傳統(tǒng)建筑院落的微環(huán)境設計分析和概念應用策略

錢文戩 鄧 曦

同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司 上海 200092

院落式組合是中國傳統(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，木構體系和對于多樣化的空間、功能組合的需求，形成了不同于西方建筑的布局形態(tài)，巧妙地實現了內外空間的過渡與轉換，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。中國古代建筑一直面對著內部與外部空間的辯證關系，在儒道、風水堪輿和民俗文化的思想影響下，建筑不再是一個封閉的箱子，與外部產生積極的聯系，內院處于內部區(qū)域空間的核心，卻又產生了外部空間的效果，將外部環(huán)境自然地引入室內，同時可變余地非常之大，根據場所空間的大小、自然環(huán)境的不同，進行組合、疊加、變換，塑造各種應用場域。對于現代建筑設計，院落式布局不僅對于內外空間的過渡轉換有著積極的借鑒意義，其對微環(huán)境的營造也表達著因勢利導的自然生態(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、半封閉圍合構成，標定了內外領域的不同。庭院是平面構圖布局的中心，也是整個組群的功能樞紐，分劃和聯系著周邊的不同建筑，銜接和串聯著組群的各條功能流線。對外相對封閉，對內互融開放，周邊的房屋以各種方式設置門窗等通行及視覺廊道，從而達到內外各個空間的溝通，通過檐廊等形成用過渡空間組織內外的序列，形成內外漸變的院落特征。院落也承擔采光納陽、通風防風、控水控濕、隔音降噪的責任，是使用者之間、使用者與自然之間主要的交流場所。

1.2 院落調節(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，能適度自我調節(jié)氣候條件，北方地區(qū)建筑為了防寒保暖，大多數建筑面北朝南，間距開闊，廂房錯開對正房的遮擋，盡可能利用陽光的能量；而在東南地區(qū)，濕度大悶熱，院落功能是組織通風而降溫，狹小的庭院可遮蔽夏日陽光，正廳高大寬敞，前后留有通透的門窗，通風散熱條件良好，院內水汽蒸發(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)境的技術分析

微環(huán)境可以通過實測和計算機軟件仿真進行類型化研究。如對不同院落組織形式的建筑，在設計上找到適宜地理和氣候的策略，分析比較院落進深、面寬、樓層高度等對院落周圍及建筑環(huán)境的影響[1]；也有用計算流體力學技術模擬合院的風熱環(huán)境，定量分析氣候設計策略，得出符合氣候適應性的當代合院形式建筑定量化設計依據[2]。

2 傳統(tǒng)建筑院落的微環(huán)境營造方式

對于傳統(tǒng)建筑來說，營造方式是對地域材料、氣候等情況的一種技術反映，體現了長期的實踐智慧，其工法技藝價值并不低于歷史文化價值。隨著建筑生態(tài)和綠色營建的理念，使吸取傳統(tǒng)經驗的設計策略具備應用實踐的意義，通過技術分析進行系統(tǒng)化環(huán)境營造[3]。

2.1 熱光環(huán)境和聲環(huán)境

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

2.2 熱風環(huán)境

在江南地區(qū)的傳統(tǒng)民居，深墻大院，外圍開窗少，空間進深大，其中設置小型庭院來滿足采光需求，不同庭院形成內外空氣溫差，自然對流通風，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效應，這在當前建筑密度高的地區(qū)也具備應用的意義，建筑進深大時配置小型中庭，導入光線和空氣。南方的天井式民居適應炎熱、多雨地區(qū)，院落縮小，屋檐長挑避雨，同時構成小尺度的天井，圍合院落以天井為中心促進通風，四周建筑阻擋了陽光直射，白天天井中的室外空氣溫度低，低溫的空氣流向室內溫度較高的區(qū)域，形成物理學的熱壓通風效應，比如廣州西關小屋，是因前天井受曬面積比后天井大，受曬時間長，溫度高，室外為靜風時，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，建筑院落對熱風環(huán)境的組織如圖1所示。

圖1 建筑院落對熱風環(huán)境的組織

2.3 植物和景觀氣候環(huán)境

庭院綠化是營造傳統(tǒng)院落式建筑的重點，院落內種植各種喬木、花草、爬藤，不僅改善院內熱環(huán)境，而且對院內空氣、土壤、水進行生態(tài)式的循環(huán)處理，吸收二氧化碳，釋放氧氣。樹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，可阻擋陽光直接照入室內；冬天葉片凋零，陽光可以透過，室內溫暖明亮；在北方地區(qū)的院落內，由于缺乏活水，院落中央常常擺上魚缸，即可以觀賞，也可防火，另外還有調節(jié)庭院濕度、溫度等微氣候的功能。

2.4 微環(huán)境體系構成

以典型皖南民居為例（如圖2所示），外墻封閉高聳，一個合院形成一個整體，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的陰影中，有效遮陽拔風。這種小尺度天井合院格局有利于抵御南方強烈的日照，很好地適應了夏季多雨、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)構成

3 技術分析和優(yōu)化

通過類型化分析確定研究模型，現場實測結合計算機量化模擬，可以對項目案例設計進行優(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

對庭院尺度和建筑屋頂構造（坡度、挑檐等）的設計優(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)域太陽輻射量大，深色區(qū)域輻射量小。7月份模擬中，無挑檐組上部太陽輻射量很大，有挑檐組上部輻射量較?。?月份模擬中，雖然兩組下部輻射量均較小，但上部有無挑檐的輻射量相似，出檐并未對冬季建筑采光得熱造成影響，江南地區(qū)出檐基本可達到夏季遮陽且冬季不影響采光的作用。根據分析，當庭院尺度一定時，庭院上部的氣候調節(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 庭院和建筑屋頂設計對光熱環(huán)境的控制

3.2 南方地區(qū)院落尺度對光環(huán)境的影響

對于較小的中庭，開始尺度增加，光照并沒有改善，隨后快速增加至再略減，中庭面積為1.2S時出現最大值。通過室內平均照度值變化規(guī)律，可以發(fā)現在一定范圍內增加院落面積，能夠有效改善建筑室內采光，但并不隨著院落面積的增加而無限增加，如圖4所示。

圖4 中庭院尺度對建筑室內照度影響的分析

3.3 北方地區(qū)院落的風環(huán)境優(yōu)化

在院落改造的通風優(yōu)化策略中，合理調節(jié)庭院尺度，中庭長寬比2:1時有最佳通風效果，渦流面積的占比小，庭院中布置適量植物可以導引風向，向院落四周發(fā)散，還可以調整門窗設置，改善房間通風條件。對于風速場，院落越開闊，風速場分布越趨于均勻，在自然通風條件下，院落空間能維持穩(wěn)定的風環(huán)境，夏季引導自然通風對流，冬季防御強風冷風穿透。傳統(tǒng)建筑的坡屋頂坡度可以引導氣流，在相同尺度條件，加大挑檐能夠擴大室外風環(huán)境穩(wěn)定的范圍，當檐廊下形成低于1m/s左右的風速，建筑外側的渦流效應能夠有效減弱，自然通風的同時不妨礙人活動的舒適感。設置檐廊可以調節(jié)院落風環(huán)境，在建筑寬度小于高度三分之二時，能起到較好的防風作用，如圖5所示。

圖5 四合院的風環(huán)境優(yōu)化

4 微環(huán)境概念設計應用策略

微環(huán)境包括空氣環(huán)境、熱環(huán)境、風環(huán)境、光環(huán)境、濕度（水）環(huán)境以及聲環(huán)境等，可以通過微環(huán)境設計改善各項適應性指標，從可持續(xù)發(fā)展的思想來詮釋建筑與環(huán)境關系的內涵，促進人造建筑與自然環(huán)境的生態(tài)平衡。

4.1 基礎條件調研

對地域的地理氣候、周邊環(huán)境、人文傳統(tǒng)和建筑營造特點進行研究，包括氣候、材料、地形特異性等。提取傳統(tǒng)建筑院落的設計原理和營造技法，比如價值取向的判斷依據、經驗數據、建筑院落組織形式、建筑形制和構造、材料的選取和使用等，包括一些被動式低能耗和生態(tài)循環(huán)利用的方式。

4.2 建立微環(huán)境設計目標體系

匯總項目各項微環(huán)境構成要素，根據使用功能和使用者情況，對建筑院落中的各類行為和感受的需求進行評估，得到整體和局部區(qū)域的微環(huán)境控制要素，區(qū)分重要度和可實施性，形成微環(huán)境設計目標體系。

4.3 形成概念設計策略

場地的地形地勢、自然資源的利用和共生、建筑朝向、建筑尺度及對位關系、院落布置的組織形式、建筑構件構造關系和形制、各類材料選取和使用、構筑物和景觀要素的布置等，構成了院落微環(huán)境的塑造和影響要素，對這些要素進行層次區(qū)分，結合地域氣候特點，歸納微環(huán)境的主要目標和矛盾，形成概念設計策略。

4.4 量化分析和優(yōu)化

通過實測和計算機數值模擬工具，進行量化分析和優(yōu)化。各類微環(huán)境模擬分析的軟件很多，實踐中應摒棄既有設計的圖顯化流程，賦予目的和成效，較為關鍵的是：建立目標，就是量化分析需要解決什么問題，這也決定了模型的建立；系統(tǒng)參數輸入，即包含地理氣候等基礎數據的模擬可靠度，也要求對場域環(huán)境真實狀態(tài)的提取，否則得出的結論會偏頗甚至相反；制定量化指標評價標準，各類微環(huán)境舒適度指標，比如院落建筑的溫度環(huán)境營造中，過渡區(qū)域的合理曲線變化；類型化和比較方法，基于理論概念尋找控制因素，通過分析，結合評價體系，切實優(yōu)化改善微環(huán)境，并在實施后進行實測復核和經驗積累。

5 結束語

建筑與自然的和諧相處，不僅體現在設計節(jié)能性能方面，還體現在如何利用空間設計將自然更好地引入到建筑，使其與自然的互動，在當今建筑設計中，需要突破形式上的模仿，轉向營造傳統(tǒng)院落體現出的自然生態(tài)理念。