錢(qián)文戩 鄧 曦

同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司 上海 200092

院落式組合是中國(guó)傳統(tǒng)建筑平面布局的精髓特征，傳統(tǒng)的院落空間是低層建筑、廊、圍墻、照壁等的圍合和組合形式，木構(gòu)體系和對(duì)于多樣化的空間、功能組合的需求，形成了不同于西方建筑的布局形態(tài)，巧妙地實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外空間的過(guò)渡與轉(zhuǎn)換，在不同的人文和地理環(huán)境下發(fā)展出了各具特色的形式。中國(guó)古代建筑一直面對(duì)著內(nèi)部與外部空間的辯證關(guān)系，在儒道、風(fēng)水堪輿和民俗文化的思想影響下，建筑不再是一個(gè)封閉的箱子，與外部產(chǎn)生積極的聯(lián)系，內(nèi)院處于內(nèi)部區(qū)域空間的核心，卻又產(chǎn)生了外部空間的效果，將外部環(huán)境自然地引入室內(nèi)，同時(shí)可變余地非常之大，根據(jù)場(chǎng)所空間的大小、自然環(huán)境的不同，進(jìn)行組合、疊加、變換，塑造各種應(yīng)用場(chǎng)域。對(duì)于現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)，院落式布局不僅對(duì)于內(nèi)外空間的過(guò)渡轉(zhuǎn)換有著積極的借鑒意義，其對(duì)微環(huán)境的營(yíng)造也表達(dá)著因勢(shì)利導(dǎo)的自然生態(tài)理念。

1 建筑院落的微環(huán)境

1.1 院落的空間組織

院落空間由系列的封閉、半封閉圍合構(gòu)成，標(biāo)定了內(nèi)外領(lǐng)域的不同。庭院是平面構(gòu)圖布局的中心，也是整個(gè)組群的功能樞紐，分劃和聯(lián)系著周邊的不同建筑，銜接和串聯(lián)著組群的各條功能流線(xiàn)。對(duì)外相對(duì)封閉，對(duì)內(nèi)互融開(kāi)放，周邊的房屋以各種方式設(shè)置門(mén)窗等通行及視覺(jué)廊道，從而達(dá)到內(nèi)外各個(gè)空間的溝通，通過(guò)檐廊等形成用過(guò)渡空間組織內(nèi)外的序列，形成內(nèi)外漸變的院落特征。院落也承擔(dān)采光納陽(yáng)、通風(fēng)防風(fēng)、控水控濕、隔音降噪的責(zé)任，是使用者之間、使用者與自然之間主要的交流場(chǎng)所。

1.2 院落調(diào)節(jié)微環(huán)境的功能

傳統(tǒng)建筑院落能夠形成適宜微環(huán)境，能適度自我調(diào)節(jié)氣候條件，北方地區(qū)建筑為了防寒保暖，大多數(shù)建筑面北朝南，間距開(kāi)闊，廂房錯(cuò)開(kāi)對(duì)正房的遮擋，盡可能利用陽(yáng)光的能量；而在東南地區(qū)，濕度大悶熱，院落功能是組織通風(fēng)而降溫，狹小的庭院可遮蔽夏日陽(yáng)光，正廳高大寬敞，前后留有通透的門(mén)窗，通風(fēng)散熱條件良好，院內(nèi)水汽蒸發(fā)，帶走空氣的溫度。院落的封閉性創(chuàng)造了聲環(huán)境，建筑四周由房屋、圍墻或走廊圍合而成，隔絕室外環(huán)境嘈雜。植物水體布置和滲透型鋪地，可調(diào)節(jié)濕度環(huán)境和熱環(huán)境?？傊?，院落空間能在光照照度、溫濕度、綠化和水體、空氣、聲音等多方面自我調(diào)節(jié)，形成良好的微生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)。

1.3 傳統(tǒng)院落微環(huán)境的技術(shù)分析

微環(huán)境可以通過(guò)實(shí)測(cè)和計(jì)算機(jī)軟件仿真進(jìn)行類(lèi)型化研究。如對(duì)不同院落組織形式的建筑，在設(shè)計(jì)上找到適宜地理和氣候的策略，分析比較院落進(jìn)深、面寬、樓層高度等對(duì)院落周?chē)敖ㄖh(huán)境的影響[1]；也有用計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)模擬合院的風(fēng)熱環(huán)境，定量分析氣候設(shè)計(jì)策略，得出符合氣候適應(yīng)性的當(dāng)代合院形式建筑定量化設(shè)計(jì)依據(jù)[2]。

2 傳統(tǒng)建筑院落的微環(huán)境營(yíng)造方式

對(duì)于傳統(tǒng)建筑來(lái)說(shuō)，營(yíng)造方式是對(duì)地域材料、氣候等情況的一種技術(shù)反映，體現(xiàn)了長(zhǎng)期的實(shí)踐智慧，其工法技藝價(jià)值并不低于歷史文化價(jià)值。隨著建筑生態(tài)和綠色營(yíng)建的理念，使吸取傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)策略具備應(yīng)用實(shí)踐的意義，通過(guò)技術(shù)分析進(jìn)行系統(tǒng)化環(huán)境營(yíng)造[3]。

2.1 熱光環(huán)境和聲環(huán)境

院落具備熱環(huán)境的調(diào)節(jié)效果，冬季時(shí)，墻面通過(guò)院落間距得到更多陽(yáng)光輻射能，配合朝南的門(mén)窗和墻面的反射，最大限度接受陽(yáng)光照射；夏季時(shí)，建筑和喬木的陰影降低太陽(yáng)直射外墻，以漫射折射的方式，控制進(jìn)入建筑的照度和太陽(yáng)能量，營(yíng)造了宜人小氣候。天井尺度、照壁、“過(guò)白”等手法，能細(xì)致調(diào)節(jié)光直射和照度；圍合形式也控制了場(chǎng)域的聲環(huán)境[4]。

2.2 熱風(fēng)環(huán)境

在江南地區(qū)的傳統(tǒng)民居，深墻大院，外圍開(kāi)窗少，空間進(jìn)深大，其中設(shè)置小型庭院來(lái)滿(mǎn)足采光需求，不同庭院形成內(nèi)外空氣溫差，自然對(duì)流通風(fēng)，有些傳統(tǒng)民居建筑外墻與院墻之間寬度僅有一米多的距離，控制溫度以形成拔風(fēng)效應(yīng)，這在當(dāng)前建筑密度高的地區(qū)也具備應(yīng)用的意義，建筑進(jìn)深大時(shí)配置小型中庭，導(dǎo)入光線(xiàn)和空氣。南方的天井式民居適應(yīng)炎熱、多雨地區(qū)，院落縮小，屋檐長(zhǎng)挑避雨，同時(shí)構(gòu)成小尺度的天井，圍合院落以天井為中心促進(jìn)通風(fēng)，四周建筑阻擋了陽(yáng)光直射，白天天井中的室外空氣溫度低，低溫的空氣流向室內(nèi)溫度較高的區(qū)域，形成物理學(xué)的熱壓通風(fēng)效應(yīng)，比如廣州西關(guān)小屋，是因前天井受曬面積比后天井大，受曬時(shí)間長(zhǎng)，溫度高，室外為靜風(fēng)時(shí)，前后天井空氣密度差形成熱壓差，空氣從后天井流向前天井，速度能到0.2～0.5m/s，人有明顯陰涼感，在炎熱的夏天也能感到舒適，建筑院落對(duì)熱風(fēng)環(huán)境的組織如圖1所示。

圖1 建筑院落對(duì)熱風(fēng)環(huán)境的組織

2.3 植物和景觀氣候環(huán)境

庭院綠化是營(yíng)造傳統(tǒng)院落式建筑的重點(diǎn)，院落內(nèi)種植各種喬木、花草、爬藤，不僅改善院內(nèi)熱環(huán)境，而且對(duì)院內(nèi)空氣、土壤、水進(jìn)行生態(tài)式的循環(huán)處理，吸收二氧化碳，釋放氧氣。樹(shù)種大多挑選落葉的喬木，姿態(tài)舒展且高度匹配。夏天葉枝繁茂，可阻擋陽(yáng)光直接照入室內(nèi)；冬天葉片凋零，陽(yáng)光可以透過(guò)，室內(nèi)溫暖明亮；在北方地區(qū)的院落內(nèi)，由于缺乏活水，院落中央常常擺上魚(yú)缸，即可以觀賞，也可防火，另外還有調(diào)節(jié)庭院濕度、溫度等微氣候的功能。

2.4 微環(huán)境體系構(gòu)成

以典型皖南民居為例（如圖2所示），外墻封閉高聳，一個(gè)合院形成一個(gè)整體，高聳墻體和窄小院落不僅提高了土地利用率，也使得建筑隱于大片屋頂?shù)年幱爸校行д陉?yáng)拔風(fēng)。這種小尺度天井合院格局有利于抵御南方強(qiáng)烈的日照，很好地適應(yīng)了夏季多雨、炎熱、潮濕的氣候條件[5]。

圖2 皖南民居院落的微環(huán)境系統(tǒng)構(gòu)成

3 技術(shù)分析和優(yōu)化

通過(guò)類(lèi)型化分析確定研究模型，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)合計(jì)算機(jī)量化模擬，可以對(duì)項(xiàng)目案例設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，并得到符合地域環(huán)境特征的概念性策略。

3.1 江南地區(qū)院落的光熱優(yōu)化

對(duì)庭院尺度和建筑屋頂構(gòu)造（坡度、挑檐等）的設(shè)計(jì)優(yōu)化，可以控制院落的光熱環(huán)境，如圖3所示。圖中淺色區(qū)域太陽(yáng)輻射量大，深色區(qū)域輻射量小。7月份模擬中，無(wú)挑檐組上部太陽(yáng)輻射量很大，有挑檐組上部輻射量較??；1月份模擬中，雖然兩組下部輻射量均較小，但上部有無(wú)挑檐的輻射量相似，出檐并未對(duì)冬季建筑采光得熱造成影響，江南地區(qū)出檐基本可達(dá)到夏季遮陽(yáng)且冬季不影響采光的作用。根據(jù)分析，當(dāng)庭院尺度一定時(shí)，庭院上部的氣候調(diào)節(jié)主要依靠出檐，合適的出檐可在一定程度上形成冬暖夏涼的作用。

圖3 庭院和建筑屋頂設(shè)計(jì)對(duì)光熱環(huán)境的控制

3.2 南方地區(qū)院落尺度對(duì)光環(huán)境的影響

對(duì)于較小的中庭，開(kāi)始尺度增加，光照并沒(méi)有改善，隨后快速增加至再略減，中庭面積為1.2S時(shí)出現(xiàn)最大值。通過(guò)室內(nèi)平均照度值變化規(guī)律，可以發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)增加院落面積，能夠有效改善建筑室內(nèi)采光，但并不隨著院落面積的增加而無(wú)限增加，如圖4所示。

圖4 中庭院尺度對(duì)建筑室內(nèi)照度影響的分析

3.3 北方地區(qū)院落的風(fēng)環(huán)境優(yōu)化

在院落改造的通風(fēng)優(yōu)化策略中，合理調(diào)節(jié)庭院尺度，中庭長(zhǎng)寬比2:1時(shí)有最佳通風(fēng)效果，渦流面積的占比小，庭院中布置適量植物可以導(dǎo)引風(fēng)向，向院落四周發(fā)散，還可以調(diào)整門(mén)窗設(shè)置，改善房間通風(fēng)條件。對(duì)于風(fēng)速場(chǎng)，院落越開(kāi)闊，風(fēng)速場(chǎng)分布越趨于均勻，在自然通風(fēng)條件下，院落空間能維持穩(wěn)定的風(fēng)環(huán)境，夏季引導(dǎo)自然通風(fēng)對(duì)流，冬季防御強(qiáng)風(fēng)冷風(fēng)穿透。傳統(tǒng)建筑的坡屋頂坡度可以引導(dǎo)氣流，在相同尺度條件，加大挑檐能夠擴(kuò)大室外風(fēng)環(huán)境穩(wěn)定的范圍，當(dāng)檐廊下形成低于1m/s左右的風(fēng)速，建筑外側(cè)的渦流效應(yīng)能夠有效減弱，自然通風(fēng)的同時(shí)不妨礙人活動(dòng)的舒適感。設(shè)置檐廊可以調(diào)節(jié)院落風(fēng)環(huán)境，在建筑寬度小于高度三分之二時(shí)，能起到較好的防風(fēng)作用，如圖5所示。

圖5 四合院的風(fēng)環(huán)境優(yōu)化

4 微環(huán)境概念設(shè)計(jì)應(yīng)用策略

微環(huán)境包括空氣環(huán)境、熱環(huán)境、風(fēng)環(huán)境、光環(huán)境、濕度（水）環(huán)境以及聲環(huán)境等，可以通過(guò)微環(huán)境設(shè)計(jì)改善各項(xiàng)適應(yīng)性指標(biāo)，從可持續(xù)發(fā)展的思想來(lái)詮釋建筑與環(huán)境關(guān)系的內(nèi)涵，促進(jìn)人造建筑與自然環(huán)境的生態(tài)平衡。

4.1 基礎(chǔ)條件調(diào)研

對(duì)地域的地理氣候、周邊環(huán)境、人文傳統(tǒng)和建筑營(yíng)造特點(diǎn)進(jìn)行研究，包括氣候、材料、地形特異性等。提取傳統(tǒng)建筑院落的設(shè)計(jì)原理和營(yíng)造技法，比如價(jià)值取向的判斷依據(jù)、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、建筑院落組織形式、建筑形制和構(gòu)造、材料的選取和使用等，包括一些被動(dòng)式低能耗和生態(tài)循環(huán)利用的方式。

4.2 建立微環(huán)境設(shè)計(jì)目標(biāo)體系

匯總項(xiàng)目各項(xiàng)微環(huán)境構(gòu)成要素，根據(jù)使用功能和使用者情況，對(duì)建筑院落中的各類(lèi)行為和感受的需求進(jìn)行評(píng)估，得到整體和局部區(qū)域的微環(huán)境控制要素，區(qū)分重要度和可實(shí)施性，形成微環(huán)境設(shè)計(jì)目標(biāo)體系。

4.3 形成概念設(shè)計(jì)策略

場(chǎng)地的地形地勢(shì)、自然資源的利用和共生、建筑朝向、建筑尺度及對(duì)位關(guān)系、院落布置的組織形式、建筑構(gòu)件構(gòu)造關(guān)系和形制、各類(lèi)材料選取和使用、構(gòu)筑物和景觀要素的布置等，構(gòu)成了院落微環(huán)境的塑造和影響要素，對(duì)這些要素進(jìn)行層次區(qū)分，結(jié)合地域氣候特點(diǎn)，歸納微環(huán)境的主要目標(biāo)和矛盾，形成概念設(shè)計(jì)策略。

4.4 量化分析和優(yōu)化

通過(guò)實(shí)測(cè)和計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬工具，進(jìn)行量化分析和優(yōu)化。各類(lèi)微環(huán)境模擬分析的軟件很多，實(shí)踐中應(yīng)摒棄既有設(shè)計(jì)的圖顯化流程，賦予目的和成效，較為關(guān)鍵的是：建立目標(biāo)，就是量化分析需要解決什么問(wèn)題，這也決定了模型的建立；系統(tǒng)參數(shù)輸入，即包含地理氣候等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的模擬可靠度，也要求對(duì)場(chǎng)域環(huán)境真實(shí)狀態(tài)的提取，否則得出的結(jié)論會(huì)偏頗甚至相反；制定量化指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，各類(lèi)微環(huán)境舒適度指標(biāo)，比如院落建筑的溫度環(huán)境營(yíng)造中，過(guò)渡區(qū)域的合理曲線(xiàn)變化；類(lèi)型化和比較方法，基于理論概念尋找控制因素，通過(guò)分析，結(jié)合評(píng)價(jià)體系，切實(shí)優(yōu)化改善微環(huán)境，并在實(shí)施后進(jìn)行實(shí)測(cè)復(fù)核和經(jīng)驗(yàn)積累。

5 結(jié)束語(yǔ)

建筑與自然的和諧相處，不僅體現(xiàn)在設(shè)計(jì)節(jié)能性能方面，還體現(xiàn)在如何利用空間設(shè)計(jì)將自然更好地引入到建筑，使其與自然的互動(dòng)，在當(dāng)今建筑設(shè)計(jì)中，需要突破形式上的模仿，轉(zhuǎn)向營(yíng)造傳統(tǒng)院落體現(xiàn)出的自然生態(tài)理念。