傳統民居中斜向門道空間營造智慧

韓衛然，嚴少飛，孫鴿

(西安建筑科技大學建筑學院，西安 710000)

建筑既包含建筑本體，又囊括自身形成的空間環境。“建筑與自然環境的內在有機聯系，既體現在外部又體現在內部[1]”，建筑與環境的關系極為密切。在諸多環境因素當中，風環境是能夠對建筑的營造布局產生直接影響的氣候條件之一[2]。傳統民居在應對氣候條件方面所產生、實施并傳承下來的一系列綠色營造經驗，值得深入研究與挖掘。近年來隨著研究的深入，中外學者在此類研究領域取得了諸多成果與進展。李昉芳等[3]根據晉南民居四合院“四大八小”的院落格局，進行了院落劃分，并基于計算流體力學(computational fluid dynamics,CFD)模擬分析進行了定量分析研究，對冬夏兩季風環境不同要求展開討論。程文娟等[4]基于晉北地區留存的傳統民居，以新平堡甕城等建筑為例，進行了空間中的風環境模擬分析，對晉北民居的客觀存在條件進行了技術分析與科學研究；王澤發等[5]以東南沿海地區的泉州民居為例，對楊阿苗故居進行了數據分析與風環境模擬，分析了建筑風環境與開間尺度與空間舒適度的關系；劉學卿等[6]以鄂東北民居傳統的通風技術為研究對象，研究分析了民居空間與通風規律的內在聯系，并基于模擬結果對鄂東北地區傳統民居提供了優化設計方法；彭小洪等[7]通過模擬傳統民居偉訓堂的建筑物理環境，驗證了傳統偉訓堂良好的通風性能，為現代居住設計提供了一定的價值借鑒?？傮w而言，在諸多傳統民居的科學研究中，主要集中于建筑空間及地域性區域營造研究，缺乏從全國視角下對于傳統建筑自身涵育的科學機理與綠色營建價值的深度探討。

基于此，通過對傳統民居建筑在相關營造做法上如何調適風環境，進行科學化的量化分析，能夠更加系統的提取相關綠色營造經驗，并客觀的感知其自身所存在的營造機理，梳理總結傳統民居建筑中的綠色營造經驗智慧。

1 斜向門道空間

1.1 研究概況

對于傳統民居建筑相關研究：目前來看，多集中于建筑本體的勘察測繪、建筑文化、歷史沿革以及文物保護等方面，對其綠色宜居營造經驗及其科學化的探究相對略有不足。傳統建筑中有關于“斜向門道空間”的研究并不多，目前相關研究,于其關聯性較強的研究成果基本存在于傳統民居建筑的研究中，且多以分散的地域性研究為常態，多是談及建筑構造或者文化意象時附帶提及，鮮有對其蘊含的營造機理及其科學價值進行全國層面的專門性探究與對比分析。

基于全國層面初步統計的案例樣本，探究“斜向門道空間”在不同的地域范圍、營造位置、氣候分區等影響因素下，借助風環境模擬數據，分析此類營造是如何適應具體空間環境的。通過對數據的整理與分析，研究具有斜向門道空間的民居建筑在常規主導風向下，如何影響風環境的狀況及變化，并從中獲取其蘊含的營造經驗與智慧。

1.2 概念與分布

1.2.1 概念闡釋

傳統民居建筑，在空間布局上以體現明確且中規中矩的軸線對稱為主流形式[8]，但建筑入口軸線與其建筑主軸線呈現“斜交式”的布局模式，即地方民俗中所講的“斜門歪道”，在中國各地的傳統建筑營造實踐中也分布廣泛。這種有意扭轉門洞朝向，使之與建筑主軸線產生交叉偏斜現象的營造做法，即為斜向門道，其所生成的空間即為斜向門道空間。

1.2.2 空間分布

根據目前初步調研統計結果，全國范圍內至少有38處(同一村落中包含多處時，按村落整體歸為一處，如山西李家山村、貴州鎮遠古鎮、安徽歙縣古城等?！靶毕蜷T道空間”實例樣本，從類型上可分類為：祠坊5處、傳統民居30處、其他3處。)其中，傳統民居又可細分為城鎮民居5處和村落民居25處(此民居數量僅為截至目前已明確具有代表性的調研存在數量，非客觀意義上的絕對數量)。從數量及分布范圍來看，遍布中國大陸南北方，以華中地區、西北地區、長江中下游地區、云貴地區和嶺南地區最為多樣豐富，在地域分布上具有廣譜性，營造形式類型多樣且文化層次豐富。此類建筑形式能夠反應地域性建筑的綠色營造經驗與理念，具有一定的研究價值。

1.3 案例選取

基于目前所統計到的38處全國范圍內的營造案例，對其進行分類統計，并結合類型劃分、營造形態、地理分布、地形地貌5個因素進行綜合選取，詳述如下。

1.3.1 選取思路

(1)在研究對象的類型劃分上，提取占比最大且最能夠體現日常使用意義與價值的“村落民居”為研究樣本。

(2)在研究對象的營造形態上，考慮到盡可能體現不同構造位置所具有的有效性，同時還需涵蓋建筑空間環境的整體性，因此提取室內門道、宅院門道、巷道3處典型建筑空間節點作為重點研究部位。

(3)在研究對象的地理分布上，為驗證此類建筑形式在不同地域區劃中所能夠對當地氣候條件下的建筑微環境產生何種物理作用，盡可能提取南北跨度大，且盡可能保持相近經度(地方時、日照軸線相同)的建筑樣本。

(4)在研究對象的地形地貌上，保障涵蓋全面，選取山地、高原、平原3種典型地表形態，且在地理區位上縱貫南北。

(5)在研究對象的氣候分布上，涵蓋中國民居占比最大的亞熱帶大陸性季風氣候區、暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候區和溫帶大陸性半干旱季風氣候區。

1.3.2 選取結果

基于以上5個關鍵因素相疊加，從中遴選出了同一種營造做法的3個層級，即：一處室內居住空間[圖1(a)]、一處建筑群組院落空間[圖1(b)]、一處村落巷道空間[圖1(c)]，分別從室內、宅院、村落3個空間層級加以分析其營造意義與價值，如圖1所示。

圖1 建筑實景

2 計算機模擬前期

2.1 模型建立

研究擬采用二維平面模型，模型的建立主要基于實際調研信息的整合。同時為較直觀的對比出斜向門道空間的風場變化，在原始模型信息數據基礎上，將原有二維平面模型的入口方向調整，比較分析入口方向改變時建筑內部空間所形成的風場變化，從而探究風向與入口之間的關系，所建二維平面模型如圖2所示。

圖2 二維平面模型的構建

此外，在構建二維平面模型時，為提升運算速度，將對應模型簡化整合，如將墻體外緣輕微殘損、局部構件殘缺等細節忽略不計，修補形體局部殘缺等，保證原貌的前提下盡量簡潔、完整。

2.2 氣象數據收集

氣象數據是計算機模擬實驗能否接近真實值的關鍵因素[9]。根據《中國建筑熱環境分析專用氣象數據集》載錄的室外氣象參數，同時查閱當地官方公布的氣象信息，收集了湖北宜昌、山西大同和山西運城3個區域的近10年風氣象數據資料，分別提取出風頻、冬夏兩季平均風速、冬夏兩季室外大氣壓力、風向等對標點數據，將這三處地點的氣象數據進行摘錄統計，如表1所示。

由表1可知，這三處地區冬季平均風速在 1.4～2.4 m/s，冬季室外最多風向的平均風速在2.3～3.1 m/s，夏季平均風速在1.9～3.0 m/s，總體而言風速在季節上相對平穩。大同市因接近西北風帶而以北風為主，東南風多集中出現于春夏秋三季，而以夏季為主。但考慮到中國民居的客觀居住習慣，冬季室內外空間互動性弱，對風環境的舒適度要求更高。

表1 案例對象的氣象參數統計

因此，研究斜向門道的風環境對空間中人體舒適度的影響，統一選取風向為正門水平來流送風、最大平均風速分別為室內2.3 m/s、院落3.1 m/s、巷道2.7 m/s的風速進行空間模擬。

2.3 CFD模擬及工況界定

當下對于空間風環境的研究方法主要分為實驗法與數值法兩種，實驗法傾向于儀器實測，這種方法通常更加適用于大型且復雜的建筑空間環境，通過長周期不間斷監測來獲取所需信息數據；而數值法是在掌握基本數據的基礎上，通過計算機模擬來演算目標空間的虛擬仿真環境，具有信息處理快速，數據模擬切合度高等特性。其中，CFD作為一款氣流分析的模擬方法，在發展應用成熟度、模擬數據仿真度以及業界使用認可度等方面都具有很高的評價[10]。采用CFD技術對傳統民居建筑中的斜向門道空間進行風環境模擬，分析該營造做法對其空間風場的調控效果。

所探討的傳統建筑的構造做法與室外風環境，主要是基于物理風壓導致空氣流動而形成風，探討風在經過斜向門道空間時，受建筑形體及其構造的約束與干擾后所產生的氣流及風場變化，依托CFD模擬方法所建立的數值模型，模擬中忽略貼近墻體面壁的空氣與墻體之間的熱交換，忽略空氣密度變化，對該空間穩態流場進行計算分析。

3 模擬過程

為了探討斜向門道空間對風場風環境的影響機制，分別建立兩個不同入口方向的二維空間模型，對“室內”“院落”“巷道”三處不同空間所共用的同一營造形式進行風環境模擬與分析，通過對既有形式與調整之后的一般入口形式在相同風場環境中的不同變化，來加以分析與論證此類建筑營造形式與做法調適風環境的有效意義。具體詳述如下。

3.1 室內入口及室內空間風環境分析

3.1.1 室內風環境分析

當來流風以2.3 m/s的風速通過室內門洞后，因門道傾斜而導致風向出現偏差，受后墻阻擋，風會沿墻向兩側分流，但總體兩處分流區域的風速差別不大，室內具體風速分布如圖3所示。

圖3 室內斜向風環境模擬2.3 m/s

由圖3可知，門洞入口附近的風速在2～2.6 m/s，而室內左側因受到門洞開口方向影響，風速整體穩定在0.2～2.6 m/s，對人的活動不會產生影響，最適宜日常起居空間的安置；而室內右側則變化較為明顯，氣流循環場地相對狹窄，氣流流動性變強，入口及開窗處局部風速超過3 m/s，顯然右側區域內的風環境會更加影響到人的行為活動，在室內功能劃分上，則更加適宜日常的室內空間活動，利于會客、廚務、存儲等功能，從入口到室內風速總體是由大變小。

如圖4所示，門洞入口附近，風速在2～2.6 m/s，來流風進入室內后基本向兩側均勻分散流動，因受到門洞尺度影響，室內中間風速有驟升現象，風速提升至3～3.4 m/s，在室內形成了比較明顯的風壓差值，“穿堂風”[11]現象明顯。兩側風速基本相等，并形成區域渦旋，四周臨近墻壁的來流風接觸墻壁后，受到其反向作用力，風速有所提升。根據傳統建筑的室內設計習慣，通常將床、廚等生活設施沿墻壁布置，因此，這種室內風場對人的日常起居會產生一定的干擾。此外，兩側窗洞處形成對稱渦旋，兩渦之間風速提升明顯。從入口到室內，風速總體是由小變大再逐漸變小。

圖4 室內正向風環境模擬 2.3 m/s

3.1.2 室內風環境模擬分析

由此可知，通過以上兩組模擬場態的對比分析可以得出：門內側的室內風環境，很大程度上是取決于來流風與入口的方位關系，具有斜向門道空間的建筑室內風場更具有相對可調適性。通過改變門道空間的方向，能夠調節室內風場的變化，改善局部氣流循環狀態，從而起到提升日常起居空間的舒適性之目的。

(1)來流風向與門洞開口朝向最大程度影響建筑空間內部的風環境。當開口方向與建筑軸線發生傾斜時，建筑內部空間的風速分布出現偏移，風環境出現較為明顯的變化。當開口方向垂直于建筑主軸線時，室內空間的風場基本均等，但入口處風速驟變明顯，且內部沿墻壁風速相對加快，對日常起居有所干擾。

(2)門洞開口方向對室內入口兩側部分空間的風環境影響不大，但間接影響其空間中的日?；顒臃秶c室內家具陳設及生活方式的調整。

(3)斜向門道空間可有效降低入口風速及其室內風場的相對分布，改善室內起居空間的風環境，影響室內居住環境的動靜分區劃分，提高室內空間的日常舒適性。

3.2 院落入口及院落空間風環境分析

3.2.1 院落風環境分析

當來流風以3.1 m/s的風速通過院落門洞后，在院落之中受周圍建筑的圍合約束，風在院中整體呈現一種逆時針單向循環狀態，且從入口至院落中的總體風壓差值較大，風速變化明顯，院落空間具體風速分布如圖5所示。

圖5 院落斜向風環境模擬3.1 m/s

由圖5可知，門洞入口處風速在3 m/s，通過院落斜向門道空間進入院落之后，風速明顯降低至2 m/s，并且風向始終沿東側廂房至北部外圍墻壁，受其阻擋而分流兩側，其中左側繼續沿墻壁運動，在院中形成逆時針循環，此時風速逐步降低至1.2 m/s。院落四角與院落中央形成靜風區；而院內左右兩側廂房風速變化相對明顯，尤其是左側廂房的入口處，氣流流動性變強，入口處局部風速超過3 m/s，右側廂房入口風速在2.8 m/s，其余正房與倒座入口基本穩定在1.4～1.8 m/s，從入口到院內風速總體是由大變小。

如圖6所示，門洞入口附近，風速在3 m/s，受狹管效應[12]影響，來流風通過門道空間之后，風速提升至3.4 m/s，受到右側廂房阻擋，風向改變并繼續加速至3.4～3.6 m/s，從而形成院落中的“穿堂風”，受左側廂房阻擋，繼續發生風向變化，此時風速有所降低，并沿正房墻壁分流，受墻壁約束，風速減幅不大。在院落中形成多種流向，風場較為混亂。顯然，正向門道來流風通過后的風環境會更加影響到人的行為活動，不利于院落空間的風場穩定，從入口到院內風速總體是由小變大再分散變小。

圖6 院落正向風環境模擬3.1 m/s

3.2.2 院內風環境模擬分析

由此可知，通過兩組模擬場態的對比分析可以得出：門道空間的角度，很大程度上能夠影響整個院落的風場形態。具有斜向門道空間的建筑院落風場更加穩定，風場整體性較強，更加適宜人在院落空間中的日?；顒?。

(1)來流風向與門洞開口朝向對建筑院落風環境起到了重要影響。當開口方向與院落軸線發生傾斜時，建筑內部空間的風速及分布變化較為平緩，整體風場相對穩定，空間分布較為完整。當開口方向垂直于建筑主軸線時，院落空間的風速及分布相對于斜向門道更加具有直觀的變化，整體風場較為混亂，支離破碎，并且來流風速提升明顯，形成了“穿堂風”的不利環境，對人的日常生活影響較大。

(2)門洞開口方向對院落空間中邊角空間的風環境影響不大，但影響其中心區域的風場完整性，斜向門道空間能夠最大程度上保證院落整體風場的完整與有序。

(3)斜向門道空間可有效降低來流風進入院落后的狹管效應，并改變來流風的運動軌跡，提升院落空間的風環境，增強院落的日常使用舒適性。

3.3 巷道入口及巷道空間風環境分析

3.3.1 巷道內風環境分析

當來流風以2.7 m/s的風速通過巷道門洞后，受具體建筑空間形態及狹管效應的影響，風在內部分流，一部分呈順時針循環，主體部分繼續通過窄巷吹入院內，瞬間風力增大，風壓差值顯著，風速加快，巷道空間具體風速分布如圖7所示。

圖7 巷道斜向風環境模擬2.7 m/s

可以看出，整個巷道的風速分布情況變化相對穩定，局部差異顯著。按照狹管效應理論，當氣流由開闊地帶進入狹窄空間時，流通截面驟減，空氣流速急劇增加。來流風的流動軌跡是門洞外經過巷道門洞后的局部開敞空間，再通過民居巷道，進入宅院。

七級村的平均風速多在2.7 m/s，門洞與其內部空地的連接處，風速局部達到6.5～7.0 m/s，窄巷處風速雖局部達到6.0～6.5 m/s，但受到斜向門道的影響，整體呈下風速降低趨勢，風速總體在3.0～5.0 m/s，并伴隨著氣流出現偏斜扭動現象，左側窄壁處出現接近靜風區狀態。同時，窄巷雖有風速加快，但從模擬結果來看，整體并沒有出現風速驟增情況。分析其原因，雖然前側小開敞空間所形成的局部風循環，擠壓來流風并局部提升了來流風進入后的初期風速，斜向門道朝向對整體風向與流速起到了擾動調節的效果，避免直吹直進，降低了窄巷中的狹管效應，改善了巷道中的微環境。

如圖8所示，當來流風以2.7 m/s的速度直接吹入之后，起初前面局部小開敞空間部分無變化，影響不大。但進入窄巷之后，受狹管效應影響，風速驟然提升至4.5～5.0 m/s，且整個巷道風量分布密集，風速未見衰減，對人在巷道中的運動舒適性產生直接影響。從入口到巷內，風速總體呈由小變大趨勢。

圖8 巷道正向風環境模擬2.7 m/s

3.3.2 巷道內風環境模擬分析

巷道中的門洞開口朝向能夠影響來流風的運動軌跡，有效調節巷道空間內部的風速。當開口方向與巷道總體方向發生傾斜時，巷道內部的風速分布出現偏異，風環境出現較為明顯的變化。當開口方向垂直于巷道總體方向時，巷道空間的狹管效應明顯增強，風速急劇升高，巷內風量密集增長。

門洞開口方向對巷前小開敞空間的風環境影響不大，但影響其局部空間的風向流動。具有斜向門道空間的巷前小開敞空間，能夠在來流風進入初期，擠壓其的運動空間，加并增大其運動扭曲，影響流風進入窄巷時的方向與路線。

斜向門道空間可有效改變來流風吹入的風向，降低窄巷中的狹管效應，改善巷道風環境，提升人的空間舒適性。

4 結論

(1)傳統民居建筑歸根結底，其營造目的是為人們提供宜居的生活空間，是為人的現實生產生活所服務的，它的產生與發展，必然是一種極為樸實樸素的客觀實踐。傳統民居建筑在自然環境的長期探索實踐中，逐步總結出了一些行之有效的、適宜其自身場所存在的應對模式與技巧，斜向門道空間便是其中之一。這類營造形式及其存在價值，或許放眼于整個民居建筑體系中，顯得微乎其微，但這些做法背后無不蘊含一定的經驗與智慧，無不體現出一種在有限條件下爭取最大化和諧自然的綠色營造理念，這種精神內涵本身就很值得我們深入研究。

(2)主要利用數值模擬技術，根據明確的氣象數據、測繪數據，客觀的驗證分析了傳統民居建筑在應對自身場地空間環境中的營造經驗及其有效性，對當下傳統民居的建設模式具有現實意義。