豫西北地区生土建筑形式通风采光改造

王薇 陈剑桥

摘 要：农村不应该是城市的低级版本，也不是城市的跟随者。农村应该是跟城市有差异并且更能接近自然与土地的人类栖息地。

关键词：生土建筑；通风采光；建筑；改造

一、引言

人类的建筑起源于“凿土为穴，构木为巢”。原始人类用这些种方法来抵御鸟兽及自然灾害的侵袭把文明的火种传递下来。人类的建筑史也是人类文明的发展史。

在人类的发展历程中，随着社会生产力及人类智慧的发展，人们学会了利用更先进的建筑材料及建筑技术来维系生存和进取发展。建筑材料包括黏土砖、烧结砖、石材、植物等乃至现代广泛应用的混凝土、砌块、玻璃、合材料等。然而随着科技的发展，这些建筑材料在方便人类生产生活的同时也对自然环境造成了极大的破坏。据欧洲建筑师协会统计，全球建筑相关产业消耗了地球能源的50%，原材料的50%，造成土地损失的40%。同时，产生了50%的空气污染，42%的温室气体，50%的水污染，48%的固体废物和50%氟氯化合物。现代建筑业已成为导致全球环境问题的主要因素之一。如今人们的环保意识日益增强。国家在环保方面出台了相当多的政策来维系以及还原生态健康。生土建筑又重新回到人们的视野。

生土建筑有如下优点：

1.结构安全：结构布局合理、有加固措施的生土房屋可以满足8度地震设防要求。

2.经济能耗低：生土建筑不仅造价低廉，而且使用过程中维护费用低，在全寿命周期内能耗低。

3.优越的热学、声学性能：生土材料可调节温湿度，冬暖夏凉，湿度宜人，隔音效果好。

4.施工便利：生土材料分布广，技术简单灵活，施工周期短。

5.环境友好：无污染，可完全回收再利用。

生土建筑的不足：

1.强度低，自重大：材料与构件强度低，整体性能差，导致建筑空间拓展受限（包括建筑高度、开间进深、洞口尺寸等）。

2.耐久性差：生土建筑尤其怕水，不耐风雨侵蚀。

从生土建筑的优缺点可以看出生土建筑的特点：结构稳固，造价低廉，声热性能良好，材料广布，施工方便，环境友好，可再生，建筑规模和形式具有一定的限制性。

二、豫西北地区区域现状

豫西地区包括洛阳、三门峡、平顶山。豫西西接关中，东靠中原，北临黄河，南接蜀汉，豫西处于我国地势第二级阶梯向第三级阶梯的过渡地带，地形千差万别。面积有25539平方公里。洛阳地势西高东低，境内山川丘陵交错，地形错综复杂，其中山区占45.51%，丘陵有40%，平原则只有14%。三门峡市域总面积10496平方公里，地貌以山地、丘陵和黄土塬为主，其中山地约占54.8%，丘陵占36%，平原占9.2%，可谓“五山四陵一分川”。平顶山市处于豫西山地和淮河平原的过渡地带，西部以山地为主，东部以平原为主，在低山和平原之间，分布着高低起伏的丘陵。

根据上述资料显示，该区域地形状况复杂，丘陵、山地、平原均有分布，整体来看丘陵居多。因此，在研究该区域的生土建筑时应当以此为依据划分为三类，平原类、山地类、丘陵类。

看似陈旧落后的地坑院在许多方面有着现代建筑无可比拟的优势：

造价低廉。地坑院的建造是在大自然中做减法。整个建造过程中几乎不需要什么主材，除去装饰部分只有些许加固材料用到砖等。所以其工程造价低于大部分建筑。在历史建造过程中费时费工问题也在现代建造技术面前迎刃而解，几台挖掘机几天之内便可完成主体挖掘，且建筑使用年限也能够达到100年以上。

构造方式独特。有别于大部分古今中外的建筑，地坑院几乎完全舍弃了地上部分，建筑主体全部置于地下。这样的逆向思考在古今建筑上也属罕见。建筑整体藏身大地，与自然几乎完美融合。建筑学家荆其敏、张丽安教授在他们的著作《中外传统民居》中这样写道：“中国的黄土窑洞民居建在黄土高原的沿山与地下，是人工与天然的有机结合……有的整个村庄建在地下，是建筑生根于大地的典型代表，其自然风格与乡土气息充分体现了敦厚朴实的性格，乡村住宅应寓于大自然之中，好像是大自然的延续。”

热工性能好。由于窑洞深厚土层的热惰性（D=RS）地坑院建筑结实耐用、冬暖夏凉、挡风隔音。室内温度夏季保持在20度左右，冬季保持在10度左右，是造价低廉的恒温住宅。地坑院的抗震性能也十分不错，在有加固措施的情况下，很容易达到八级设防要求。

三、建筑技术改造

通风采光问题是制约生土建筑满足现代建筑居住需求的最主要问题。传统地坑院环境阴暗潮湿，通风不便，使得原有住民不愿再回想居住在其中的苦难日子，也让对其有些许好奇的新青年望而却步。

采光系统这里选用自然采光加补偿采光的方式。后加庭院，加涂抹反光涂料的庭院内壁形成有效的自然采光。在地表和地坑院侧壁添加采光筒的辅助采光系统，有效补偿室内采光。这里主要介绍香港正能量科技集团的无电照明系统。无电照明系统100%利用自然采光照明，几乎可以抵用80%的白天照明能耗。0能耗，无需维护，节约能源，一次投资，这些都是无电照明系统的特点。其对二氧化碳排放量的减少具有重要意义。无电照明系统总共由三个部分组成：采光区、传输区和输出区。采光区有5部分，钻石型采光器、发电装置、密封圈、T型圈、防雨装置组成。白天时利用光线的透射折射原理，通过钻石型采光器采集光线并将其导入系统内部。在夜晚时，可以利用发电装置发电作为夜间补充照明。传输区由光导管、弯管等组成。材料防腐防锈、使用寿命长，全反射率达到100%，传输长度达到20米以上，弯度最高能够达到90度。输出区由光线调节器、圆转方转换器、补光装置、漫射器等组成。通过光线调节器，使入室光线均匀无害漫反射均匀提供室内照明需要。

根据区域环境设计采用采光井加导光筒加太阳能夜间补充照明的照明体系。采光井的设计会兼做内部小景观的作用。通风和采光兼顾。在这里根据地域文化形态设计出三种形式。一是窑洞进深末端置入庭院：二是窑洞之间设置小型庭院或采光井；三是窑洞中段置入采光井，将窑洞分成两个部分。第一种在窑洞底部设横型庭院，庭院串联几个窑洞，不仅使得窯洞底部采光问题得到解决，也创造一个几个窑洞共享的庭院空间。缺点是造成土质松动，对窑洞坚固度有一些影响，并且这种改造方式对地表形态改变较大。第二种方式是采用窑洞之间夹杂通风采光井模式。这种模式对地表形态破坏较少，需要注意采光井的防御问题。相应的，其对采光通风的解决不如第一种方式见效。第三种其实是原来就存在的开天井模式。在窑洞中侧网上开大小不等的天井。天井的通风采光效果有限。其对地表形态的影响微乎其微。三种模式利弊不一，可以根据具体的通风采光需要采取不同的形式。

通风方面改造前单方面开门开窗，窗户没有办法对流。经过后加庭院及天井庭院的改造，通风可以形成对流。进风口低，出风口高，能够形成最有效的在人体活动有效区域内的空气对流。

四、结语

其实，生土建筑能否不被遗忘，能否重新焕发光彩，能否继续传递该区域乃至整个民族国家的建筑文化，关键不在于改善某项技术提高其性能，关键在于民族建筑文化记忆的唤醒和民族建筑文化自豪感的唤醒。即便在农村地区，人民建造房屋也不是仅以坚固耐用、廉价方便为依据。即便不像中世纪的欧洲，市民们倾其所有耗费几代人心血共同建造属于他们的精神堡垒——教堂，每一个农村住宅，也是每个家庭智慧和心血的结晶。在同样的条件下没有谁会愿意建造一个比别人“丑”的住宅。所以关于生土建筑在通风采光方面的改造只是从技术上解决一些问题，主要还是要从建筑文化方面入手。

参考文献：

[1]孟祥武，王军，叶明晖，李钰.国内生土建筑研究历程与思考[J].新建筑，2018，（01）：114-118.

[2]王丽娜，曲烈.国外压制生土块材相关标准情况综述[J].建筑砌块与砌块建筑，2017，（04）：48-50+20.

[3]黄岩.现代夯土建筑案例研究[D].西安建筑科技大学，2017.

[4]张剑辉.关中地区传统民居生土建造技术研究[D].长安大学，2017.

[5]李志强，袁康，王玉山，白宏思.改性生土砌块配合比试验研究[J].非金属矿，2017，（03）：47-49.

作者简介：

王薇，河南工业大学教授；

陈剑桥，河南工业大学研究生。