传统民居中斜向门道空间营造智慧

韩卫然，严少飞，孙鸽

(西安建筑科技大学建筑学院，西安 710000)

建筑既包含建筑本体，又囊括自身形成的空间环境。“建筑与自然环境的内在有机联系，既体现在外部又体现在内部[1]”，建筑与环境的关系极为密切。在诸多环境因素当中，风环境是能够对建筑的营造布局产生直接影响的气候条件之一[2]。传统民居在应对气候条件方面所产生、实施并传承下来的一系列绿色营造经验，值得深入研究与挖掘。近年来随着研究的深入，中外学者在此类研究领域取得了诸多成果与进展。李昉芳等[3]根据晋南民居四合院“四大八小”的院落格局，进行了院落划分，并基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)模拟分析进行了定量分析研究，对冬夏两季风环境不同要求展开讨论。程文娟等[4]基于晋北地区留存的传统民居，以新平堡瓮城等建筑为例，进行了空间中的风环境模拟分析，对晋北民居的客观存在条件进行了技术分析与科学研究；王泽发等[5]以东南沿海地区的泉州民居为例，对杨阿苗故居进行了数据分析与风环境模拟，分析了建筑风环境与开间尺度与空间舒适度的关系；刘学卿等[6]以鄂东北民居传统的通风技术为研究对象，研究分析了民居空间与通风规律的内在联系，并基于模拟结果对鄂东北地区传统民居提供了优化设计方法；彭小洪等[7]通过模拟传统民居伟训堂的建筑物理环境，验证了传统伟训堂良好的通风性能，为现代居住设计提供了一定的价值借鉴。总体而言，在诸多传统民居的科学研究中，主要集中于建筑空间及地域性区域营造研究，缺乏从全国视角下对于传统建筑自身涵育的科学机理与绿色营建价值的深度探讨。

基于此，通过对传统民居建筑在相关营造做法上如何调适风环境，进行科学化的量化分析，能够更加系统的提取相关绿色营造经验，并客观的感知其自身所存在的营造机理，梳理总结传统民居建筑中的绿色营造经验智慧。

1 斜向门道空间

1.1 研究概况

对于传统民居建筑相关研究：目前来看，多集中于建筑本体的勘察测绘、建筑文化、历史沿革以及文物保护等方面，对其绿色宜居营造经验及其科学化的探究相对略有不足。传统建筑中有关于“斜向门道空间”的研究并不多，目前相关研究,于其关联性较强的研究成果基本存在于传统民居建筑的研究中，且多以分散的地域性研究为常态，多是谈及建筑构造或者文化意象时附带提及，鲜有对其蕴含的营造机理及其科学价值进行全国层面的专门性探究与对比分析。

基于全国层面初步统计的案例样本，探究“斜向门道空间”在不同的地域范围、营造位置、气候分区等影响因素下，借助风环境模拟数据，分析此类营造是如何适应具体空间环境的。通过对数据的整理与分析，研究具有斜向门道空间的民居建筑在常规主导风向下，如何影响风环境的状况及变化，并从中获取其蕴含的营造经验与智慧。

1.2 概念与分布

1.2.1 概念阐释

传统民居建筑，在空间布局上以体现明确且中规中矩的轴线对称为主流形式[8]，但建筑入口轴线与其建筑主轴线呈现“斜交式”的布局模式，即地方民俗中所讲的“斜门歪道”，在中国各地的传统建筑营造实践中也分布广泛。这种有意扭转门洞朝向，使之与建筑主轴线产生交叉偏斜现象的营造做法，即为斜向门道，其所生成的空间即为斜向门道空间。

1.2.2 空间分布

根据目前初步调研统计结果，全国范围内至少有38处(同一村落中包含多处时，按村落整体归为一处，如山西李家山村、贵州镇远古镇、安徽歙县古城等。“斜向门道空间”实例样本，从类型上可分类为：祠坊5处、传统民居30处、其他3处。)其中，传统民居又可细分为城镇民居5处和村落民居25处(此民居数量仅为截至目前已明确具有代表性的调研存在数量，非客观意义上的绝对数量)。从数量及分布范围来看，遍布中国大陆南北方，以华中地区、西北地区、长江中下游地区、云贵地区和岭南地区最为多样丰富，在地域分布上具有广谱性，营造形式类型多样且文化层次丰富。此类建筑形式能够反应地域性建筑的绿色营造经验与理念，具有一定的研究价值。

1.3 案例选取

基于目前所统计到的38处全国范围内的营造案例，对其进行分类统计，并结合类型划分、营造形态、地理分布、地形地貌5个因素进行综合选取，详述如下。

1.3.1 选取思路

(1)在研究对象的类型划分上，提取占比最大且最能够体现日常使用意义与价值的“村落民居”为研究样本。

(2)在研究对象的营造形态上，考虑到尽可能体现不同构造位置所具有的有效性，同时还需涵盖建筑空间环境的整体性，因此提取室内门道、宅院门道、巷道3处典型建筑空间节点作为重点研究部位。

(3)在研究对象的地理分布上，为验证此类建筑形式在不同地域区划中所能够对当地气候条件下的建筑微环境产生何种物理作用，尽可能提取南北跨度大，且尽可能保持相近经度(地方时、日照轴线相同)的建筑样本。

(4)在研究对象的地形地貌上，保障涵盖全面，选取山地、高原、平原3种典型地表形态，且在地理区位上纵贯南北。

(5)在研究对象的气候分布上，涵盖中国民居占比最大的亚热带大陆性季风气候区、暖温带半湿润大陆性季风气候区和温带大陆性半干旱季风气候区。

1.3.2 选取结果

基于以上5个关键因素相叠加，从中遴选出了同一种营造做法的3个层级，即：一处室内居住空间[图1(a)]、一处建筑群组院落空间[图1(b)]、一处村落巷道空间[图1(c)]，分别从室内、宅院、村落3个空间层级加以分析其营造意义与价值，如图1所示。

图1 建筑实景

2 计算机模拟前期

2.1 模型建立

研究拟采用二维平面模型，模型的建立主要基于实际调研信息的整合。同时为较直观的对比出斜向门道空间的风场变化，在原始模型信息数据基础上，将原有二维平面模型的入口方向调整，比较分析入口方向改变时建筑内部空间所形成的风场变化，从而探究风向与入口之间的关系，所建二维平面模型如图2所示。

图2 二维平面模型的构建

此外，在构建二维平面模型时，为提升运算速度，将对应模型简化整合，如将墙体外缘轻微残损、局部构件残缺等细节忽略不计，修补形体局部残缺等，保证原貌的前提下尽量简洁、完整。

2.2 气象数据收集

气象数据是计算机模拟实验能否接近真实值的关键因素[9]。根据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》载录的室外气象参数，同时查阅当地官方公布的气象信息，收集了湖北宜昌、山西大同和山西运城3个区域的近10年风气象数据资料，分别提取出风频、冬夏两季平均风速、冬夏两季室外大气压力、风向等对标点数据，将这三处地点的气象数据进行摘录统计，如表1所示。

由表1可知，这三处地区冬季平均风速在 1.4～2.4 m/s，冬季室外最多风向的平均风速在2.3～3.1 m/s，夏季平均风速在1.9～3.0 m/s，总体而言风速在季节上相对平稳。大同市因接近西北风带而以北风为主，东南风多集中出现于春夏秋三季，而以夏季为主。但考虑到中国民居的客观居住习惯，冬季室内外空间互动性弱，对风环境的舒适度要求更高。

表1 案例对象的气象参数统计

因此，研究斜向门道的风环境对空间中人体舒适度的影响，统一选取风向为正门水平来流送风、最大平均风速分别为室内2.3 m/s、院落3.1 m/s、巷道2.7 m/s的风速进行空间模拟。

2.3 CFD模拟及工况界定

当下对于空间风环境的研究方法主要分为实验法与数值法两种，实验法倾向于仪器实测，这种方法通常更加适用于大型且复杂的建筑空间环境，通过长周期不间断监测来获取所需信息数据；而数值法是在掌握基本数据的基础上，通过计算机模拟来演算目标空间的虚拟仿真环境，具有信息处理快速，数据模拟切合度高等特性。其中，CFD作为一款气流分析的模拟方法，在发展应用成熟度、模拟数据仿真度以及业界使用认可度等方面都具有很高的评价[10]。采用CFD技术对传统民居建筑中的斜向门道空间进行风环境模拟，分析该营造做法对其空间风场的调控效果。

所探讨的传统建筑的构造做法与室外风环境，主要是基于物理风压导致空气流动而形成风，探讨风在经过斜向门道空间时，受建筑形体及其构造的约束与干扰后所产生的气流及风场变化，依托CFD模拟方法所建立的数值模型，模拟中忽略贴近墙体面壁的空气与墙体之间的热交换，忽略空气密度变化，对该空间稳态流场进行计算分析。

3 模拟过程

为了探讨斜向门道空间对风场风环境的影响机制，分别建立两个不同入口方向的二维空间模型，对“室内”“院落”“巷道”三处不同空间所共用的同一营造形式进行风环境模拟与分析，通过对既有形式与调整之后的一般入口形式在相同风场环境中的不同变化，来加以分析与论证此类建筑营造形式与做法调适风环境的有效意义。具体详述如下。

3.1 室内入口及室内空间风环境分析

3.1.1 室内风环境分析

当来流风以2.3 m/s的风速通过室内门洞后，因门道倾斜而导致风向出现偏差，受后墙阻挡，风会沿墙向两侧分流，但总体两处分流区域的风速差别不大，室内具体风速分布如图3所示。

图3 室内斜向风环境模拟2.3 m/s

由图3可知，门洞入口附近的风速在2～2.6 m/s，而室内左侧因受到门洞开口方向影响，风速整体稳定在0.2～2.6 m/s，对人的活动不会产生影响，最适宜日常起居空间的安置；而室内右侧则变化较为明显，气流循环场地相对狭窄，气流流动性变强，入口及开窗处局部风速超过3 m/s，显然右侧区域内的风环境会更加影响到人的行为活动，在室内功能划分上，则更加适宜日常的室内空间活动，利于会客、厨务、存储等功能，从入口到室内风速总体是由大变小。

如图4所示，门洞入口附近，风速在2～2.6 m/s，来流风进入室内后基本向两侧均匀分散流动，因受到门洞尺度影响，室内中间风速有骤升现象，风速提升至3～3.4 m/s，在室内形成了比较明显的风压差值，“穿堂风”[11]现象明显。两侧风速基本相等，并形成区域涡旋，四周临近墙壁的来流风接触墙壁后，受到其反向作用力，风速有所提升。根据传统建筑的室内设计习惯，通常将床、厨等生活设施沿墙壁布置，因此，这种室内风场对人的日常起居会产生一定的干扰。此外，两侧窗洞处形成对称涡旋，两涡之间风速提升明显。从入口到室内，风速总体是由小变大再逐渐变小。

图4 室内正向风环境模拟 2.3 m/s

3.1.2 室内风环境模拟分析

由此可知，通过以上两组模拟场态的对比分析可以得出：门内侧的室内风环境，很大程度上是取决于来流风与入口的方位关系，具有斜向门道空间的建筑室内风场更具有相对可调适性。通过改变门道空间的方向，能够调节室内风场的变化，改善局部气流循环状态，从而起到提升日常起居空间的舒适性之目的。

(1)来流风向与门洞开口朝向最大程度影响建筑空间内部的风环境。当开口方向与建筑轴线发生倾斜时，建筑内部空间的风速分布出现偏移，风环境出现较为明显的变化。当开口方向垂直于建筑主轴线时，室内空间的风场基本均等，但入口处风速骤变明显，且内部沿墙壁风速相对加快，对日常起居有所干扰。

(2)门洞开口方向对室内入口两侧部分空间的风环境影响不大，但间接影响其空间中的日常活动范围与室内家具陈设及生活方式的调整。

(3)斜向门道空间可有效降低入口风速及其室内风场的相对分布，改善室内起居空间的风环境，影响室内居住环境的动静分区划分，提高室内空间的日常舒适性。

3.2 院落入口及院落空间风环境分析

3.2.1 院落风环境分析

当来流风以3.1 m/s的风速通过院落门洞后，在院落之中受周围建筑的围合约束，风在院中整体呈现一种逆时针单向循环状态，且从入口至院落中的总体风压差值较大，风速变化明显，院落空间具体风速分布如图5所示。

图5 院落斜向风环境模拟3.1 m/s

由图5可知，门洞入口处风速在3 m/s，通过院落斜向门道空间进入院落之后，风速明显降低至2 m/s，并且风向始终沿东侧厢房至北部外围墙壁，受其阻挡而分流两侧，其中左侧继续沿墙壁运动，在院中形成逆时针循环，此时风速逐步降低至1.2 m/s。院落四角与院落中央形成静风区；而院内左右两侧厢房风速变化相对明显，尤其是左侧厢房的入口处，气流流动性变强，入口处局部风速超过3 m/s，右侧厢房入口风速在2.8 m/s，其余正房与倒座入口基本稳定在1.4～1.8 m/s，从入口到院内风速总体是由大变小。

如图6所示，门洞入口附近，风速在3 m/s，受狭管效应[12]影响，来流风通过门道空间之后，风速提升至3.4 m/s，受到右侧厢房阻挡，风向改变并继续加速至3.4～3.6 m/s，从而形成院落中的“穿堂风”，受左侧厢房阻挡，继续发生风向变化，此时风速有所降低，并沿正房墙壁分流，受墙壁约束，风速减幅不大。在院落中形成多种流向，风场较为混乱。显然，正向门道来流风通过后的风环境会更加影响到人的行为活动，不利于院落空间的风场稳定，从入口到院内风速总体是由小变大再分散变小。

图6 院落正向风环境模拟3.1 m/s

3.2.2 院内风环境模拟分析

由此可知，通过两组模拟场态的对比分析可以得出：门道空间的角度，很大程度上能够影响整个院落的风场形态。具有斜向门道空间的建筑院落风场更加稳定，风场整体性较强，更加适宜人在院落空间中的日常活动。

(1)来流风向与门洞开口朝向对建筑院落风环境起到了重要影响。当开口方向与院落轴线发生倾斜时，建筑内部空间的风速及分布变化较为平缓，整体风场相对稳定，空间分布较为完整。当开口方向垂直于建筑主轴线时，院落空间的风速及分布相对于斜向门道更加具有直观的变化，整体风场较为混乱，支离破碎，并且来流风速提升明显，形成了“穿堂风”的不利环境，对人的日常生活影响较大。

(2)门洞开口方向对院落空间中边角空间的风环境影响不大，但影响其中心区域的风场完整性，斜向门道空间能够最大程度上保证院落整体风场的完整与有序。

(3)斜向门道空间可有效降低来流风进入院落后的狭管效应，并改变来流风的运动轨迹，提升院落空间的风环境，增强院落的日常使用舒适性。

3.3 巷道入口及巷道空间风环境分析

3.3.1 巷道内风环境分析

当来流风以2.7 m/s的风速通过巷道门洞后，受具体建筑空间形态及狭管效应的影响，风在内部分流，一部分呈顺时针循环，主体部分继续通过窄巷吹入院内，瞬间风力增大，风压差值显著，风速加快，巷道空间具体风速分布如图7所示。

图7 巷道斜向风环境模拟2.7 m/s

可以看出，整个巷道的风速分布情况变化相对稳定，局部差异显著。按照狭管效应理论，当气流由开阔地带进入狭窄空间时，流通截面骤减，空气流速急剧增加。来流风的流动轨迹是门洞外经过巷道门洞后的局部开敞空间，再通过民居巷道，进入宅院。

七级村的平均风速多在2.7 m/s，门洞与其内部空地的连接处，风速局部达到6.5～7.0 m/s，窄巷处风速虽局部达到6.0～6.5 m/s，但受到斜向门道的影响，整体呈下风速降低趋势，风速总体在3.0～5.0 m/s，并伴随着气流出现偏斜扭动现象，左侧窄壁处出现接近静风区状态。同时，窄巷虽有风速加快，但从模拟结果来看，整体并没有出现风速骤增情况。分析其原因，虽然前侧小开敞空间所形成的局部风循环，挤压来流风并局部提升了来流风进入后的初期风速，斜向门道朝向对整体风向与流速起到了扰动调节的效果，避免直吹直进，降低了窄巷中的狭管效应，改善了巷道中的微环境。

如图8所示，当来流风以2.7 m/s的速度直接吹入之后，起初前面局部小开敞空间部分无变化，影响不大。但进入窄巷之后，受狭管效应影响，风速骤然提升至4.5～5.0 m/s，且整个巷道风量分布密集，风速未见衰减，对人在巷道中的运动舒适性产生直接影响。从入口到巷内，风速总体呈由小变大趋势。

图8 巷道正向风环境模拟2.7 m/s

3.3.2 巷道内风环境模拟分析

巷道中的门洞开口朝向能够影响来流风的运动轨迹，有效调节巷道空间内部的风速。当开口方向与巷道总体方向发生倾斜时，巷道内部的风速分布出现偏异，风环境出现较为明显的变化。当开口方向垂直于巷道总体方向时，巷道空间的狭管效应明显增强，风速急剧升高，巷内风量密集增长。

门洞开口方向对巷前小开敞空间的风环境影响不大，但影响其局部空间的风向流动。具有斜向门道空间的巷前小开敞空间，能够在来流风进入初期，挤压其的运动空间，加并增大其运动扭曲，影响流风进入窄巷时的方向与路线。

斜向门道空间可有效改变来流风吹入的风向，降低窄巷中的狭管效应，改善巷道风环境，提升人的空间舒适性。

4 结论

(1)传统民居建筑归根结底，其营造目的是为人们提供宜居的生活空间，是为人的现实生产生活所服务的，它的产生与发展，必然是一种极为朴实朴素的客观实践。传统民居建筑在自然环境的长期探索实践中，逐步总结出了一些行之有效的、适宜其自身场所存在的应对模式与技巧，斜向门道空间便是其中之一。这类营造形式及其存在价值，或许放眼于整个民居建筑体系中，显得微乎其微，但这些做法背后无不蕴含一定的经验与智慧，无不体现出一种在有限条件下争取最大化和谐自然的绿色营造理念，这种精神内涵本身就很值得我们深入研究。

(2)主要利用数值模拟技术，根据明确的气象数据、测绘数据，客观的验证分析了传统民居建筑在应对自身场地空间环境中的营造经验及其有效性，对当下传统民居的建设模式具有现实意义。