朱耘業(yè)

南通大學(xué)，中國(guó)·江蘇 南通 226001

以毛寺生態(tài)實(shí)驗(yàn)小學(xué)為例，論文通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)匚幕尘暗确矫孢M(jìn)行研究，分析了鄉(xiāng)土建筑中低技術(shù)生態(tài)技術(shù)的運(yùn)用，并進(jìn)行歸類分析，表述了低技術(shù)生態(tài)技術(shù)的廣泛運(yùn)用和實(shí)用意義以及對(duì)現(xiàn)代鄉(xiāng)土建筑設(shè)計(jì)的啟示作用。

黃土高原；適宜性生態(tài)技術(shù)；鄉(xiāng)土建筑

1 引言

毛寺村是一座位于中國(guó)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(xué)后，不僅引起了廣泛的社會(huì)關(guān)注，當(dāng)?shù)氐恼w環(huán)境也因此而得到了改善[1]。

2 背景介紹

當(dāng)?shù)貙W(xué)生艱難的學(xué)習(xí)條件現(xiàn)狀引起了社會(huì)的高度關(guān)注，香港中文大學(xué)以及西安交通大學(xué)聯(lián)合當(dāng)?shù)卣e極開(kāi)展了對(duì)當(dāng)?shù)丶捌渲苓叺貐^(qū)的實(shí)地調(diào)研，在不斷修改與調(diào)整下，確定了新小學(xué)的建筑設(shè)計(jì)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(yuǎn)地區(qū)，該地區(qū)水土流失嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境較為脆弱。小學(xué)位于毛寺村中心的一片臺(tái)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(shù)干堆砌而成的簡(jiǎn)陋獨(dú)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(fēng)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(yán)重，偶發(fā)暴雨。因此選址基地中的獨(dú)木橋每逢雨季都會(huì)被河水沖毀，學(xué)生只能被迫停學(xué)。

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(wèn)題——人口流失嚴(yán)重，青壯年人往往選擇離開(kāi)家鄉(xiāng)前往經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)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(jì)發(fā)展較為落后。為順應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和地理環(huán)境，當(dāng)?shù)氐慕淌乙话銥楦G洞形式或簡(jiǎn)陋的單層土屋。當(dāng)?shù)睾⒆有枰焯焐嫠^(guò)河上學(xué)，時(shí)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(jī)遇

地理環(huán)境和氣候條件的特殊性也給設(shè)計(jì)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(jìn)來(lái)，落后的經(jīng)濟(jì)狀況也限制著解決方案的可能性。但基本建設(shè)是決定著地方的整體水平的重要因素，對(duì)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境提升成為刻不容緩的事件。

2.2.1 當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)建筑特點(diǎn)

當(dāng)?shù)氐膫鹘y(tǒng)建筑大多由生土構(gòu)成，少量為磚混結(jié)構(gòu)。為了對(duì)抗惡劣的自然環(huán)境和滿足經(jīng)濟(jì)要求，以窯洞為代表的民居——隴東民居應(yīng)運(yùn)而生，建筑順應(yīng)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(shù)

當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的建造技術(shù)已逐步被人們所廢棄，主要原因有以下幾點(diǎn)：一是由于當(dāng)?shù)亟ㄖ牧系淖陨砣毕荩绶老x(chóng)蛀性、防水性、結(jié)構(gòu)抗剪性能較差；二是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，當(dāng)?shù)卮迕竦纳a(chǎn)生活方式已經(jīng)開(kāi)始發(fā)生轉(zhuǎn)變，為符合村民需求以及時(shí)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(wú)法滿足當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境等方面的特殊性，無(wú)法有效節(jié)能地解決冬季熱工問(wèn)題。受到現(xiàn)代生態(tài)建筑設(shè)計(jì)理念的影響，傳統(tǒng)建筑技術(shù)以及材料在經(jīng)過(guò)充分發(fā)掘后，也能夠滿足現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)的要求，因此發(fā)展傳統(tǒng)建筑技術(shù)成為了一種生態(tài)節(jié)能新趨勢(shì)。

3 適宜性生態(tài)技術(shù)的運(yùn)用

3.1 適宜性生態(tài)技術(shù)概念

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

3.2 適宜性生態(tài)技術(shù)運(yùn)用

將建筑當(dāng)作一個(gè)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(yùn)用了多種技術(shù)，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(tái)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?jī)砷g一組的形式被劃分成5 個(gè)單元分別布置在兩個(gè)不同的臺(tái)地之上，著東西方向展開(kāi)。這樣的布置形式的優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)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(yáng)能；二是臺(tái)地在夏季時(shí)可以為教室提供良好的自然通風(fēng)條件，而冬季時(shí)北風(fēng)產(chǎn)生的沖擊也會(huì)有所減少。因此，在兩個(gè)臺(tái)地上，出現(xiàn)被教室自然圍合而成的開(kāi)放空間，下層臺(tái)地的南側(cè)開(kāi)放空間作為室外活動(dòng)和鍛煉的操場(chǎng)，北側(cè)是教室組團(tuán)。教室北側(cè)墻體位于地下，前面向南敞開(kāi)，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(jié)構(gòu)形式是隴東窯洞的特點(diǎn)，對(duì)原有基地的破壞也減少了[3]。

3.2.2 自然采光與通風(fēng)

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

3.2.3 就地取材

學(xué)校使用的材料大多是就地取材的自然元素，這與當(dāng)?shù)氐拿窬有问胶芟?。例如，靠山的窯洞和地坑直接由黃土建造，生土建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要是由當(dāng)?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(yùn)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(guò)程無(wú)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(guò)簡(jiǎn)易處理，立即投入再利用，具有低能耗、可再生、可降解的特點(diǎn)。

教室的造型源于隴東傳統(tǒng)土木結(jié)構(gòu)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(diǎn)，墻體基礎(chǔ)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(wèn)題，設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)采用梁柱木框架結(jié)構(gòu)體系。傳統(tǒng)材料的合理運(yùn)用也使得造價(jià)大幅度降低，約為422 港幣/m2[4]。

3.2.4 更新傳統(tǒng)技術(shù)

施工過(guò)程采用了當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的建造組織模式，、除挖掘機(jī)用以平整場(chǎng)地以外，其余所有施工工具均為當(dāng)?shù)剞r(nóng)村常用的手工工具，由當(dāng)?shù)鼐用褡园l(fā)構(gòu)成施工隊(duì)，在技術(shù)人員的指導(dǎo)下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工。

設(shè)計(jì)初期的構(gòu)想屋頂屋架用的木料都是方木，美觀性較強(qiáng)，但是樹(shù)木生長(zhǎng)的肌理遭到了破壞，因此不牢固，而在當(dāng)?shù)氐纳两ㄖ谢径际鞘褂迷?。在?jīng)過(guò)反復(fù)推敲以后，最終采用了原木的方案，這也引起了廣泛的爭(zhēng)議，部分人認(rèn)為土木結(jié)構(gòu)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(shí)驗(yàn)小學(xué)不僅在雨季中沒(méi)有倒塌，甚至在汶川大地震中也完好無(wú)損，勝過(guò)了當(dāng)?shù)氐拇u混結(jié)構(gòu)建筑。

除此以外，增加墻厚和進(jìn)深也是對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改造，通過(guò)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(guò)加柱廊的方式以增加進(jìn)深，可以在夏季發(fā)揮遮陽(yáng)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(xué)

利用熱學(xué)模擬軟件TAS針對(duì)教室單體進(jìn)行研究細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，通過(guò)熱學(xué)模擬研究，提高生態(tài)可持續(xù)性和可行性，對(duì)材料進(jìn)行篩選和優(yōu)化，并在后續(xù)的建筑設(shè)計(jì)中加以運(yùn)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(hù)結(jié)構(gòu)的絕熱性能的方法，現(xiàn)列舉如下。

（1）運(yùn)用氣密性好的門窗材料

冬季時(shí)為了保證室內(nèi)熱環(huán)境達(dá)到人體舒適水平，以增強(qiáng)門窗結(jié)合部位的氣密性的方式充分引入太陽(yáng)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(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的不利影響。

（3）增強(qiáng)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(yáng)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(shù)的特點(diǎn)

根據(jù)建筑設(shè)計(jì)中生態(tài)技術(shù)的適用范圍和技術(shù)特征可以將生態(tài)技術(shù)分為三類：低技術(shù)生態(tài)技術(shù)、適宜性生態(tài)技術(shù)、高技術(shù)生態(tài)技術(shù)。其中，低技術(shù)生態(tài)技術(shù)在生活模式、人居環(huán)境等方面不盡如人意，高技術(shù)生態(tài)建筑代價(jià)過(guò)高，而適宜性生態(tài)建筑在平衡經(jīng)濟(jì)性和人居環(huán)境兩方面方面取得了較好的結(jié)合點(diǎn)。對(duì)于毛寺村這樣的背景條件，使用適宜性生態(tài)技術(shù)來(lái)改良當(dāng)?shù)丨h(huán)境是再合適不過(guò)的了。

4 結(jié)語(yǔ)

毛寺生態(tài)實(shí)驗(yàn)小學(xué)不僅改善了當(dāng)?shù)丨h(huán)境，也讓原本被村民所遺忘的“舊”技術(shù)重新回到大眾的視野中來(lái)，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(fù)制的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)。教學(xué)條件、居住條件改善的同時(shí)，順應(yīng)當(dāng)?shù)貤l件而發(fā)展所帶來(lái)的還有自然環(huán)境的保護(hù)，從而達(dá)到人、建筑與自然三者和諧共生的境界，同時(shí)也為別的建筑乃至村落提供了借鑒意義。并非只有高技術(shù)才能打造良好的生態(tài)環(huán)境，也并非只有使用高技術(shù)才能改善生活條件。在特殊的地理環(huán)境下，順應(yīng)也是一種解決方法。