基于生物气候学的羌族传统建筑生态可持续设计分析

刘 伟

周浩明

1 生物气候学的定义

生物气候学是美国建筑师维克多·奥戈亚在20世纪60年代提出的建筑新理论和新学说。他认为“生物气候学理论是以满足人体舒适性要求为目的，通过建筑技术的选择，尽可能地利用自然资源来营造建筑内部适宜的环境，降低资源的消耗和建筑设备的能耗费用，研究建筑设计要素和气候之间的关系，从而体现出建筑的地域性和特色。”[1]

在这里生物气候学是指人造建筑环境应对和遵循地方气候运动规律的一种特性，人们根据这些特性进行一切建造活动，活动中以降低资源消耗和能耗费用，满足人类在建筑环境中的舒适性要求，与此同时这些活动也反映了人们的建造思想，具体落实在建筑的做法上。这里的“应对”含有调节和抵御的意思，“遵循”更多的则是服从、顺应和遵守的意思。生物气候学主要由与气候相关的空气温度（气温）、相对湿度（湿度）、太阳辐射（辐射）、风等因素组成。它是建筑环境关注的主要自然要素。人类在建筑营造前，需要对各个生物气候因素进行逐一分析，知道当地的气候条件与环境情况，厘清这些情况的缘由和各个因素之间的关系，运行机制，再根据这些情况和不足，考虑相应对策，经过长时间的实践和修正，达到适应环境与解决问题的目的。

其次，营造建筑环境时，人类对建筑的选址和朝向、空间和面积、形式与材料，再到建筑周围的植物、沟堑、小品，以及它们之间的高宽比、尺度、颜色等，人类都会考虑气候要素，并有对策设计，人类的营造活动既注重室内外环境的实用功能和艺术形式表现，又会关注他们自身在环境中的舒适性。从静态的客观物到动态的身体感受，人类无不适应着气候和顺应着自然的变化而创造建筑，有着符合气候因素的设计思想和经营办法。譬如：四川传统民居为穿斗式结构，木材构筑，墙体非常薄，并和承重结构分开，结构中的木材十分纤细，整体形成一种轻盈的木结构之美。这类建筑中出现一种过渡空间，又称为“灰空间”。它位于建筑屋檐下，并与室外环境相联系，起到适应和调节气候环境的温湿度作用。

图1 羌族的碉楼

图2 羌族的碉房

图3 羌族的庄房

图4 羌族的板房

图5 非洲棚屋

图6 半地下的冰屋

2 羌族传统建筑概述

羌族的传统民居建筑通常由碉楼、碉房、庄房或板（阪）屋组成。在战国前羌族的居所被称为“穹庐”，即帐幕，后来也称“邛笼”。早在《后汉书·南蛮西南夷列传》记载中有说，羌族先民“皆依山而居，垒石为室，高者至十余丈，为邛笼”[2]，战国时期的“穹庐”是东汉以后“邛笼”的谐音。这在茂县黑虎寨的传统建筑上体现得淋漓尽致（图1）。“邛笼”就是现在羌族的碉楼，它是羌族的特色建筑，呈塔形，由下到上逐渐变小，高20～40m，经数年而不倒。碉楼用石块砌成，墙面为波纹，有四棱、六棱、八棱和多棱，它们棱角分明。一般单独建于寨口、村寨中，平时是羌族先人生活的房屋，战时起防御作用，并兼备烽火台功能，远看建筑呈现尖塔形态，十分雄伟。

羌族建筑均就地取材，用石块、黄泥、木材等材料建造。碉房是羌族人民在生活中长期受到气候的影响，为避免危险，他们的祖先把碉楼和庄房结合起来形成的一种独特建筑（图2），其碉楼一般不独立对外设置门，只开较小的斗窗，碉楼的门必须经庄房而入。碉房的碉楼作为家庭起居、储放粮食和财物之用，过去遇到抢匪和敌人，碉楼便临时成为了羌人藏身之所。碉房的庄房是羌族人生活和劳动的地方。其形态高低、胖瘦组合，具有很强的韵律感。

庄房是羌族人民世代居住的最普通房子（图3），多为3～5层。建筑多为石砌筑和木构件组合，呈梯形状和略有变化的长方体形状，似收分的棱台，与山坡地形紧密结合，分台筑室，一般平行于等高线布局，其修筑工艺复杂。庄房具有坚固耐用、抗震性好的物理特点。羌族人在庄房一层饲养家畜和设置储物间，二层设置“火塘”，为全体家人生活的地方，3～4层是家人生活的辅助空间，顶层是“照楼”或“晒台”，为“神”居住之所。建筑楼层在功用上很能体现羌人“人在畜上，神在人上”[3]的观念。

板（阪）屋也是羌族人民世代居住的建筑，该建筑主要被建于临近汉族的河谷与丘陵地区，由木构架和泥土、木板、竹编篾笮组合，木构架为穿斗式，起承重作用，竹编篾笮外抹泥土成为板屋的墙体，木板也是外墙和内墙、地板的主要材料。建筑多为两层，一层架空，是圈养牲畜的场所，二层是羌族人生活的地方，二层以上有一个低矮的阁楼，从外面看很难被发现。板屋的建筑形态如悬空的构架一般，十分独特。有些板屋的部分房屋空架于悬崖上，多根木柱支撑，形态也有些吊脚楼的影子（图4）。

3 建筑的生态可持续设计要点

3.1 建筑的生态可持续设计内涵

根据西安建筑科技大学夏云教授著作《生态可持续建筑》中的定义，建筑的生态可持续设计是源于“节约、环保”[4]，被概括为7个词：节能、节地、节材、节时、节工、节财、环保。清华大学博士生导师周浩明教授的《生态建筑——面向未来的建筑》著作里，对可持续设计的论述，又增加了“长效、健康”[5]2词内容，从而使得建筑的生态可持续设计含义更加完善。既有建筑应节约资源和财物，保护环境的意思，又有保持长时间的效应和正常的功能，让建筑本身坚固、安全，并和周围环境有机和谐，使人在其内身心健康。

3.2 7词+2词要点

7词是源于“节约、环保”，从中详细地分出了节地、节能、节材、节时、节工、节财和环保。意思是一座生态可持续的建筑，它必须具备节约场地与合理占地的优点，修建时具有节约建筑材料和其他材料，建造过程中节约时间、节约劳动力和工匠人数，在全生命周期内具有节约能源和资源，以及节约钱财的作用，最后一切建造活动都要在不破坏环境的前提下进行，起到人和环境协调共生，持续发展的效果。2词是“长效、健康”，长效意为长期具有正常的效应和作用，保持长时间的功能和性质，在建筑全生命周期内都具备始终如一的功效，不会发生质变和损环。健康一般指人的身心健康和生命安全。这里的意思更为宽泛，它延伸到人造的建筑物上，意谓建筑坚固、经济、美观、生态、实用、真实，在时空中始终保持如初的正常功效。

4 与生物气候学相关联的羌族传统建筑生态可持续设计分析

4.1 与太阳辐射和空气温度相关联的节能、节地、节材、节时、节工、环保体现

图7 居住在高山峡谷的羌族

图8 羌族建筑前的道路和院子境况

图9 阳光照射的羌族建筑立面

图10 羌族建筑上的斗窗

图11 羌族建筑上的直口窗

空气温度是气候适应性最重要的一个因素和设计参数，它的变化大小直接影响着人们考虑建筑的场所、朝向、楼层、结构、材料和形式。空气温度源自于地区接受太阳辐射的强弱。譬如地球上越接近赤道，这些地区所接受的太阳辐射越多，空气温度就高，而离赤道越远，那些地区的太阳辐射越弱，其空气温度就低。靠近赤道的非洲地区，白昼室外空气温度很高，从而产生了适应当地空气温度的棚屋建筑（图5），建筑结构类似中国的干栏形式，楼层常见一层或二层，以泥土和树木等材料建造。而远离赤道的南北两极，空气温度极低，产生了体形极小的冰屋，建筑为壳体结构，由半地下和地上两部分组合而成，以冰块和冰砖砌筑（图6）。

图12 羌族建筑窗口上的遮阳棚

羌族地区位于青藏高原向平地的过渡带，那里高山峡谷（图7），海拔高，气压低，一年四季分明，冬季长，夏季短。大部分羌族地区的气候寒冷，太阳辐射强，白天温度高，夜晚温度低。半高山地方的空气干燥，山下和河谷的空气湿润。受太阳辐射强的影响，羌族传统建筑非常重视冬天接受阳光、保温防寒的设计。在羌族村寨中，每一座建筑都依高低地形建造，建筑错落有致，这种布局形式可让每座建筑都尽量能接受到白天的阳光，使其墙体上的石材能够充分发挥其蓄热性能，白天最大化地获得和蓄积太阳的热量，而当晚上室外温度较低时，墙体中石材蓄积的热量能够重新释放出来传给室内空间环境，增加碉房或庄房的室内空气温度，满足人的生活、居住需要。这样的用材观念很好地体现了节能的理念。

图13 从窗口进入室内的阳光

图14 羌族建筑堂屋中的火塘

图15 羌人与客人围坐火塘交谈

图16 羌族碉楼的厚墙和封闭门 窗景象

羌族建筑一般都是沿山地等高线布局，朝向统一，面向开阔的峡谷和山坳处，南向偏多，东、西南向次之。这些做法都是为了让建筑环境获得更多的太阳辐射，增加空气温度，进而加大热量，起到被动式利用太阳能的作用，产生节能和节材的生态可持续表现。位于半山和高山的羌族建筑，羌族人民有意腾出较缓的坡地和平地用来种植庄稼，而把房屋建在山坡和石崖上，达到节约用地（节地）的效用，这种方式既解决了羌族人居住的问题，又满足了他们种粮食和蔬菜的生活需要，使得碉房周围场地空间极小，常常是道路和院子合二为一，且院子之外便是悬崖峭壁，看上去十分险要（图8）。譬如茂县黑虎寨的王姓碉房就是这样的情景。

庄房、碉楼的墙体较厚，一般为0. 4～0. 6m，墙基础在0. 8～1. 0m，羌人用泥土填实石块之间的缝隙。建筑体形简洁，室内空间进深较浅，面宽略大于进深，总体紧凑，便于朝阳面接受阳光（图9）。建筑层高低，通过其固有的物理性能来保持室内空气温度的舒适与均衡作用。建筑上的窗洞较小，各层窗洞尺寸不一，形状近似方形，部分是斗口窗，简称斗口（图10），部分又是直口窗（图11）。斗口用于射击和军事，直口用于通风、照明和排烟，并且直口的尺寸要稍大于斗口。窗口一般都做得较小，以便于室内的保温，因为羌族传统房屋的窗洞通常是敞开的，没有封闭的窗扇，为了冬天不让室外极冷空气进入室内，带走室内的热量，他们祖祖辈辈都把窗口造得十分狭小。但是朝南和东西各方的墙面上，直口的窗洞却成为室内采光纳阳的主要渠道，这样可以让庄房和碉楼室内在白天获得太阳辐射，到了晚上室外温度虽然骤降，但不会使室内气温显著下降。

夏天，羌族地区白天太阳辐射普遍较强，室外空气温度适中，据测量，夏天中午12：00—13：00间，羌族各地太阳辐射能在500w/m2以上，但空气温度平均在25°C左右，可见羌族高山上建筑环境的太阳辐射强，阳光下的紫外线也强，温度高，然而综合各种气候因素后，其空气温度却不高，非常适宜生活。由此羌人祖先早已摸清这个气候规律，创造了夏天建筑一定要避免太阳辐射的遮阳做法和设施。羌族建筑的门、窗上均有遮阳棚，它们大小不一，用材也不一样，主体多为薄的石片或青石板（图12），常设置于南墙和西墙的窗户窗楣上，东面墙则不安置遮阳板。据调查应是早上到上午由东而起的太阳，其辐射不强的原因所致。庄房、碉楼极需要日照以及大量的热能，于是当地羌人尽可能就在窗口外侧不加任何阻碍物和遮挡物，让太阳辐射能够更好地通过窗口进入室内（图13），以改善室内的热环境。

羌人建房子一般在夏季或春季偏多，主要因为这两个季节的空气温度适宜，太阳辐射强，方便工匠和村民们干活。同时这两个季节也是当地人最早准备建筑材料的时期，所备建筑材料一般放置在室外5年以上，待风干后才能用于建筑上。羌族人为了在这个期间修好房屋外壳，他们非常重视时间的安排和人工的计划，依然惯用生态可持续的“节约”。从春季挖地基和砌基础开始，匠人和村民们一般在15天左右必须完成，而后砌墙是有方法的、规范的，并且模式化的。工匠们分为大师傅和小师傅，大师傅负责整个建筑的砌筑管理、技术指导和砌筑中的墙体矫正等工作，小师傅担任砌筑或拌泥土工作，大量的村民们帮着背石块、泥土和搬运材料等事务。房屋主人主要负责伙食，以及背石块等工作。砌筑墙体，通常由两位师傅，一左一右或一前一后同时施工。从横向来看，匠人一般先从墙角开始，逐渐向墙中间砌筑；竖向来看，是由下向上，慢慢收分在0.0015m左右，大概每砌筑0. 9～1. 2m高度时，大师傅就会来矫正一下，看看砌筑和收分是否合适，墙体两侧是否对称等，这一切判断都是凭着大师傅的经验而定。每次砌筑1. 2～1. 5m高度时，墙体上就会放置一、二根横木或树干，作为墙横筋，这种做法一直延伸到屋顶，保证了建筑的坚固。一座新碉房的完工时间，通常在8个月左右。建造过程中，当地人也常常将旧的建筑材料捡来重新使用，这样既能节约材料及缩短搜集材料的时间，又有节约人工数量及其劳动量的作用，体现了羌人修建传统建筑时的节时和节工的理念。同时他们将旧建筑材料捡回重新使用在新建筑上，也是不浪费材料，不占用土地，保护建筑周围环境的一种生态表现。而冬天和秋天羌族人则极少备料和修筑房屋。

4.2 与相对湿度相关联的节能、节地、节材、节工、环保、长效、健康体现

羌族地区处于干燥的青藏高原与湿润的成都平原过渡带，那里气候复杂，由于受东南方向的龙门山脉阻挡，从太平洋吹来的湿润风不容易进入岷江流域和杂谷脑河流域，使得该过渡带的气候从干燥到湿润，整体呈现寒冷向温和气候变化的走向。羌族地区因高山、河谷和丘陵地势不同，它们之间的湿润程度也是不一样的。比如处于丘陵地势的绵阳市北川羌族自治县，其年平均相对湿度在72%～85%，远远高于人要求的30%～70%舒适范围，而位于高山地势的茂县，其年平均相对湿度却在67%～79%，这些数据表明在不同的地势条件下，羌族地区的相对湿度是有明显差别的，高原地区相对湿度要优于丘陵和河谷地区。

为了适应潮湿的气候环境，生活在丘陵和河谷的羌族人在建筑上采用干栏式形式、穿枋结构，使得房屋下层架空，便于通风，让二层的楼板不直接与湿度大的地面接触，使得地面上的湿气和水份在空气交换的过程中不易进入二层楼板上面的空气中，让人住的二层空间不会受到湿度的影响。干栏式不仅是板屋的固有形式，也是羌族庄房的形式。羌族碉房虽然是石材的砌体结构，可是它们的剖面空间是一层关养家禽，二层住人，三层以上放置粮食财物，这种形式同板屋形式一致，只有建筑材料和结构不同。它们的最终目的也都是让二层空间避免受地面及一层潮湿气候的影响，给家人一个舒适的湿度环境。这种做法是因地制宜使用自然材料的表现，也是节地、节材和节能的生态可持续表现。

羌族传统建筑在解决湿度问题上，不仅通过建筑结构形式来处理，还通过室内生火的方式来除湿。羌族建筑的堂屋室内均设置有“火塘”，又名“锅庄”（图14），一到寒冷季节或做饭时间必然会有柴火燃烧，能持续给室内提供热量，增加空气温度，不断蒸发室内水汽，致使空气干燥，让室内环境逐渐产生热舒适性。羌族这种传统生活方式和生活习惯早已延续了几千年，它们不仅是实用的体现，也成为了羌族的宗教信仰，是家人兴旺和喜庆的体现。羌族人只要过节和家有喜事，必定会围绕火塘跳舞、唱歌，如果来了客人，他们也会聚集在火塘四围，喝咂酒、热烈交谈（图15）。自古以来羌族火塘被称为“万年火”，意谓永不熄灭，红红火火，粮肉丰收、人丁兴旺，平安无事。它寄托着羌族人民最美好的心愿，是火神的化身。这种能够增加室内温度，减小湿度的炊事用的“火塘”同时也是长效、健康的生态可持续做法的具体体现。而生火的木柴则是羌族人民在宅前屋后的地上或山林中捡来的，这些干枯的木材和树枝，源于自然植物的衰亡和掉落，不是人为乱砍乱伐而来的，而是被再利用的有益于生态可持续发展的材料，有利于能源的节约，是保护环境的体现。干枯的树枝被羌族人重新利用来生火做饭，是废物再利用的长效表现，它们不需要羌人特意去山林和屋后砍伐生火取暖，只需要羌人在地上捡起它们背回家就可以生火，这也是节约工作量（节工）、劳动量的体现。

4.3 与风向相关联的节能、环保、长效、健康体现

羌族传统建筑主要位于高山地区，那里海拨高，风速快而强，从而使得羌族建筑非常重视防风引风的要求。羌族先人常以厚墙和封闭门或主要窗来避风，以自然屏障来防风（图16）。这样做的结果是为了保持室内的空气温度不被降低，冬天室内气温能适合家人休息与避免身体不受冻，保证人的身心健康和持续发展的同时这也是节约能源的表现。夏天则相反，建筑为了避免太阳强辐射进入室内，窗户都小，于是室内就会变得非常闷热。羌人为了解决这一不足，在似碉楼的碉房、庄房、板屋上尽可能开启门窗，引室外的风进入室内，通过“烟囱效应”让室内外气流快速交换，促使室内空气清新，温度降低，变得十分凉快。这些避风其实是节能、长效、健康、环保的生态可持续表现，而引风则更有节能、长效、健康、环保的体现。

图17 羌族传统村落建筑统一朝阳的景象

羌族建筑的朝向方式有避免冬季主导风和有益引入夏季主导风的特点，房屋习惯朝向南面或东、西南面，这些朝向能让建筑获得较好的风能，尤其是夏季的东南风和西南风。它们可以通过碉房、庄房和碉楼等的门、窗进入建筑室内，降低这些建筑室内温度达到凉快的感受。通过作者在羌族地区的实地调研知道，夏季羌族地区的主导风向主要是朝东南方向和西南方向（图17），而冬季该地区的主导风向则是西北向和北向。要解决冬天羌族传统建筑尽量少受到这些风向的干扰，由此当地建筑朝向一般都不与当地冬季主导风向垂直，并保持一定角度偏向，那样就能把冬季风对当地建筑的破坏降低到最低程度，而且还能够保证建筑在夏季又得到需要的通风量。这种理念和做法是羌族人民运用低技术策略解决建筑避风和引风的一种有效生态可持续措施。

结语

羌族传统建筑的历史较长，类型不多，主要以居住和军事防御为主，同周围兄弟民族的传统建筑比较，他们设计、营造的建筑更为实用和朴素。羌族传统建筑从碉楼、碉房、庄房到板屋，既有历史演变的递进关系，又有平行共同发展的特征。建筑讲究依据客观自然环境和气候条件建造，按照功能分区划分室内空间和剖面空间，形成由低向高的收分，犹如自然生长的形状，呈梯形，远看和山、树一样的形态，十分稳固，彰显了建筑与自然之间的和谐景象。这一切归功于羌族传统建筑处处都考虑到气候环境对羌族人的居住、生活与劳动的影响，羌族人均依照它们来考虑设计和建造。而这些考虑结果和实施办法又都被羌族匠人所传承，并为羌族世代人民所应用，而后转化成了一种可持续的、适宜的设计理念与营造做法，产生出节约、环保（节能、节地、节材、节财、节工、节时、环保）、长效、健康的生态可持续发展表现。

通过对羌族传统建筑的研究，试图从中能够发掘出羌族人民的设计观念和建筑的营造做法，为当今高山峡谷和高原地区建筑的设计获得一些传统优秀的生态可持续设计理念，为建设羌族、藏族地区的新建筑寻求到更多的民族文化思想，这样看来对于羌族传统建筑的研究是很有实用价值和理论意义的。

资料来源：

文中图片均为作者自绘或自摄。