从窗牗、模数制、烫样谈传统文脉在被动式超低能耗绿色建筑中传承与演变＊——以雄安城乡管理服务中心为例

白羽 钱嘉宏 刘郁林

北京市住宅建筑设计研究院有限公司

建筑是最大限度地利用自然条件满足人们需求的场所，被人们筛选挑中的总是适合特定环境下生活需要（物质和精神两方面）的建筑[1]。通过建筑选址、朝向合理布局、遮阳设计、采光通风设计等被动式节能手段和建筑围护结构保温隔热节能设计，可以实现建筑与大自然的和谐共生。进入现代工业化时期，建筑功能需求、建筑材料、营建方式等都发生了很大变化。而中国建筑从中国文化萌芽时就一脉相承、从未间断地发展到今天。本文从中国建筑传统文脉的建筑元素、建造方式与设计方式三个方面，分别选取窗牖、模数制和烫样，结合实际工程，分析被动式超低能耗建筑在中国传统建筑文脉中的传承与演变。

雄安城乡管理服务中心项目建筑面积5 113m2，主要功能由展览展示、城乡管理综合大厅和综合办公三部分组成。建筑共3层，一、二层的西侧展厅主要用于展示雄安未来美好生活方式，二层东侧为城乡管理综合大厅，三层是综合办公。项目打造了四个方面的集成优势：装配式钢结构与超低能耗建筑的集成、内装工业化与智能家居的集成、BIM智能制造与EPC全产业链实施的集成、模拟城市与实体城市的集成。项目获得“住建部超低能耗被动式示范项目”认证、满足“德国能源署示范项目”认证，满足“绿色建筑三星”设计标准，实现了雄安标准与国际标准的对接。

对比中国传统建筑和现代被动式超低能耗建筑的主要特点，可以从其相似与不同点中看出被动式超低能耗建筑在中国传统建筑文脉中的传承与演变（表1）。

1 建筑元素——窗牖与高性能外窗、遮阳装置

窗牖最早出现在《说文解字·穴部》中“在墙曰牖，在屋曰囱……窗，或从穴。”汉代刘熙《释名》中解释道：“窗，聪也，于内窥见外为聪明也。”据考证，窗，同“囱”，开在屋顶上的称为“囱”，开在墙上的成为“牖”，是建筑最初的排烟、通风与采光洞口。随着时代演变，窗与牖通用，同指开在墙上的窗。窗牖在满足通风、采光的基本功能前提下，随着大众审美和建筑技艺的提高，窗饰艺术从汉唐时期开始逐渐得到发展。明清时期以来，窗饰类型最为丰富，尤其在园林、宫殿、民居等建筑上，出现了可开启的窗扇形式，如直棂窗、槛窗、支摘窗等（图1）。窗牖通过开启方式的演变，进一步改善室内空间的天然采光和自然通风条件。

窗牖发展到今天，其形式从屋顶洞口-带窗饰的墙洞口-纸糊窗牖-镶嵌玻璃的窗牖-玻璃外窗（木框、铁框）-铝合金外窗、塑钢窗-节能窗-高性能节能窗不断演变。除了满足采光、通风、遮风挡雨等最基本的功能之外，高性能节能窗逐渐提升了窗户的高保温隔热性和高气密性，有效解决建筑冬季冷风渗透、热量损失的问题；夏季则通过在外窗外侧设置可调节遮阳装置，阻隔夏季室外热量的射入，以减少太阳得热。被动式超低能耗绿色建筑采用的高性能铝包木外窗，是在传统木窗基础上进行创新与改革，得益于木材较小的导热性能，采用高性能隔热玻璃、高性能隔热条、提升窗框密封性能、改进开启方式等方法，实现外窗传热系数≤0.8W/（m2·K）、气密性等级不应低于8级、水密性等级不应低于6级、抗风压性能等级不应低于9级。

表1 传统古建筑与被动式超低能耗建筑主要特点对比（以北京地区为例，基于雄安城乡管理服务中心项目）

雄安城乡管理服务中心的外窗采用铝包木内开内倒高效保温窗（图2）和木索结构玻璃幕墙。铝包木窗玻璃为5+16Ar+5+16Ar+5三玻充氩气双Low-E加暖边，整窗传热系数K=0.8W/（m2·K），SHGC≥0.45；木索结构玻璃为6FT+16TPS.Ar+6PLT UN II+16TPS.Ar+5PLT UN II三玻充氩气高透加暖边，整窗传热系数K=0.8W/（m2·K），SHGC≥0.45；东、西、南向外窗均设置了可调节遮阳百叶；南侧主入口设置具有光感追踪和自动调节功能的机翼形遮阳板（图3，4）。

1 中国传统建筑窗牖

2 被动式超低能耗绿色建筑外窗与节点设计

3 中庭会议室天窗（铝包木）+活动外遮阳

4 机翼型遮阳板

2 建造方式——传统建筑模数制与装配式建造

木框架结构是中国传统建筑的突出特征之一。梁思成先生在《中国古代建筑史六稿绪论》中提到：“我国古代木材框架结构是装配而成的，因此就要求构件的标准化。这又很自然地要求尺寸、比例的模数化。”李诫在《营造法式（卷四·大木作制度一）》中开章明义：“凡构屋之制，皆以材为祖；材有八等，度屋之大小，因而用之。”明确提出以“材”作为官式建筑的模数，根据建筑大小、体量、规模、建造部位选择不同规格的“材”。按木材横断面的大小分为8个等级，木材的广度和厚度之比一律是3:2。《清式营造则例》规定采用“斗口”和“檐柱径”作为清代建筑的两种模数，用材等级的大小决定建筑物各构件尺寸的大小及建筑整体尺度的大小。模数制的应用大大加快了古建筑的建造速度，保障建造安全、提高经济效益。

随着现代化工业技术的进步，模数制的建造方式理念得到更加深入的发展。通过更多模数制、部品化、机械化、快速化的建造方式，装配式建筑应运而生。装配式建筑在集成化设计、模数生产、装配化施工等方面，与中国古代大木作建筑的模数制营造方式具有相同的特点；现代装配式建筑在建筑设计、部品部件生产、施工安装等方面，均采用基本模数与导出模数。

雄安城乡管理服务中心项目采用装配式钢框架结构体系，梁柱均采用国标H型钢标准化构件，围护结构采用蒸压加气混凝土（ALC）条板+岩棉板+铝板幕墙系统。钢柱柱距、外窗宽度和外墙条板均采用6m（600mm）为基本设计模数，建筑主要标准化构件采用模数制设计（表2，图5）。外围护系统采用外挂方式，实现了外墙板布置的模数化，减少了裁切，施工速度快且节约成本（图6～8）。

表2 雄安城乡管理服务中心主要标准化构件模数表

5 主要标准化构件设计图

8 干挂铝板幕墙

3 设计方式——烫样与BIM技术

中国建筑的设计方式早在春秋战国时期已用图画表示，汉朝初期已使用图样。公元7世纪初，隋朝使用百分之一比例尺的图样和木制模型，按当时中央政府所定式样进行建造。以图样和模型相结合，在三维空间内表现设计意图，这种传统设计方式一直延续到清代末季。而烫样作为一种建筑设计方式，具体指清代三维建筑模型，是最直观的建筑设计表现手法。烫样是根据建筑物设计图纸所拟定的尺寸式样，按一定比例做成的模型小样，用纸张、秫秸和木头等加工制作而成，通常可以拆卸，各个构件之间互不影响，彼此有所联系又各自独立，有单座建筑烫样和组群建筑烫样两种类型。烫样最大的特点是通过向皇帝展示拟建建筑的大样，以缩微实体的方式来表现建筑样式，显示出建筑的整体外观、柱和梁架结构、内部装修、内檐彩画做法、室内陈设品、细部尺寸等内容，以便皇帝做出修改和定夺决策。我国现存有部分“样式雷”制作的烫样，包括圆明园、万春园、颐和园、北海、中南海、大内（故宫）、景山、天坛、东陵等。烫样不但能记录建筑的营建情况，还有助于从材料、尺寸、样式、工艺等角度全面研究我国古代建筑的营造技艺（图9）。

9 故宫博物院藏九洲清晏殿烫样（尺寸为宽49cm、深42cm、高22cm，烫样比例为1:50）

建筑信息模型（简称BIM技术），是现代化计算机虚拟模型的建筑设计方式。与烫样相比，BIM技术是随着现代化与信息化的社会发展，在计算机发展下延续并提升了建筑模型的表现手法与应用水平，更加清晰地展现了建筑形态、空间、功能、视觉场景表达以及建造准确性。BIM技术的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术为模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库，提高建筑工程的信息集成化程度，从建筑的全生命周期为工程项目的相关合作方提供了一个工程信息交换和共享的平台，有效提高工作效率、节省资源、降低成本，以实现可持续发展。

BIM技术在雄安城乡管理服务中心项目应用（图10～13）包括：

10 BIM+三维仿真——管线综合

11 BIM+三维仿真——展厅精装

12 BIM+三维仿真——展厅精装

13 BIM+能源管理平台

（1）制定工作标准：企业间协调统一配合。

（2）模型运用：1）设计阶段模型——BIM进行虚拟建造，设计验证、效果表达；2）施工阶段模型——深入与甲方、施工方进行项目现场探索，以BIM为工具，将设计成果落实建造；3）运营阶段模型——提交雄安管委会归档，为打造运营服务平台提供BIM信息数据。

（3）与EPC全产业链实施的集成：采用BIM技术，以信息协同为平台，通过数字化设计实现虚拟建造解决工程难题，BIM技术融入建筑全周期实现智能精细化工程，从而实现EPC从总体策划、采购、工程建设、运维等全链条实施。

（4）构建全流程数据库。

4 结语

本文从建筑元素、建造方式、设计方法三方面，分别对窗牖、模数制、烫样在被动式超低能耗绿色建筑中的传承与演变进行了分析，探索与总结出人为控制的绿色营建传承与路径。

（1）传承的理念不变。建筑功能随着现代社会的不断发展而发生着多样性的变化，但仍然秉承与大自然和谐共生和可持续发展的绿色理念。随着新材料的应用和建造方式的改变，建筑始终要从因地制宜、适应气候环境出发，最大限度地利用自然条件，满足人们的使用需求。

（2）传承的路径多元化。随着全球化与民族化、城镇化与本土化、信息化与现代化等多元化交织的发展态势，人们对建筑功能与建筑需求发生了转变，演变出新的建筑元素、设计方法与建造方式。具体表现为：1）功能路径愈发完善和提升，如窗牖由最初满足采光、通风的洞口，发展到现代的满足采光、通风、遮风避雨、节能的节能型外窗；2）营建路径推陈出新，新材料与新技艺互相促进与发展，如装配式建筑是在模数制传承的基础上，发展新材料与新建造方式相结合的技术体系，加快建造速度、提高经济效益；3）设计方法多样化与现代化，从烫样演变为BIM，在详尽展示建筑的基础上，衍生出建筑模型的信息化应用，提高了建筑在全生命期的多元化共享。

（3）演变形式多样化。在从古至今的社会发展中，随着人们对建筑功能需求的改变，不断探索出新材料和新的建造方式。高性能窗、保温材料、墙体材料、幕墙、装配式钢结构建筑、装配式混凝土建筑、BIM技术等应运而生，但共同的理念都是不断坚持中国传统文脉的传承与弘扬。

图表来源

图1 来源于网络；图9 来源于文献[3]；其余图表均为作者自绘或自摄。