豫西北地區生土建筑形式通風采光改造

王薇 陳劍橋

摘 要：農村不應該是城市的低級版本，也不是城市的跟隨者。農村應該是跟城市有差異并且更能接近自然與土地的人類棲息地。

關鍵詞：生土建筑；通風采光；建筑；改造

一、引言

人類的建筑起源于“鑿土為穴，構木為巢”。原始人類用這些種方法來抵御鳥獸及自然災害的侵襲把文明的火種傳遞下來。人類的建筑史也是人類文明的發展史。

在人類的發展歷程中，隨著社會生產力及人類智慧的發展，人們學會了利用更先進的建筑材料及建筑技術來維系生存和進取發展。建筑材料包括黏土磚、燒結磚、石材、植物等乃至現代廣泛應用的混凝土、砌塊、玻璃、合材料等。然而隨著科技的發展，這些建筑材料在方便人類生產生活的同時也對自然環境造成了極大的破壞。據歐洲建筑師協會統計，全球建筑相關產業消耗了地球能源的50%，原材料的50%，造成土地損失的40%。同時，產生了50%的空氣污染，42%的溫室氣體，50%的水污染，48%的固體廢物和50%氟氯化合物。現代建筑業已成為導致全球環境問題的主要因素之一。如今人們的環保意識日益增強。國家在環保方面出臺了相當多的政策來維系以及還原生態健康。生土建筑又重新回到人們的視野。

生土建筑有如下優點：

1.結構安全：結構布局合理、有加固措施的生土房屋可以滿足8度地震設防要求。

2.經濟能耗低：生土建筑不僅造價低廉，而且使用過程中維護費用低，在全壽命周期內能耗低。

3.優越的熱學、聲學性能：生土材料可調節溫濕度，冬暖夏涼，濕度宜人，隔音效果好。

4.施工便利：生土材料分布廣，技術簡單靈活，施工周期短。

5.環境友好：無污染，可完全回收再利用。

生土建筑的不足：

1.強度低，自重大：材料與構件強度低，整體性能差，導致建筑空間拓展受限（包括建筑高度、開間進深、洞口尺寸等）。

2.耐久性差：生土建筑尤其怕水，不耐風雨侵蝕。

從生土建筑的優缺點可以看出生土建筑的特點：結構穩固，造價低廉，聲熱性能良好，材料廣布，施工方便，環境友好，可再生，建筑規模和形式具有一定的限制性。

二、豫西北地區區域現狀

豫西地區包括洛陽、三門峽、平頂山。豫西西接關中，東靠中原，北臨黃河，南接蜀漢，豫西處于我國地勢第二級階梯向第三級階梯的過渡地帶，地形千差萬別。面積有25539平方公里。洛陽地勢西高東低，境內山川丘陵交錯，地形錯綜復雜，其中山區占45.51%，丘陵有40%，平原則只有14%。三門峽市域總面積10496平方公里，地貌以山地、丘陵和黃土塬為主，其中山地約占54.8%，丘陵占36%，平原占9.2%，可謂“五山四陵一分川”。平頂山市處于豫西山地和淮河平原的過渡地帶，西部以山地為主，東部以平原為主，在低山和平原之間，分布著高低起伏的丘陵。

根據上述資料顯示，該區域地形狀況復雜，丘陵、山地、平原均有分布，整體來看丘陵居多。因此，在研究該區域的生土建筑時應當以此為依據劃分為三類，平原類、山地類、丘陵類。

看似陳舊落后的地坑院在許多方面有著現代建筑無可比擬的優勢：

造價低廉。地坑院的建造是在大自然中做減法。整個建造過程中幾乎不需要什么主材，除去裝飾部分只有些許加固材料用到磚等。所以其工程造價低于大部分建筑。在歷史建造過程中費時費工問題也在現代建造技術面前迎刃而解，幾臺挖掘機幾天之內便可完成主體挖掘，且建筑使用年限也能夠達到100年以上。

構造方式獨特。有別于大部分古今中外的建筑，地坑院幾乎完全舍棄了地上部分，建筑主體全部置于地下。這樣的逆向思考在古今建筑上也屬罕見。建筑整體藏身大地，與自然幾乎完美融合。建筑學家荊其敏、張麗安教授在他們的著作《中外傳統民居》中這樣寫道：“中國的黃土窯洞民居建在黃土高原的沿山與地下，是人工與天然的有機結合……有的整個村莊建在地下，是建筑生根于大地的典型代表，其自然風格與鄉土氣息充分體現了敦厚樸實的性格，鄉村住宅應寓于大自然之中，好像是大自然的延續。”

熱工性能好。由于窯洞深厚土層的熱惰性（D=RS）地坑院建筑結實耐用、冬暖夏涼、擋風隔音。室內溫度夏季保持在20度左右，冬季保持在10度左右，是造價低廉的恒溫住宅。地坑院的抗震性能也十分不錯，在有加固措施的情況下，很容易達到八級設防要求。

三、建筑技術改造

通風采光問題是制約生土建筑滿足現代建筑居住需求的最主要問題。傳統地坑院環境陰暗潮濕，通風不便，使得原有住民不愿再回想居住在其中的苦難日子，也讓對其有些許好奇的新青年望而卻步。

采光系統這里選用自然采光加補償采光的方式。后加庭院，加涂抹反光涂料的庭院內壁形成有效的自然采光。在地表和地坑院側壁添加采光筒的輔助采光系統，有效補償室內采光。這里主要介紹香港正能量科技集團的無電照明系統。無電照明系統100%利用自然采光照明，幾乎可以抵用80%的白天照明能耗。0能耗，無需維護，節約能源，一次投資，這些都是無電照明系統的特點。其對二氧化碳排放量的減少具有重要意義。無電照明系統總共由三個部分組成：采光區、傳輸區和輸出區。采光區有5部分，鉆石型采光器、發電裝置、密封圈、T型圈、防雨裝置組成。白天時利用光線的透射折射原理，通過鉆石型采光器采集光線并將其導入系統內部。在夜晚時，可以利用發電裝置發電作為夜間補充照明。傳輸區由光導管、彎管等組成。材料防腐防銹、使用壽命長，全反射率達到100%，傳輸長度達到20米以上，彎度最高能夠達到90度。輸出區由光線調節器、圓轉方轉換器、補光裝置、漫射器等組成。通過光線調節器，使入室光線均勻無害漫反射均勻提供室內照明需要。

根據區域環境設計采用采光井加導光筒加太陽能夜間補充照明的照明體系。采光井的設計會兼做內部小景觀的作用。通風和采光兼顧。在這里根據地域文化形態設計出三種形式。一是窯洞進深末端置入庭院：二是窯洞之間設置小型庭院或采光井；三是窯洞中段置入采光井，將窯洞分成兩個部分。第一種在窯洞底部設橫型庭院，庭院串聯幾個窯洞，不僅使得窯洞底部采光問題得到解決，也創造一個幾個窯洞共享的庭院空間。缺點是造成土質松動，對窯洞堅固度有一些影響，并且這種改造方式對地表形態改變較大。第二種方式是采用窯洞之間夾雜通風采光井模式。這種模式對地表形態破壞較少，需要注意采光井的防御問題。相應的，其對采光通風的解決不如第一種方式見效。第三種其實是原來就存在的開天井模式。在窯洞中側網上開大小不等的天井。天井的通風采光效果有限。其對地表形態的影響微乎其微。三種模式利弊不一，可以根據具體的通風采光需要采取不同的形式。

通風方面改造前單方面開門開窗，窗戶沒有辦法對流。經過后加庭院及天井庭院的改造，通風可以形成對流。進風口低，出風口高，能夠形成最有效的在人體活動有效區域內的空氣對流。

四、結語

其實，生土建筑能否不被遺忘，能否重新煥發光彩，能否繼續傳遞該區域乃至整個民族國家的建筑文化，關鍵不在于改善某項技術提高其性能，關鍵在于民族建筑文化記憶的喚醒和民族建筑文化自豪感的喚醒。即便在農村地區，人民建造房屋也不是僅以堅固耐用、廉價方便為依據。即便不像中世紀的歐洲，市民們傾其所有耗費幾代人心血共同建造屬于他們的精神堡壘——教堂，每一個農村住宅，也是每個家庭智慧和心血的結晶。在同樣的條件下沒有誰會愿意建造一個比別人“丑”的住宅。所以關于生土建筑在通風采光方面的改造只是從技術上解決一些問題，主要還是要從建筑文化方面入手。

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作者簡介：

王薇，河南工業大學教授；

陳劍橋，河南工業大學研究生。