杨 涛 （陕西理工大学土木工程与建筑学院，陕西 汉中 723001）

1 引言

从人类营建居所开始，利用物质条件和技术手段营造舒适的居住环境，一直是人类积极应对的课题。传统民居作为先民营造居所的实践产物，其多样的形态是生活在不同气候条件的人们，对居住舒适性的实践经验与智慧的物化结晶。分析传统民居建筑形态与环境的相互关系，一直是建筑学研究的重要问题。

合院民居作为传统民居中最主要的民居形制，不管是中原腹地还是边疆省份，均具有较为统一的平面形式，即民居平面多由若干居住功能的建筑单体，围绕庭院展开布局，形成一个独立的居住单元，根据围合庭院建筑数量的多少形成二合院、三合院和四合院。由于合院民居是以建筑和庭院共同组成，满足生活需求的居住单元，其在适应不同外部条件和内部需求的变化时，往往是保持建筑围合庭院这一基本的平面布局模式的基础上，通过调整庭院的大小、数量以及所围绕的建筑数量、大小、尺度等形态因素来实现。合院民居在我国广大地区的普遍存在，表明合院民居的平面形态的这种变化有着较好的适应性，既能很好地适应各地居民生活功能的需求，也能较好地适应各地不同气候条件的差异。基于这一特点，通过合院民居平面形态的特征，去研究合院民居的气候条件的适应性具有了可行性。

目前针对传统合院民居气候适应性的研究较为丰富。主要是以民居所在不同地区为研究范围，对民居气候适应性策略进行研究[1-4]，也有部分研究者尝试突破地区限制，从全国范围内对合院民居气候适应性进行了分析研究[5-8]，这些研究的共同点是对不同地区的合院民居形态特征进行了归纳和总结，多以定性分析为主。基于数理统计的方法对不同地区的合院民居形态差异由哪些气候因子引起，以及为适应不同气候条件民居形态发生的变化和调整的研究较少涉及。

本研究拟对汉中、韩城和宏村三个地区的传统合院民居形态指标进行比较和分析，并与所在地区的气候因子进行相关分析，探讨传统合院民居对气候条件的适应策略，以期通过本次研究，为传统民居形态对气候条件的适应性策略的研究提供参考和借鉴。

2 研究对象与研究方法

2.1 研究对象选择

本研究以合院式民居为研究对象，从气候分区属于寒冷地区的关中韩城地区和气候分区属于夏热冬暖地区的陕南汉中地区和安徽宏村地区，分别选择若干民居为研究样本，研究样本情况如表1所示。其中作为研究样本的汉中和宏村合院民居的相关数据主要来自笔者学院的古建测绘资料，韩城地区合院民居的相关数据主要来自《关中民居院落空间形态分析及应用》[9]和《韩城古城传统民居院落空间尺度的保护与延续研究》[10]两篇论文。

2.2 分析指标确定

①气候指标：研究地区的气候信息数据来自于国家气象科学数据中心提供的地面累年值数据集（1981-2010年）中与研究地区邻近的气象台站数据[11]。其中汉中地区的数据来自汉中台站，韩城地区来自渭南台站，宏村地区的气象数据选择其所属的黟县台站的相应数据。研究选取的气候指标包括年平均气温（annual mean air temperature，MAT）、年平均相对湿度（annual mean relative-humidity，MARH）、年平均降水量（annual mean precipitation，MAP)、年平均风速（Annual average wind speed，MAWS）、平均年日照时数（mean annual sunlight，MAS）。三个研究区域的基本气候信息见表2。

研究样本一览表 表1

研究对象地区的气候指标 表2

②合院民居形态指标：由于合院民居平面形态的基本构成模式是建筑围绕庭院展开布局，其形态主要由围合庭院的建筑形态和由建筑围合的庭院形态所决定。结合以往的研究，本次研究选择合院民居的庭院长度、宽度、长宽比、庭院的面积、庭院占比和庭院形态的紧凑度指数（Richardson指数）来表征合院民居中的庭院形态特征。

其中庭院占比=合院民居中庭院面积/合院民居的宅地面积

庭院长宽比=庭院南北方向长度/庭院东西向长度

一般进行形态紧凑度的计算，多是以圆为参照几何形状。考虑到合院民居中庭院形状以矩形为主，本研究中采用的紧凑度计算公式以正方形为参照几何形状。计算公式为，其中A为庭院面积，P为庭院的周长[12]。

合院民居的建筑形态通过正房以及左厢房建筑的面积、开间、进深等形态指标来表征。由于合院民居多对称布局，左右厢房形态基本一致，本研究仅选择左厢房作为研究对象。部分研究样本为三合院，因此本次研究不将倒座的形态指标作为研究内容。

2.3 数据分析方法

基本的数据统计利用Excel2013完成，数据的差异性和相关性运用SPSS22软件进行分析。由于合院民居形态的数据不符合正态分布和方差齐性，因此对合院民居形态数据的差异性采用非参数检验，对存在显著差异的形态指标（P＜0.05）用 Kruskal Wallis test进行两两比较。对三个地区合院民居形态与气候因子的相关性，采用Spearman相关性进行分析。

3 结果与分析

3.1 三个地区合院平面形态差异

研究样本的三个地区的合院民居多为四合院，其数量最多为24个，占研究样本的64.9%，其他合院类型数量为13个，占研究样本的35.1%。

三个地区的合院民居在庭院形态上多呈现出进深大，面宽小的纵深型的窄院形式。建筑组合关系上，韩城地区的合院民居厢房和正房之间往往留有“风道”，保证正房获得采光和通风，汉中和宏村地区的合院民居厢房和正房之间往往共用厢房山墙，布局上显得更为紧凑。

对三个地区的合院民居研究样本的庭院形态指标进行比较可以发现，见表3，表征庭院形态的6个指标中，庭院长度、庭院长宽比、庭院面积、庭院占比及庭院紧凑度均为韩城＞汉中＞宏村，仅有庭院宽度为汉中＞韩城＞宏村。

通过Kruskal Wallis test的成对比较可以发现，庭院形态指标中，宏村地区和韩城、汉中地区分别在庭院的长度、长宽比和庭院面积、庭院占比及庭院紧凑度存在显著差异（P＜0.05），汉中和韩城地区的合院民居庭院形态差异不显著。

对三个地区的合院民居研究样本的围合庭院的建筑的形态指标进行分析，通过比较可以发现，见表4，反映建筑形态的6个指标中，正房无论面积还是尺度上均为汉中＞宏村＞韩城，厢房的面积与尺度则是汉中＞韩城＞宏村。

建筑形态的差异性比较显示，三个地区中仅有汉中地区和韩城地区在正房的进深、正房的面积上两类指标上具有显著差异（P＜0.05），其他建筑形态指标上不具有显著差异。

3.2 气候因子与合院民居形态的相关性

对合院民居的8个形态指标与所在地区气候因子进行相关性分析与显著性检验，结果见表6、表7。

①气温。表征合院民居的院落形态的四个指标均和气温极显著相关，其中庭院的长（r=-0.441，P＜0.01）、庭院占比 （r=-0.495，P＜0.01）、庭院面积（r=-0.486，P＜0.01）3个指标和年平均气温极显著负相关，庭院紧凑度（r=0.550，P＜0.01）和年平均气温极显著正相关，庭院的长宽比和年平均气温显著负相关（r=-0.326，P＜0.05）。表征合院民居建筑形态的指标仅正房进深和年平均气温显著正相关（r=0.348，P＜0.05），其他建筑形态指标和年平均气温不存在显著相关。

②湿度。表征合院民居的院落形态的指标中庭院占比（r=-0.440，P＜0.01）年平均相对湿度极显著负相关，庭院紧凑度（r=0.392，P＜0.01）和年平均相对湿度极显著正相关，庭院面积（r=-0.293，P＜0.05）则和年平均相对湿度显著负相关。表征合院民居建筑形态的指标中正房进深（r=0.550，P＜0.01）和年平均相对湿度极显著正相关，正房面积（r=0.306，P＜0.05）和年平均相对湿度显著正相关。

三个地区合院民居庭院形态指标比较 表3

三个地区合院民居建筑形态指标比较 表4

三个地区合院民居庭院形态与气候因子的相关性分析 表5

三个地区合院民居建筑形态与气候因子的相关性分析 表6

③降水。合院民居的形态与降水的相关性和气温的相关性一致。

④风速。合院民居形态指标和风速的相关性和湿度正好相反。庭院占比（r=0.440，P＜0.01）和年平均风速极显著正相关，庭院紧凑度（r=-0.392，P＜0.01）和年平均相对湿度极显著负相关，庭院面积（r=0.293，P＜0.05）则和年平均相对湿度显著正相关。表征合院民居建筑形态的指标是正房进深（r=-0.550，P＜0.01）和年平均相对湿度极显著负相关，正房面积（r=-0.306，P＜0.05）和年平均相对湿度显著负相关。

⑤日照时数。表征合院民居院落形态的指标和日照时数不存在显著相关。表征合院民居建筑形态的指标中正房进深 （r=-0.637，P＜0.01）、正房面积（r=-0.388，P＜0.01）和日照时数极显著负相关，其他建筑形态指标和日照时数不存在显著相关。

4 讨论

4.1 三个地区合院民居形态特点

三个地区的合院民居的庭院形状中，宏村地区合院民居的庭院长度最小为5.24m±3.43m，汉中和韩城地区的合院民居庭院长度较为接近，分别为12.19m±4.36m和12.20m±3.61m，长度为宏村合院民居庭院长度的2倍以上。但三个地区合院民居的庭院宽度接近，分别为汉中地区（4.87m±2.73m）、韩城地区（4.36m±1.94m）和宏村地区（4.12m±1.65m），说明4m左右的庭院宽度是三个合院民居对气候以及使用功能适应后的稳定指标。三个地区合院民居中,汉中和韩城地区合院民居庭院长度较长，因此其庭院形状为长宽比3:1的狭长形状，宏村地区的长宽比仅为1.52±1.42，形状上更接近正方形。三个地区的合院民居的庭院大小，以韩城地区的最大，宏村地区最小，宏村地区合院民居庭院面积仅为韩城地区的1/3，而庭院占比重，韩城地区合院民居庭院占比接近30%，宏村地区仅为16%,只是韩城地区的1/2。说明宏村地区合院民居用地内，建筑的占比和密集程度远高于其他两个地区。若按照三个地区的地理位置，庭院形态上呈现出从北向南，庭院长度更短，面积更小，布局紧凑度也更高的特点。

三个地区的合院民居的正房开间尺寸非常接近为10m左右,且不存在显著的差异，见表4，正房的进深为汉中地区合院民居（7.29m±1.62m）的最大，韩城地区（4.60m±1.36m）的最小，汉中地区合院民居正房进深为韩城地区的1.5倍。表现在正房形态上，韩城和宏村的正房形状更接近2:1的偏窄长的矩形，汉中地区合院民居的正房形状则为“胖”一些的矩形。而厢房的形态特征以正房的相反，即三个地区合院民居厢房的进深尺寸接近，为3.5m左右，厢房长度有一定差异，汉中地区合院民居的厢房开间尺寸要更大，反映到形态上显得更为狭长（长宽比为3:1），韩城和宏村的厢房形状要偏短（长宽比分为2.6:1和2.4:1）。建筑形态没有呈现出庭院形态那样从北到南的变化规律。

4.2 三个地区合院民居气候适应性

本研究中的三个地区的气候因子，气温、降水随着地区所在地理位置的南移，呈现逐渐增加的变化规律，湿度则是同属夏热冬冷地区的汉中和宏村大于寒冷地区的韩城，日照时数则是汉中最小，韩城最大，宏村次之。若三个地区的合院民居在形态上的变化和气候因子的变化有某种相似性，可以认为合院民居形态上的变化是对气候条件变化的适应。

通过气候因子与合院民居形态指标相关性分析表明：除年平均日照时数外，其余四个气候因子均和庭院的形态存在极显著相关。其中年平均气温和年平均降水量与庭院形态关系最为密切，分别与庭院的长度、面积、庭院占比、庭院紧凑度4个形态指标呈极其显著的相关（P＜0.01），见表6。而建筑形态和气候因子的变化关系没有庭院形态那么密切。各气候因子中仅有年平均风速和年平均日照时数和建筑形态相关性较为密切。庭院形态与气候因子相关性密切的原因，是由于合院民居的平面构成要素中庭院是直接与外界环境接触的要素，且在合院民居中有着较大的占比（三个地区庭院占比为20%～30%），因此庭院对气候条件的改变的反应是最为直接和敏感。

本次研究的三个地区的庭院形态呈现出从韩城到宏村合院民居庭院长度逐渐变短、庭院面积逐渐变小、庭院的紧凑度逐渐增加的变化规律，这种变化规律伴随着三个地区从北向南的气温与降水增加的变化规律具有一致性。同时三个地区合院民居庭院形态上的差异与其气温、降水的差异也具有一致性。虽然鉴于数据的不足，无法对三个地区的年平均气温及年平均降水量进行方差分析，判别彼此之间的气温和降水是否存在统计学上的显著差异，但从表2的气候数据仍可以发现，汉中与韩城地区的年平均气温、年平均降水量接近，但和宏村地区的气温、降水存在明显的差异。三个地区中韩城地区合院民居庭院形态数据的均值大于汉中地区，但不存在显著差异，汉中、韩城地区与宏村地区的合院民居在庭院长度、长宽比、庭院面积等多个指标上存在显著差异。综上，三个地区合院民居庭院形态变化与差异可认为是对所属地区气候条件适应的真实反映。

研究地区合院民居庭院形态的变化规律可以认为，面积小而紧凑度较高的庭院是合院民居抵御较高气温的重要措施。这些庭院形态上的特征反映出合院民居通过减少直接暴露在外部环境的开口部位以减少热空气进入建筑内部，缩短庭院的长宽比以利用建筑之间的相互遮挡，减少炎热地区的太阳辐射的朴素的生态适应策略。建筑的形态虽然与气候因子相关性没有庭院形态密切。三个地区的气候因子中，日照时数以汉中为最短，因此汉中合院民居的正房进深及面积为三个地区最大，使得建筑形态没有和庭院形态一样，呈现出按地理位置从北到南的变化规律，也是其对相应的气候条件适应的一种反映。

5 结论

综上所述，本研究得到以下主要结论：

①三个研究地区的合院民居，汉中和韩城地区合院民居的庭院形态与宏村地区的合院民居庭院形态上有着显著的差异。庭院形态上存在着按研究地区地理位置从北向南，各指标逐渐增大的变化规律。三个地区的合院民居的建筑形态仅在正房的尺度和面积上存在显著差异，且未和庭院形态呈现出一致的变化规律。

②气候因子中气温和降水是影响合院民居庭院形态变化的主要因子，日照时数和风速是影响合院民居建筑形态的主要因子。庭院形态的变化是三个地区的合院民居适应地区气候差异的主要途径，并呈现出随着气温及降水的增加、减少庭院与外部环境接触的适应策略。