白族民居建筑的物理環境

高琳玲，柯衛華

（大理學院工程學院，云南大理 671003）

白族建筑是在特定條件下形成的一種民族傳統建筑文化。它既是“有形文化”也是“無形文化”，具有鮮明的民族性、地方性和頑強的生命力〔1〕。其中最具有代表性的白族民居建筑蘊藏著白族文化的精髓，是中國傳統民居建筑的典范，更是我國少數民族建筑史上的一朵奇葩。拉普普在《住房形式與文化》中指出：“住房的形式并不是實質的力量或任何一個因素的單純結果。而形式漸次為氣候條件、構筑方法、可用材料和技術所修改〔2〕。”可見，人與自然之間的雙向選擇形成了大理特定時空下精湛的建筑藝術。相應于不同層次的文化基因，不同的環境因素限制，形成了具有明顯地域性特征的建筑模式。

居住環境直接關系著人們生理和心理上的健康。建筑物理是研究人在建筑環境中的聲、光、熱作用下通過聽覺、視覺、觸覺和平衡感覺所產生的反應〔3〕。20世紀以來人們對所居住住房的物理環境有了越來越高的要求。隨著社會的發展，人們對所處的建筑物理環境（力、熱、光、聲）與人體健康的關系日益重視。本文通過對白族民居建筑中物理環境的研究，提高建筑物的功能質量，創造適宜的人居環境。

1 白族民居建筑中的力學原理分析

大理地區位于強力活動的紅河斷裂帶，有地震災害頻繁、震級較高的特點。這種特殊的自然現象直接影響著白族民居的建筑。當地勞動人民總結了歷次大地震的經驗教訓，根據我國傳統民居的建筑特點，結合力學原理創造出了白族民居建筑的一些防震抗震的方法：一是房屋的基槽挖得深且寬。用巨大石頭做基石，在砌壘石頭時，必須一塊石頭壓在另一塊石頭的左端或右端，形成互相“高壓”和聯系，充分分散了墻體對基底的壓力，構成牢固堅實的整體〔4〕；二是房屋建筑采用梁柱式結構，各構件之間的結點用榫卯相連接，構成了富有彈性的構架。其主要特點是：①屋子層高低矮，減小了梁柱間力的相互作用，降低了房屋在地震時的擺動幅度；②房屋每榀舉架有五根柱子落地，穿接式屋架多而梁短，這樣在地震時榫處的力矩較小，因而房屋構架不易被破壞〔5〕；③使用串枋將一排柱子串聯起來，平衡了柱子上的作用力，組成一組具有很強抗震性能的構架；④房屋的鏈接處多用合柱，在兩方房屋交叉處的柱子合用一根或互為交叉，形成多個三角形，相互扶持，在地震發生時，地震波對屋架產生的力會沿著柱子向地下分解，減少了屋架各構件間合力的作用，使房屋不易散架。在不大的空間構架范圍內，交叉聯系越多抗震性能越強（見圖1）。

圖1 白族民居建筑木架結構〔6〕

由于木材建造的梁式結構是一種富有彈性的框架結構，可自成一個完整的體系，墻體不必承重，因此有“墻倒屋不塌”的說法。在地震發生時構架可以將巨大的震動能量消失在彈性很強的結點上，這對地震頻繁的大理是一種非常實用的建筑藝術，是與當地特殊地質條件的相適應。

2 白族民居建筑中的光環境分析

大理地處海拔2 000多米的云貴高原，常年日照時間長且陽光輻射強烈。白族民居院落寬敞，可容納充足的陽光。然而，傳統白族民居的門窗采用的是木雕加板畫或是花格形式，厚實的窗體擋住了光線向室內入射，室內采光自然不好。通常情況下，白族民居院內設有照壁。照壁主要是用來避免過路人從大門外看院內的情況，在當地也有辟邪的說法。現代建筑學研究中有學者說用照壁反射來的光可增加白族民居室內的采光度。較北方傳統民居相比，為考慮房屋的通風散熱、遮雨防潮、防輻射等因素，白族民居落院出檐較深，少則6～7 m，多則8～9 m，而院內照壁高度一般不超過3～5 m，院與正房間又有深達2～3 m的廈廊，正房與廈廊間是透光很不好的格子門窗，照壁反射來的太陽光線能抵達正房的將微乎其微〔7〕（見圖2），因此，靠它反射來的光線來增加室內采光度是遠遠不夠的。

圖2 白族院落日照分析

而由內墻照壁反射的陽光卻增強了院中的光線，過強的光線會在院中產生眩光和光幕反射現象，使在院中勞作的人眼睛容易產生疲勞甚至刺痛感。

3 白族民居建筑中的熱環境分析

大理地處低緯高原，境內有中外聞名的點蒼山和高原明珠洱海，形成了獨特的高原地方性氣候。有“四時之氣、常如初春、寒止于涼、暑止于溫”之說。因此，對于當地建筑物的保溫、散熱的要求相對于北方地區較為放寬。白族民居的墻體主要是土質的，在冬日，白天土質墻體接受太陽輻射并蓄熱。根據測量當地多所傳統白族民居墻體（研究對象是正房為三間的白族民居）求其平均值得出：后墻長度a=10.5 m、側墻長度b=5.02 m、墻體的高度c=6.0 m、墻體的厚度d=0.654 m（見圖3），經測算得：當地筑墻用土的密度ρ=1.52×103kg/m3，大理地區冬季白天太陽輻射的平均溫度T＝10.5℃、土的比熱容是C＝1.13×103J/kg·℃。

墻的體積V=a×c×d+2（b×c×d）=10.5m×6.0m×0.654m+2×5.02m×6.0m×0.654m=80.7m3。

墻的質量M=ρV=1.52×103kg/m3×80.7m3=1.227×103kg。

墻體吸收的熱量Q=MCΔT=1.13×103J/kg℃×1.227×103kg×10.5℃＝1.45541×108J。

圖3 墻體簡易結構

白天墻體吸收了1.455 41×108J的熱，根據熱平衡原理可知，在夜間墻體表面溫度高于周圍環境的溫度，墻體就向室內、室外以及地下放出與吸收同等的熱。在冬日夜晚，氣溫大幅度降低時就能給室內提供一定的熱量，保證了室內的基本溫度。墻體的保溫效果跟其厚度成正比，墻體越厚儲熱保溫效果越好。土質墻體厚度應考慮當地冬季溫度及凍土層厚度。墻體理想厚度應該是凍土層厚度加上50 cm。這樣有利于自然保溫和防止夜間溫度快速散發〔8〕。大理地區冬日的凍土層厚度約為14.8 cm，大理地區白族民居墻體厚度約為65.42 cm。墻體的理想厚度＝14.8cm+50cm=64.81cm≈65.42cm。上式表明：白族民居的墻體很好地符合了建筑學上墻體保溫厚度的要求。但由于白族民居門窗以及內部裝修都以木質材料為主，房間的房門均一個式樣，都為4扇高門不帶亮子；每個房間都有扇用木雕加板畫或是花格形式的窗戶，房屋密封性自然不好，再加上房屋出檐較深，室內對太陽的輻射熱接收很少、大理常年多風勁強。因此在寒冷的冬天，為保證舒適的室內溫度，還需要對門窗、墻體等作相應的處理。而在炎熱的夏天白族民居的這些特點又保證了其良好的散熱功能。

4 白族民居建筑中的聲學原理分析

大理是個邊遠的古城小鎮，有著悠久的歷史文化。雖然在這個工業飛速發展的今天，古鎮在追逐時代發展步伐的同時，依舊保留了原有的風貌，遠離了城市喧囂的環境，噪音污染指數自然不高。但仍然不可避免地受到低頻噪音的影響。應對噪音的干擾，傳統的白族民居建筑自身的建筑材料就有很好的隔音功效。主要表現在以下兩點。

第一，墻壁過于光滑，任何聲音都會產生回音，從而會增大噪音。因為聲波的反射和折射有些類似于光，打在光滑的平面上，反射后的能量就較集中，方向性也強，如果打在粗糙的平面上就會形成漫反射，對人的影響就小了很多。而白族民居建筑是土質墻體，墻面很粗糙，類似細小的波紋狀，聲波打在墻面上會產生漫反射，從而減弱噪音（見圖4）。

圖4 墻體表面聲的反射

第二，白族的房子的格局主要采用木質材料（松木）且家具也多半是木質的。木質纖維有多孔性，能吸收噪音。

白族民居除了從以上兩個方面很好地防止了噪音的干擾外，室內裝潢的色彩也起到了一定作用。若室內裝飾的顏色過于明艷，就會干擾人體中樞神經系統，讓人感到心煩意亂，對噪音顯得格外敏感。而白族民居裝潢的顏色不管從外觀上還是室內，都以白色調為主，追求色彩的素雅、光線的柔和，保證了民居的清靜。

5 總結

通過以上對白族民居建筑的結構特點和物理環境的研究分析，可以清晰的看出其優勢和不足。優勢：①用榫卯相連接的富有彈性的梁式框架結構，使房屋具有優良的抗震性能；②土、木相結合的結構使房屋有很好的保溫、散熱和隔音的效果。不足：①房屋的格局以及門窗的設置上存在的問題，使住房室內采光度不足，院內光線過強而產生有害的眩光；②雖然墻體有良好的保溫效果，但在寒冷的冬天，室內溫度相對存在不足。

針對以上的總結歸納，優點我們當然要繼承和發揚，而在不足的地方應給予相應合理的改進建議。

第一，增加室內采光度建議：①白族民居的窗戶可以使用透光性更好的玻璃來替代木制結構的窗戶，或使用玻璃與木條相間的窗戶，盡量減少木條在窗戶中的占有面積來增加室內采光度。再根據房間內部的尺寸和使用情況設計合理的窗戶大小。由于在夏季炎熱期，室內溫度的增加與窗的面積成正比，因此窗戶不宜過大；②適度降低照壁的高度來增加室內的采光度，因為照壁會遮擋早上射向正房的光。

第二，院內陽光亮度控制建議：①合理選擇院內照壁的涂抹顏色，盡量使用相對較偏暗的乳白色，以此減少太陽光在院內的反射來降低院內的光亮度；②當太陽高度角低于30°時最容易引起眩光〔11〕，根據這一特點，可在院內適當位置設置陽光控制裝置來避免院內眩光的產生。

第三，冬日室內保溫建議：①由于人體發散的熱量大約有90%是通過輻射，因此建筑物圍護結構的內表面穩定對于人體的熱平衡顯得十分重要。當人體溫度和周圍表面溫度相差很大時，人很快就感到冷而不舒服。從生理上說，最佳狀態是室內空氣溫度與周圍環境的表面溫度相同。在冬天，這種狀況只有通過加熱建筑外圍護結構自身才能達到建筑環境〔9〕。因此，①增強外圍護結構的密封性或可根據需要適當的在外圍護結構內安裝暖氣片；②窗戶面積要盡可能的小，以有足夠的天然光這一要求作為確定窗戶面積的主要因素。因為窗戶越大，熱損失會越多、越快；③在冬天夜晚可在門窗上掛棉被，也可減少屋內熱量的流失；④在室內裝潢時也可在墻體與抹灰層間砌入擠塑板、網格布等現代建筑材料，也將會有很好的保溫效果。

第四，如今，人們的物質生活條件有了很大的改觀。為追求視覺上的舒適感，白族民居建筑在室內裝潢上也采用了如瓷磚、墻紙等較多的現代建筑材料。然而，這些材料的選取是否合理將直接影響房屋的隔音效果。因此，為保證人們在房間里有充足視覺享受的同時又具有良好的隔音效果，在選取室內裝潢材料時，盡量選擇表面紋理較多的材料，以增強聲波在其表面的漫反射，減弱聲音的傳播。

總之，在白族民居的建筑過程中要充分考慮其物理環境的要求，使建筑技術不斷適應于物理環境的改變，建造出適宜的人居環境〔10-11〕。

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