基于整体视角的干旱地区既有聚落气候适应性营建策略

贾苏尔·阿布拉

王 竹

钱振澜

裘 知

邬轶群

阿孜古丽·艾山

“生态文明建设”战略对我国边疆干旱地区而言意义重大，因为其气候独特，资源有限，以顺应生态环境营造适宜人居环境是必要之举。这特殊地区，在历史上一直面临着严峻的气候与环境问题，为了应对外界气候与环境的变化，人类虽付出了巨大代价，但也积累了能应对气候环境的不少营建理念与智慧。因此，很有必要研究其如何在有限资源下顺应气候，融入自然。同时，还有必要学习它为保证聚落人居环境的质量而采用的适宜策略。通过分析发现，对干旱区聚落的现有研究主要集中在干旱区聚落的形成、演变、规划、能源利用[1-3]、区域生态环境响应[4]及可持续发展评价[5]、干旱区城市的空间形态[6]及自然景观空间格局与城市生态[7-8]等方面，可见对干旱区聚落的研究仍相对薄弱，尤其是建筑规划界以整体的视野对干旱区聚落在有限资源条件下如何应对气候环境的研究还是较欠缺，对代表性聚落和个案的研究相当少。于是，本文以亚洲和非洲干旱地区的既有聚落为研究对象，从该类地区的自然气候环境出发，研究聚落在形态与空间层面上所体现的气候适应性，并试图挖掘其内在的整体思路，归纳聚落中的生态智慧，以期为我国边疆干旱地区的营建规划提供参考与经验。

表1 干旱气候环境特征结论

1 区域环境与研究方法

1.1 干旱地区的环境概况

图1 世界干热气候分布图

图3 风从聚落上空掠过示意国

图4 彼此挨联的聚落（盖尔达耶，阿尔及利亚）

世界50多个国家和地区都有干旱区域，据统计，五大洲（不包括南极洲）的干旱地区（包括干旱、半干旱地区）面积约占世界陆地面积的1/3（图1）。本研究所涉及的亚洲和非洲的干旱区域在其陆地基质总面积中所占的比例较大。其中亚洲干旱区主要分布在伊朗中南部、阿拉伯半岛、印度部分地区以及我国西北地区等，面积共为19.49亿hm2，占该洲陆地面积的46%。此区域多为干燥的盆地，形成许多沙漠，因而降水量普遍偏低，在250mm和700mm之间；平均温度由3～18℃；年蒸发量在1500mm上下徘徊。非洲的干旱区主要分布在北非，面积共为19.59亿hm2，占非洲北部的陆地面积的70%以上，地貌基本是以荒漠为基质的平坦高原。鉴于地理位置的原因，该地区全年受热带大陆气团的影响，导致出现年降雨量稀少、气候干热、年蒸发量大等旱灾问题，这又阻碍湖泊和河流的形成，造成水源的紧张[9]。

总而言之，以上各个干旱地区气候特点与我国边疆干旱地区的环境情况很相近，可以概括为大风次数较多、温差较大、年平均降水量偏低、气候干燥、所涉及的地貌平常是山坡或河流附近的平原等（表1）。

1.2 整体观研究方法

干旱区人居聚落在特定的自然环境下，采用密集型布局和以自然通风为核心的适宜策略，能够适应它所在的极端环境，从而体现出其营建策略的整体性，且此特性在聚落布局、院落布置、通风设计等营造手段中尤为明显。由此观之，此类聚落可看作是复杂的人工物质系统。因此，它具有系统的整体属性。从整体的视角分析它的营建过程，可发现聚落结构和建筑空间是营建策略形成的重要因素，它们相互作用、相互协调，共同构成聚落整体营建的适宜手法。因此，文章运用整体观的研究方法，对干旱区既有聚落的营建智慧进行分析，从整体思维出发，围绕“防灾”“保温”“通风”等应对手段，从聚落整体和建筑自身两个层面入手，认知与揭示其气候适应性营建的整体性。

2 聚落形态与卓尔不群的“防灾、保温”功能相匹配

图5 聚落形态与采暖能耗变化的关系

图6 中庭与后院之间的凉廊（开罗，埃及）

图7 庭院与后院之间的空气流动示意图

图10 上下为一体的被动式冷却系统

聚落通常被解释为是自发形成的，但实际上它是由聚落的诸多要素（居住单元、公共街巷）及其排列所决定的基本形态，看似偶然形成的集合体，其实可看作是经过精心组织的整体[10]。当代流行于建筑界的气候决定论观点认为建筑起初最关心的是庇护，即要适应其所在的外界环境。以此视角观察、分析聚落，可发现其气候适应性主要体现在聚落整体与自然环境的融洽关系上。干旱区聚落亦然，它的形成与发展一般以其对周围环境的应对为基础，它在历史演变中较和谐地融入到自然环境之中。于是，聚落形态与体形充分展现出其对气候因素的恰当回应，在应对恶劣环境上表达建筑群体的整体属性。

2.1 “丘陵状”防灾体

由于气候是聚落规划的主导因素，干旱区的聚落发展模式具有明显的趋同性。在埃及东部、伊朗中部，随处可见类似的布局特征即紧密型布局。该类地区的聚落形式几乎都有两个特点：紧密挨联的建筑群体和狭窄且曲曲折折的胡同。由于干旱地区水资源短缺，其平原内能达标的居住土地有限，换而言之，在以沙地为基质的平原内良好资源环境所致的肥沃土地紧张，此问题制约着聚落的发展与扩散。显然，基于此理念建造的聚落呈现出紧凑型布局。其实此类布局有助于使聚落能够抵御当地频发的浮尘、扬沙、沙尘暴等恶劣天气的侵袭。具体而言，聚落紧密的布局能够塑造匀质的空间，挨联的居住单元形成较整的“一块泥巴”式形态。聚落整体由匀质的建筑单元组成，单元结构、尺度、模式的差异不大，形成完整的“丘陵状”防灾体（图2）。虽然大风、风沙吹来，也只是在聚落天际线上面掠过去，因而降低了大风、沙尘暴对聚落内部的危害程度（图3）。除此之外，聚落曲折狭窄的胡同以其均衡的尺度和多变的空间，防止风沙肆虐直入，并通过胡同两侧层层出挑的阳台以及建筑本身遮挡阳光，构成阴影的交通空间，从而，聚落在外界环境变幻中，享受内部的平静。

2.2 外露面积较小的保温体

图8 穿过建筑空间的坎儿井（亚兹德，伊朗）

图9 聚落中的风塔（亚兹德，伊朗）

若要减少或增加热损耗，建筑的表面积，即体形系数是一个最基本的考虑因素。体形系数是指建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积之比值[11]。实践表明，体形系数对能耗影响较大，即建筑物的体形系数越大，建筑物与外界环境接触的外表面积越大，屋内热能通过被暴露的外界面传递到室外越多。同理，对聚落群体的热损耗而言亦然。相对于松散的聚落来说，密集的聚落以多个居住单元的紧靠组合达到节能、节地的目的，基于以上原理可推测分散聚落的能耗总是大于紧密聚落的能耗（图4）。由于聚落居住单元的紧密组合使部分居住空间外墙成为居住单元之间的隔墙，这有助于减少建筑与室外大气进行热交换的外露表面积，即减少聚落整体的外表面积，因而聚落体形系数会变小，热损失也会减少（图5）。此外，狭窄的巷道也让建筑群体紧密起来，减少聚落外露面积，从而减少建筑整群释放的内部热量，改善其保温功能。具体而言，在夏季，太阳照到房屋的外表面积会较小，从而阳光辐射对聚落内部带来的热量也相对较少。在冬季，因以较小的表面积围合较大的空间而减少围护结构的散热面积。

3 以自然通风为核心的空间组织

自然通风一般具有对流增湿、蒸发冷却的功效，因此，干旱地区的人居建造特别注重通风的设计。自然通风最基本的原理有风压通风、热压通风两种。干旱区居住单元内自然通风的组织一般并非仅依靠单一模式，而是利用多种通风效应，即居住单元内的建筑元素与景观元素或水利元素相匹配，巧妙利用内外和上下空间的合理搭配及通风的基本原理，使住居单元的各个元素配合得更加默契，充分发挥各自所具有的适宜功能，以此达到最佳的通风效果，以应对当地的干热环境。

3.1 “庭院”加“后院”、“池塘”——促进通风

对干旱区而言，庭院既是聚落景观，又是纳凉空间。在埃及和印度，为了提高室内空间的热舒适度，庭院的概念被广泛应用到居住空间的布局之中。若庭院能够布置在居住单元内的合理位置，其能给居住空间带来舒适的自然风。在埃及居住建筑中，庭院一般被四边的房屋包围，空间布局类似于天井式的，在此种布局中庭院里的空气湿度在四边房屋的遮蔽下渐渐增加，因而庭院便为纳凉的阴影空间。具体而言，白天，暖风从屋顶上方吹过，几乎不会吹进庭院内，只会在房屋外围制造漩涡。因此，庭院还是较凉爽，使人非常惬意。随着夜幕降临，院子里的暖空气上升，逐渐被冷却的夜间空气所取代，冷气以层层叠叠的形式积聚在庭院空间，逐步扩散到四边的房间，提高室内空间的舒适度。研究表明，通过这种空间布局，四边房屋的室内夜间气温能降低到10～15℃左右[12]。此外，埃及聚落的居住单元中有一个叫塔克塔布什（takhtabush）的空间要素，是一种凉廊（图6）。此空间要素利用冷热空气的热交换原理，促进院落空气的流动[13]。由于该要素在居住单元中正位于两个不同气温区的交界处，即位于庭院和后花园之间的过渡区，其背后的镂空墙就是它与后花园的分界，但对庭院而言，凉廊便是灰空间，向庭院开放。炎热天气下，后花园的空气很快被晒热，因为其面积较之庭院大且其遮阴区面积较小。于是，这两个不同气温区之间形成热压差，产生热压通风效应（图7）。值得一提的另一个要点是，在伊朗，居民为了在居住单元内塑造凉爽空间，庭院里建造池塘。在这种布局中，庭院一般下沉几米深，便于引进坎儿井水或地下水渠的水。此水流从庭院地下穿过后，浇灌院子的树木花草。在这种空间布置中树木的阴影和井水的蒸发使下沉庭院便为冷源体，因而，它向院子四边的建筑空间释放自然冷能，使室内和檐廊空间变得凉爽。

3.2 以上下为一体的冷却系统

水资源对干旱地区而言是十分重要的，由此可推测聚居区的形成与发展更依赖于水资源的供应。古代没有现代化技术或抽水系统，当时古人创造了被动式的送水系统“坎儿井”，并通过此系统将冰山融化的水流入聚住区域[14]。大约公元前一千年，波斯人们开始建造这种坎儿井隧道系统，用于山区盆地的地下水输送至居住区，以便人们灌溉农地、花园以及饮用生活水（图8）。除了水资源的供应，坎儿井还利用热压通风原理，协助建筑物构成由建筑捕风附件与地下空间为一体的冷却系统。在伊朗，这种古老的空调系统被广泛使用，成为聚落营建中不可或缺的要素。在此系统中，建筑捕风附件与坎儿井水溪配合使用。一般而言，根据地方季节的风特征，在建筑屋顶上布置捕风附件即风塔。塔的开口一般面朝地方主导风的方向，有时其开口也可以通过顶部的端口部件来调整（图9）。刮风的日子，塔捕住的热风由其竖井进入室内空间，此时塔与坎儿井隧道之间发生康达效应，使空气向下流动，进而，风塔一侧通道的压差引导空气向下飘动，被吸入到其隧道内。之后，这股热气与隧道的冷土和冷水接触而被冷却，又在康达效应的作用下，由风塔另一侧通道的开口排出。最终，在井道与隧道的综合作用下建筑内部不断地产生热压通风效应，因而气流在地下隧道和建筑进出风通道之间维持较稳定的循环，这能够调节室内的温度，并提高其舒适度[15]（图10）。

图11 干旱区聚落营建策略的整体观分析

结语

综上所述，从干旱区气候特征出发，干旱区既有聚落的气候适应性与总体策略关系可以总结为图11。归纳出如下两个方面的结论：

①无论从聚落形态来看，还是从建筑空间的布置来看，聚落布局显得较凌乱，建筑平面布置也较零散，依然看不出其整 体的特征，但这特征非外在符号、类型的传承上，实际上是更深层次的延续，即干旱区聚落在营建策略上彰显的整体思路，更是此类聚落由“整体”引发的气候适应性。

②实践经验表明，干旱区聚落对气候环境的应对策略是在整体思路潜移默化的影响下形成与积累的，因此，其能够为现代的干旱区人居聚落营建体系的建构提供宝贵的借鉴与参照。同时，此类聚落孕育的可持续、适宜、生态的总体策略可以朝生态文明方向靠拢，能够为我国边疆干旱地区及其他偏远聚落气候应对型的更新建设，提供可依据的科学结论。

资料来源：

图2，4：原广司.世界聚落的教示100[M].北京:中国建筑工业出版社，2003；

图6：http://hellinakiss.blogspot.com/2008/05/bayt-al-suhaymi-secret-jewel-of-fatimid.html；

图8：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Iran_Yazd_Fahadan_Great_Hotel_Canal_Souterrain_(Qanat)_21042014_-_panoramio.jpg；

图9：http://www.bbc.com/travel/story/20180926-an-ancient-engineering-featthat-harnessed-the-wind；

文中其余图表均为作者绘制。