上高低错落，从一定程度上丰富了地坑院的立面。另外，地坑院上面的房屋与地下窑洞错开建造，这样避免了窑洞顶部因承受荷载过重而发生坍塌的问题，院落改造效果如图7所示。

另外，改造前的地坑院需要通过一个下沉的甬道才能进入院内，甬道窄小且阴暗，夜晚通行不便，改造后的院落入门后正对一个通向地坑院内的直跑楼梯(见图7)，引导性强且宽敞明亮，使得地上院子和地坑院的连接更直接方便，不用通过狭长的甬道。

2.4 功能空间改造

地坑院虽然有极高的保护价值，但当地居民对地坑院的文化认同感并不强。有些居民甚至将其视为贫穷落后的象征，而将建造楼房视为身份的象征。为满足现代人的居住要求，在窑顶地面上设计了上层建筑(见图7)。地上建筑为砖混结构，其下部为条形基础，地面建筑退出地下窑洞进深，使地上建筑基础避开地下窑洞空间，利用下层屋顶作为上层的院落，院落进深6 m，满足一般生活的需要。楼梯位于院落大门附近，属于折角楼梯，采用板式楼梯的结构坚固耐用且占地空间小。楼梯平台板的下部设置杂物间便于储存杂物，楼梯靠窗脸对面留出间隔便于窑洞采光通风。

2.5 建筑排水设计

豫西地区降水量较少，因此在地坑院院落中多设置渗井，雨季的雨水随渗井流入地下，最终蒸发或渗入地下。以前的渗井深度较浅且多靠近牲畜棚，雨季易溢出，对院内环境造成不良影响。改造方案通过对渗井进行拓宽和挖深，用砖石混凝土砌筑井壁以留住雨水，并在院落中种植梨树、杏树等，用储存水对树木进行浇灌，不仅夏季可以乘凉，秋季还能收获丰硕的果实。

3 结语

本文针对现有豫西地坑院安全性差、采光不足、通风不良、交通不便、功能布局不合理等现状，在不破坏其生态环境和人文精神的基础上，灵活运用技术手段，设计了地坑院的改造方案：

(1) 通过在原有窑洞屋顶设计风帽，运用现代技术加大窑口，改进了原有窑洞的通风及采光效果。

(2) 通过地坑院围墙与新建房屋墙体连接及加高设计，增加了院落安全性。并通过甬道改楼梯的方式，使上下交通更方便、安全。

(3) 通过增加上层建筑，使得地坑院这种传统民居形式得以保护，同时满足了当地年轻人对现代建筑的追求。

改造方案保留了地坑院冬暖夏凉、防尘、防风、防声的优点，确保其生态性、本土性、经济性和宜居性得以更好地延续，并为周边其他地坑院的改造提供了设计思路。