傳統(tǒng)民居生態(tài)建筑經(jīng)驗的科學(xué)化與再生

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基本情況
    1996年,國家自然科學(xué)基金委員會(以下簡稱自然科學(xué)基金會)工程與材料科學(xué)部接受國內(nèi)建筑學(xué)科的幾位資深院士的建議,在國家自然科學(xué)基金項目申請指南中發(fā)布了《綠色建筑體系與住區(qū)模式》重點資助項目。由周若祁教授和劉加平等人領(lǐng)導(dǎo)的課題組,以《黃土高原綠色建筑體系與基本聚居單位模式》為題提出申請并于同年8月通過答辯獲準資助。1997年1月,劉加平、王竹兩位教授在延安向陜西省和延安市人民政府主要領(lǐng)導(dǎo)匯報了擬建立《棗園—黃土高原綠色住區(qū)示范基地》的建議,獲得陜西省政府立項和經(jīng)費支持,研究工作全面展開。同年2月,劉加平教授作為交流教授赴日訪問,邀請日方開展國際合作研究,并與日本大學(xué)吉田璨教授簽署了合作研究協(xié)議書。同年9月,吉田璨教授作為交流教授訪問中國,期間進一步落實了雙方共同研究的具體事項,實地考察了棗園示范基地,回國后,組織了由數(shù)名教授參加的研究小組。合作研究于1998年進入實施階段,日本大學(xué)方面以該內(nèi)容為題,申請并獲得日本國文部省學(xué)術(shù)振興會為期兩年的資助(2000萬日元),致使本合作研究正式成為中日兩國政府資助的國際合作研究項目。
    自1998年8月至200l年1月,日本大學(xué)理工學(xué)部先后5次派出由關(guān)口克明教授為領(lǐng)隊的調(diào)查團訪問中國,與劉加平領(lǐng)導(dǎo)的課題組組成聯(lián)合調(diào)查組,對傳統(tǒng)窯居和新型窯居建筑的夏季和冬季環(huán)境性能進行了現(xiàn)場客觀測定和主觀問卷調(diào)查。同時,中方曾5次派出10名教授和研究生訪問日本大學(xué)理工學(xué)部,就新型窯居的建筑設(shè)計方案以及新型環(huán)境與能源技術(shù)在窯居建筑中的應(yīng)用與日方進行研討。經(jīng)過四年多的艱苦工作,200l年4月,國家自然科學(xué)基金委員會組織有關(guān)專家對中日聯(lián)合課題組的研究成果進行了評審,給予了充分肯定;2002年6月,合作課題組向日本文部省學(xué)術(shù)振興會匯報了合作研究成果。
    2.傳統(tǒng)窯洞民居及研究
    窯洞民居是傳統(tǒng)建筑,不能一概而論地視為穴居(CAVE)。
    梁思成與林微因先生在1935年發(fā)表的《晉汾古建筑預(yù)查記略》專著中,曾將土窯(穴居)和磚窯(石窯)區(qū)分開來?!按u窯,乃是指用磚發(fā)券的房子而言。雖沒有向深處研究,我們?nèi)粽f磚窯是用磚來摹仿崖旁的土窯,當(dāng)不至于大錯?!贝u窯或石窯保持了土窯所具有的“冬暖夏涼”的長處,既具有同樣的保溫隔熱能力和良好的熱穩(wěn)定性,但基本上克服了土窯的潮濕、塌陷等短處。因此,在秦晉兩省,黃河兩岸,“無論貧富,都有磚窯或土窯。”到目前為止,黃土高原地區(qū)的傳統(tǒng)窯居建筑依然保持著完整的體系。
    學(xué)術(shù)界對窯居建筑的研究起始于20世紀80年代初期,起因于窯居建筑在處理人與自然的關(guān)系方面具有強烈的地域性特征和其眾所周知的“冬暖夏涼”熱環(huán)境特性。后因某些政治原因,很多人紛紛加入“研究”窯洞的行列,期間曾有過一場轟轟烈烈的研究窯洞的運動。回顧這段歷史,發(fā)現(xiàn)研究窯洞建筑空間形態(tài)的多,研究其產(chǎn)生和演變的社會經(jīng)濟及文化背景的少;研究窯洞冬暖夏涼及力學(xué)特性的多,研究如何發(fā)展和改進的少;按研究者的意愿進行試驗研究的多,而綜合考慮當(dāng)?shù)囟嘁蛩?、將新技術(shù)與傳統(tǒng)窯洞民居有機結(jié)合進行理論與試驗研究的少;定性研究或半定量研究表面現(xiàn)象的多,定量研究內(nèi)在規(guī)律和發(fā)展過程的少;理論成果多,應(yīng)用推廣成果少。城市化進程的加快促使西部地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)居住建筑規(guī)模不斷加大,人們對居住環(huán)境條件的需求日益提高。但黃土高原地區(qū)人居環(huán)境的現(xiàn)實狀況則難如人意:大多數(shù)居民依舊采用傳統(tǒng)的方法在建造傳統(tǒng)窯洞,少部分先富起來的中青年人開始“棄窯建房”;形體簡單、施工粗糙、品質(zhì)低下、能耗極高的簡易磚混房屋在黃土高原鄉(xiāng)村已隨處可見,人均能源和資源消耗成倍增長,生產(chǎn)生活污染物和廢棄物的排放量急劇增大,城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量每況愈下,極有可能重復(fù)發(fā)達地區(qū)人居環(huán)境所走過的先污染再治理的老路。
    產(chǎn)生如此扭曲的建筑文化現(xiàn)象有其復(fù)雜的社會根源。首先,盡管黃土高原地區(qū)傳統(tǒng)窯洞民居具有“冬暖夏涼”等多種生態(tài)特性,是典型的與環(huán)境“共生”的鄉(xiāng)土建筑,但因其空間形態(tài)單一、通風(fēng)不良引起IAQ(室內(nèi)空氣質(zhì)量:浮塵、CO2、CO、氧輻射)較差、建立在較為原始生產(chǎn)力水平之上的材料加工和建造方式,以及在概念上把質(zhì)量低劣的土窯與磚石窯居的混淆,致使人們把傳統(tǒng)窯洞民居視為貧窮、落后的象征,是終將被淘汰的洞穴或“生土掩體”,在英文中也被譯作“CaveDwellings”(穴居)。其次,雖然國內(nèi)外對傳統(tǒng)窯洞民居的研究工作已歷經(jīng)幾代,但研究內(nèi)容主要集中在傳統(tǒng)窯居的空間形態(tài)及其歷史演變、現(xiàn)有窯洞居住環(huán)境條件的簡單改善等方面。至于如何將現(xiàn)代建筑理論和技術(shù)與傳統(tǒng)窯居生態(tài)建筑經(jīng)驗有機結(jié)合,創(chuàng)造適合于黃土高原居住建筑形態(tài)方面,成果甚少。
    3.合作研究目的、內(nèi)容和成果
    由中方提出、雙方共同研討確定了中日國際合作研究的目的:以人類住區(qū)可持續(xù)發(fā)展的思想為指導(dǎo),以綠色生態(tài)建筑的基本原理為依據(jù),以現(xiàn)代建筑科學(xué)技術(shù)為手段,以傳統(tǒng)黃土高原窯洞民居為案例,通過挖掘整理傳統(tǒng)民居中的生態(tài)建筑經(jīng)驗,研究創(chuàng)造出既適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)生活方式、具有現(xiàn)代建筑氣息,又繼承了優(yōu)秀傳統(tǒng)民居生態(tài)建筑經(jīng)驗的新型居住建筑體系。開展的主要研究工作內(nèi)容有:
    3.1 傳統(tǒng)窯居生態(tài)建筑經(jīng)驗的科學(xué)化與技術(shù)化研究
    傳統(tǒng)窯居中的生態(tài)建筑經(jīng)驗包括它固有的建筑節(jié)能特性、適應(yīng)地區(qū)氣候特性、使用當(dāng)?shù)亓畠r低能耗健康建筑材料特性以及保護基地周邊自然環(huán)境特性等,為此,開展的具體研究工作包括窯居建筑熱穩(wěn)定性的定量化測試,窯居建筑冬、夏季室內(nèi)熱環(huán)境及PMV-PPD指標(biāo)定量化,窯居建筑室內(nèi)光環(huán)境及采光系數(shù)的測試評價及改良措施,窯居建筑室內(nèi)IAQ測試評價,窯居建筑爐灶—火炕熱能再生利用效率測試以及窯居建筑的細部構(gòu)造等。
    3.2 新型窯居建筑的設(shè)計、工程試驗和科學(xué)評價研究
    研究創(chuàng)作出適合于黃土高原地區(qū)的新型居住建筑體系,是課題研究的終目的。為此,經(jīng)過專業(yè)人員大量的設(shè)計創(chuàng)作、與眾多窯居住戶和工匠的商討、科學(xué)的模擬分析和評判,確定了終實施方案。由于引入了被動式太陽能利用技術(shù)、自然通風(fēng)降溫技術(shù)等,在新型窯居建筑的建造前后,完成了新型窯居太陽房動態(tài)熱過程模擬與測試評價,新型窯居太陽房各項物理環(huán)境特性指標(biāo)的比較測試,新型窯居建筑太陽能利用率測試評價,地冷地?zé)嵬L(fēng)系統(tǒng)性能測試評價,室內(nèi)空氣質(zhì)量(IAQ)綜合測試評價。同時,進行了住戶對新型窯居建筑的主觀評價(問卷調(diào)查)調(diào)查研究工作。
    研究理論成果包括建立了傳統(tǒng)窯居建筑物理環(huán)境評價指標(biāo)體系,通過系統(tǒng)分析新型窯居太陽房的熱過程理論,得出了新型窯居建筑設(shè)計方法、零輔助能耗窯居太陽房熱工設(shè)計方法以及新型窯居建筑綠色性能評價指標(biāo)體系。
    合作研究為雙方培養(yǎng)了一批專業(yè)人才,包括建筑環(huán)境工學(xué)博士6名,其中日方1名,中方5名;建筑環(huán)境與建筑設(shè)計工學(xué)碩土20名,其中日方5名;雙方共同公開發(fā)表研究論文和研究報告印余篇,出版學(xué)術(shù)專著3本。
    4.應(yīng)用前景
    中日合作課題組經(jīng)過幾年的努力,運用社會學(xué)、人類學(xué)、歷史學(xué)、綠色建筑學(xué)、建筑技術(shù)科學(xué)的原理和方法,在延安棗園建成了黃土高原綠色住區(qū)示范基地。新型窯居建筑的建成使用,標(biāo)志著陜北黃土高原地區(qū)傳統(tǒng)窯居住區(qū)可持續(xù)發(fā)展研究取得了突破性進展,證明了地方傳統(tǒng)民居與現(xiàn)代綠色建筑原理和綠色建筑技術(shù)相結(jié)合,是中國優(yōu)秀傳統(tǒng)民居建筑的發(fā)展方向。目前,來自各個階層,從偏遠山區(qū)的窯洞居民,到延安地區(qū)的政府機關(guān)于部,都絡(luò)繹不絕地來到延安棗園村,參觀、考察新型窯居建筑。毫無疑問,蘊涵于中國傳統(tǒng)窯洞民居的優(yōu)秀建筑文化和生態(tài)經(jīng)驗,將隨著新型窯居建筑繼承下去?!皬男滦透G洞的建成,我們可以欣喜地看到,中國現(xiàn)代建筑已開始尋找到其文化與地理的根系。在北京和西安,西方格調(diào)的新建辦公樓櫛比鱗次,相比之下,這些新窯洞顯得貌不驚人,但卻因此更加珍貴,因為它富有創(chuàng)意,體現(xiàn)了中國現(xiàn)代建筑的精神?!薄拔靼步ㄖ萍即髮W(xué)在研究發(fā)展新型窯洞建筑方面的成就,對于西方的可持續(xù)發(fā)展理論,亦將是極具價值的貢獻”(華盛頓州立大學(xué)Intemet網(wǎng)站)。
    5.體會與建議
    5.1 建筑學(xué)科學(xué)研究的特點
    建筑學(xué)是諸多工程科學(xué)中,兼有社會科學(xué)和藝術(shù)學(xué)屬性的一門綜合性學(xué)科。建筑設(shè)計對現(xiàn)代建筑科學(xué)技術(shù)的運用,對其適宜性的要求遠遠大于技術(shù)本身的先進性;我們已經(jīng)有許許多多的技術(shù)研究成果,包括自然能源利用技術(shù)、節(jié)約資源技術(shù)等,但由于適宜性較差,在建筑設(shè)計中很少被使用。建筑又具有強烈的地域性和民族性,不同社會經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展水平、不同的地理地質(zhì)與氣候條件,其建筑形式完全不同。地區(qū)建筑學(xué)已成為建筑學(xué)的前沿,可持續(xù)發(fā)展問題的提出,拓寬了建筑學(xué)的研究視野和研究領(lǐng)域。因此,建筑學(xué)科開展人居環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展研究,需要有不同專業(yè)方向的研究人員共同合作,才有可能取得成果。
    5.2 建筑學(xué)國際合作研究的目的和內(nèi)容
    發(fā)揮各自的優(yōu)勢、取長補短,是國際合作研究的一般規(guī)律。對于建筑學(xué)科來講,這種規(guī)律體現(xiàn)的更為明顯。綜觀我國建筑學(xué)科的研究水平,整體來說,還落后于發(fā)達國家;我方的優(yōu)勢在于,在我們國家快速的發(fā)展過程中,有許多實用性很強的研究課題,而且我們還具有一大批了解自己國情的研究隊伍,包括教授和研究生;我們的劣勢則是缺乏先進的研究思想和方法,我們的建筑教育,一直是重表現(xiàn),輕內(nèi)涵。同時,我們還缺乏先進的測試儀器和設(shè)備。我們的優(yōu)勢和劣勢,恰好是對方的劣勢和優(yōu)勢。利用國外先進的建筑觀、先進的研究方法和手段,利用我們的研究條件,研究適合于我國國情和不同地區(qū)特點的建筑,是中國建筑學(xué)科發(fā)展的永恒主題。