窯洞營造技藝中的科學智慧

李佳琦

窯洞是黃土高原特有的一種民居形式，是人類早期穴居發展演變的實物遺存，廣泛分布于山西、陜西、甘肅等地。位于陜甘寧三省區交會處的甘肅省慶陽市，被中國民俗學會命名為“窯洞民居之鄉”，慶陽窯洞營造技藝也被列入第二批國家級非物質文化遺產名錄。窯洞在不同自然環境、地貌特征和地方風土的影響下，形成了各種不同的樣式。讓我們一起看看窯洞中的科學吧！

窯洞的圓拱造型使其受力均勻、不易坍塌

誕生于黃土中的居所

黃土高原是世界上最大的黃土堆積區，也是世界上黃土覆蓋面積最大的高原。當地居民用自己的智慧，向賴以生存的黃土內部探尋空間，創造了窯洞這一冬暖夏涼的建筑形式。

在20世紀，“陜甘革命根據地為黨中央和各路長征紅軍提供了落腳點，為后來八路軍主力奔赴抗日前線提供了出發點”，一排排窯洞見證了中國革命的發展與成熟，寄托著中國人民的希望和力量。

黃土具有良好的保溫性，結構緊密、不易坍塌、適于挖鑿。生土窯洞（有別于磚石材料做的窯洞）常依托自然生成的向陽黃土壁建造。因為向陽的黃土壁能保持干燥，而干燥的黃土硬度更高，能保障安全。黃土高原地區降雨偏少，對挖鑿窯洞也十分有利。

每一孔窯洞寬4～5米，高5～6米，深9～10米。這些洞穴最大的特征是頂部為類似拋物線的拱形，拱上面一般留有至少3米厚的黃土層，從而保障建筑不被雨水淋透。

奇妙的減法建造

生土窯洞的建造過程較為簡單，卻處處蘊含著智慧。它依托黃土進行減法建造，省去了備料和運輸等流程。

開鑿洞穴。匠人用鐵鍬、鐵锨（xiān）、镢（jué）頭等工具將土從黃土壁上挖出，形成弧形的拱頂；用石杵（chǔ）或木杵夯實土方；之后抹上用水、黃土和碎麥草和（huò）好的黏泥，使洞穴表面光滑。

挖拱頂洞穴

防水處理。為了防止雨水從窯洞口流入建筑，匠人會用薄石板做類似屋檐的窯檐，石板平鋪好后上面壓一些重石塊。為了提高防水性能，匠人會在此基礎上，在窯洞口處做磚石砌口或砌窯面，稱為磚石砌口窯洞。隨著當地人生活條件的改善，在生土窯洞內加建磚石拱的做法也較為常見。

安裝木質門窗。這些木質門窗會在現場測量，確定尺寸后加工組合，通常為一扇門、一至兩扇低窗和一扇高窗，在滿足采光需要的同時，空氣可以上下對流，使窯洞內有源源不斷的新鮮空氣。

室內的布置。傳統的窯洞內不用床，而是會請技藝好的匠人砌筑灶臺、火炕和煙囪，這樣可以將做飯時燒柴火的熱量留在炕洞中，讓炊煙從煙囪中排出。

建造窯洞的原材料雖然很少，但窯洞與黃土地互為一體，又使它成為材料最厚實的建筑。

窯洞的窗戶圖案（繪圖/ 黃金）

窯洞室內布置炕洞圖（繪圖/ 魏欣）

了解了窯洞的這么多特點后不難發現，它用料節約環保、室內環境舒適且與環境和諧共生，是被動式的生態建筑，更是當之無愧的中國五大特色傳統民居建筑形式之一。如今，許多窯洞已經得到了保護，窯洞的拱形特征也被作為設計語言用在現代建筑中，形成了很強的地域特色。

（責任編輯 / 高琳 美術編輯 / 胡美巖）

知識鏈接：窯洞的主要形式

除了生土窯洞，還有磚窯、石窯或混合材料建成的窯洞。一家人至少有3～5孔窯洞，窯洞之間有不同的排列方式，窯洞與環境之間也有不同的融合方式。

第一種是開敞式靠崖窯，也就是依靠山角或溝畔等處的黃土壁挖出的窯洞。窯洞前面是天然形成或人工平整過的開敞平地。小的窯群呈一字形排列，大的窯群層層后退疊壓，坡道相連，蔚為壯觀。

第二種是下沉式地坑院。地坑院是黃土高原古人穴居方式的遺留，可以追溯到4000多年前。這類窯洞是在平整的黃土地基上向下挖出方形洞，形成四面土壁，再利用這四面土地向內挖多孔功能不同的窯洞，例如主窯、副窯、廚窯、牲口窯、糧窯、柴草窯等，很像“地下四合院”。居民通過有坡道或臺階的墁道進出地坑院。為了防雨和蓄水，院內會挖一口深井用來滲水。

第三種是獨立式覆土窯。這類窯洞受地形的限制較少，只需以黃土作為地基，內部可以像樓房一樣進行墻面抹白等裝修。

在生活中，各種類型的窯洞會相互配合，共同順應地形，達到最佳的布局效果。

?各類窯洞修建位置示意圖（繪圖/魏欣）

知識拓展：中國五大特色傳統民居建筑形式

中國五大特色傳統民居建筑形式包括陜西窯洞、客家圍龍屋、北京四合院、廣西桿欄式和云南一顆印。（關于桿欄式、抬梁式、穿斗式可詳見《知識就是力量》雜志2023年3月刊）