传统民居生态观对建筑设计创新思维之启示

摘要:从空间形式、材料、技术三个角度,阐述了传统民居体现的生态价值观和构思,结合当代生态建筑设计案例,总结出在生态建筑设计创新中常用的思维方法,为生态建筑设计提供设计思路。

关键词:传统民居;生态价值观;生态建筑设计;创新;方法学

Abstract:The ecological concepts and thoughts reflected in traditional folk residence are elaborated from spatial form, material and technical aspects; in addition, contemporary ecological architectural design cases are taken into consideration to sum up the thinking usually used in ecological architectural design innovation, therefore provide design thoughts for ecological architectural design.

Key words:traditional folk residence;ecological values;ecological architectural design;innovation;methodology

中图分类号: C912 文献标识码:A 文章编号:1674-4144(2010)04-18(5)

作者简介:谷晓北京工业大学建筑与城市规划学院在读研究生

杨红北京工业大学建筑与城市规划学院副教授

一、引言

传统民居是古代劳动人民留给我们的宝贵财富,它是劳动人民在当时有限的物质财富和资源条件下,采用简便实用的建造技术,为适应当地环境气候,创造出的适宜人类居住的房屋的典范。它同时也是劳动人民在中国“天人合一”的哲学思想指导下,为达到与自然相协调,利用可获得的地方材料和能源,用朴素的建筑技术和设计手法来满足人类居住需求的产物。

传统民居中体现的生态思想在当代建筑设计中依然有着可利用的价值。当代生态建筑是一种节能型、高效益的建筑,德国建筑师英恩霍文指出:“用较少的投入取得较大的成果,用较少的资源消耗,获得较大的使用价值。” 研究传统民居中生态价值的特点,找到其原理的本质,将其合理改进,并运用到当代建筑中,这是建筑设计创新的有效途径。建筑设计只有不断创新才能不断进步。本文从空间形式,材料,技术三方面对传统民居生态思想进行解析,揭示当代生态建筑设计创新可以从中得到的经验,并总结出行之有效的思维方法。

二、空间形式方面

传统民居建筑的空间形式是劳动人民在长期劳动实践中总结出来的,并经过历史考验的。它体现了人们对气候、自然环境的尊重。

1.干栏建筑的架空(图1)

(1)“干栏建筑是一种用柱子把建筑托起,使其下部架空,实际上是对‘人处其上,畜居其下’的居住建筑类型的通称。” 其源于人类的“巢居”,从现有证据来看它曾在我国分布广泛。干栏建筑体现了许多有价值的生态手法,其中重要的一条就是架空手法。

架空不仅是出于安全的考虑,同时也是为了有利于通风散热。据测试,西双版纳的干栏建筑在室外温度达到30度时可以使室内温度保持在20度左右。同时它也开放了地面空间,为聚居密度大的地区提供了共有场所。尤其是在多雨的热带地区,这种架空的建筑避免了人们雨季在地面行走的不便,使得人们活动层面直接相连,来往便捷。这种建筑形式也有较宽泛的适用范围,它可以建在沼泽地,山地或是水面上。架空层可以封闭或是敞开,具有不同的功能。

(2)干栏建筑在现代建筑中的应用。

架空形式在现代社会中得到了广泛的发展。在荷兰,设计人员为解决洪水泛滥的问题,设计出许多类型的waterproof houses,其中有一种就是以架空的形式出现。柯布西耶曾在《明日的城市》中提出建构未来的“干栏化城市”,主张整个人居环境架空离地。他在创作中采用“再创造的构思”方法,提取非洲干栏建筑的原型,创造了萨伏依别墅(图2)、巴西教育卫生部大厦等具有架空特点的建筑。在我国,随着地区城市建设的发展,许多地方都鼓励底层架空的做法。在我国的《民用建筑设计通则》中规定,在既定建筑覆盖率和容积率的建设基地内,如建设单位愿意以部分空地或建筑的部分(如天井,底层的屋顶平台,底层,廊道等)作为开放空间,无条件的永久提供作公众交通、休息、活动之用时,经当地规划部门确认,该用地内的建筑覆盖率和建筑容积率可予以提高。

2.窑洞的掩土建筑形式

(1)窑洞的建构方式体现了人类利用自然条件的智慧。它“依山靠崖,妙居沟壑,深潜土原,凿土挖洞”。窑洞一般是利用山地或是在地下空间中挖掘的,建筑依据地形地貌,不占用良田耕地,从而提高了土地利用率,使自然环境得到了有效的保护。它是节地的典范。窑洞有保温、隔热、储能、调节洞室小气候的功能,在外界日夜温差近20度的情况下,仅辅用少量能源,就可以将室内的温度波幅维持在非常小的波动范围内,营造出冬暖夏凉的室内环境。它是天然节能建筑的典范。(图3)

(2)受掩土建筑的启发,许多有相似资源的地方都建造了新型的掩土建筑。荷兰代尔夫特科技大学图书馆(图4)被设计为掩土建筑,顶部覆土种草,馆内中心位置的透明圆锥体是中空设计,不但可以引入天然光,节省能源,而且圆锥体顶部的天窗能造成空气对流,将馆内的热气带走。美国明尼苏达州首府控制与信息中心的办公室与实验室为一大型钢筋混凝土掩土建筑,东西被三面覆土种草至第三层,掩土覆盖的墙面积占建筑面积的百分之五十九,南面为一大型毗邻日光间,面积约1560平方米,不仅提供了供暖的热量,也增加了采光面积。建筑大师赖特是掩土建筑的推广者,他作为有机建筑的创始者强调建筑与环境有机的融合。他在雅各布的住宅中采用了推土式掩土方式,减少了北面的热损失,并使南面的花园获得了充足的阳光,此建筑建造方式是与当地的寒冷气候相适应的。

3.蒙古包

(1)蒙古包是中国华北地区蒙古族牧民居住的一种房子,非常适合他们牧业生产和游牧的生活方式。这种帐篷式的建筑建造和拆卸都很方便,同时它对环境的影响也非常小,拆除之后,场地可以恢复原貌。蒙古包一般呈圆形尖顶,顶上和四周以一至两层厚毡覆盖。

(2)以这种帐篷技术为原型,当展了索膜结构技术,不仅是模仿其外形,同时也继承了其节地的概念。这种做法没有地下基础,避免大型机械设备进入场地对环境造成破坏。当代许多要求搭建快速,拆除方便的临时性建筑,如展览建筑,庆典构筑物等都借鉴了帐篷的结构原理,例如费拉・奥拓1967年在加拿大蒙特利尔博览会设计的德国馆。

4.四合院

(1)四合院是以正房、东西厢房围绕中间庭院形成平面布局的传统住宅的统称。四合院在中国民居中历史最悠久,分布最广泛,是汉族民居的典型形式。西周时,四合院的形式就已初具规模。迄今已有三千多年的历史了。

南北方四合院的形制完全不同。例如江浙一带的“四合院”,其天井空间十分狭窄,而四面的房屋很紧凑,两层以上连为一体,因此,天井显得像一条缝。这样的空间形式包含了生态上的考虑:南方夏季炎热,潮湿,阳光照射高度角大,时间长,所以天井狭窄,有利于形成阴凉环境,而在冬季也不致因风沙雨雪影响起居,家务。

(2)深圳万科第五园的建筑师们吸取四合院及中国民居传统做法,通过天井、廊架、挑檐、高墙、花窗、孔洞、缝隙、窄巷等,使其住宅不仅具有中国传统文化符号,更吸取了其生态功能的精髓,让居住者能享受到一片荫凉。总之在提高了住宅居住的舒适度的同时也有效地降低了能耗。

5.思维方式

从创新思维角度来说,设计者设计的方法都运用了对应-还原法则。对应-还原法则即从现有合理的事物中提取其基本原理,规律,或某一功能,技术等,以此为原形并加以改造移植到另一相似事物中。任何发明和革新都有创造的起点和创造的源点,创造的源点是唯一的,创造的起点有无穷多。研究已有事物的创新起点,并深入到它的创新源点,再从创新源点另辟门路,用新的思想,新的技术重新创造该事物。(图5)

三、材料方面

现代建筑已被钢筋混凝土和玻璃覆盖,然而传统民居却以就地取材为主,不同地区有各自不同的特点。而这些材料的共性就是取材便利,有经济效益;具有一定的适应当地自然环境的物理特性;并具有可循环利用的特点。

1.竹木结构

竹木是中国传统民居常用的普遍材料,如西南的木屋、傣家的竹楼等。竹木材料不仅具有其本身的力学性能,也有环保价值。竹编排的墙壁,空隙多利于空气流动;竹瓦铺就的屋顶使室内火塘产生的烟气易于排散;竹材搭建的室内使人感觉凉爽光滑适宜于酷暑使用。木材除上述所述的特点之外,其用材更为广泛,运输也更为经济。况且这些材料来源于大自然,废弃时再回归大自然,这样资源循环利用,生态环保,同时也节约了运输材料的成本。

2.生土建筑

土是我国较为丰富的建材资源。中国的黄土地约有63.5万平方公里,占全国总面积的7%。其中原生天然黄土层占38.1万平方公里,以黄河中游最为丰富。这些地方对于开凿窑洞,砌筑生土建筑具有丰富的经验,即使在潮湿多雨的中国华南地区,民居也成功使用了生土材料,例如福建土楼。生土作为建材在我国有着广泛的适宜性。生土材料是无污染建材,夯土墙多年以后拆旧换新可作肥料,是完全可自我降解的材料,取之于自然回归自然,符合可持续发展的要求。

3.其他

在川藏地区人们居住的碉楼是石墙做的。石材是一种天然的蓄热材料,具有延迟性,白天吸收太阳热量,晚上向内辐射供热。而游牧民族的毡房是利用畜牧副产品――牛毛,羊毛,毡子等修建的,保暖防风且透气,可循环利用,无污染。在胶东半岛还有一种独特的海草石屋。用作屋顶的海草是浅海海带草,耐腐难燃,保温隔热,经久耐用,石材是当地的花岗岩。这种石屋冬暖夏凉,极具有地方特色。

4.材料的新利用

地方材料至今仍是广大乡村住宅建设的重要材料来源,同时也是现代建筑设计思路的来源,印度当代一些建筑师如柯里亚、里瓦尔、多什等在设计中就常运用当地的红砂岩,既有社会经济效益,也有文化效益。利用现代技术对当地材料进行改造,可以增加住房的居住适宜性。将土坯和乳化沥青结合,能增加土坯墙的防潮,耐久和稳定性,克服了土坯墙不适宜于潮湿环境的缺点。中国建筑师张永和在“建筑师走廊”中创作的“二分宅”应运了传统建筑中生土外墙的原理,承重墙以土配合木头支架组成。土厝(图6)是中国传统建筑形式之一,除具有减少环境冲击的优点之外,还有隔热隔音的功效,使房屋冬暖夏凉。建筑师通过对传统材料和建造方式原理的灵活运用,创造了当代“生态建筑”。

5.思维方法

这种对材料进行改造的方法可以抽象为强化法则。强化法则运用时间较久,也可称为精炼,聚焦原理。强化某个功效从而达到改善性能有所创新的目的。

四、技术方面

1.技术创新是生态建筑设计的突破点。

传统民居中的技术体现了其创造性和适应能力,但同时也受到当时社会经济条件的限制,我们可以运用当代科学技术将其加以改进。例如民间对竹子的搭接技术简单成熟,但竹子是沿着茎干方向容易开裂,一般不能用钉子固定。现代技术发展新型“螺栓加水泥”技术来固定钉子,可以做出悬挑8m和跨度18m的竹木结构。另外,我国的广东地区普遍有一种通风坡屋顶,主要是利用热空气上升的原理加强夹层空气对流,国外就以此为借鉴,并加以改进,发展了一种适合于冬冷夏热地区的热压通风坡屋顶。同样都是中空型结构,但这种坡屋顶在南向设了透明材料,夏季夹层空间被加热,加速对流,到冬季夹层热空气被导入室内。改造后的坡屋顶适宜性更广,效率更高。再如,埃及建筑师哈桑・法赛在工程实践中将地方传统的捕风塔进行改进,在捕风塔中设计了一种空气加湿冷却的简易装置。此方法就是将蒸发降温原理结合到捕风塔技术中,在费用增加较少的同时大大提高了换气质量,增加了室内热环境舒适度。还比如皮亚诺在新卡里多亚的奇葩欧文化中心设计中,(图7)尝试了以现代高技术手段来展现具有原始土著风格的卡纳克斯文化。他从当地棚屋的构造方式和“编织”工艺上获得启发,提炼出一种具有地方性建筑语言。他把玻璃,钢材和木肋编织在一起,组成了一个个“棚屋单元”。当地的棚屋顶一般由多层树叶覆盖而成,每层树叶在提供凉爽感受的同时也减少了风的阻力。皮亚诺受此启发,设计了双层皮系统。建筑的外皮分两层,分别由外部弯曲的肋板和内层垂直的肋板组成,他们都由胶合板构成。这种被动式的通风系统可以最大限度减小空调系统运转所需的能源和费用。

2 运用到的思维方式:

对于民居建筑的技术研究应当着重放在技术综合上,通过对技术要素的重新组合,可以在微观层面上提高技术效率。在创新思维中可以将其称为组合创新。组合创造可以使现有的技术思想或既存的物质产品,经过意义,功能,原理,构造,材料等各个方面的组合变化,形成新的技术思想或新的物质产品,将人们熟知的产品转化为新的更优的产品。其中组合创新不外乎四类:主体附加,(图8)异类组合,(图9)同物组合,(图10)重组。(图11)

五 、结语

在传统民居中吸取有价值的生态设计方法,对这些手法进行分析和总结后,再运用创新思维方法将其融入到现代建筑的设计中,这种思路可以为设计人员在进行生态建筑设计时提供新的设计灵感。另外要指出的是,在运用这些创新思维方法时,往往是多种方法的综合使用。而要想灵活地运用这些方法,需要设计人具有长期经验的积累和善于观察的能力,同时也要掌握一些设计方法学的知识。从上述中外案例中可以看出,我们要把握传统民居的深刻内涵,赋予其现代的气息,大胆地借鉴传统民居营造思想的精髓,大力弘扬“经得起自然和时代选择的”那部分生态建筑,充分把握现代文明与传统文化的契合关系,使得传统民居精华得以继承和充分发展,从而创造出具有中国特色的生态建筑。

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