传统建筑院落的微环境设计分析和概念应用策略

2022-09-30钱文戬

城市建设理论研究（电子版） 2022年25期

钱文戬邓曦

同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司上海 200092

院落式组合是中国传统建筑平面布局的精髓特征，传统的院落空间是低层建筑、廊、围墙、照壁等的围合和组合形式，木构体系和对于多样化的空间、功能组合的需求，形成了不同于西方建筑的布局形态，巧妙地实现了内外空间的过渡与转换，在不同的人文和地理环境下发展出了各具特色的形式。中国古代建筑一直面对着内部与外部空间的辩证关系，在儒道、风水堪舆和民俗文化的思想影响下，建筑不再是一个封闭的箱子，与外部产生积极的联系，内院处于内部区域空间的核心，却又产生了外部空间的效果，将外部环境自然地引入室内，同时可变余地非常之大，根据场所空间的大小、自然环境的不同，进行组合、叠加、变换，塑造各种应用场域。对于现代建筑设计，院落式布局不仅对于内外空间的过渡转换有着积极的借鉴意义，其对微环境的营造也表达着因势利导的自然生态理念。

1 建筑院落的微环境

1.1 院落的空间组织

院落空间由系列的封闭、半封闭围合构成，标定了内外领域的不同。庭院是平面构图布局的中心，也是整个组群的功能枢纽，分划和联系着周边的不同建筑，衔接和串联着组群的各条功能流线。对外相对封闭，对内互融开放，周边的房屋以各种方式设置门窗等通行及视觉廊道，从而达到内外各个空间的沟通，通过檐廊等形成用过渡空间组织内外的序列，形成内外渐变的院落特征。院落也承担采光纳阳、通风防风、控水控湿、隔音降噪的责任，是使用者之间、使用者与自然之间主要的交流场所。

1.2 院落调节微环境的功能

传统建筑院落能够形成适宜微环境，能适度自我调节气候条件，北方地区建筑为了防寒保暖，大多数建筑面北朝南，间距开阔，厢房错开对正房的遮挡，尽可能利用阳光的能量；而在东南地区，湿度大闷热，院落功能是组织通风而降温，狭小的庭院可遮蔽夏日阳光，正厅高大宽敞，前后留有通透的门窗，通风散热条件良好，院内水汽蒸发，带走空气的温度。院落的封闭性创造了声环境，建筑四周由房屋、围墙或走廊围合而成，隔绝室外环境嘈杂。植物水体布置和渗透型铺地，可调节湿度环境和热环境。总之，院落空间能在光照照度、温湿度、绿化和水体、空气、声音等多方面自我调节，形成良好的微生态环境系统。

1.3 传统院落微环境的技术分析

微环境可以通过实测和计算机软件仿真进行类型化研究。如对不同院落组织形式的建筑，在设计上找到适宜地理和气候的策略，分析比较院落进深、面宽、楼层高度等对院落周围及建筑环境的影响[1]；也有用计算流体力学技术模拟合院的风热环境，定量分析气候设计策略，得出符合气候适应性的当代合院形式建筑定量化设计依据[2]。

2 传统建筑院落的微环境营造方式

对于传统建筑来说，营造方式是对地域材料、气候等情况的一种技术反映，体现了长期的实践智慧，其工法技艺价值并不低于历史文化价值。随着建筑生态和绿色营建的理念，使吸取传统经验的设计策略具备应用实践的意义，通过技术分析进行系统化环境营造[3]。

2.1 热光环境和声环境

院落具备热环境的调节效果，冬季时，墙面通过院落间距得到更多阳光辐射能，配合朝南的门窗和墙面的反射，最大限度接受阳光照射；夏季时，建筑和乔木的阴影降低太阳直射外墙，以漫射折射的方式，控制进入建筑的照度和太阳能量，营造了宜人小气候。天井尺度、照壁、“过白”等手法，能细致调节光直射和照度；围合形式也控制了场域的声环境[4]。

2.2 热风环境

在江南地区的传统民居，深墙大院，外围开窗少，空间进深大，其中设置小型庭院来满足采光需求，不同庭院形成内外空气温差，自然对流通风，有些传统民居建筑外墙与院墙之间宽度仅有一米多的距离，控制温度以形成拔风效应，这在当前建筑密度高的地区也具备应用的意义，建筑进深大时配置小型中庭，导入光线和空气。南方的天井式民居适应炎热、多雨地区，院落缩小，屋檐长挑避雨，同时构成小尺度的天井，围合院落以天井为中心促进通风，四周建筑阻挡了阳光直射，白天天井中的室外空气温度低，低温的空气流向室内温度较高的区域，形成物理学的热压通风效应，比如广州西关小屋，是因前天井受晒面积比后天井大，受晒时间长，温度高，室外为静风时，前后天井空气密度差形成热压差，空气从后天井流向前天井，速度能到0.2～0.5m/s，人有明显阴凉感，在炎热的夏天也能感到舒适，建筑院落对热风环境的组织如图1所示。

图1 建筑院落对热风环境的组织

2.3 植物和景观气候环境

庭院绿化是营造传统院落式建筑的重点，院落内种植各种乔木、花草、爬藤，不仅改善院内热环境，而且对院内空气、土壤、水进行生态式的循环处理，吸收二氧化碳，释放氧气。树种大多挑选落叶的乔木，姿态舒展且高度匹配。夏天叶枝繁茂，可阻挡阳光直接照入室内；冬天叶片凋零，阳光可以透过，室内温暖明亮；在北方地区的院落内，由于缺乏活水，院落中央常常摆上鱼缸，即可以观赏，也可防火，另外还有调节庭院湿度、温度等微气候的功能。

2.4 微环境体系构成

以典型皖南民居为例（如图2所示），外墙封闭高耸，一个合院形成一个整体，高耸墙体和窄小院落不仅提高了土地利用率，也使得建筑隐于大片屋顶的阴影中，有效遮阳拔风。这种小尺度天井合院格局有利于抵御南方强烈的日照，很好地适应了夏季多雨、炎热、潮湿的气候条件[5]。

图2 皖南民居院落的微环境系统构成

3 技术分析和优化

通过类型化分析确定研究模型，现场实测结合计算机量化模拟，可以对项目案例设计进行优化，并得到符合地域环境特征的概念性策略。

3.1 江南地区院落的光热优化

对庭院尺度和建筑屋顶构造（坡度、挑檐等）的设计优化，可以控制院落的光热环境，如图3所示。图中浅色区域太阳辐射量大，深色区域辐射量小。7月份模拟中，无挑檐组上部太阳辐射量很大，有挑檐组上部辐射量较小；1月份模拟中，虽然两组下部辐射量均较小，但上部有无挑檐的辐射量相似，出檐并未对冬季建筑采光得热造成影响，江南地区出檐基本可达到夏季遮阳且冬季不影响采光的作用。根据分析，当庭院尺度一定时，庭院上部的气候调节主要依靠出檐，合适的出檐可在一定程度上形成冬暖夏凉的作用。

图3 庭院和建筑屋顶设计对光热环境的控制

3.2 南方地区院落尺度对光环境的影响

对于较小的中庭，开始尺度增加，光照并没有改善，随后快速增加至再略减，中庭面积为1.2S时出现最大值。通过室内平均照度值变化规律，可以发现在一定范围内增加院落面积，能够有效改善建筑室内采光，但并不随着院落面积的增加而无限增加，如图4所示。

图4 中庭院尺度对建筑室内照度影响的分析

3.3 北方地区院落的风环境优化

在院落改造的通风优化策略中，合理调节庭院尺度，中庭长宽比2:1时有最佳通风效果，涡流面积的占比小，庭院中布置适量植物可以导引风向，向院落四周发散，还可以调整门窗设置，改善房间通风条件。对于风速场，院落越开阔，风速场分布越趋于均匀，在自然通风条件下，院落空间能维持稳定的风环境，夏季引导自然通风对流，冬季防御强风冷风穿透。传统建筑的坡屋顶坡度可以引导气流，在相同尺度条件，加大挑檐能够扩大室外风环境稳定的范围，当檐廊下形成低于1m/s左右的风速，建筑外侧的涡流效应能够有效减弱，自然通风的同时不妨碍人活动的舒适感。设置檐廊可以调节院落风环境，在建筑宽度小于高度三分之二时，能起到较好的防风作用，如图5所示。

图5 四合院的风环境优化

4 微环境概念设计应用策略

微环境包括空气环境、热环境、风环境、光环境、湿度（水）环境以及声环境等，可以通过微环境设计改善各项适应性指标，从可持续发展的思想来诠释建筑与环境关系的内涵，促进人造建筑与自然环境的生态平衡。

4.1 基础条件调研

对地域的地理气候、周边环境、人文传统和建筑营造特点进行研究，包括气候、材料、地形特异性等。提取传统建筑院落的设计原理和营造技法，比如价值取向的判断依据、经验数据、建筑院落组织形式、建筑形制和构造、材料的选取和使用等，包括一些被动式低能耗和生态循环利用的方式。

4.2 建立微环境设计目标体系

汇总项目各项微环境构成要素，根据使用功能和使用者情况，对建筑院落中的各类行为和感受的需求进行评估，得到整体和局部区域的微环境控制要素，区分重要度和可实施性，形成微环境设计目标体系。

4.3 形成概念设计策略

场地的地形地势、自然资源的利用和共生、建筑朝向、建筑尺度及对位关系、院落布置的组织形式、建筑构件构造关系和形制、各类材料选取和使用、构筑物和景观要素的布置等，构成了院落微环境的塑造和影响要素，对这些要素进行层次区分，结合地域气候特点，归纳微环境的主要目标和矛盾，形成概念设计策略。

4.4 量化分析和优化

通过实测和计算机数值模拟工具，进行量化分析和优化。各类微环境模拟分析的软件很多，实践中应摒弃既有设计的图显化流程，赋予目的和成效，较为关键的是：建立目标，就是量化分析需要解决什么问题，这也决定了模型的建立；系统参数输入，即包含地理气候等基础数据的模拟可靠度，也要求对场域环境真实状态的提取，否则得出的结论会偏颇甚至相反；制定量化指标评价标准，各类微环境舒适度指标，比如院落建筑的温度环境营造中，过渡区域的合理曲线变化；类型化和比较方法，基于理论概念寻找控制因素，通过分析，结合评价体系，切实优化改善微环境，并在实施后进行实测复核和经验积累。