基于环境分析的不同气候区村镇民居差异性比较——以山东潍坊霸王泉村和江苏南京瓦罐村为例

0 引言

我国幅员辽阔，南北纬之间横跨不同气候区，且不同地区之间的气候差异十分显著；而自然地理气候环境的不同，会直接导致不同地区村镇民居在设计与建造方面的诸多适应性差异。基于自然地理气候的特征性差异，我国的建筑热工设计气候分区由北向南依次分为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区及温和地区。本文主要针对寒冷地区及夏热冬冷地区的村镇进行探讨，基于气候及环境适应性原则，分析不同气候区内村镇民居所产生的群体布局、建筑单体设计及室内热环境差异。

1 所选村落区位及概况

本文选取紧邻秦岭—淮河分界线的两处具有代表性的村镇为研究对象。其中，一处是位于山东省潍坊市的霸王泉村，属寒冷地区；另一处是位于江苏省南京市江宁区的瓦罐村，属夏热冬冷地区。

两地的气候环境及村镇民居的设计目标差异性在于：寒冷地区冬季较长且寒冷干燥、春秋两季短促，气温日较差较大，日照较为充足，建筑物应满足冬季防寒、保温、防冻、防风等各项要求，夏季兼顾防热；夏热冬冷地区夏季闷热、冬季湿冷，气温日较差较小，年降水量大，日照偏少，建筑物应满足夏季防热、通风降温要求，部分地区冬季应兼顾防寒。

1.1 地理位置基本气候特征

1.1.1 霸王泉村

山东省潍坊市位于山东半岛西部环渤海气候区内，北纬35°32″～37°26″，东经118°10″～120°01″。市域地貌自北向南呈阶梯状（由低到高）分布，本文所选案例霸王泉村则位于市域中部坊子区坊城街道内，地形地貌以平原为主（图1），地势平坦开阔与周围大多数北方村落所处的环境较为相似。

图1 霸王泉村卫星平面图

其气候特征为暖温带季风型半湿润大陆性气候，整体属北温带季风区，背陆面海。受欧亚大陆和太平洋的共同影响，其气候特点为冬冷夏热，四季分明。春季风多雨少，早春冷暖无常，常有倒春寒出现，晚春回暖迅速；夏季炎热多雨，温高湿大；秋季天高气爽，晚秋多干旱；冬季干冷，寒风频吹。

1.1.2 瓦罐村

江苏省南京市位于长江下游中部地区，地跨北纬31°14″～32°37″，东经118°22″～119°14″。由于南京属宁镇扬丘陵地区，故其地形地貌以低山缓岗为主，所处环境不如北方平原开阔，本文所选案例瓦罐村则位于市域东南部。同时，由于南方水系发达、周边水网众多，因此，该村的选址及布局与周围起伏的地形相交错，具有南方水乡村落的典型特征（图2）。其气候特征属北亚热带湿润气候，四季分明，春秋短、冬夏长，冬夏温差显著，雨水充沛。

图2 瓦罐村卫星平面图

1.2 村镇人口及建筑情况对比

1.2.1 相似点

霸王泉村及瓦罐村虽地处不同气候区，但两村的人口数量及比例分布、村镇规模、建筑年代均有相似之处，因此具有对比研究的合理性。两村户数均为150 户左右，劳动力人口数约占全村总人数的一半；其中，霸王泉村老龄化程度较为显著，而瓦罐村人口年龄分布较霸王泉村更为均衡（图3）。两村住宅大部分为砖混结构，且瓦罐村砖混结构建筑占比更大（图4）；房屋的建成年代也基本集中在上世纪80年代以后，且霸王泉村住宅的建造时间更加集中（图5）。

图3 人口比例对比图

图4 住宅结构形式对比图

图5 建成年代对比图

1.2.2 不同点

虽然体量大致相同，但在建筑单体设计方面，两村却存在着显著差异。

（1）建筑层数及面积方面：霸王泉村住宅以1 层为主，建筑单层平面面积明显大于瓦罐村；瓦罐村则多为2 层或3 层住宅（图6、7）。

图6 住宅层数对比图

图7 住宅面积对比图

（2）围护结构方面：霸王泉村住宅外窗多以单层玻璃的木质窗为主，瓦罐村则更多选用铝合金双层玻璃外窗（图8、9）；且瓦罐村采用外墙保温和屋面保温的住宅明显多于霸王泉村（图10、11）。

图8 外窗框材对比图

图9 外窗玻璃层数对比图

图10 外墙保温对比图

图11 屋面保温对比图

（3）冬季采暖方面：霸王泉村大部分使用传统的土暖气及火坑采暖，而瓦罐村以暖气片及空调为主，两村的采暖形式差异较大（图12）。

图12 采暖形式对比图

值得注意的是，虽然地域气候的客观差异性导致了建筑设计中的诸多差异，但这只是其中一个决定性因素。实际上，造成这种差异的原因是多方面的，除了气候原因，还受到地方经济条件和市政设施等多方面的制约，有时甚至会出现与气候特征主导相违背的现象。相较于更需要保温的霸王泉村，反而是瓦罐村更多地采用了外墙保温、屋面保温等，并使用保温隔热性能更好的铝合金双层玻璃窗等，这与地方经济发展有着密不可分的联系。

2 群体布局差异性分析

外部气候环境与地形地貌的差异形成了建筑群落布局的不同特征。本研究通过现场踏勘、实地测量及软件建模模拟等方式，如实记录并模拟两个村落的建筑群现状，分析其在形态分布和局部气候环境方面的不同。

2.1 建筑群形态分布基本特征

霸王泉村所处环境地势较平坦且村镇曾经过整体规划，体现在建筑群体布局上，其道路笔直纵横且房屋排列有序。几条主干路呈“井”字状布局串起整个村庄的建筑，房屋密度较高（图13）。由于没有地形条件的限制，建筑全部朝南，分布较为集中。

图13 霸王泉村3D 模型轴测

瓦罐村则与之不同。因地处江南丘陵地区，降水充沛、水系发达，村中道路较为曲折，道路形态主要取决于地势高低及走向，房屋密度相对较低，分布也较为分散、随意（图14）。受地形限制及水系分布影响，建筑部分朝南，部分则朝向水网及道路。

图14 瓦罐村3D 模型轴测

2.1.1 水系及道路对比

从建筑与水系及道路的关系（表1）可知，霸王泉村房屋具有显著的北方寒冷地区群体特征：水系与村镇相对独立，且主干道路与水系相距较远，但有道路可以直接联通；受平原地形影响，路网规划方正宽阔、界面清晰，房屋沿道路整齐排列，朝向一致、形态统一、间距均匀。

相反，瓦罐村内的建筑群体受水系条件影响较大：由水系分割，其道路狭窄曲折，建筑组群分散；各组群与水系关系紧密，组群内部密度较高，且朝向以面朝水或道路为主，不追求严格的南向；房屋形态各异、间距不均，街道界面轮廓与地貌相融合，而非绝对笔直。

2.1.2 绿化对比

从表1可以看出，霸王泉村绿化分布较为稀松,以院落内私人绿植及室外大面积空地杂生植被为主；瓦罐村的绿化则多分布在池塘周围，较为分散且形态各异。另外 ，通过其剖面关系，也可以直观反映出建筑局部房屋与水系及绿化之间的关系。

表1 两村建筑群形态分布对比

2.2 建筑群气候模拟分析

村落群体布局形态的差异与外部环境的不同直接相关。通过软件建模，对两个村落的日照、夏季风环境、冬季风环境进行模拟计算，可进一步分析建筑群组的差异性及其成因。

在建筑朝向上，霸王泉村朝向基本一致，即统一朝南向开门，且院落入口也位于房屋的正南侧，整齐划一；而瓦罐村的建筑朝向不仅仅考虑到日照因素，且更多地受到道路及河流分布的影响。通过日照模拟可知，寒冷地区建筑需要充分考虑室内的采暖，因其地处平原，不受地形地貌限制，日照便成为霸王泉村建筑朝向的决定性因素；而瓦罐村地处夏热冬冷地区，且地形地貌复杂，日照在这里成了次级影响要素。此外，通过冬夏两季风环境模拟可知，霸王泉村夏季受太平洋季风影响，风速较高，冬季受来自西伯利亚的西北向寒风影响；瓦罐村则夏季受东南向海风影响较大，且风速低于北方来风，冬季同样受到西北方向的西伯利亚寒风影响（表2）。

表2 两村建筑群气候模拟分析

结合村镇布局的特征形态分析：霸王泉村冬季气温较低，西北风风速较大，村内建筑群通过高密度集中式的行列式布局，可达到冬季防风的目的，且夏季气温凉爽、日照充足，统一向南的朝向可保证室内获得更多日照；而瓦罐村地处夏热冬冷地区，夏季炎热且受海风影响，需要充分考虑到房屋的通风散热，松散有机的建筑布局形态则刚好有利于这一需求。

由此可见，虽然两个村镇处于不同的气候区且地形地貌各异，但其形态的形成和演化无不是对外部环境有效回应的必然结果，两者之间具有高度的一致性和协调性。

3 建筑单体差异性分析

通过现场踏勘及实地测量，选取部分具有代表性的典型住宅进行实测，对比两村镇单体建筑的形态差异，并对室内日照及风环境进行模拟。结合前文对于地区气候、群体布局的研究，总结分析不同气候区的差异性环境对于建筑单体形态的影响及原因。

3.1 建筑单体形态

通过对两个村落民居住宅平面的测绘及筛选，选取每个村落内建造年代相近且具有代表性的两种典型平面进行对比分析（表3）。在建筑面积上，霸王泉村建筑单层面积较大但多为1 层，而瓦罐村民居多为2 层，虽单层面积不大，但总面积较大。从建筑开间上看，两个村房屋的东西方向开间大小相近，但开间数量存在差异；其中，霸王泉村多为四开间，而瓦罐村以二开间居多。在建筑进深上，瓦罐村房屋南北向多为2～3 隔间，普遍比霸王泉村多上至少1 隔间，故进深较深。在体形系数方面，霸王泉村民居的体形系数普遍小于瓦罐村，且单体之间多为山墙面相接，有利于保温隔热；瓦罐村建筑单体则多为独栋，体形系数较大且表面凹凸较多，易散热。

表3 两地建筑单体差异对比（20世纪90年代建造）

3.2 建筑室内物理环境模拟

3.2.1 日照模拟

运用Ecotect 软件对建筑室内进行光环境模拟（图15、16）。两村的围护结构、开窗面积及室内布局不同，总体上霸王泉村住宅的室内采光情况更好，且各房间之间的采光均较好；瓦罐村住宅室内各房间采光差异较大，大部分房间采光条件较差，只有有阳台的房间采光显著好于其它房间。

图15 霸王泉村住宅光环境模拟

图16 瓦罐村住宅光环境模拟

3.2.2 风环境模拟

由于不同季节的室外风环境分布情况存在较大差异，故对风环境特征较为明显的冬夏两季进行相应的气候参数设置及模拟。

（1）霸王泉村住宅因纵向房间数少且进深较小，室内空气流通便利，有利于通风。但夏季室内风速可能过大，在南北房间门窗位置相对时易出现穿堂风；冬季则不利于防风保温，需关闭北向门窗（图17、18）。

图17 霸王泉村住宅夏季风环境模拟

图18 霸王泉村住宅冬季风环境模拟

（2）瓦罐村住宅的室内进深较大、纵向房间数较多，仅在门窗相对的位置能够进行有效通风，其它区域则通风受阻，且各房间通风不均。相对而言，冬季室内通风较夏季有一定程度的减少，且二层通风状况普遍好于一层（图19、20）。

图19 瓦罐村住宅夏季风环境模拟

图20 瓦罐村住宅冬季风环境模拟

3.2.3 结果分析

综合上述分析可知：霸王泉村大面宽、小进深的建筑单体布局对冬季防风保温较为不利，需要格外注意门窗位置及北侧房间布置，以减小对主要使用空间的影响；瓦罐村住宅虽然对得热要求不高，但仍需注意开窗方式及面积以保证充足的室内采光、通风，且因纵向房间较多，门窗位置对于室内通风影响较大，需要格外注意以保证夏季的通风隔热。

3.3 建筑围护结构细部

对比两个村落的外围护结构用材可知，村镇民居在选择建筑材料时，除考虑外部环境及气候要素外，地域文化及当地建材也是其中重要的影响因素。

（1）在门窗构造上，虽然霸王泉村民居更需要保温防风，但大多只使用了性能较差、较廉价的外窗材料，保温隔热性能较好的双层玻璃的选用比例远低于瓦罐村。

（2）受传统工艺、降水量的影响，两村对屋顶材料需求各不相同：霸王泉村选用造价低廉、吸水且不耐潮的红瓦（陶土瓦）；而瓦罐村选择了更具江南特色，耐潮且不吸水的青瓦作为屋顶材料。

（3）两个村落的檐下空间受建筑单体形态影响，具有多样且各异的形式。因所在气候区不同，霸王泉村的檐下空间功能性较弱，更多的是作为入口的过渡空间；而瓦罐村住宅因避雨的需求，檐下空间面积更大也更加重要（表4）。

表4 霸王泉村及瓦罐村建筑细部分析

4 结语

不同地区的气候环境及地形地貌对建筑群落布局、单体建筑形态和建筑的细部构造具有不同影响作用，这是各个地区村镇住宅产生差异的重要原因。本文以寒冷地区和夏热冬冷地区的两个不同村落为研究对象，分析总结其外部气候、地形地貌以及房屋设计过程中的异同点，反映出两个不同地区的村镇在房屋营建方面的普遍性差异，具有一定范围内的代表性。值得注意的是，除外部环境因素外，地区经济发展及相关政策也是影响村镇民居建设的重要因素之一。至于相似之处，很大一部分原因是由于现今村镇住宅建设基于统一的现代化生产、施工技艺及居住需求标准，因而在具体设计及材料选择上也有一定的共性。