窑洞营造技艺中的科学智慧

李佳琦

窑洞是黄土高原特有的一种民居形式，是人类早期穴居发展演变的实物遗存，广泛分布于山西、陕西、甘肃等地。位于陕甘宁三省区交会处的甘肃省庆阳市，被中国民俗学会命名为“窑洞民居之乡”，庆阳窑洞营造技艺也被列入第二批国家级非物质文化遗产名录。窑洞在不同自然环境、地貌特征和地方风土的影响下，形成了各种不同的样式。让我们一起看看窑洞中的科学吧！

窑洞的圆拱造型使其受力均匀、不易坍塌

诞生于黄土中的居所

黄土高原是世界上最大的黄土堆积区，也是世界上黄土覆盖面积最大的高原。当地居民用自己的智慧，向赖以生存的黄土内部探寻空间，创造了窑洞这一冬暖夏凉的建筑形式。

在20世纪，“陕甘革命根据地为党中央和各路长征红军提供了落脚点，为后来八路军主力奔赴抗日前线提供了出发点”，一排排窑洞见证了中国革命的发展与成熟，寄托着中国人民的希望和力量。

黄土具有良好的保温性，结构紧密、不易坍塌、适于挖凿。生土窑洞（有别于砖石材料做的窑洞）常依托自然生成的向阳黄土壁建造。因为向阳的黄土壁能保持干燥，而干燥的黄土硬度更高，能保障安全。黄土高原地区降雨偏少，对挖凿窑洞也十分有利。

每一孔窑洞宽4～5米，高5～6米，深9～10米。这些洞穴最大的特征是顶部为类似抛物线的拱形，拱上面一般留有至少3米厚的黄土层，从而保障建筑不被雨水淋透。

奇妙的减法建造

生土窑洞的建造过程较为简单，却处处蕴含着智慧。它依托黄土进行减法建造，省去了备料和运输等流程。

开凿洞穴。匠人用铁锹、铁锨（xiān）、镢（jué）头等工具将土从黄土壁上挖出，形成弧形的拱顶；用石杵（chǔ）或木杵夯实土方；之后抹上用水、黄土和碎麦草和（huò）好的黏泥，使洞穴表面光滑。

挖拱顶洞穴

防水处理。为了防止雨水从窑洞口流入建筑，匠人会用薄石板做类似屋檐的窑檐，石板平铺好后上面压一些重石块。为了提高防水性能，匠人会在此基础上，在窑洞口处做砖石砌口或砌窑面，称为砖石砌口窑洞。随着当地人生活条件的改善，在生土窑洞内加建砖石拱的做法也较为常见。

安装木质门窗。这些木质门窗会在现场测量，确定尺寸后加工组合，通常为一扇门、一至两扇低窗和一扇高窗，在满足采光需要的同时，空气可以上下对流，使窑洞内有源源不断的新鲜空气。

室内的布置。传统的窑洞内不用床，而是会请技艺好的匠人砌筑灶台、火炕和烟囱，这样可以将做饭时烧柴火的热量留在炕洞中，让炊烟从烟囱中排出。

建造窑洞的原材料虽然很少，但窑洞与黄土地互为一体，又使它成为材料最厚实的建筑。

窑洞的窗户图案（绘图/ 黄金）

窑洞室内布置炕洞图（绘图/ 魏欣）

了解了窑洞的这么多特点后不难发现，它用料节约环保、室内环境舒适且与环境和谐共生，是被动式的生态建筑，更是当之无愧的中国五大特色传统民居建筑形式之一。如今，许多窑洞已经得到了保护，窑洞的拱形特征也被作为设计语言用在现代建筑中，形成了很强的地域特色。

（责任编辑 / 高琳 美术编辑 / 胡美岩）

知识链接：窑洞的主要形式

除了生土窑洞，还有砖窑、石窑或混合材料建成的窑洞。一家人至少有3～5孔窑洞，窑洞之间有不同的排列方式，窑洞与环境之间也有不同的融合方式。

第一种是开敞式靠崖窑，也就是依靠山角或沟畔等处的黄土壁挖出的窑洞。窑洞前面是天然形成或人工平整过的开敞平地。小的窑群呈一字形排列，大的窑群层层后退叠压，坡道相连，蔚为壮观。

第二种是下沉式地坑院。地坑院是黄土高原古人穴居方式的遗留，可以追溯到4000多年前。这类窑洞是在平整的黄土地基上向下挖出方形洞，形成四面土壁，再利用這四面土地向内挖多孔功能不同的窑洞，例如主窑、副窑、厨窑、牲口窑、粮窑、柴草窑等，很像“地下四合院”。居民通过有坡道或台阶的墁道进出地坑院。为了防雨和蓄水，院内会挖一口深井用来渗水。

第三种是独立式覆土窑。这类窑洞受地形的限制较少，只需以黄土作为地基，内部可以像楼房一样进行墙面抹白等装修。

在生活中，各种类型的窑洞会相互配合，共同顺应地形，达到最佳的布局效果。

 各类窑洞修建位置示意图（绘图/魏欣）

知识拓展：中国五大特色传统民居建筑形式

中国五大特色传统民居建筑形式包括陕西窑洞、客家围龙屋、北京四合院、广西杆栏式和云南一颗印。（关于杆栏式、抬梁式、穿斗式可详见《知识就是力量》杂志2023年3月刊）