白族民居建筑的物理环境

高琳玲，柯卫华

（大理学院工程学院，云南大理 671003）

白族建筑是在特定条件下形成的一种民族传统建筑文化。它既是“有形文化”也是“无形文化”，具有鲜明的民族性、地方性和顽强的生命力〔1〕。其中最具有代表性的白族民居建筑蕴藏着白族文化的精髓，是中国传统民居建筑的典范，更是我国少数民族建筑史上的一朵奇葩。拉普普在《住房形式与文化》中指出：“住房的形式并不是实质的力量或任何一个因素的单纯结果。而形式渐次为气候条件、构筑方法、可用材料和技术所修改〔2〕。”可见，人与自然之间的双向选择形成了大理特定时空下精湛的建筑艺术。相应于不同层次的文化基因，不同的环境因素限制，形成了具有明显地域性特征的建筑模式。

居住环境直接关系着人们生理和心理上的健康。建筑物理是研究人在建筑环境中的声、光、热作用下通过听觉、视觉、触觉和平衡感觉所产生的反应〔3〕。20世纪以来人们对所居住住房的物理环境有了越来越高的要求。随着社会的发展，人们对所处的建筑物理环境（力、热、光、声）与人体健康的关系日益重视。本文通过对白族民居建筑中物理环境的研究，提高建筑物的功能质量，创造适宜的人居环境。

1 白族民居建筑中的力学原理分析

大理地区位于强力活动的红河断裂带，有地震灾害频繁、震级较高的特点。这种特殊的自然现象直接影响着白族民居的建筑。当地劳动人民总结了历次大地震的经验教训，根据我国传统民居的建筑特点，结合力学原理创造出了白族民居建筑的一些防震抗震的方法：一是房屋的基槽挖得深且宽。用巨大石头做基石，在砌垒石头时，必须一块石头压在另一块石头的左端或右端，形成互相“高压”和联系，充分分散了墙体对基底的压力，构成牢固坚实的整体〔4〕；二是房屋建筑采用梁柱式结构，各构件之间的结点用榫卯相连接，构成了富有弹性的构架。其主要特点是：①屋子层高低矮，减小了梁柱间力的相互作用，降低了房屋在地震时的摆动幅度；②房屋每榀举架有五根柱子落地，穿接式屋架多而梁短，这样在地震时榫处的力矩较小，因而房屋构架不易被破坏〔5〕；③使用串枋将一排柱子串联起来，平衡了柱子上的作用力，组成一组具有很强抗震性能的构架；④房屋的链接处多用合柱，在两方房屋交叉处的柱子合用一根或互为交叉，形成多个三角形，相互扶持，在地震发生时，地震波对屋架产生的力会沿着柱子向地下分解，减少了屋架各构件间合力的作用，使房屋不易散架。在不大的空间构架范围内，交叉联系越多抗震性能越强（见图1）。

图1 白族民居建筑木架结构〔6〕

由于木材建造的梁式结构是一种富有弹性的框架结构，可自成一个完整的体系，墙体不必承重，因此有“墙倒屋不塌”的说法。在地震发生时构架可以将巨大的震动能量消失在弹性很强的结点上，这对地震频繁的大理是一种非常实用的建筑艺术，是与当地特殊地质条件的相适应。

2 白族民居建筑中的光环境分析

大理地处海拔2 000多米的云贵高原，常年日照时间长且阳光辐射强烈。白族民居院落宽敞，可容纳充足的阳光。然而，传统白族民居的门窗采用的是木雕加板画或是花格形式，厚实的窗体挡住了光线向室内入射，室内采光自然不好。通常情况下，白族民居院内设有照壁。照壁主要是用来避免过路人从大门外看院内的情况，在当地也有辟邪的说法。现代建筑学研究中有学者说用照壁反射来的光可增加白族民居室内的采光度。较北方传统民居相比，为考虑房屋的通风散热、遮雨防潮、防辐射等因素，白族民居落院出檐较深，少则6～7 m，多则8～9 m，而院内照壁高度一般不超过3～5 m，院与正房间又有深达2～3 m的厦廊，正房与厦廊间是透光很不好的格子门窗，照壁反射来的太阳光线能抵达正房的将微乎其微〔7〕（见图2），因此，靠它反射来的光线来增加室内采光度是远远不够的。

图2 白族院落日照分析

而由内墙照壁反射的阳光却增强了院中的光线，过强的光线会在院中产生眩光和光幕反射现象，使在院中劳作的人眼睛容易产生疲劳甚至刺痛感。

3 白族民居建筑中的热环境分析

大理地处低纬高原，境内有中外闻名的点苍山和高原明珠洱海，形成了独特的高原地方性气候。有“四时之气、常如初春、寒止于凉、暑止于温”之说。因此，对于当地建筑物的保温、散热的要求相对于北方地区较为放宽。白族民居的墙体主要是土质的，在冬日，白天土质墙体接受太阳辐射并蓄热。根据测量当地多所传统白族民居墙体（研究对象是正房为三间的白族民居）求其平均值得出：后墙长度a=10.5 m、侧墙长度b=5.02 m、墙体的高度c=6.0 m、墙体的厚度d=0.654 m（见图3），经测算得：当地筑墙用土的密度ρ=1.52×103kg/m3，大理地区冬季白天太阳辐射的平均温度T＝10.5℃、土的比热容是C＝1.13×103J/kg·℃。

墙的体积V=a×c×d+2（b×c×d）=10.5m×6.0m×0.654m+2×5.02m×6.0m×0.654m=80.7m3。

墙的质量M=ρV=1.52×103kg/m3×80.7m3=1.227×103kg。

墙体吸收的热量Q=MCΔT=1.13×103J/kg℃×1.227×103kg×10.5℃＝1.45541×108J。

图3 墙体简易结构

白天墙体吸收了1.455 41×108J的热，根据热平衡原理可知，在夜间墙体表面温度高于周围环境的温度，墙体就向室内、室外以及地下放出与吸收同等的热。在冬日夜晚，气温大幅度降低时就能给室内提供一定的热量，保证了室内的基本温度。墙体的保温效果跟其厚度成正比，墙体越厚储热保温效果越好。土质墙体厚度应考虑当地冬季温度及冻土层厚度。墙体理想厚度应该是冻土层厚度加上50 cm。这样有利于自然保温和防止夜间温度快速散发〔8〕。大理地区冬日的冻土层厚度约为14.8 cm，大理地区白族民居墙体厚度约为65.42 cm。墙体的理想厚度＝14.8cm+50cm=64.81cm≈65.42cm。上式表明：白族民居的墙体很好地符合了建筑学上墙体保温厚度的要求。但由于白族民居门窗以及内部装修都以木质材料为主，房间的房门均一个式样，都为4扇高门不带亮子；每个房间都有扇用木雕加板画或是花格形式的窗户，房屋密封性自然不好，再加上房屋出檐较深，室内对太阳的辐射热接收很少、大理常年多风劲强。因此在寒冷的冬天，为保证舒适的室内温度，还需要对门窗、墙体等作相应的处理。而在炎热的夏天白族民居的这些特点又保证了其良好的散热功能。

4 白族民居建筑中的声学原理分析

大理是个边远的古城小镇，有着悠久的历史文化。虽然在这个工业飞速发展的今天，古镇在追逐时代发展步伐的同时，依旧保留了原有的风貌，远离了城市喧嚣的环境，噪音污染指数自然不高。但仍然不可避免地受到低频噪音的影响。应对噪音的干扰，传统的白族民居建筑自身的建筑材料就有很好的隔音功效。主要表现在以下两点。

第一，墙壁过于光滑，任何声音都会产生回音，从而会增大噪音。因为声波的反射和折射有些类似于光，打在光滑的平面上，反射后的能量就较集中，方向性也强，如果打在粗糙的平面上就会形成漫反射，对人的影响就小了很多。而白族民居建筑是土质墙体，墙面很粗糙，类似细小的波纹状，声波打在墙面上会产生漫反射，从而减弱噪音（见图4）。

图4 墙体表面声的反射

第二，白族的房子的格局主要采用木质材料（松木）且家具也多半是木质的。木质纤维有多孔性，能吸收噪音。

白族民居除了从以上两个方面很好地防止了噪音的干扰外，室内装潢的色彩也起到了一定作用。若室内装饰的颜色过于明艳，就会干扰人体中枢神经系统，让人感到心烦意乱，对噪音显得格外敏感。而白族民居装潢的颜色不管从外观上还是室内，都以白色调为主，追求色彩的素雅、光线的柔和，保证了民居的清静。

5 总结

通过以上对白族民居建筑的结构特点和物理环境的研究分析，可以清晰的看出其优势和不足。优势：①用榫卯相连接的富有弹性的梁式框架结构，使房屋具有优良的抗震性能；②土、木相结合的结构使房屋有很好的保温、散热和隔音的效果。不足：①房屋的格局以及门窗的设置上存在的问题，使住房室内采光度不足，院内光线过强而产生有害的眩光；②虽然墙体有良好的保温效果，但在寒冷的冬天，室内温度相对存在不足。

针对以上的总结归纳，优点我们当然要继承和发扬，而在不足的地方应给予相应合理的改进建议。

第一，增加室内采光度建议：①白族民居的窗户可以使用透光性更好的玻璃来替代木制结构的窗户，或使用玻璃与木条相间的窗户，尽量减少木条在窗户中的占有面积来增加室内采光度。再根据房间内部的尺寸和使用情况设计合理的窗户大小。由于在夏季炎热期，室内温度的增加与窗的面积成正比，因此窗户不宜过大；②适度降低照壁的高度来增加室内的采光度，因为照壁会遮挡早上射向正房的光。

第二，院内阳光亮度控制建议：①合理选择院内照壁的涂抹颜色，尽量使用相对较偏暗的乳白色，以此减少太阳光在院内的反射来降低院内的光亮度；②当太阳高度角低于30°时最容易引起眩光〔11〕，根据这一特点，可在院内适当位置设置阳光控制装置来避免院内眩光的产生。

第三，冬日室内保温建议：①由于人体发散的热量大约有90%是通过辐射，因此建筑物围护结构的内表面稳定对于人体的热平衡显得十分重要。当人体温度和周围表面温度相差很大时，人很快就感到冷而不舒服。从生理上说，最佳状态是室内空气温度与周围环境的表面温度相同。在冬天，这种状况只有通过加热建筑外围护结构自身才能达到建筑环境〔9〕。因此，①增强外围护结构的密封性或可根据需要适当的在外围护结构内安装暖气片；②窗户面积要尽可能的小，以有足够的天然光这一要求作为确定窗户面积的主要因素。因为窗户越大，热损失会越多、越快；③在冬天夜晚可在门窗上挂棉被，也可减少屋内热量的流失；④在室内装潢时也可在墻体与抹灰层间砌入挤塑板、网格布等现代建筑材料，也将会有很好的保温效果。

第四，如今，人们的物质生活条件有了很大的改观。为追求视觉上的舒适感，白族民居建筑在室内装潢上也采用了如瓷砖、墙纸等较多的现代建筑材料。然而，这些材料的选取是否合理将直接影响房屋的隔音效果。因此，为保证人们在房间里有充足视觉享受的同时又具有良好的隔音效果，在选取室内装潢材料时，尽量选择表面纹理较多的材料，以增强声波在其表面的漫反射，减弱声音的传播。

总之，在白族民居的建筑过程中要充分考虑其物理环境的要求，使建筑技术不断适应于物理环境的改变，建造出适宜的人居环境〔10-11〕。

〔1〕李东红，杨利美，寸云激.白族民居的价值及保护开发对策研究〔J〕.民族艺术研究，2004（1）：60-66.

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〔3〕郝倩茹，黄杰.建筑与建筑物理环境策略〔J〕.包钢科技，2004，30（4）：84-86.

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〔5〕薛祖军.自然生态环境对白族地区民居建筑形式的影响〔J〕.大理学院学报，2004，3（2）：6-7.

〔6〕寸丽香.从三次特大地震房屋灾情思考川西地震灾区民居重建〔EB/OL〕.〔2008-06-19〕.http：//society.people.com.cn/GB/8217/7404211.html.

〔7〕袁铮，王炎松.大理周城白族民居建筑文化特征〔J〕.建筑历史，2001，19（6）：79-84.

〔8〕张林华，张峰.下沉式日光温室土质墙体的保温蓄热性能〔J〕.可再生能源，2009，27（3）：18-20.

〔9〕E.希尔德.建筑物理环境学〔M〕.北京：中国建筑工业出版社，1987：18-35.

〔10〕李莉，栾春凤，周敏.从地域性视角剖析白族民居建筑的构建与传承〔J〕.山西建筑，2010，36（23）：27-28.

〔11〕张汝梅，周毅敏.白族民居建筑的审美历程与文化意蕴〔J〕.大理学院学报，2002，1（2）：10-14.