鄉(xiāng)土建筑中適宜性生態(tài)技術運用解析

朱耘業(yè)

南通大學，中國·江蘇 南通 226001

以毛寺生態(tài)實驗小學為例，論文通過對當?shù)匚幕尘暗确矫孢M行研究，分析了鄉(xiāng)土建筑中低技術生態(tài)技術的運用，并進行歸類分析，表述了低技術生態(tài)技術的廣泛運用和實用意義以及對現(xiàn)代鄉(xiāng)土建筑設計的啟示作用。

黃土高原；適宜性生態(tài)技術；鄉(xiāng)土建筑

1 引言

毛寺村是一座位于中國甘肅省東部的傳統(tǒng)村落，地理位置較為偏僻，因此較為閉塞，生活條件與教育程度也較為落后。在這里興建一座小學后，不僅引起了廣泛的社會關注，當?shù)氐恼w環(huán)境也因此而得到了改善[1]。

2 背景介紹

當?shù)貙W生艱難的學習條件現(xiàn)狀引起了社會的高度關注，香港中文大學以及西安交通大學聯(lián)合當?shù)卣e極開展了對當?shù)丶捌渲苓叺貐^(qū)的實地調(diào)研，在不斷修改與調(diào)整下，確定了新小學的建筑設計方案。

2.1 環(huán)境及布局

2.1.1 地理環(huán)境

毛寺村處于黃土高原的偏遠地區(qū)，該地區(qū)水土流失嚴重，生態(tài)環(huán)境較為脆弱。小學位于毛寺村中心的一片臺地上，三面被黃土丘陵環(huán)繞，整體地形從西北向東南逐層降低低。南向面朝蒲河與外界的交通僅僅依靠一條以泥躉、禾草和樹干堆砌而成的簡陋獨木橋聯(lián)系。

2.1.2 氣候條件

黃土高原為半干旱大陸性季風氣候區(qū)，年較差大，年平均溫度為3.6～14.3℃ 夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥。光環(huán)境和熱條件優(yōu)越，但降水量少、蒸散量大，農(nóng)田水分虧缺嚴重，偶發(fā)暴雨。因此選址基地中的獨木橋每逢雨季都會被河水沖毀，學生只能被迫停學。

2.1.3 人文環(huán)境

毛寺村也存在著傳統(tǒng)村落的普遍性問題——人口流失嚴重，青壯年人往往選擇離開家鄉(xiāng)前往經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)就業(yè)，因此在毛寺村現(xiàn)有的2700 名人口里，其中絕大部分為老年人，僅有200 名左右的青少年人，經(jīng)濟發(fā)展較為落后。為順應當?shù)氐臍夂驐l件和地理環(huán)境，當?shù)氐慕淌乙话銥楦G洞形式或簡陋的單層土屋。當?shù)睾⒆有枰焯焐嫠^河上學，時常有孩子滑倒、摔下撞傷等情況發(fā)生，甚至偶有溺亡事件[2]。

2.2 挑戰(zhàn)與機遇

地理環(huán)境和氣候條件的特殊性也給設計師提供了極大的挑戰(zhàn)，而在資源匱乏的地區(qū)，環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展也需考慮進來，落后的經(jīng)濟狀況也限制著解決方案的可能性。但基本建設是決定著地方的整體水平的重要因素，對當?shù)氐沫h(huán)境提升成為刻不容緩的事件。

2.2.1 當?shù)貍鹘y(tǒng)建筑特點

當?shù)氐膫鹘y(tǒng)建筑大多由生土構成，少量為磚混結構。為了對抗惡劣的自然環(huán)境和滿足經(jīng)濟要求，以窯洞為代表的民居——隴東民居應運而生，建筑順應自然條件發(fā)展。該民居的主要材料是未焙燒的原狀土，保溫性能良好，可以保證冬季的室內(nèi)效果。

2.2.2 廢棄的傳統(tǒng)建造技術

當?shù)貍鹘y(tǒng)的建造技術已逐步被人們所廢棄，主要原因有以下幾點：一是由于當?shù)亟ㄖ牧系淖陨砣毕荩绶老x蛀性、防水性、結構抗剪性能較差；二是隨著經(jīng)濟的發(fā)展，當?shù)卮迕竦纳a(chǎn)生活方式已經(jīng)開始發(fā)生轉變，為符合村民需求以及時代的發(fā)展，以混凝土、磚為主要材料的現(xiàn)代建筑形式逐漸興盛，但這些形式無法滿足當?shù)氐乩憝h(huán)境等方面的特殊性，無法有效節(jié)能地解決冬季熱工問題。受到現(xiàn)代生態(tài)建筑設計理念的影響，傳統(tǒng)建筑技術以及材料在經(jīng)過充分發(fā)掘后，也能夠滿足現(xiàn)代建筑設計的要求，因此發(fā)展傳統(tǒng)建筑技術成為了一種生態(tài)節(jié)能新趨勢。

3 適宜性生態(tài)技術的運用

3.1 適宜性生態(tài)技術概念

適宜性生態(tài)技術較其他生態(tài)技術更加側重其適宜性、高效性，更加關注建筑的構造細節(jié)與效果，同時有選擇地借鑒當?shù)氐膫鹘y(tǒng)文化和較為原始的技術形式，“取其精華，去其糟粕”，使建筑具有一定的地方特色并實現(xiàn)技術的人文提升。

3.2 適宜性生態(tài)技術運用

將建筑當作一個生態(tài)系統(tǒng)，內(nèi)部物質(zhì)與能源不斷循環(huán)使用，從而獲得高效率、低能耗、低污染的建筑環(huán)境，與自然的和諧共生。在此方案中同樣運用了多種技術，現(xiàn)列舉如下。

3.2.1 因地制宜布置平面

地塊坐落在面南臺地之上，具有良好的室外微氣候和景觀視線。在總體規(guī)劃中，以每兩間一組的形式被劃分成5 個單元分別布置在兩個不同的臺地之上，著東西方向展開。這樣的布置形式的優(yōu)點有以下幾個方面：一是最大限度引入自然采光以及用于冬季采暖的太陽能；二是臺地在夏季時可以為教室提供良好的自然通風條件，而冬季時北風產(chǎn)生的沖擊也會有所減少。因此，在兩個臺地上，出現(xiàn)被教室自然圍合而成的開放空間，下層臺地的南側開放空間作為室外活動和鍛煉的操場，北側是教室組團。教室北側墻體位于地下，前面向南敞開，南向的日照得到了保證，冬季的室內(nèi)熱損失也減少了。這樣的結構形式是隴東窯洞的特點，對原有基地的破壞也減少了[3]。

3.2.2 自然采光與通風

主要通路由毛石網(wǎng)狀鋪地構成，間隔布置花壇，貫穿于綠樹陣列之中，因此小學在夏季時也擁有一個涼爽的室外微氣候。同時，在不同位置進行窗洞切角處理，提升自然采光效果。新建教室對屋面、墻體進行保溫處理，即便在嚴冬在無需任何燃料采暖的情況下也能維護室內(nèi)舒適性。

3.2.3 就地取材

學校使用的材料大多是就地取材的自然元素，這與當?shù)氐拿窬有问胶芟瘛＠纾可降母G洞和地坑直接由黃土建造，生土建筑的圍護結構主要是由當?shù)攸S土直接加工而成的生土材料，配合使用土坯磚、草泥、麥草、夯墻、蘆葦、木材、毛石等，更為重要的是這些基于自然的傳統(tǒng)建筑蘊含著豐富生態(tài)潛能。

首先，以土坯磚、夯墻和麥草泥比混凝土、黏土磚等建筑材料具有更好的蓄熱和隔熱性能。其次，由于其制作過程無需燃燒，耗能少，污染排放也較少。最后，這些自然材料所有的邊角廢料均可通過簡易處理，立即投入再利用，具有低能耗、可再生、可降解的特點。

教室的造型源于隴東傳統(tǒng)土木結構的廈屋，即單坡屋頂，為了避免生土材料防水性和防蝕性差的缺點，墻體基礎為自然毛石，可有效除濕阻潮，在墻面草泥中加入少量生石灰以減少雨水的侵蝕。為了解決生土墻體抗剪力較差的問題，設計的整體結構采用梁柱木框架結構體系。傳統(tǒng)材料的合理運用也使得造價大幅度降低，約為422 港幣/m2[4]。

3.2.4 更新傳統(tǒng)技術

施工過程采用了當?shù)貍鹘y(tǒng)的建造組織模式，、除挖掘機用以平整場地以外，其余所有施工工具均為當?shù)剞r(nóng)村常用的手工工具，由當?shù)鼐用褡园l(fā)構成施工隊，在技術人員的指導下進行現(xiàn)場施工。

設計初期的構想屋頂屋架用的木料都是方木，美觀性較強，但是樹木生長的肌理遭到了破壞，因此不牢固，而在當?shù)氐纳两ㄖ谢径际鞘褂迷尽Ｔ诮?jīng)過反復推敲以后，最終采用了原木的方案，這也引起了廣泛的爭議，部分人認為土木結構早已淘汰，耐久性和抗震性等方面均不如較為常規(guī)的建筑。而在正式投入使用后，毛寺生態(tài)實驗小學不僅在雨季中沒有倒塌，甚至在汶川大地震中也完好無損，勝過了當?shù)氐拇u混結構建筑。

除此以外，增加墻厚和進深也是對傳統(tǒng)結構的改造，通過增加墻厚，保證冬季保溫效果良好，部分墻厚甚至增加至1m；而通過加柱廊的方式以增加進深，可以在夏季發(fā)揮遮陽的作用，保證建筑內(nèi)部的熱環(huán)境舒適。

3.2.5 依賴于一定的科學

利用熱學模擬軟件TAS針對教室單體進行研究細節(jié)設計，通過熱學模擬研究，提高生態(tài)可持續(xù)性和可行性，對材料進行篩選和優(yōu)化，并在后續(xù)的建筑設計中加以運用。

3.2.6 適宜的新材料的使用

為了減少教室冬季的熱損失和充分利用自然資源，采取了增加建筑墻體、屋面、木制厚板門窗、雙層玻璃等外圍護結構的絕熱性能的方法，現(xiàn)列舉如下。

（1）運用氣密性好的門窗材料

冬季時為了保證室內(nèi)熱環(huán)境達到人體舒適水平，以增強門窗結合部位的氣密性的方式充分引入太陽能并且減少熱量的損失。

（2）使用蓄熱材料

蓄熱材料的使用可以減少黃土高原地區(qū)晝夜大幅度溫差變化引起的對室內(nèi)熱環(huán)境的不利影響。

（3）增強屋面保溫

新建建筑屋面在屋面層次中加入了聚苯乙烯保溫層，完善了傳統(tǒng)屋頂材料(蘆葦、麥草泥和小青瓦)，阻隔夏季太陽輻射，冬季屋面的熱損失也有所減少。

3.3 適宜性生態(tài)技術的特點

根據(jù)建筑設計中生態(tài)技術的適用范圍和技術特征可以將生態(tài)技術分為三類：低技術生態(tài)技術、適宜性生態(tài)技術、高技術生態(tài)技術。其中，低技術生態(tài)技術在生活模式、人居環(huán)境等方面不盡如人意，高技術生態(tài)建筑代價過高，而適宜性生態(tài)建筑在平衡經(jīng)濟性和人居環(huán)境兩方面方面取得了較好的結合點。對于毛寺村這樣的背景條件，使用適宜性生態(tài)技術來改良當?shù)丨h(huán)境是再合適不過的了。

4 結語

毛寺生態(tài)實驗小學不僅改善了當?shù)丨h(huán)境，也讓原本被村民所遺忘的“舊”技術重新回到大眾的視野中來，給原本建筑環(huán)境條件艱苦的黃土高原地區(qū)提供了可復制的發(fā)展經(jīng)驗。教學條件、居住條件改善的同時，順應當?shù)貤l件而發(fā)展所帶來的還有自然環(huán)境的保護，從而達到人、建筑與自然三者和諧共生的境界，同時也為別的建筑乃至村落提供了借鑒意義。并非只有高技術才能打造良好的生態(tài)環(huán)境，也并非只有使用高技術才能改善生活條件。在特殊的地理環(huán)境下，順應也是一種解決方法。