基于生物氣候學的羌族傳統建筑生態可持續設計分析

劉 偉

周浩明

1 生物氣候學的定義

生物氣候學是美國建筑師維克多·奧戈亞在20世紀60年代提出的建筑新理論和新學說。他認為“生物氣候學理論是以滿足人體舒適性要求為目的，通過建筑技術的選擇，盡可能地利用自然資源來營造建筑內部適宜的環境，降低資源的消耗和建筑設備的能耗費用，研究建筑設計要素和氣候之間的關系，從而體現出建筑的地域性和特色。”[1]

在這里生物氣候學是指人造建筑環境應對和遵循地方氣候運動規律的一種特性，人們根據這些特性進行一切建造活動，活動中以降低資源消耗和能耗費用，滿足人類在建筑環境中的舒適性要求，與此同時這些活動也反映了人們的建造思想，具體落實在建筑的做法上。這里的“應對”含有調節和抵御的意思，“遵循”更多的則是服從、順應和遵守的意思。生物氣候學主要由與氣候相關的空氣溫度（氣溫）、相對濕度（濕度）、太陽輻射（輻射）、風等因素組成。它是建筑環境關注的主要自然要素。人類在建筑營造前，需要對各個生物氣候因素進行逐一分析，知道當地的氣候條件與環境情況，厘清這些情況的緣由和各個因素之間的關系，運行機制，再根據這些情況和不足，考慮相應對策，經過長時間的實踐和修正，達到適應環境與解決問題的目的。

其次，營造建筑環境時，人類對建筑的選址和朝向、空間和面積、形式與材料，再到建筑周圍的植物、溝塹、小品，以及它們之間的高寬比、尺度、顏色等，人類都會考慮氣候要素，并有對策設計，人類的營造活動既注重室內外環境的實用功能和藝術形式表現，又會關注他們自身在環境中的舒適性。從靜態的客觀物到動態的身體感受，人類無不適應著氣候和順應著自然的變化而創造建筑，有著符合氣候因素的設計思想和經營辦法。譬如：四川傳統民居為穿斗式結構，木材構筑，墻體非常薄，并和承重結構分開，結構中的木材十分纖細，整體形成一種輕盈的木結構之美。這類建筑中出現一種過渡空間，又稱為“灰空間”。它位于建筑屋檐下，并與室外環境相聯系，起到適應和調節氣候環境的溫濕度作用。

圖1 羌族的碉樓

圖2 羌族的碉房

圖3 羌族的莊房

圖4 羌族的板房

圖5 非洲棚屋

圖6 半地下的冰屋

2 羌族傳統建筑概述

羌族的傳統民居建筑通常由碉樓、碉房、莊房或板（阪）屋組成。在戰國前羌族的居所被稱為“穹廬”，即帳幕，后來也稱“邛籠”。早在《后漢書·南蠻西南夷列傳》記載中有說，羌族先民“皆依山而居，壘石為室，高者至十余丈，為邛籠”[2]，戰國時期的“穹廬”是東漢以后“邛籠”的諧音。這在茂縣黑虎寨的傳統建筑上體現得淋漓盡致（圖1）。“邛籠”就是現在羌族的碉樓，它是羌族的特色建筑，呈塔形，由下到上逐漸變小，高20～40m，經數年而不倒。碉樓用石塊砌成，墻面為波紋，有四棱、六棱、八棱和多棱，它們棱角分明。一般單獨建于寨口、村寨中，平時是羌族先人生活的房屋，戰時起防御作用，并兼備烽火臺功能，遠看建筑呈現尖塔形態，十分雄偉。

羌族建筑均就地取材，用石塊、黃泥、木材等材料建造。碉房是羌族人民在生活中長期受到氣候的影響，為避免危險，他們的祖先把碉樓和莊房結合起來形成的一種獨特建筑（圖2），其碉樓一般不獨立對外設置門，只開較小的斗窗，碉樓的門必須經莊房而入。碉房的碉樓作為家庭起居、儲放糧食和財物之用，過去遇到搶匪和敵人，碉樓便臨時成為了羌人藏身之所。碉房的莊房是羌族人生活和勞動的地方。其形態高低、胖瘦組合，具有很強的韻律感。

莊房是羌族人民世代居住的最普通房子（圖3），多為3～5層。建筑多為石砌筑和木構件組合，呈梯形狀和略有變化的長方體形狀，似收分的棱臺，與山坡地形緊密結合，分臺筑室，一般平行于等高線布局，其修筑工藝復雜。莊房具有堅固耐用、抗震性好的物理特點。羌族人在莊房一層飼養家畜和設置儲物間，二層設置“火塘”，為全體家人生活的地方，3～4層是家人生活的輔助空間，頂層是“照樓”或“曬臺”，為“神”居住之所。建筑樓層在功用上很能體現羌人“人在畜上，神在人上”[3]的觀念。

板（阪）屋也是羌族人民世代居住的建筑，該建筑主要被建于臨近漢族的河谷與丘陵地區，由木構架和泥土、木板、竹編篾笮組合，木構架為穿斗式，起承重作用，竹編篾笮外抹泥土成為板屋的墻體，木板也是外墻和內墻、地板的主要材料。建筑多為兩層，一層架空，是圈養牲畜的場所，二層是羌族人生活的地方，二層以上有一個低矮的閣樓，從外面看很難被發現。板屋的建筑形態如懸空的構架一般，十分獨特。有些板屋的部分房屋空架于懸崖上，多根木柱支撐，形態也有些吊腳樓的影子（圖4）。

3 建筑的生態可持續設計要點

3.1 建筑的生態可持續設計內涵

根據西安建筑科技大學夏云教授著作《生態可持續建筑》中的定義，建筑的生態可持續設計是源于“節約、環保”[4]，被概括為7個詞：節能、節地、節材、節時、節工、節財、環保。清華大學博士生導師周浩明教授的《生態建筑——面向未來的建筑》著作里，對可持續設計的論述，又增加了“長效、健康”[5]2詞內容，從而使得建筑的生態可持續設計含義更加完善。既有建筑應節約資源和財物，保護環境的意思，又有保持長時間的效應和正常的功能，讓建筑本身堅固、安全，并和周圍環境有機和諧，使人在其內身心健康。

3.2 7詞+2詞要點

7詞是源于“節約、環保”，從中詳細地分出了節地、節能、節材、節時、節工、節財和環保。意思是一座生態可持續的建筑，它必須具備節約場地與合理占地的優點，修建時具有節約建筑材料和其他材料，建造過程中節約時間、節約勞動力和工匠人數，在全生命周期內具有節約能源和資源，以及節約錢財的作用，最后一切建造活動都要在不破壞環境的前提下進行，起到人和環境協調共生，持續發展的效果。2詞是“長效、健康”，長效意為長期具有正常的效應和作用，保持長時間的功能和性質，在建筑全生命周期內都具備始終如一的功效，不會發生質變和損環。健康一般指人的身心健康和生命安全。這里的意思更為寬泛，它延伸到人造的建筑物上，意謂建筑堅固、經濟、美觀、生態、實用、真實，在時空中始終保持如初的正常功效。

4 與生物氣候學相關聯的羌族傳統建筑生態可持續設計分析

4.1 與太陽輻射和空氣溫度相關聯的節能、節地、節材、節時、節工、環保體現

圖7 居住在高山峽谷的羌族

圖8 羌族建筑前的道路和院子境況

圖9 陽光照射的羌族建筑立面

圖10 羌族建筑上的斗窗

圖11 羌族建筑上的直口窗

空氣溫度是氣候適應性最重要的一個因素和設計參數，它的變化大小直接影響著人們考慮建筑的場所、朝向、樓層、結構、材料和形式。空氣溫度源自于地區接受太陽輻射的強弱。譬如地球上越接近赤道，這些地區所接受的太陽輻射越多，空氣溫度就高，而離赤道越遠，那些地區的太陽輻射越弱，其空氣溫度就低。靠近赤道的非洲地區，白晝室外空氣溫度很高，從而產生了適應當地空氣溫度的棚屋建筑（圖5），建筑結構類似中國的干欄形式，樓層常見一層或二層，以泥土和樹木等材料建造。而遠離赤道的南北兩極，空氣溫度極低，產生了體形極小的冰屋，建筑為殼體結構，由半地下和地上兩部分組合而成，以冰塊和冰磚砌筑（圖6）。

圖12 羌族建筑窗口上的遮陽棚

羌族地區位于青藏高原向平地的過渡帶，那里高山峽谷（圖7），海拔高，氣壓低，一年四季分明，冬季長，夏季短。大部分羌族地區的氣候寒冷，太陽輻射強，白天溫度高，夜晚溫度低。半高山地方的空氣干燥，山下和河谷的空氣濕潤。受太陽輻射強的影響，羌族傳統建筑非常重視冬天接受陽光、保溫防寒的設計。在羌族村寨中，每一座建筑都依高低地形建造，建筑錯落有致，這種布局形式可讓每座建筑都盡量能接受到白天的陽光，使其墻體上的石材能夠充分發揮其蓄熱性能，白天最大化地獲得和蓄積太陽的熱量，而當晚上室外溫度較低時，墻體中石材蓄積的熱量能夠重新釋放出來傳給室內空間環境，增加碉房或莊房的室內空氣溫度，滿足人的生活、居住需要。這樣的用材觀念很好地體現了節能的理念。

圖13 從窗口進入室內的陽光

圖14 羌族建筑堂屋中的火塘

圖15 羌人與客人圍坐火塘交談

圖16 羌族碉樓的厚墻和封閉門 窗景象

羌族建筑一般都是沿山地等高線布局，朝向統一，面向開闊的峽谷和山坳處，南向偏多，東、西南向次之。這些做法都是為了讓建筑環境獲得更多的太陽輻射，增加空氣溫度，進而加大熱量，起到被動式利用太陽能的作用，產生節能和節材的生態可持續表現。位于半山和高山的羌族建筑，羌族人民有意騰出較緩的坡地和平地用來種植莊稼，而把房屋建在山坡和石崖上，達到節約用地（節地）的效用，這種方式既解決了羌族人居住的問題，又滿足了他們種糧食和蔬菜的生活需要，使得碉房周圍場地空間極小，常常是道路和院子合二為一，且院子之外便是懸崖峭壁，看上去十分險要（圖8）。譬如茂縣黑虎寨的王姓碉房就是這樣的情景。

莊房、碉樓的墻體較厚，一般為0. 4～0. 6m，墻基礎在0. 8～1. 0m，羌人用泥土填實石塊之間的縫隙。建筑體形簡潔，室內空間進深較淺，面寬略大于進深，總體緊湊，便于朝陽面接受陽光（圖9）。建筑層高低，通過其固有的物理性能來保持室內空氣溫度的舒適與均衡作用。建筑上的窗洞較小，各層窗洞尺寸不一，形狀近似方形，部分是斗口窗，簡稱斗口（圖10），部分又是直口窗（圖11）。斗口用于射擊和軍事，直口用于通風、照明和排煙，并且直口的尺寸要稍大于斗口。窗口一般都做得較小，以便于室內的保溫，因為羌族傳統房屋的窗洞通常是敞開的，沒有封閉的窗扇，為了冬天不讓室外極冷空氣進入室內，帶走室內的熱量，他們祖祖輩輩都把窗口造得十分狹小。但是朝南和東西各方的墻面上，直口的窗洞卻成為室內采光納陽的主要渠道，這樣可以讓莊房和碉樓室內在白天獲得太陽輻射，到了晚上室外溫度雖然驟降，但不會使室內氣溫顯著下降。

夏天，羌族地區白天太陽輻射普遍較強，室外空氣溫度適中，據測量，夏天中午12：00—13：00間，羌族各地太陽輻射能在500w/m2以上，但空氣溫度平均在25°C左右，可見羌族高山上建筑環境的太陽輻射強，陽光下的紫外線也強，溫度高，然而綜合各種氣候因素后，其空氣溫度卻不高，非常適宜生活。由此羌人祖先早已摸清這個氣候規律，創造了夏天建筑一定要避免太陽輻射的遮陽做法和設施。羌族建筑的門、窗上均有遮陽棚，它們大小不一，用材也不一樣，主體多為薄的石片或青石板（圖12），常設置于南墻和西墻的窗戶窗楣上，東面墻則不安置遮陽板。據調查應是早上到上午由東而起的太陽，其輻射不強的原因所致。莊房、碉樓極需要日照以及大量的熱能，于是當地羌人盡可能就在窗口外側不加任何阻礙物和遮擋物，讓太陽輻射能夠更好地通過窗口進入室內（圖13），以改善室內的熱環境。

羌人建房子一般在夏季或春季偏多，主要因為這兩個季節的空氣溫度適宜，太陽輻射強，方便工匠和村民們干活。同時這兩個季節也是當地人最早準備建筑材料的時期，所備建筑材料一般放置在室外5年以上，待風干后才能用于建筑上。羌族人為了在這個期間修好房屋外殼，他們非常重視時間的安排和人工的計劃，依然慣用生態可持續的“節約”。從春季挖地基和砌基礎開始，匠人和村民們一般在15天左右必須完成，而后砌墻是有方法的、規范的，并且模式化的。工匠們分為大師傅和小師傅，大師傅負責整個建筑的砌筑管理、技術指導和砌筑中的墻體矯正等工作，小師傅擔任砌筑或拌泥土工作，大量的村民們幫著背石塊、泥土和搬運材料等事務。房屋主人主要負責伙食，以及背石塊等工作。砌筑墻體，通常由兩位師傅，一左一右或一前一后同時施工。從橫向來看，匠人一般先從墻角開始，逐漸向墻中間砌筑；豎向來看，是由下向上，慢慢收分在0.0015m左右，大概每砌筑0. 9～1. 2m高度時，大師傅就會來矯正一下，看看砌筑和收分是否合適，墻體兩側是否對稱等，這一切判斷都是憑著大師傅的經驗而定。每次砌筑1. 2～1. 5m高度時，墻體上就會放置一、二根橫木或樹干，作為墻橫筋，這種做法一直延伸到屋頂，保證了建筑的堅固。一座新碉房的完工時間，通常在8個月左右。建造過程中，當地人也常常將舊的建筑材料撿來重新使用，這樣既能節約材料及縮短搜集材料的時間，又有節約人工數量及其勞動量的作用，體現了羌人修建傳統建筑時的節時和節工的理念。同時他們將舊建筑材料撿回重新使用在新建筑上，也是不浪費材料，不占用土地，保護建筑周圍環境的一種生態表現。而冬天和秋天羌族人則極少備料和修筑房屋。

4.2 與相對濕度相關聯的節能、節地、節材、節工、環保、長效、健康體現

羌族地區處于干燥的青藏高原與濕潤的成都平原過渡帶，那里氣候復雜，由于受東南方向的龍門山脈阻擋，從太平洋吹來的濕潤風不容易進入岷江流域和雜谷腦河流域，使得該過渡帶的氣候從干燥到濕潤，整體呈現寒冷向溫和氣候變化的走向。羌族地區因高山、河谷和丘陵地勢不同，它們之間的濕潤程度也是不一樣的。比如處于丘陵地勢的綿陽市北川羌族自治縣，其年平均相對濕度在72%～85%，遠遠高于人要求的30%～70%舒適范圍，而位于高山地勢的茂縣，其年平均相對濕度卻在67%～79%，這些數據表明在不同的地勢條件下，羌族地區的相對濕度是有明顯差別的，高原地區相對濕度要優于丘陵和河谷地區。

為了適應潮濕的氣候環境，生活在丘陵和河谷的羌族人在建筑上采用干欄式形式、穿枋結構，使得房屋下層架空，便于通風，讓二層的樓板不直接與濕度大的地面接觸，使得地面上的濕氣和水份在空氣交換的過程中不易進入二層樓板上面的空氣中，讓人住的二層空間不會受到濕度的影響。干欄式不僅是板屋的固有形式，也是羌族莊房的形式。羌族碉房雖然是石材的砌體結構，可是它們的剖面空間是一層關養家禽，二層住人，三層以上放置糧食財物，這種形式同板屋形式一致，只有建筑材料和結構不同。它們的最終目的也都是讓二層空間避免受地面及一層潮濕氣候的影響，給家人一個舒適的濕度環境。這種做法是因地制宜使用自然材料的表現，也是節地、節材和節能的生態可持續表現。

羌族傳統建筑在解決濕度問題上，不僅通過建筑結構形式來處理，還通過室內生火的方式來除濕。羌族建筑的堂屋室內均設置有“火塘”，又名“鍋莊”（圖14），一到寒冷季節或做飯時間必然會有柴火燃燒，能持續給室內提供熱量，增加空氣溫度，不斷蒸發室內水汽，致使空氣干燥，讓室內環境逐漸產生熱舒適性。羌族這種傳統生活方式和生活習慣早已延續了幾千年，它們不僅是實用的體現，也成為了羌族的宗教信仰，是家人興旺和喜慶的體現。羌族人只要過節和家有喜事，必定會圍繞火塘跳舞、唱歌，如果來了客人，他們也會聚集在火塘四圍，喝咂酒、熱烈交談（圖15）。自古以來羌族火塘被稱為“萬年火”，意謂永不熄滅，紅紅火火，糧肉豐收、人丁興旺，平安無事。它寄托著羌族人民最美好的心愿，是火神的化身。這種能夠增加室內溫度，減小濕度的炊事用的“火塘”同時也是長效、健康的生態可持續做法的具體體現。而生火的木柴則是羌族人民在宅前屋后的地上或山林中撿來的，這些干枯的木材和樹枝，源于自然植物的衰亡和掉落，不是人為亂砍亂伐而來的，而是被再利用的有益于生態可持續發展的材料，有利于能源的節約，是保護環境的體現。干枯的樹枝被羌族人重新利用來生火做飯，是廢物再利用的長效表現，它們不需要羌人特意去山林和屋后砍伐生火取暖，只需要羌人在地上撿起它們背回家就可以生火，這也是節約工作量（節工）、勞動量的體現。

4.3 與風向相關聯的節能、環保、長效、健康體現

羌族傳統建筑主要位于高山地區，那里海撥高，風速快而強，從而使得羌族建筑非常重視防風引風的要求。羌族先人常以厚墻和封閉門或主要窗來避風，以自然屏障來防風（圖16）。這樣做的結果是為了保持室內的空氣溫度不被降低，冬天室內氣溫能適合家人休息與避免身體不受凍，保證人的身心健康和持續發展的同時這也是節約能源的表現。夏天則相反，建筑為了避免太陽強輻射進入室內，窗戶都小，于是室內就會變得非常悶熱。羌人為了解決這一不足，在似碉樓的碉房、莊房、板屋上盡可能開啟門窗，引室外的風進入室內，通過“煙囪效應”讓室內外氣流快速交換，促使室內空氣清新，溫度降低，變得十分涼快。這些避風其實是節能、長效、健康、環保的生態可持續表現，而引風則更有節能、長效、健康、環保的體現。

圖17 羌族傳統村落建筑統一朝陽的景象

羌族建筑的朝向方式有避免冬季主導風和有益引入夏季主導風的特點，房屋習慣朝向南面或東、西南面，這些朝向能讓建筑獲得較好的風能，尤其是夏季的東南風和西南風。它們可以通過碉房、莊房和碉樓等的門、窗進入建筑室內，降低這些建筑室內溫度達到涼快的感受。通過作者在羌族地區的實地調研知道，夏季羌族地區的主導風向主要是朝東南方向和西南方向（圖17），而冬季該地區的主導風向則是西北向和北向。要解決冬天羌族傳統建筑盡量少受到這些風向的干擾，由此當地建筑朝向一般都不與當地冬季主導風向垂直，并保持一定角度偏向，那樣就能把冬季風對當地建筑的破壞降低到最低程度，而且還能夠保證建筑在夏季又得到需要的通風量。這種理念和做法是羌族人民運用低技術策略解決建筑避風和引風的一種有效生態可持續措施。

結語

羌族傳統建筑的歷史較長，類型不多，主要以居住和軍事防御為主，同周圍兄弟民族的傳統建筑比較，他們設計、營造的建筑更為實用和樸素。羌族傳統建筑從碉樓、碉房、莊房到板屋，既有歷史演變的遞進關系，又有平行共同發展的特征。建筑講究依據客觀自然環境和氣候條件建造，按照功能分區劃分室內空間和剖面空間，形成由低向高的收分，猶如自然生長的形狀，呈梯形，遠看和山、樹一樣的形態，十分穩固，彰顯了建筑與自然之間的和諧景象。這一切歸功于羌族傳統建筑處處都考慮到氣候環境對羌族人的居住、生活與勞動的影響，羌族人均依照它們來考慮設計和建造。而這些考慮結果和實施辦法又都被羌族匠人所傳承，并為羌族世代人民所應用，而后轉化成了一種可持續的、適宜的設計理念與營造做法，產生出節約、環保（節能、節地、節材、節財、節工、節時、環保）、長效、健康的生態可持續發展表現。

通過對羌族傳統建筑的研究，試圖從中能夠發掘出羌族人民的設計觀念和建筑的營造做法，為當今高山峽谷和高原地區建筑的設計獲得一些傳統優秀的生態可持續設計理念，為建設羌族、藏族地區的新建筑尋求到更多的民族文化思想，這樣看來對于羌族傳統建筑的研究是很有實用價值和理論意義的。

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文中圖片均為作者自繪或自攝。