經典著作中建筑風環境描述的科學詮釋及實證

徐四維 陳 濱 樊新穎 宋曉明 王世博

經典著作中建筑風環境描述的科學詮釋及實證

徐四維 陳 濱 樊新穎 宋曉明 王世博

（大連理工大學土木工程學院建筑環境與新能源研究所 大連 116024）

適應性熱舒適理論的提出，正在逐漸改變人們對于室內環境營造的看法。中國傳統經典著作中存在著許多具有參考價值的理論與依據。風作為自然界重要的氣候特征之一，對建筑微氣候、室內環境與人體健康有著重要的影響。通過嘗試對奠定了中醫基礎理論的經典著作《黃帝內經》中提出的九宮八風理論的解讀，闡述了古人對風的時空信息對人的健康所存在的潛在影響的研究，并對一些典型地區疾病發病率與出現實風和虛風的關系進行了描述。在此基礎上，進一步通過課題組對福建省福鼎市翠郊村的一座乾隆年間建造的古民居的實測調查，用實測數據分析了傳統民居營造過程中如何通過空間布局等營造策略實現對自然風環境趨利避害的目的。最后，對現代建筑設計中傳統建筑風環境營造策略的應用進行了討論。工作僅為從經典著作中建筑風環境描述作為切入點對中國優秀傳統文化進行科學詮釋的初步探索，旨在為明確符合中國國情和文化的室內環境營造目標和未來建筑技術發展方向提供依據。

九宮八風；趨利避害；建筑風環境；經典著作；實證

0 前言

師法西方的“恒溫恒濕”室內環境標準，近年來逐漸受到學術領域的質疑。適應性舒適理論中提出：舒適的室內環境應該是動態的，是以控制能源的使用為中心而不是以室內環境參數為中心[1]。中國傳統經典著作中體現了許多優秀的營造舒適室內環境的理論與思想。基于中國科學文化建設這一時代命題，對經典著作中的科學理論進行科學詮釋與實證變得非常有意義。風作為建筑外環境非常重要的元素之一，攜帶了大量的氣象信息，對建筑室內環境有著極為重要的影響。在我國許多醫學、建筑的傳統文化經典中，對于風對人、建筑、環境的影響都有描述，如“九宮八風”理論。“九宮八風”理論出自《黃帝內經·靈樞經》第七十七篇《九宮八風篇》，是我國中醫理論中重要的基礎之一。該理論描述了風在不同的時節與方位下對人體造成的健康影響。建筑作為人的第二層“皮膚”，其目的在于幫助人類抵御自然對人的侵害。因此，九宮八風理論對現代建筑風環境影響分析及確定內外空間的組織模式具有借鑒參考作用。

作為流傳兩千多年的中醫基礎理論，歷史上有大量關于九宮八風理論的研究與衍生理論。在現代科學研究中，對于九宮八風的理論研究主要集中在醫學，數學，氣象學和天文學方面。一些流行病學領域的研究者從現代醫學的角度驗證了九宮八風理論中對于疾病與季節的關系，如呼吸性疾病在秋季多發，驗證了中醫中“肺應秋”的說法[2]。消化系統疾病主要發病于2、3季度，這與九宮八風理論中立夏時節虛風易傷胃，立秋時分，虛風易傷脾有對應關系[3]。通過對氣象數據進行統計分析，證實八風所代表的八節具有明顯的氣候差異性，從氣象學角度為九宮八風理論提供了支持[4]。中醫領域的研究者則將九宮八風理論與現代中醫治療方案相結合，提出不同季節下不同病癥的治療方法[5-7]。

什么樣的風環境對人是適宜的？該如何通過應用合理的建筑營造策略及建筑技術對建筑風環境及室內風環境進行改造？為了嘗試解答這些問題，本文通過對九宮八風理論進行科學詮釋，嘗試探究發病率與九宮八風中的實風虛風之間的關系。進而，通過對研究團隊于2016年夏季對福建省福鼎市清乾隆年間建成的傳統民居——翠郊村吳氏大院進行的實測調查數據進行分析，驗證該古建筑中存在的建筑風環境營造趨利避害策略。最后，對傳統建筑營造策略在現代建筑營造中的應用進行了討論。

1 經典著作中的風環境描述—九宮八風理論

我國氣候為典型季風型氣候[8]，一年中的風向會隨時間發生規律性變化。如冬季主導風向多為偏北風，夏季主導風向多為偏南風[5]。這些風中攜帶了大量信息，如風向，風速，溫度，濕度。古人在長時間的總結中發現，季風對人體是有益的，如果某地當時的風向與季風相反，就容易導致人生病。經過大量的經驗積累，古人提出了九宮八風理論，用現代的科學語言來解釋就是風所攜帶的信息對人的身體健康所造成的影響。如果用一句話來總結風的致病原理，那就是“非其時而有其氣”，即人受到不合時令的風的侵入。

1.1 九宮八風與發病理論

圖1 九宮八風圖[9]

九宮是中國古代天文學名詞，古代天文學家以井字格將天空分為九等份。在九宮八風理論中，這九個方格指代人與其周圍的八個方位，這八個方位又象征一年之中的八個節氣，即二分（春分、秋分）、二至（夏至、冬至）、四立（立春、立夏、立秋、立冬），每個方向同時也代表某個特定的節氣，是古人從我國季風型氣候的規律中總結凝練出來的成果。八方八節的對應關系如圖1所示。在特定的節氣，當地主導風向一般為其對應的方位。以圖1正下方的冬至為例，該時節的主導風向一般為北風，在九宮八風中名為大剛風。在九宮八風理論中，與當時節氣主導風向一致的風，對人體是有益的，稱之為實風；而與之方向相反的風，則對人體有害，稱之為虛風；其他六個風向則稱之為正風，正風對于人體的影響沒有實風虛風顯著。因此，在冬至時節，大剛風（即北風）對人是有益的，而大弱風（即南風）對人體是有害的。這里的冬至時節，指的是冬至所代表的整個時間周期，長度為45天。

九宮八風理論的第二部分主要介紹了八風的名稱及其使人致病的規律。在不同的節氣時，虛風的方位也隨著其節氣主導風向而改變。而不同方向的虛風會對人的臟腑和肌肉骨骼造成不同的影響，具體內容如表1所示。

用現代科學語言對九宮八風理論進行描述，即風所攜帶的信息會對人的身體健康造成影響，如果該信息與當前季節的信息相反，則容易導致人生病。

表1 九宮八風理論中描述的時空信息及其對人的影響[10]

注：中宮無風，所以不列入表中。

1.2 九宮八風理論的現實意義

九宮八風理論作為兩千多年前提出的一種理論，其本身具有很大的時代局限性。古代的建筑多為一層建筑，周圍環境平坦開闊，建筑微環境簡單，建筑附近的風環境與整個區域的風環境是一致的，所以可以簡單地用風向來代指風所蘊含的一系列信息。而現代城市多是高層建筑群，當自然形成的季風進入城市，進入建筑群之后，風向、風速、溫度、濕度等多種信息都有可能被改變。古代的經驗理論在這種情況下，適用性將會大大降低。發展基于現代社會的九宮八風理論，需要建立新的風環境評價體系，應該將評價風的各項參數綜合起來，探討其對于人體健康的影響，并將這種規律應用于建筑設計與建筑技術的發展上。基于本研究團隊的文獻調研結果發現，國內外關于風的綜合性評價相關研究相對有限，期待未來在流行病學等學科領域有所突破。本研究基于一些中文流行病學研究資料，對九宮八風理論中虛風致病的規律，簡單的進行了文獻綜述統計研究。

2 九宮八風與發病率

九宮八風理論系統地闡述了不同季節虛風信息特征與人體致病部位的對應關系，該理論較好地揭示了古人從系統論和整體論角度看待氣候與人體發病率的關系，從而引導人們更好的趨利避害，減少環境信息突變以及虛風信息對人的傷害。中國古代科學多是系統性科學，習慣從整體論的角度分析問題，為驗證九宮八風的科學性，本研究借助統計分析和文獻綜述手段對虛風/實風條件下人體發病率規律進行了初步探索，旨在為建筑風環境營造策略提供更多的參考依據，以減少虛風信息對人的健康影響。因為流行病學的研究大多以季節作為基礎時間尺度，因此，本文也以九宮八風中代表春、夏、秋、冬的四個部位肺、腎、肝、心的相關疾病發病率與虛風和實風的關系。

（1）肺

對于肺而言，在春季西風為虛風，東風為實風。而與肺相關的疾病有肺結核、呼吸道疾病等，通過相關文獻分析獲得到2004—2012年大連各月份的呼吸道傳染病統計結果（數據來源于國家疾病監測信息報告管理系統）及全國2004—2012年肺結核病的疫情資料統計結果（數據來源于中國CDC法定報告傳染病數據庫）[11]。通過統計分析可知大連地區的肺結核和呼吸道疾病在虛風為西風的春季發病率明顯增高。流行病學常采用季節指數表征疾病的季節變化特征，當季節指數>1時表明存在明顯的季節變化特征。從全國肺結核的發病率的季節變化特征可知在虛風為西風的春季肺結核發病率明顯增高，如圖2所示。

圖2 肺相關疾病發病率與虛風/實風關系

（2）腎

對于腎而言，在夏季北風為虛風，南風為實風。與腎相關的疾病中，本研究選擇腎炎探究了虛風/實風信息與腎炎的關系，通過文獻統計分析結果表明實/虛風時間段的腎炎發病率均有所升高，在不同文獻中的統計結果相近。張紫媛[12]對2003年1月—2010年12月間在四川省華西醫院住院的1058例IgA腎病患者研究表明，腎炎平均高發日在每年的6月12日，這說明腎炎在虛風為北風的夏季高發。另外，通過對陳鋒斌[13]對2010年2月—2013年2月在福建中醫藥大學附屬人民醫院接診的慢性腎炎患者數目統計，結果表明在北風為虛/實風的夏/冬季均存在增加趨勢。但是中醫用藥規律存在著季節性差異，夏天與冬天用藥的方式不同。這說明對于腎而言，雖然實風季節與虛風季節都會容易誘發腎炎，但是致病機理是不同的。此外，而對于特殊人群兒童的調查結果[14]與得出了一致的結論。

（3）肝

對于肝而言，在春季東風為虛風，西風為實風；在秋季西風為虛風，東風為實風。與肝相關的疾病有肝炎、甲肝、乙肝等，通過文獻調研統計分析結果表明實/虛風時間段與肝相關的疾病發病率均有所升高。例如，江西省錫山市[15]衛生防疫站1992—2002年統計的先關肝炎（甲型肝炎、乙型肝炎、丙型肝炎、戊型肝炎、未分型肝炎）發病率結果顯示實風時發病率增高。而其他在大連市[16]、宜昌市[17]等城市的調查結果表明虛/實風階段的發病率均明顯增加，如圖3所示。

圖3 肺相關疾病發病率與虛風/實風關系

（4）心

對于心而言，在冬季南風為虛風，北風為實風。與心相關的疾病有心梗、心血管疾病、心臟病等，通過文獻調研統計分析結果表明實/虛風時間段與心相關的疾病發病率均有所升高，與上述肝、腎、肺發病率與實/虛風之間的規律一致。例如，北京地區3A級別的32家醫院統計2006年1月1日—2010年12月31日的心血管疾病結果顯示其發病率與季節有很強的相關性[18]，在虛風為南風的冬季心血管死亡率最高，在實風為南風的夏季心血管死亡率較低，如圖4（a）所示。另外，阜新市統計的心梗發病率也存在上述類似的規律，如圖4（b）所示。

圖4 心相關疾病發病率與虛風/實風關系

綜上，通過文獻調研統計分析結果表明“九宮八風”的信息與發病率存在一定的關聯性。例如與心、肝、腎、肺有關的疾病，在季節主導風向為這些器官所對應的虛風時，與該器官有關的疾病發病率與其他季節在統計學上有一定差異。并且，對于腎相關疾病與肝相關疾病，在其他風季節時，其相關疾病發病率也有上升趨勢。不過根據文獻調研，不同季節的相同疾病，治療方式是不同的。這說明九宮八風中各器官與各方位之間的對應在統計學上具有一定的意義。因此構建建筑風環境時，設計者應考慮到這些致病因素，從而應用趨利避害的建筑策略。

3 傳統民居風環境營造趨利避害策略實證

《黃帝內經》完成于先秦到漢代之間，這說明古人很早就意識到風對人體健康造成影響。因此，古代建筑營造技術中也體現了這種趨利避害的意識。為了驗證這種趨利避害的營造策略，本研究團隊于2016年8月對福建省福鼎市清乾隆年間建成的傳統民居——翠郊村吳氏大院進行了詳細地實測調查。建筑所在地氣候炎熱多雨，三面環山，東面臨水。院落占地14000m2，包括3進院落，每一進有三個天井。整個建筑共包括24個天井、6個大廳、12個小廳、192個房間。翠郊古民居的航拍圖如圖5所示。

圖5 翠郊村古民居航拍圖

在測試期間，研究團隊對院落四周以及宅院中軸線附近的風速、溫濕度以及各房間的溫濕度變化進行了連續監測。對建筑選址，氣候特點，院落空間布局，氣候適應性營造策略，建筑風格等多種元素進行了詳細考察。

從航拍圖中可以看出，在人的活動高度上，院落在水平方向上的唯一開口即宅院大門，因此院落的中軸線是院落的主要通風路徑。通過對8月10日下午中軸線上各院落及房屋的風速進行統計并繪制成箱線圖，結果如圖6所示。院落內各測點平均風速為0.2～0.3m/s，院落外界各測點風速為0.6～0.9m/s，門廳平均風速為0.8m/s。院落內各測點風速變化范圍為0～1m/s，院落外界各測點風速變化范圍為0～2.5m/s，門廳風速變化范圍為2～2.25m/s。

圖6 2016年8月10日下午院落中軸線各位置風速

可以發現，院落內的風速均值與變化范圍為外界環境的30～50%，這體現了建筑圍護結構對于建筑內環境的保護作用，把外界具有復雜波動的風信息和人的居住環境隔離開來。門廳處的風速均值與波動幅度與外界環境近似，是院落內平均風速與波動幅度的2到3倍。作為院落內外空氣溝通的樞紐，門廳風環境復雜程度超過院落內外。這個現象可以類比為人呼吸的過程，整個院落通過門廳進行“呼吸”，從而達到通風換氣的目的。圖中還可以發現，房屋內風的均值與波動程度均小于相對應的天井。房屋與天井的關系，和院落與外界的關系是類似的，房屋之于天井，起到了同樣的隔離內外的作用。通過現場考察，發現房屋中臥房與通風處也是被隔開的狀態。從地形選擇，到院落，到房屋，再到室內布置，古代建筑營造技術將復雜多變的外界環境層層削弱，創造出不同層次的風環境。這樣，居住者可以根據天氣特點，身體狀況，主動的對自己的居住環境進行調節。這樣的建筑營造技術與現代人工環境最大的區別就是，沒有封閉空間，人與建筑始終是不斷地與自然溝通，將自然信息根據自己的需求進行篩選，達到趨利避害的目的。

院落中軸線各位置溫度與濕度見圖7、圖8。室內的平均溫度為30～31.5℃，天井平均溫度為32～33℃，外界平均溫度為33.5℃。院落內溫度低于外界溫度，室內溫度低于對應天井溫度，且三進溫度<二進溫度<一進溫度。室內的平均相對濕度為68～75%；天井與外界平均相對濕度相近，為58～60%。可以發現室內相對濕度大于天井相對濕度，且三進濕度>二進濕度>一進濕度。以上分析結果說明，室內具有低溫高濕的特點，居住者應勤開窗，保持良好通風。

圖7 8月10日下午古民居中軸線各位置溫度變化

圖8 8月10日下午院落中軸線各位置濕度

圖9 8月10日三進天井不同高度風速

從圖9可以看出，隨著高度上升，風速呈上升趨勢。在5m高度風速由0.3m/s平均值驟升至1.3m/s的原因是院墻的高度在5m左右，所以當高度超過院墻的時候，外界的風可以自由進入院落上方，誘導天井內空氣進行流動。此外，圖7中室內外溫差約為2℃、天井與外界溫差約為1℃，這說明熱作用也是院落通風的驅動力之一。

通過以上數據，可以對整座宅院的通風模式做出分析與預測。在水平方向上，整座宅院通過門廳與外界進行溝通；在垂直方向上，空氣流動主要是由高低溫差以及院落上方風的誘導作用引起的。

實證結果表明，中國傳統建筑的風環境營造策略是非常合理的，不僅可以過濾外界劇烈波動的信息干擾，又能夠在一定程度上提供舒適、宜居的環境。達到了人、建筑、自然三者和諧一體的境界。

4 傳統民居營造策略在現代社會中的應用

經典著作中對建筑的氣候條件、地理位置、空間尺寸、建筑材料、室內環境等都提出了一定的要求。本文所述的《黃帝內經》中的九宮八風理論，主要對人的熱環境提出了，即人應該減少接觸與生活環境相反的熱濕環境，避免熱環境發生驟變。而通過對圍護結構的設計與過渡空間的營造，可以實現這一目的。

南向居室采光條件好，日照時間長，因此，現代住宅建筑大部分將建筑開口與樓梯間設置在北向以減少南向建筑面積的使用。然而，作為現代建筑中為數不多的過渡空間，將樓梯間設置在北向具有以下弊端：在冬季時，干冷的北風會通過建筑開口進入室內。這樣樓梯間由于氣溫較低，無法形成一個較好的過渡空間，人在進入室內時會經歷較大溫差，容易誘發心腦血管疾病[19-21]；在夏季時，時令南風又無法進入建筑，不利于建筑空氣交換。因此，建議現代建筑的設計參考傳統建筑坐北朝南的設計理念。

室外過渡空間，如傳統建筑中的天井，在抵御外界不利氣候及促進室內外空氣交換上起到了十分重要的作用。在現代住宅中，室內與室外的界限劃分十分清晰，建筑與外界交流的過渡空間，大部分局限在陽臺這一狹窄空間中。室內外熱環境互相割裂，為人體熱舒適及熱健康帶來了隱患。然而，由于成本原因，在城市高層住宅建筑中設計類院落結構可行性較差。因此，在建筑設計中，應更加關注建筑開口與樓梯間的設計，將樓梯間作為室內外熱環境過渡空間的概念進一步加強。在辦公建筑及公共建筑的設計中，可以加入開放式過渡空間，如陽光間，樓頂花園等，加強建筑內外熱環境的整體性。

5 結論

我國經典著作中蘊含著許多深刻的科學思想。本研究對九宮八風理論進行了科學詮釋，并通過流行病學文獻綜述成果為理論提供了數據支持。同時結合古民居風環境的實測分析結果，對傳統民居營造策略在現代社會中的應用進行了討論。主要得出以下結論：

（1）九宮八風是古代人民將我國季風性氣候所具有的獨特時空信息與其醫學影響總結凝練而成的經驗理論，具有實踐意義。

（2）通過對流行病學相關文獻進行綜述和統計分析，發現九宮八風理論中描述的特定時空信息的風對人體五臟的健康影響在統計學上是有一定的意義的。在主導風向為該器官所對應的實風/虛風時，與該器官相關的疾病發病率呈上升趨勢。

（3）通過對古民居的實測數據與營造策略進行分析，發現傳統宅院的院墻既能夠保護宅院的內部環境不受外界復雜氣象信息干擾，又可以藉由天井和大門等開放式空間，保證內部建筑進行有效通風，提供相對舒適的建筑環境。

（4）傳統建筑中天井與院落的概念，應該加以借鑒并應用于住宅建筑的開口與樓梯間設計，以及公共建筑的過渡空間設計。

經典著作中的科學理論是古人通過對自然信息長期的觀察與總結形成的經驗。本文以九宮八風理論作為切入點，該理論主要表達了風所包含的時空信息對人體健康的影響。為了減少風對人的侵害，古人通過應用傳統民居風環境營造策略，達到趨利避害的目的。本研究對傳統理論科學詮釋與實證方法的初探，為建立人—建筑—自然三者關系的理論描述，提供了進一步的思路。

6 致謝

感謝北京中醫藥大學郭霞珍教授和劉曉燕教授、福鼎市古民居旅游發展有限公司陳振美總經理等對本研究和調研過程中給予的支持和幫助。

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Scientific Interpretation and Empirical Evidence of Building Wind Environment Description in Chinese Classical Books

Xu Siwei Chen Bin Fan Xinying Song Xiaoming Wang Shibo

( Laboratory of Building Environment and New Energy Resource, School of Civil Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, 116024 )

The theory of adaptive thermal comfort is gradually changing people's views on building indoor environment. There are many theories and bases with reference value in traditional Chinese classics. Wind, as one of the most important climatic characteristics in nature, has an important influence on building microclimate, indoor environment and human health. This paper attempts to interpret the theory of nine-palace and eight-wind put forward in the classic work——, which laid the foundation of the theory of traditional Chinese medicine, and expounds the potential influence of the ancient people on the spatial and temporal information of wind on human health, and describes the relationship between the incidence of diseases in some typical areas during the seasonal wind and deficiency wind. On this basis, through the research group's field survey of an ancient dwelling house built during the Qianlong period in Cuijiao village, Fuding city, Fujian Province, this paper analyzes how to achieve the purpose of avoiding harm to natural wind environment through spatial layout and other construction strategies in the construction process of traditional dwelling house. At last, the paper discusses the application of the traditional building wind environment construction strategies to the modern building design. This paper is only a preliminary exploration of the scientific interpretation of Chinese excellent traditional culture from the description of building wind environment in the classic works, aiming to provide a basis for defining the indoor environment construction goal and future development direction of building technology in line with China's national conditions and culture.

Jiugong Bafeng; draw on advantages and avoid disadvantages; building wind environment; Chinese classical books; empirical evidence

TU14

A

1671-6612（2020）03-289-08

“十三五”重點研發計劃課題“村鎮建筑需求適應性被動太陽能供暖技術研究”（2018YFD1100701-02）

徐四維（1993.4-），男，碩士，E-mail：silvaxu1993@163.com

陳 濱（1960-），女，博士，教授，E-mail：chenbin@dlut.edu.cn

2019-07-01