陇南地区传统民居建筑平面形制地理分异研究

叶明晖,雷鑫阳,孟祥武

(1.兰州理工大学设计艺术学院,甘肃 兰州 730050;2.东南大学城市与建筑遗产保护教育部重点实验室(东南大学-西北中心),甘肃 兰州 730050)

传统民居建筑根植于特定的地域文化,传承着地域历史记忆、体现着地域生产生活智慧、展现着地域文化艺术价值,是人们寄托乡愁的物质空间载体[1-2]。受到快速城镇化的直接影响,近15年来,中国传统村落锐减近92万个,并以每天1.6个的速度持续递减[3],传统民居建筑作为形成传统村落的物质实体也不能幸免。与此同时,广大农村地区的新民居建筑的建设在国家政策赋能与红利下正在如火如荼的进行,新建成的民居建筑的风貌表现出了地域性要素缺失、识别性差、“千村一面”等地域文化衰落的迹象。传统民居建筑的消亡意味着传承地域文化遗产载体的消亡,而新民居建筑作为当地新的物质空间载体,应当对当地传统民居建筑中的地域性特征进行回应,并承担地域文化遗产载体的部分作用,将当地地域文化进行传承。

陇南市位于甘肃省东南部,与四川、陕西二省毗邻,是甘肃省下辖地级行政市。受制于地理、交通等因素的阻碍,其经济发展较甘肃其他地区相对落后,这在一定程度上使得陇南地区传统民居建筑相较于甘肃其他区域存量更多、保存完整度更高、地域特色更为明显。同时,该地区新民居建筑的建设还未对传统民居建筑的生存形成“摧枯拉朽”之势。因此,对陇南地区传统民居建筑进行定量化、深层次的研究,不但有助于陇南地区传统民居建筑的保护与修缮,也能够为缺乏地域性的陇南地区新民居建筑的建设提供有价值的、定量与定性结合的科学建议,使得陇南地区的新民居建筑在一定程度上能够重拾地域文化遗产传承载体的作用,进而将陇南地区传统民居建筑蕴含的地域文化遗产科学地传承下去。

当前,学界对于传统民居建筑的研究方向与趋势主要偏向于3个方面:一是基于建筑学,以民居建筑本体为研究对象,从微观定性的探讨特定地区民居建筑的建筑风格、营建方式、气候适应性等地域特色[4-6];二是从建筑学本体出发上升到宏观层面,并由此从宏观定性地探讨民居建筑、村落的地域适应性等问题[7-8];三是从经济学、地理学、社会学等学科切入,通过使用其他学科相应的方式方法,定性地探讨传统民居建筑的空间分布与其背后的经济发展状况、社会人文状况等控制性要素的关系[9-11]。从当前研究进展与趋势来看,立足于建筑学定性地描述与探讨传统民居建筑的研究成果较多[12-18],鲜有通过学科交叉对传统民居建筑形制的地理分异特征进行定量、系统分析的研究[19-20]。通过学科交叉的思维方式对传统民居建筑相关问题进行地理分异研究将有助于拓宽对于传统民居建筑与地理学的研究视角,以更加开阔、理性、辩证的方式看待研究对象,对于深刻认识研究对象背后的规律大有裨益。

基于此,以陇南市传统民居建筑平面形制为研究对象,从文化地理学角度切入,结合Google Earth Pro地图、ASTGTM2地理信息模型,运用ArcGIS 10.4软件对陇南地区传统民居建筑的平面形制进行了地理空间分异的分析与研究。

1 研究区域、数据与方法

1.1 研究区域

1.2 数据来源与处理

2019年6月6日,住房和城乡建设部发布了第五批《中国传统村落名录》,截至第五批《中国传统村落名录》,共收录了陇南市村落18个。研究以陇南市各区县实地调研成果、各县县志等资料作为基本数据,共计梳理出186个具有研究价值的村落(见表1),并对每个村落中具有代表意义的传统民居建筑进行归类与汇总,并将涉及传统民居建筑平面形制研究要素的数据进行录入,最终形成陇南地区传统民居建筑平面形制地理分异研究所需的要素数据库(见图1)。

图1 样本点分布Fig.1 Distribution map of samples

表1 样本点分布

研究样本的筛选标准为:传统民居建筑中主房、厢房、院落等要素保存相对完整;能够反映出该村落整体地域文化特色;具有一定年代,建筑形制、营造模式以及技术、装饰与材料能够体现地域特色;建筑机能相对完善,能映射到传统生产生活。借助Google Earth Pro地图、ASTGTM2高程切割数据、精确到县的陇南市遥感地图对样本点的空间数据进行获取,将已有的传统民居建筑单体平面形制的要素数据库导入ArcGIS 10.4软件中,形成陇南地区传统民居建筑平面形制的空间数据库。为保证数据的完整性、同一性和代表性,要素值获取只选择平面形制涉及到的主要数据。

1.3 研究方法

陇南地区传统民居建筑平面形制相关要素分布于区域内,并具有空间分布的特征,因此通过ArcGIS 10.4软件地理统计分析模块对平面形制各要素值进行空间分析。运用ArcGIS 10.4软件中的三大模块:趋势面分析、空间变异(或半变异)函数分析、Kriging空间插值建模,其中空间变异(或半变异)函数作为地统计学的基本工具,是关于要素点的变异性(或半异性)与要素点之间间距的函数,能够体现变量空间分布特征的随机性与结构性[22-23],其函数的表达式为

其中:γ(h)为空间变异函数的值;N(h)是分隔距离为h时的样本总数;h为2个样本点的横坐标距离滞后;Z(X)的分布特征与位移无关,Z(Xi)与Z(Xi+h)为Z(X)在空间观测值上的差值。以h与γ(h)2个变量为横轴与纵轴的空间变异函数的一般曲线如图2所示。图2中,C0称为块金值,C0+C为基台值,a为变程。基台值用来衡量结构性因素与随机性因素引起的总变异,其值的高低与系统总变异正相关。变程之内变量具有自相关性,空间自相关范围的尺度基台值与块金值的差称为偏基台值[24-26]。块金系数为块金值与基台值的商,当系数小于25%时,表明所研究的变量空间相关性强烈;当系数为25%～50%时,表明研究变量的空间相关性明显;当系数为50%～75%时,表明研究变量的空间相关性中等;当系数大于75%时,表明研究变量的空间相关性微弱,变异主要由随机变异组成,不适合采用空间插值的方法进行空间预测[27-28]。

图2 半变异函数曲线Fig.2 The curve chart of semivariogram

2 平面形制地理空间分异特征

2.1 研究要素地理空间分异特征

传统民居建筑主房通面阔(L)是指主房横向山墙间的距离;主房通进深(D)是指主房纵向立面间的距离(包括廊檐),由于陇南地区传统民居建筑主房平面中存在凹字形、带檐廊等平面形式,且檐廊作为建筑重要功能的一部分,因此将檐廊部分的进深计算在通进深之内能够更全面、合理地描述建筑单体;主房平面比例(R)是指主房通面宽与通进深的比值,在一定程度上能够反映建筑的体型特征;主厢房平面高差(ΔH)是主房与厢房一层平面高差,反映建筑平面在竖直方向的情况。将以上4个要素作为建筑单体平面形制的研究要素。经正态检验,各要素的样本数据均近似服从正态分布,下面对其进行地理统计分析。

(1) 空间趋势分析 研究将4个研究要素分别与经纬度结合,得到(X,Y,L)、(X,Y,D)、(X,Y,R)、(X,Y,ΔH)的4类空间坐标,进一步将各类空间坐标通过运算表示到三维空间中并进行南北向与东西向的投影,最终得到各类空间坐标的最优三维图像(见图3)。

图3 传统民居建筑单体平面形制要素空间趋势分析Fig.3 Spatial trend of the construction monomer plane shape of traditional dwellings

通过空间趋势分析得出,陇南地区传统民居建筑单体平面形制研究要素在南北方向与东西方向上均存在相应的空间变化趋势。东西方向上,通面阔呈现出微弱的倒“U”字形,由西向东呈现出缓慢增加又快速下降的趋势;通进深呈现出微弱的“U”字形,由西向东缓慢下降至中部时又缓慢上升;平面比例呈明显“U”字形,由西向东上升至中部又迅速下降;主厢房平面高差呈微弱倒“U”字形,由西向东缓慢上升至中部又缓慢下降。南北方向上,通面阔呈现出明显“U”字形,由北至南快速下降至中部又快速上升;通进深由北至南呈现出快速上升趋势;平面比例呈明显倒“U”字形,由北至南快速下降又快速上升;主厢房平面高差由北至南呈现出逐渐上升趋势。

香港中文大学文物馆藏有一定数量的敦煌文献，其中1件敦煌写经《大智度论》源自许承尧旧藏。另外，香港中文大学美术博物馆（冯平山博物馆）、香港艺术馆均收藏有敦煌文献，但数量和内容暂未详。台湾地区的敦煌文献主要贮于“中央图书馆”和中研院傅斯年图书馆。“中央图书馆”藏144号156件敦煌文献，主要源自张继、许承尧、袁克文等旧藏，多为抗日战争时期及战后购自北平、上海等地。写本的时代在六朝至五代间。全部藏品除3件道经外，其余均为佛教经典，其中包括4卷藏文佛经。傅斯年图书馆所藏敦煌文献共编为87号，包括汉文文献59号、藏文文献15号、回鹘文文献7号、西夏文文献2号、木捺佛像2号、素纸1张、经帙1号。

总体来说,陇南地区传统民居建筑主房在通面阔层面,呈现出西部的民居通面阔大,东部民居通面阔小,南、北部的民居通面阔大,中部民居通面阔小的特征;通进深层面,由西向东通进深变化不大,由北至南民居通进深逐渐增大;平面比例上,中部民居的平面比例大于东西部民居平面比例,南北部民居平面比例大于中部民居平面比例。主厢房平面高差层面,东西向上中部高差大,东西部相对较小,南北向上南部民居平面高差明显大于北部民居主厢房高差。

(2) 空间相关与变异分析 通过对陇南地区传统民居建筑平面形制4类要素进行空间变异函数运算,获得空间变异函数云图,如图4所示。进一步以获得的空间变异函数云图进行理论模型拟合,得到各类研究要素的空间变异函数最佳理论拟合模型(见表2)。在最佳理论拟合模型下,主房通面阔、主房通进深、主房平面比例、主厢房平面高差的块金效应分别为0.16、0.13、0.04、0.03,表明作为研究对象的传统民居建筑平面形制的4个研究要素的空间相关性极强,空间变异以结构性变异为主,并非由随机因素引起。在主要受自然因素的影响而非人为控制误差影响下,空间分布具有高度相关性。

表2 半变异函数分析最优模型的相关参数

图4 传统民居建筑单体平面形制要素半变异函数云图Fig.4 Semivariogram of the construction monomer plane shape of traditional dwellings

(3) Kriging空间插值分析 根据各类研究要素的空间变异函数最佳理论拟合模型进一步对平面形制研究要素进行Kriging插值运算,进而得到陇南地区民居建筑平面形制各类研究要素的空间分布特征,如图5所示。

图5(a)呈现出双向递减的结构,高值圈层主要出现在中部带状圈层区域(礼县、西和县、武都区、康县、文县形成的带状区域)、两当县小圈层区域,进而由这两处圈层逐渐向宕昌县西北部、成县与徽县交界地带圈层递减。总体来说,礼县、西和县、武都区、康县、文县、西和县区域民居建筑的通面阔相对较大,介于11～16 m,仅在武都区与文县小部分区域达到16～23 m的极值圈层段,而成县、宕昌县、徽县民居建筑的通面阔相对较小,介于7.5～11 m。

图5(b)同样呈现出双向递减的结构,高值圈层区域主要出现在文县、武都区、康县、徽县形成的大圈层区域,进而由该区域向两当县东部、礼县西南部递减。总体来说,文县、武都区、康县、徽县区域民居建筑的通进深相对较大,介于5.4～6.4 m,仅在文县东南部区域出现6.4～7.0 m的极值圈层段;两当县、宕昌县大部分区域介于4.9～5.4 m的中间值圈层段;礼县、西和县西北部、宕昌县东部区域介于3.9～4.9 m的低值圈层段。

图5(c)呈现出局部的圈层结构,其中较大值段圈层主要分布于武都区、礼县、西和县、两当县、文县中南部及西北部,介于2.1～3.6 m;西和县中部、礼县中部以南与北部相关区域出现极大值数值段圈层,介于3.1～3.6 m;较小值数值圈层主要分布于宕昌县西北部、成县北部及南部边缘、徽县西部及南部边缘、文县东南部区域,介于1.3～2.1 m。

图5(d)主要呈现出南部高差大,北部高差小的总体变化特征。其极大值高差呈现出大圈层分布的特征,主要分布于武都区东南部、康县西南部、文县东南部、宕昌县东南局部区域,数值介于1.4～2.2 m;宕昌县、礼县、西和县、成县、两当县大部分区域主要集中于较低的数值段圈层,介于0～0.63 m;武都区西北部、康县东北部、文县西北大部分区域,集中在较高的数值段圈层,介于0.63～1.4 m。

图5 克里格插值下的传统民居建筑平面形制要素空间分布Fig.5 Spatial distribution of the construction monomerplane shape of traditional dwellings under the interpolation of Kriging

(4) 平面形制研究要素空间分异总体特征 结合ArcGIS 10.4软件地统计模块分析得到的结果,陇南地区传统民居建筑单体平面形制空间分异上的总体特征如下:主房通面阔、通进深层面形成明显的带有中心的梯度变化结构。主要以小进深,大面阔的礼县、西和县为中心,向中心东边的成县、徽县,中心西边的宕昌县过渡为大进深,小面阔的形式,向中心南边的武都区、文县、康县过渡成为大面阔,大进深的形式;平面比例层面形成多圈层结构,由于通面阔数值变化相较于通进深数值变化明显,所以文县、武都区、康县西部区域呈现出大比例、大建筑面积的情况;宕昌县、成县、徽县西部呈现出小比例、小面积的的情况;礼县、西和县介于以上2种之间,呈现出大比例、面积适中的情况。两当县作为陇南地区特殊的小圈层结构,呈现出大面阔、小进深、大面积、大比例的情况,武都区、康县、文县亦呈现出相同的情况;主厢房平面高差层面形成明显的纬度方向的变化结构,由宕昌县、礼县、西和县、成县、徽县、两当县形成的低高差区域向南部武都区、康县、文县大高差区域过渡。

2.2 空间分异特征的影响因素

陇南地区传统民居建筑单体的平面形制4类研究要素均呈现出明显的空间分异特征,其表观原因在于建筑单体的特异性,但该空间分异出现的根本原因在于复杂多样的“地域机制”,即自然、人文、建筑技术工艺等多因素,在这些因素的有机影响下产生了空间上的分异特征,进而形成了具有地域性特征的陇南地区传统民居建筑。

(1) 自然因素 传统民居建筑作为人们在自然环境中的遮蔽所,直接面对陇南地区的自然环境。因此其形式受到诸如气候条件、地貌地形、地域材料等多种自然因素的综合影响。自然因素不但直接影响着传统民居建筑的类型,并且对传统民居建筑单体平面的形制具有决定性作用。

① 气候条件:陇南地区在纬度上可分为北亚热带、暖温带、中温带3种气候类型。在不同的气候条件下,形成了不同的光环境、热环境、风环境等外部条件,根植于地域条件的传统民居建筑在平面形制上均对这些差异做出了相应的回应。总体而言,大面阔、小进深的传统民居建筑采光好,并且能够更好地利用自然风进行通风,但由于其体型系数较大,保温与隔热相对较差,因此西和县、礼县一带的传统民居建筑将五开间的主房拆分成1+3+1的形式,以减小保温与隔热带来的问题。小面阔、大进深的传统民居建筑采光相对较差,但由于其体型系数相对较小,保温与隔热相对较好,成县一带的传统民居建筑通过缩小体型系数,加厚墙体来获得较好的保温与隔热。而武都区、康县南部、文县部分区域处于北亚热带,太阳辐射强,且高温多雨,这里的传统民居建筑通过大的建筑平面通面阔与较为通透的主立面来通风与防潮,且主房正立面多置檐廊,或向内凹进形成锁子厅形式,形成较大的平面通进深有利于建筑自遮阳。礼县、西和县、两当县太阳辐射强、昼夜温差大、气候干燥,大的建筑平面通面阔有助于夏季通风、小的建筑面阔有助于冬季建筑得热。西和至礼县建筑体量逐渐开始厚重,窗墙比减小,更倾向于建筑保温。宕昌县、成县、徽县为了在保证建筑保温的同时兼顾夏季通风,加大了建筑进深,使得建筑体型系数相对较小。

② 地质地貌:陇南地区地质丰富多样,地貌复杂多变,整个区域内群山延绵不绝,素以“千峰万壑”而著称。区域海拔变化范围较大,最低处海拔550 m,最高处海拔4 187 m。在陇南地区长期形成的小农经济中,平坦用地一般首先用于耕种,而非作为建筑用地,因此在地形地貌相对恶劣、平坦耕种用地不能保证的条件下,建筑用地只能选择要求相对严苛的基地。宕昌县、礼县、西和县、成县、徽县、两当县平坦谷地相对较多,保证平坦的耕种用地之余还有大量平坦之地可用于传统民居建筑的建设,所以建筑多处于平坦之地,院落形制完整,主厢房高差相对较小;而武都区、文县、康县地形地貌相对复杂,山脉纵横险峻,用地紧张且多带有坡度,在保证耕种优先的情况下,建筑用地多于坡地之上,传统民居建筑通过主厢房平面高差来协调建筑基地上的高差,以求总平面图上院落形制的完整。

③ 建筑材料:陇南地区具有多样的气候与地质地貌条件,也为陇南地区传统民居建筑的营建提供了多样的建材选择。当地群众就地取材,通过对建材的差异性使用营建有别于甘肃其他区域的、具有陇南地区特色的传统民居建筑。民居建筑主房的正立面是民居院落中最重要、等级最高的一个立面,也是最具识别性的立面。成县、西和县、两当县一带,正房立面多为砖土形成的厚重立面,此处多为湿陷性黄土,于是当地以碎石作为夯土集料,以植物作为夯土内的“拉结筋”。礼县至康县一带多乔木,采用土木混合的立面形式。宕昌县、文县、武都区木料丰富,主房则以木结构为主,也有使用非常规建材的特例,如武都区鱼龙镇宁家山村坐落于秦岭皱褶地带,山体坡度较大,石山较多,易有落石滑落,不适宜建房,所以村落处于山顶,宁家山村就近取材,在屋顶上铺设附近石山采集到的石片,形成独具特色的石片顶的民居建筑。

(2) 人文因素 人文因素涉及地方经济与社会发展、伦理制度等方面,它对陇南地区传统民居建筑的形成也具有一定的控制性、规范性的影响,表现在传统民居建筑的平面形制上亦是如此。

① 经济与社会发展:陇南作为东连陕西,南接四川,北靠天水,西连甘南的地域经济圈,区域内部经济与社会发展促进着建筑文化的传播与融汇,并与官方倾向、名门望族的物质传承共构出有别于周边区域的传统民居建筑形制。根据拓扑学理论,可将陇南地区民居建筑形式划分为3个主要的类似区域:成县、徽县、两当县一带接近于陕西传统民居建筑的建筑形式;西和县、礼县、康县一带更接近于天水地区传统民居建筑的建筑形式;宕昌县、武都区、文县一带的建筑更接近于巴蜀地区传统民居建筑的建筑形式,这3个区域也在一定程度上与北茶马古道的主要线路相吻合,印证了经济与社会的发展能够对建筑文化进行传播。

② 伦理制度:陇南地区封建社会建筑的伦理制度规范极为严格,尤其是村中祠堂等礼制建筑,宗族族长、官宦、富商等地位较高人群的宅院中反映更甚。在建筑尺度上,整个陇南地区厢房的平面高度总是低于主房平面高度,厢房即使为二层其屋脊高度也是低于主房屋脊高度的,从中可以看出传统儒家礼制的等级思想在家庭中的作用;在主房屋脊上也体现出建筑的伦理制度,西和县、礼县一带屋脊上的伦理制度尤为明显,五开间的主房的明间与次间屋脊为一体,与稍间的屋脊相断开,突出主房中最核心的3间房在家庭中的地位。在平面形式上,武都区东部与南部边缘地带、武都区中西大部分地带、礼县、康县一带民居建筑多采用明三暗五的形式来超越封建等级限制,而在屋顶形式的变化上,武都区中西大部分地带、两当县、成县多使用增加单坡耳房的形式来增加建筑的面阔,以增加建筑的恢弘之感。

(3) 建筑科学与技术 陇南地区的传统民居建筑能够从单一简陋的茅茨土阶产生出丰富多样的民居建筑形式,建筑科学与技术所扮演的角色是不可或缺的。陇南地区相对重要的民居建筑多由陕西、四川、天水一带的工匠主持建造,在技术水准上也相应的带有其他地方建筑技术的影子,并结合地方建筑材料形成迎合于地方自然与文化等环境的建筑,如礼县城关镇潘家街的刘家大院,其石料建材及匠人均来自巴蜀;文县丹堡镇杨杜沟村的田家大院,由巴蜀匠人结合文县传统建材建造而成。

3 结论

陇南地区传统民居建筑平面形制相关要素与地理空间呈现出高度的相关性,在地理空间上与经度、纬度都存在着相应的变化趋势,且形成了相应的地理空间分布圈层与梯度变化结构。建筑单体平面平行方向涉及到主房通面阔、主房通进深、主房平面比例3个研究要素,形成了以3个极值圈层为中心的梯度结构:宕昌县中部与西部、成县中部与东南部、徽县西部边缘与北部边缘的小通面阔、大进深、小平面比例的极值圈层;武都区中南部、文县中南部、两当县东南部的大通面阔、大通进深、大平面比例的极值圈层;礼县、西和县形成的大通面阔、小通进深、大平面比例的极值圈层。建筑单体平面垂直方向涉及到的主厢房平面高差要素,由北部向东南部过渡呈明显的梯形分布,即建筑主厢房高差由北部向东南部方向逐渐升高。陇南地区传统民居建筑单体平面形制在地理空间上的分异特征的形成,主要受陇南地区内部具有地域性特点的自然因素、人文因素、建筑科学与技术因素的共同作用。