乡村振兴战略下基于特色产业的乡村生态宜居住宅的研究——以菏泽市庄寨镇为例

周 莹，刘 杰，周 铭，李 萌，郑艳霞，张世富

（1 菏泽学院 城市建设学院，274015，山东菏泽；2 菏泽市曹县庄寨镇人民政府，274404，山东菏泽）

2019 年6 月，山东省委、省政府召开全省推进乡村振兴暨脱贫攻坚现场会议，指出：农业、农村、农民问题是关系国计民生的根本性问题，家园生态宜居是人们的共同向往[1]。安居才能乐业，改善农村居住环境，提高民居的宜居性，对实施乡村振兴战略意义重大。生态宜居住宅是人们美好生活的物质载体和精神归属，也是留住乡愁的重要载体和依托。在建设生态宜居的美丽乡村的过程中，结合乡村当地的特色产业，针对性地进行宜居乡村住宅设计，可很好地助推乡村振兴发展。菏泽市曹县庄寨镇民营经济发达，木材加工为该镇的特色主导产业，其是全国最大的桐木交易市场和集散地，也是全国最大的桐木加工出口创汇基地。选用庄寨镇的特色产业“木材”作为建筑材料，以轻型木结构作为建筑主体结构进行生态宜居住宅设计和研究，做到就地取材、节约资源、因地制宜、因材致用、节能高效，彰显乡村特色，打造乡村的独特风格。同时，结合当地民居风格，注重保护现有居民住宅与环境特色，大力推广绿色建筑与生态循环技术，建设绿色生态的人居环境，这对促进庄寨镇特色美丽乡村建设具有重大意义。

1 庄寨镇乡村民居现状

1.1 地域及产业特色

菏泽市曹县庄寨镇地处鲁豫两省四县（区）七乡镇交界处，区位优越，交通便利，历史悠久，文化浓郁。全镇总面积144.87 km2，辖73 个行政村、106 个自然村，是曹县副中心城市、菏泽市重点镇、山东省小城镇建设示范镇、全国村镇建设先进单位、全国重点镇。

庄寨镇以木材加工为特色支柱产业，是全国重要的人造板生产基地、全国最大的桐木交易集散地、全国最大的桐木加工出口创汇基地。全镇木材加工企业近千家，木材加工从业人员近10 万人，带动了林木化工、木工机械制造、交通运输、商贸物流、餐饮住宿等行业的繁荣发展，有力促进了群众增收致富，为城市化发展和乡村振兴提供了坚实的产业基础。

1.2 当地乡村民居现状

（1）建筑设计不合理，住宅在功能上存在种种缺陷。现有自建房一般是施工队按照经验设计、建造的，开间、进深尺寸随意布置，门窗位置、大小不合理，内部空间布局不合理，房间位置关系混乱，无法提供舒适的生活空间，越来越不能满足现代人的宜居需求。

（2）结构设计靠经验，安全无法得到保障。现有传统民居一般采用砖墙围护、承重，屋顶为坡屋顶、木结构承重，这样的砖木结构体系，常常凭经验建造，墙体大多是24 墙，抗灾能力低，在长期使用过程中，常出现墙体开裂、屋顶漏水等现象。

（3）房屋内部环境不理想，节能环保性较差。经调研反馈，当地民居内部热环境、光环境等不容乐观，例如墙体不够厚且没有保温隔热层，房间内冬冷夏热；进深过长、窗地比不达标，房间内光照通风不足；缺乏集中供暖等基础设施，空调使用频繁，加剧了电能的消耗等。

（4）施工队伍常无专业知识，不懂相关施工规范。房屋质量差，留下诸多质量隐患，尤其是当发生自然灾害时，农村自建房的损失重大。

2 庄寨镇乡村生态宜居住宅研究分析

2.1 宜居住宅的含义

绿水青山就是金山银山，生态宜居已逐渐成为人们对住宅品质的新要求。宜居指宜人的自然生态环境与和谐的社会和人文环境的有效结合[2]。宜居的住宅环境体现人居住的舒适、安全、人与自然环境的和谐，一切从居住者出发，满足住户心理健康和身心健康的要求[3]，使居住者生活在一个健康、舒适、环保的室内外居住环境中，建筑内部具有良好的居室环境，包括房屋结构合理、功能分区明确，以及良好的通风、采光、隔音、节能等功效[4]。

2.2 乡村生态宜居住宅设计原则

（1）回归自然，就地取材。根据地域和产业特色，尽量选用当地建材建造民居，做到就地取材、回归自然、节约资源。

（2）以人为本，舒适宜居。对住宅内部空间进行合理的设计和布局，满足村镇居民生活需求的同时，提升居民的的生活质量，为乡村居民创建一个舒适、宜居的生活环境。

（3）低碳节能，降低能耗。进行住宅节能设计，选用适合农村居民使用的节能设备，给居民提供舒适环境的同时，尽可能地降低能耗。

（4）因地制宜，降低造价。在改善乡村居民生活条件的前提下，尽量控制建造成本，最大化提高住宅面积的利用率，同时控制生活成本，尽可能利用日照、自然通风，减少能耗的同时，有效降低生活成本支出。

2.3 木结构民居的生态宜居优势

木材不同于现代建材如混凝土、钢材等，它是一种天然、健康、可再生、可循环重复利用的建筑材料，具有轻质高强、抗冲击性强、耐久性好、导热小、易于加工等诸多优点[5]，木结构民居优势明显。

（1）设计灵活，建造方便。木结构建筑从外观造型到室内的布局设计都很便捷灵活，可以把各种个性化的设计融入到建筑中。木结构民居与传统砖混结构民居相比，在复杂灵活的建筑造型方面拥有较大的优势[6]，在建造过程中如果发现有不足的地方可以随时改正，同时可以最大化地还原设计构思，实现砖混结构所达不到的效果，并且可以直接在厂房生产构件、现场组装，非常便利。

（2）绿色、节能、环保。木材作为可再生建筑材料，生产耗能少，保温能力强，其固碳量相当于4 倍的砖墙固定的碳，如果将其固定的碳放在大气层的内部，二氧化碳的重量相当于木材本身的重量。木结构建筑的材料拆迁后还可以回收来当作燃料，并且它释放的能量比初期更大。

（3）保温隔热、隔音。木材是一种天然的性能优良的保温隔热材料，轻型木结构墙体的保温隔热性能优于钢结构和钢筋混凝土结构墙体，轻型木结构住宅的墙体内填充岩棉或其他保温隔热材料，在节省空间的同时，又起到良好的保温隔热效果，还可以提高室内的隔音能力。

（4）稳定性高。木结构房屋在地震中的安全性能很高，因为它的自身质量不大，韧性较大，所以其吸震能力也很强，能够有效抵抗能量，并且吸收消散地震力。当它承受的负荷很极端时，也可以表现出很强的稳定性。

3 轻型木结构生态宜居住宅设计实践

3.1 建筑设计部分

3.1.1 设计原理

（1）遵循传统建筑的方位朝向——坐北朝南，在设计时尽可能多地减少夏季太阳光直射外墙或直射室内，保证冬季能有适量的阳光照射入室内。

（2）依据当地居民生活需求、居民住宅多样化的特点，对建筑平面进行合理的设计和布局，房间主要包括客厅、卧室、卫生间、书房、厨房、餐厅等，考虑村民喜欢室外晾晒和休闲娱乐，特设视野开阔的服务晒台。

3.1.2 设计方案

遵循“一院一家”的当地传统居住理念，本住宅设计为独立院落式，延续当地民居特色，共两层，一层层高3.3 m，二层层高3.0 m，建筑总高9.3 m，总建筑面积400 m2，设计使用年限50 年，建筑耐火等级二级，建筑安全等级二级，建筑防水等级二级。住宅院落设计为三合院，东、西、北三侧布置房屋，南侧开设大门，住宅效果图如图1 所示。

图1 庄寨镇乡村宜居住宅效果图

（1）一层平面设计。住宅平面布局遵循以人为本、宜居生活的原则。从院门进入院落后是一道影壁墙，传承传统院落特点。一层左侧分布有老人房，并配有卫生间，老人房与主室分离，清静独立，与年轻人互不干扰；在老人房的旁边为供老人休闲娱乐的棋牌室，可供老人闲暇时候打打牌；右侧为厨房与餐厅，厨房与就餐区域分离，改善传统农村民居厨房里就餐受油烟困扰的问题；院落内为布置灵活的小花园，提供休闲娱乐的空间，可摆放娱乐设施如秋千等，也可种植花草、作物等；两院的两侧为连接厨房、餐厅屋顶露台的楼梯；院落正北一侧为主室，主室内布置堂屋、卧室、卫生间、书房等房间，各房间动静分离、洁污分离，满足正常生活需要的同时，最大化地有效利用空间。如图2 所示。

图2 一层平面图

（2）二层平面设计。二层设有会客厅、主卧、书房、客卧、卫生间、多功能室、露台，为年轻人设置多功能室，与一层老人的棋牌室相互分开，互不打扰，在厨房和棋牌室的上方设有露台（晒台），视野开阔，可供晾晒、无土栽培、布置景观等。

（3）屋顶设计。综合考虑功能、结构、建筑、外观等多方面要求，住宅主体结构采用传统双坡屋顶，屋檐下设置檐沟，有组织排水有利于集水，并在屋顶设置光导照明系统，引入自然光，减少照明耗能。

（4）体型设计。乡村宜居住宅延续传统合院式住宅特色，采用两层对称式布局，住宅有明显的中轴线，中轴线上布置对外的堂屋和客厅，中轴线两侧布置对内的生活用房，内外既紧密联系又相对独立分开。

3.2 结构设计部分

庄寨镇乡村宜居住宅主体采用轻型木结构框架结构，由木构架墙、木楼盖和木屋盖组成结构体系[6]，如图3所示。基础采用现浇钢筋混凝土基础，连续浇筑，地板木骨架搁栅结构采用基木板锚固在基础墙上。墙体采用轻木结构墙骨柱承重，保温岩棉填充墙骨保温，相变石膏板、胶合木板做覆面板，预留门窗洞口。楼盖采用木梁与墙骨柱连接组成承重体系，木格栅中填充吸音棉，格栅上下拼接楼面板。屋盖采用轻型木屋架，外设保温隔热层、高聚物改性沥青防水卷材防水层、油毡瓦屋面。

图3 轻型木结构骨架示意图

3.3 节能设备设计部分

（1）相变蓄热保温墙体。轻型木结构建筑墙体的保温隔热一直是建筑节能的关键[7]，墙体良好的保温隔热性能将给室内带来舒适的温度环境，同时减少空调、采暖的耗能。本宜居住宅轻型木结构墙体采用复合保温墙体（如图4 所示），将传统木结构与现代相变蓄热保温材料相结合，墙骨柱间填充保温岩棉，起到良好的保温效果，外墙板采用胶合木板，内墙板采用自主研发的复合相变储能保温石膏板，防火相变石膏板可阻断火焰与木构件的接触，满足有关规范规定的耐火极限要求。复合相变储能保温石膏板的相变温度为25.2 ℃，相变潜热为25.1 J/g，良好的保温蓄热能力、合适的相变温度和较大的相变潜热均适用于建筑墙体保温隔热，同时其吸水率为14.3%，可用于较潮湿的环境中，实验研究表明复合相变储能保温石膏板的隔热效果比普通石膏板提高了92.3%，保温效果比普通石膏板提高了60%，使用复合相变储能保温石膏板后室内从25 ℃降到16 ℃的舒适温度持续时间比使用普通石膏板增加了275%，复合相变石膏板的保温隔热、蓄放热效果显著[8]。将此复合相变储能保温石膏板用于轻型木结构乡村宜居住宅中，可起到良好的蓄热和调温效果，做到“削峰填谷”，在夏季可吸收多余热量，降低室内温度，减少空调降温耗能，在冬季可降低采暖设备的开启次数，节省电能，做到节能减排。

图4 相变蓄热保温墙体示意图

（2）光导照明系统。住宅二层廊道较宽，且屋檐较大，导致二层室内视线较暗，增加灯光照明的使用，导致耗能增加。为使房间内光照充足，屋顶设置光导照明系统（如图5 所示），运用采光罩、光导管、漫射器等设备进行采光。光导照明系统通过采光罩聚集室外自然光，并将自然光导入系统内部，再经过光导管强化与高效传输后，由系统底部的漫射器把自然光导入室内。光导照明系统的优点在于：在白天采集自然光，通过系统装置将自然光分配到较阴暗的室内房间，从而改善室内阴暗无光、少光的局面，减少电力照明耗能，有效节约电力资源；系统利用的是漫反射的自然太阳光，不会像普通照明系统那样出现频闪现象，光线更加柔和，也不会像普通照明灯那样给人以刺激的感觉，长时间使用也不易造成视觉疲劳，采光罩表面的涂层能够隔绝大部分的紫外线，只有少量的紫外线能进入室内，这部分紫外线能够消灭部分室内微生物，起到维护人体健康的作用；系统中的采光罩、光导管、漫射器都可以重复利用，而且安全无毒，在整个使用周期内对环境零污染，对人体无害，同时在使用后还可以回收再利用，节约环保。

图5 光导照明系统示意图

（3）空气能空调系统。乡村民居一般很少采用集中供暖，大都是各家空调或燃煤采暖，造成资源浪费和环境污染，而且空调和燃煤采暖很大程度上很难保证室内持续维持相对舒适的环境温湿度。本乡村宜居住宅采用节能环保的空气能空调系统，此系统采用了空调地暖热水一体机集空气源技术，同时实现制冷、采暖和热水供应，很好地解决了家居系统集成的困扰，生活变得简单舒适。系统把室内的冷、热能量散发在室外的空气中，又从室外的空气中获取室内所需要的热量或冷量，从而实现采暖或制冷。室内的空调为中央空调，采暖为地暖，夏季主要为室内多台内机提供冷冻水进行降温，冬季为室内的地暖或空调提供热水，得到最舒适的冷暖体验。采用热回收技术，有效利用空调室外机排出的废热加热生活热水，达到节能减排的效果。该系统比传统电热水器节省80%的电，比太阳能热水器节省30%，节能高效，符合现代乡村民居生态环保的特点。

（4）双层节能窗。卧室窗户采用外窗+内窗的双层窗设计，外窗采用推拉窗，内窗为设有可拆卸活动百叶窗内芯的平开窗。双层窗夏天可减少热量进入室内，同时百叶窗可以起到遮阳的效果，延缓室温升高，降低室内温度，从而节约耗能；冬天可以维持温暖的环境，具有良好的保温隔热效果。双层窗提高了窗户的抗风压性和水密性，还可以隔音降噪，远离室外的噪音，营造一个宁静的室内空间。

（5）雨水回收利用系统。轻型木结构宜居住宅的坡屋顶采用有组织排水方式，通过挑檐沟、雨水管、管道等将雨水（经过简单过滤后）收集至集雨池，雨水在集雨池内沉淀净化后，可用于冲厕、浇灌等。此系统可有效再利用雨水，节约水资源，减少水涝，减轻水体污染，改善乡村生态环境。

3.4 轻型木结构生态宜居住宅应用前景

现代轻型木结构生态宜居住宅是绿色建筑，在建筑的全寿命期内，最大限度地节约资源、保护环境和减少污染，并且现代轻型木结构生态宜居住宅绿色环保、舒适耐久、保温节能、结构安全，具有优良的抗震、隔声等性能，有着钢筋混凝土结构和砌体结构无可比拟的优越性，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，是与自然和谐共生的建筑。因此在我国推广轻型木结构生态宜居住宅符合国家节能减排政策导向，同时在我国也有着巨大的发展潜力和广阔的应用前景。

4 轻型木结构生态宜居住宅施工方法初探

轻型木结构生态宜居住宅采用装配式的施工方法，在工厂预制好住宅用构件和配件（如楼板、墙板、楼梯等），运输到施工现场，现场安装，施工方便、进度快，满足建筑工业化需求[10]。

（1）构配件由工厂生产加工完成，构件种类主要有：外墙板、内墙复合相变储能保温石膏板、墙骨柱、楼面板、楼梯、木梁、木屋架等。

（2）现场装配作业，与传统砌体结构民居、砖混结构民居相比，大大减少现场现浇、现砌作业时间。

（3）采用建造、装修一体化设计、施工，装修可随主体施工同时进行。

5 结语

为助力乡村振兴，促进产业发展，进行了基于庄寨镇特色产业——木材的乡村生态宜居住宅的研究。所研究设计的轻型木结构生态宜居住宅空间布局合理、功能齐全，满足生活所需；住宅主体结构选用绿色建筑材料轻型木结构，其结构轻，抗震性能较好；墙体采用木骨架的复合相变储能保温石膏板，其具有良好的保温、蓄热、放热效果，可为居民提供更能满足生活需要的舒适室内温度环境；设置光导照明系统，最大限度利用自然采光，减少电力照明耗能；住宅内采用空气能空调系统，实现了制冷、采暖、供应热水功能一体化，节约资源、减少污染；卧室窗户采用双层窗，保温隔热的同时隔音降噪，提供舒适的休息环境；住宅四周设置集雨沟槽，将雨水处理后重复利用，节能环保。该轻型木结构生态宜居住宅可为乡村居民提供舒适、健康、宜居的居住环境条件，促进节能降耗、保护环境、可持续发展，总体造价与砖混结构房屋基本持平，具有良好的推广、应用前景。