孫 迪

(黑龍江工程學院 藝術與設計學院,黑龍江 哈爾濱 150050)

傳統(tǒng)窯洞的當代生態(tài)化設計改造策略

孫 迪

(黑龍江工程學院 藝術與設計學院,黑龍江 哈爾濱 150050)

窯洞是中國傳統(tǒng)居住形式之一，具有一定的生態(tài)優(yōu)越性，但也存在諸多缺陷，無法更好地滿足人們現(xiàn)代宜居生活的要求。文章主要針對現(xiàn)存?zhèn)鹘y(tǒng)窯洞的缺陷性, 討論如何利用現(xiàn)代的建筑科技手段，提出相對應的建筑設計層面的改造策略,提出一些可行的處理措施, 使傳統(tǒng)窯洞滿足生態(tài)宜居需求，煥發(fā)出全新生命。

窯洞；生態(tài)；缺陷性；改造利用；宜居環(huán)境

窯洞是中國傳統(tǒng)的鄉(xiāng)土建筑類型之一，是黃土高原上出現(xiàn)的一種獨特的建筑形式，代表著歷史悠久的黃土地文化，也代表著黃土高原勞動人民的智慧和淳樸。窯洞主要采用土作為主要建筑材料，空間的墻體就是深厚的大地以及山體。窯洞在長期的發(fā)展過程中形成了多種結構、材料不同、種類各異、數(shù)量眾多的在黃土層中挖掘出的減法空間額度窯洞建筑，也有加法空間的磚石拱頂覆土式窯洞(見圖1)。從布局形式上主要有靠崖式窯洞(見圖2)、天井式(見圖3)窯洞。我國窯洞民居現(xiàn)在主要分布在隴東南、隴中、晉中南、豫西北、豫中等西北部地區(qū)，居住在窯洞中的總人口約有3 500～4 000萬人口，從全國范圍來看，窯洞居民占總人口數(shù)的比例不到5%，但按比例計算出的人口數(shù)相當于一個歐洲大國，因此，在全國性的居住建筑問題的討論中應給予窯洞足夠的重視。從目前來看，由于經濟社會發(fā)展、農民對生活條件需求的提高、相關政府部門對窯洞保護意識淡薄、城市化進程推進等原因，窯洞的數(shù)量越來越少。目前，對窯洞建筑的研究很廣泛，從覆土建筑角度以及地下建筑角度等多方面都在進行研討。本文旨在探索窯洞建筑形式的缺陷，從建筑設計角度探究傳統(tǒng)窯洞的可行性改良方案，設計一種適用于現(xiàn)代人民生活的窯洞居住空間，引導這種古老的居住方式向生態(tài)方向發(fā)展，使其更加滿足現(xiàn)代化生活需求，重新煥發(fā)出勃勃生機。

圖1 覆土式窯洞

圖2 靠崖式窯洞

圖3 天井式窯洞

1 傳統(tǒng)窯洞的優(yōu)越性分析

1)群體布局的生態(tài)性。窯洞是在黃土高原這個特殊的地勢環(huán)境下形成的一種獨特傳統(tǒng)民居，它最大的特點就是就地取材，其主要材料為黏土。在過去的幾十年甚至幾百年，山西、陜西等地區(qū)的人民把窯洞視為重要的生活空間?？梢哉f，窯洞不僅承載著黃土高原地區(qū)建筑的文脈體系，能被千百年地沿襲下來，更主要的原因在于這種居住形式的生態(tài)適應性特征。窯洞一直被視為是一種生態(tài)建筑，這要歸根于窯洞的建造省工省料的同時對自然環(huán)境的破壞減少到最小，主體是利用山體、土地為主要結構進行建造。

2)就地取材的經濟性。由于位于黃土高原的窯洞使用的建筑材料基本上都是黃土，生土材料不經過后天的人工加工，原生態(tài)特性被保留了下來，有利于資源再生和再利用，是最符合可持續(xù)發(fā)展理念的原生態(tài)建筑模板。而現(xiàn)代建筑，大量地運用鋼筋混凝土等一些混合化學材料，過度生產和提煉這些材料對環(huán)境造成了相當大的污染，加速消耗自然原材料。自然原材料的開采不單單是對自然界的損耗，更是破壞了生態(tài)的平衡關系。

3)土質帶來良好的熱穩(wěn)定性。窯洞的恒溫特點是形成生態(tài)居住空間的關鍵。從表1中可以看到，土與其他建筑材料相比具有良好的熱穩(wěn)定性，在不同季節(jié)、不同時間段對室溫進行有效調節(jié)。眾所周知，人們在嚴寒酷暑的環(huán)境下已經習慣于利用暖氣和空調來調節(jié)居住環(huán)境的溫度，而無論是暖氣還是空調在消耗大量能源的同時，也成為造成環(huán)境污染和溫室效應的主要因素。

表1 常用建筑材料熱工指標

注：數(shù)據來源《民用建筑熱工設計規(guī)范》GB50176-2016

2 傳統(tǒng)窯洞的缺陷性分析及有效改良措施

特殊的山體環(huán)境和地質條件是窯洞形成的必要條件，成就了這種建筑形式的輝煌和文明。但是隨著現(xiàn)代文明的加速發(fā)展以及城鎮(zhèn)化的迅速擴張，這種特殊的地形條件恰恰也限制了窯洞建筑的傳承和發(fā)展。即使窯洞有其優(yōu)良性，但在窯洞作為居住空間而存在的大部分地區(qū)，只有老年人仍愿意選擇居住在窯洞中，大多數(shù)年輕人卻越來越不愿意居住在窯洞中，因為傳統(tǒng)窯洞在許多方面存在著與現(xiàn)代生活不能適配的缺陷。在當代，建筑技術及生態(tài)保護措施等方面的發(fā)展為改良傳統(tǒng)窯洞提供了條件。

2.1 結構安全性缺陷及改良措施

窯洞的結構安全性問題主要包括由土質問題引起的坍塌、水害引起的塌陷。

1)坍塌。窯洞是在黃土層中挖掘出來的減法空間，周圍土體是建筑的主要結構，影響窯洞的結構安全性的主要因素就是土體的穩(wěn)定性。解決土體結構穩(wěn)定的主要技術措施是控制窯洞結構的合理尺寸和形式。首先，從結構尺寸方面主要指窯洞的跨度、高度、土體間壁的厚度、拱頂上部自然土層的厚度，在設計建造上要控制這些尺寸，不能盲目地追求大洞跨和洞內高度，同時也要考慮不同地區(qū)黃土的物理和化學性質的差異，具體設計數(shù)值可參考表2；從窯洞拱頂結構形式上，從力學角度分析，尖拱頂在抵消側推力、增加拱頂承載及提高穩(wěn)定性方面比圓頂更具有優(yōu)越性。應結合土質條件(圖4)，在土質力學粘結性不好的土層上開窯洞。應考慮開鑿尖拱頂，在利用磚石砌筑后覆土的窯洞上也應盡量砌筑尖拱。

表2 黃土窯洞結構的推薦尺寸

圖4 尖拱

2)水害引起的坍塌。一種水害坍塌是突發(fā)性作用。西北地區(qū)氣象水文條件復雜，年均降水量雖然較少，但雨量較集中，經常出現(xiàn)局部的大雨或暴雨，存在洞口因水土流失造成的坍塌危險。另一種水害坍塌是經常性作用。地表積水或土中植物根系積水經過一定時間滲透，使土壤中水量增加，這些水分會破壞黃土顆粒間的內聚粘合力，導致窯洞結構被破壞。針對這兩種破壞性作用，可以綜合采用以下幾種手段進行治理。

窯洞上部：首先應設置有效的防水層，防水層上方還可以種植植物，尤其是下沉式窯洞更應設置防水層(見圖5)；其次應建立一個完善的排水系統(tǒng)，設置排水溝和截水溝來疏導地面徑流；

窯臉部分：應采取防水加固措施，可采用磚貼面的施工建造技術。

圖5 窯洞頂部防水層做法

2.2 環(huán)境缺陷及改良措施

2.2.1 內部空間采光不均，通風不暢

除了一些磚石砌筑的覆土窯能夠有較好的采光和自然通風之外，大部分傳統(tǒng)窯洞都存在通風和采光問題。由于使用空間周圍都是壁體，從而使建筑只能單面采光，在窯洞深處的空間常年漆黑無光，雖然有土層的熱穩(wěn)定性作用，但是缺少光照仍然讓窯洞內部無法達到使人體舒適的熱感溫度。在現(xiàn)代化窯洞設計上，有條件的應盡量采用傳統(tǒng)覆土窯的建造形式，來獲得充分的采光和通風。由于三面是厚實的壁體，所以導致自然風在吹來時無法形成窯洞背面的負壓強，以至于窯洞內部無法進行空氣流動，造成通風不暢。所以在受地形條件限制，只能建造靠崖式和天井式窯洞時，可采用以下措施進行通風和采光效果的改良：

1)適當擴大開間尺寸從而增大側面窗戶的面積，通常20 m2左右的窯洞，可以將洞口開至5.2 m2。

2)另外在空間內設計天井庭院或天窗，并設置反光設備，利用折射可以增加空間內的采光面積，同時也可以形成負壓強面，形成風壓，增強室內自然通風的效果。

3)在屋頂上方設置通向地面的通風井(如圖6a)，如果是土層較厚的靠崖窯，可以在窯洞前端做排風井，連接窯洞內設置的通風吊頂(如圖6b)。在個別地形條件適宜的地段可以建造天窯通風井，即將窯洞做成上下兩層，上層的窯洞用來組織自然通風(如圖6c)。

2.2.2 能源、供水、排污等基礎生活設施不方便

主要改良措施：

1)以新能源取代傳統(tǒng)能源?，F(xiàn)在我國在農村大部分地區(qū)大力推廣沼氣，一個10立方米的沼氣池就可以解決一個農村家庭的照明及烹飪需求?？梢越Y合窯洞內部的排污系統(tǒng)綜合利用。

圖6 窯洞通風構造

2)建設水泵，水窖。由于黃土高原干旱少雨，水資源也是該地區(qū)缺乏的資源之一。通過建設水泵，可以收取地下水以滿足家庭的飲水和使用需求。而水窖的建設，能夠在雨天將雨水收集起來，用于灌溉等日常生產，以達到節(jié)約水資源的目的。

2.2.3 空間過于單一，功能布局混亂，居住模式無法滿足現(xiàn)代生活需求

設計上，在滿足室內空間的一般規(guī)律上，還要更多地考慮窯洞建筑的特殊環(huán)境條件。比如在適宜的地勢條件下，為了節(jié)省材料資源及建造時間，可以適當建造半地下和地上相結合的空間組合方式，同時增強室內和室外的交流互動聯(lián)系，淡化厚實壁體讓空間產生的界限感，也可以適當引入廊下空間和天井空間，既豐富空間層次，又能解決采光和通風問題。

3 結束語

本文通過對傳統(tǒng)窯洞的全面分析，探尋傳統(tǒng)窯洞在功能結構等方面的缺陷，參考相關規(guī)范標準，有針對性地提出改良措施，力圖創(chuàng)造出更加舒適宜居的窯洞環(huán)境。這些措施不但適用于新建窯洞，對于已有窯洞，在生態(tài)化改造設計時也同樣具有實用意義?？偟膩碚f，在改良過程中可采用以下可行性措施：

1) 從結構安全性角度的改良措施：針對不同的災害形式特點，按照窯洞不同的結構部位，采用設置防水層、加固窯臉等措施。

2)在環(huán)境適應性角度改良措施：通過空間尺寸的改進、天井和通風井的設置等措施改善窯洞的采光和通風；綜合處理能源、供水、排污等基礎生活設施。

歷史發(fā)展到當代，雖然中國許多傳統(tǒng)住宅面對當今的社會環(huán)境和居住需求的變化，顯現(xiàn)出一些問題，但是這些傳統(tǒng)鄉(xiāng)土住宅都有其獨特的優(yōu)越性，是千百年來中國人智慧的體現(xiàn)。在住宅本著“遵循自然”“可持續(xù)發(fā)展”的理念的今天，我們應充分尊重并盡量保護這些傳統(tǒng)建筑，結合現(xiàn)代化的建造技術，探索出當代的生態(tài)化住宅，最終建成人類與自然、建筑與環(huán)境和諧共存的生態(tài)居所，讓窯洞這個傳統(tǒng)的建筑形式煥發(fā)出新的生命力。

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Contemporary ecological design and transformation strategies on traditional cave

SUN Di

(College of Art and Design Heilongjiang Institute of Engineering,Harbin 150051，China)

Cave is one of Chinese traditional residence form, which has a certain ecological advantages, but there are also many defective problems. To meet the requirements of modern livable life, this paper, in view of the existing defects of traditional cave dwelling, discusses how to use modern means of science and technology, puts forward the corresponding reform strategy of architectural design level and some feasible measures, in order to make traditional cave dwelling adapt to the ecological,livable, new life.

cave; ecology; defect; transformation and utilization; livable environment

[責任編輯：路曉鴿]

TU241

A

1671-4679(2017)05-0062-04

2017-05-19

黑龍江省教育科學“十二五”規(guī)劃課題(ZHA1214002)

孫 迪(1981-)，女，講師，碩士，研究方向：建筑歷史及理論.

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2017.05.013