覆土建筑设计实践

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摘 要：介绍了覆土建筑的概念，并以西安生态林别墅实际设计为例，从项目背景、建筑布局和建筑细部构造几个方面分析了现代覆土建筑的生态策略研究，探讨了覆土建筑的可行性以及实行过程中会遇到的问题。

关键词：覆土建筑 生态技术 建筑布局 建筑构造

中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）001-014-02

1 引言

覆土建筑是生态建筑的一种形式，在全世界有着深远的历史，比如说中国的窑洞建筑，土耳其卡帕都西亚地区和Goreme山谷都是穴居住宅主要的分布地区。在20世纪初期的时候，覆土建筑渐渐开始衰落，因为没有先进的技术作支撑，再加上潮湿阴暗，不好清洁，缺少室外景观，覆土建筑慢慢不被人们提起。直到20世纪70年代，石油危机的出现和环境的日益恶化，使人们开始重新认识这种传统节能建筑。

覆土建筑也可以称作“掩土建筑”（Earth Sheltered Architecture），主要是指“地下的”建筑，有时候专指“地面上用土或岩石围”的建筑。但覆土建筑和地下建筑不完全相同，一般地下建筑大多属于覆土型建筑，而覆土建筑与地平面的关系更加多样化，外部形态也更加复杂。覆土建筑分为三种情况：(1)地下建筑；(2)一部分露出地面或大部分处于岩石或土壤中的半地下建筑；(3)地面上用土壤或岩石部分或全部掩蔽的建筑。一般情况下，覆土建筑指结构覆土率大于50%的建筑。与地面非覆土建筑相比，覆土建筑具有自身的显著优点，如节能节地，微气候稳定，防风、防震、防尘暴，经济和有利于生态平衡及地方文脉的保等等。以下将以一个覆土别墅设计实例来探讨覆土建筑在设计中的一些问题。

2 项目背景

基地位于西安市长安森海农林科技示范园，总面积达16.4hm2，已绿化面积6.13hm2，道路面积1hm2，别墅用地面积为1800m2。基地有成片的林园和植被，繁茂苍郁，环境宜人。为了保原有较为浓密的小树林，并加强这一感觉，我们采用的建筑形式为覆土建筑，上植树木，与原有环境相得益彰。别墅为地上地下各一层，建筑面积910m2。因为建筑形式属于覆土建筑，选址会受到很多因素的影响，比如土壤、地下水位、日照、风向等，基地地质情况比较理想，地下水位低，土壤坚硬干燥，具备结构性能。

3 建筑的布局

对建筑空间布局来说，设计希望做到这样几个方面：(1)有空间过渡的秩序感；(2)加强室内与室外空间的联系；(3)加强空间的方向感；(4)减轻对地下空间的心理不适；(5)合理设计建筑外观；(6)尽量减少使用空调的时间；(7)在保证热舒适度的前提下，加强自然采光与通风；(8)解决地下空间的潮湿问题。

别墅属于半地下型式，为了满足自然采光和通风的要求，在房屋围合的庭院中设置了一个露天天井，构成下沉式的院落，并在侧向设置开敞。由于别墅主要用于主人及朋友家庭短期度假居住，我们设计了相对独立的三套住宅空间，西北面一户，面积大约250，东北面一户，面积大约350，西南面一户，面积大约280。

建筑的入口设在二层，住户由二层进入室内，北面和南面都有坡道，也可以由坡道进入一层庭院，分别入户。庭院内有一个14mm的喷泉水池，增添了庭院的生气。面向庭院的主要用房都采用通透的大玻璃窗，视线上贯通了室内外，同时又满足了自然通风的要求。建筑一层完全设在地下，二层一半在地下，一半在地上，层高3m。在二层地面以上的部分完全覆土，并有种植绿化，不仅使建筑与周边园林融为一体，而且减少土壤吸热，降低土中温度波动。种植绿化会增加土中湿度，有助于夏季房屋冷却。需要注意的是，浇水必须在晚上进行，白天浇水会使深层土壤升温。植物的根系有助于降低屋顶覆土重量以及固定土层。

西安的主导风向是冬季东北风，夏季西南风，位于东北面的入口采用凹入式可以有效抵御风寒，其余入口处也都做了相应的处理，入口墙面为石材面，入口门采用大玻璃门，以满足入口处有足够的自然光射入。另一重要入口是通汽车房的，它的位置与住房有联系。在靠近住房向里凹入的一个空间设有停车位，在东北面这户还设有室内车库，可以避免气候变化与灰尘对车子的损害。

建筑的外部造型与园林环境相得益彰，北面、西面和东面有各户的入口，南面有显露的窗户，顶部分布有六个通风口。建筑采用剪力墙结构，能够提供大空间，给室内布置增加了灵活性。

4 建筑细部构造设计

设计尽量做到减少建筑运作过程中物质与能量循环的总量，减少人们对采暖与制冷能源的需求，改善建筑实体的热工环境。设计中，通过采取适宜技术手段，对的外墙面、覆土屋面与种植、窗户与遮阳等建筑细部构造进行处理，实现节能设计策略。

朝向庭院的外墙面暴露在外的部分使用的是墙体外保温加空气间层，设置绝热层，外加饰面，此饰面材料采用的是类似砖土感觉的石板，这种石板曾用于陕西大唐西市博物馆和大明宫的外墙面，主要特点是类似传统的砖土的感觉却呈现出现代时尚的效果。除去窗户部分，其余的结构均为土壤覆盖，土壤的厚度与热延迟性提供了良好的保温效果。窗户是双层可开启玻璃窗，外层是上下平开窗，中间留200mm厚空气间层，在其中做遮阳，内层窗户可沿侧轴和底轴两个方向开启。春秋季节室外比较舒适，外窗打开，内窗沿侧轴开启，最大程度地引进自然风；冬夏季外部环境比较恶劣，可将外窗向上开启一个小缝，内窗沿底轴开启一个小缝，这样既可以将恶劣环境挡在窗外，又可以引入一定量的自然风。

屋顶采用的是四周排水的平顶和单坡两种形式。屋顶构造设计为:在屋顶结构层上铺设卵石层，均匀布置排水管，卵石层上设置了一层玻璃丝过滤层，其上布置5cm厚的颗粒材料作为过滤层，在过滤层上再盖土壤。

庭院内围绕喷泉水池四周布置着茶座，茶座顶部是玻璃的天窗，支撑天窗的钢梁像古典园林建筑中常用的冰纹花窗，钢梁上下是双层玻璃，玻璃之间的遮阳系统采用的是蔓藤植物“爬山虎”，这一片由玻璃、“爬山虎”和钢梁组成的天棚同时也是客厅外面的庭院。

根据建筑环境的需求，可以选择一些根部比较浅、不易倒伏、耐旱的长绿植物，而且要考虑植物生长所需的土壤厚度、管理养的厚度、排水层的厚度。别墅覆土层的厚度为600mm，灌木经过一般的管理就能存活。除此之外，覆土的绿化必须要做好土层的渗排水，否则植物不易成活。别墅的屋面构造自上而下是：土壤层、过滤层、排水片材或管材、水泥砂浆保层、抗根性防水层、结构层。

5 采光分析

通过Ecotect软件对设计进行了采光分析，西户一层的室内采光系数数值大约在6.3%-18.3%之间，其分布也不是很均匀，这是由于相对于窗户来说，房间的进深和面宽都比较大。我们根据建筑采光设计标准的要求，对于居住建筑的采光系数标准值，侧面采光采光系数最低值是1%，而各光气候区的光气候系数K值不同，所在地区的采光系数标准值应乘以相应地区的光气候系数K值，西安属于Ⅳ类地区，K值是1.1，所以说，西户一层的采光满足要求。西户二层的室内采光系数数值大约在8.1%-24.1%之间，满足采光要求。北户一层的室内采光系数数值在0.2%-10.2%之间，靠近侧面窗户的区域能满足采光要求，但越往北面和东面采光越弱，局部不能满足采光要求。北户二层的采光系数数值在0.6%-14.6%之间，房间大部分区域可以满足要求，只有角落的很小部分区域系数低于1.1%，可以适当调整房间布局和窗户的大小。顶部采光还是大大的提高了采光系数，是一种理想的手段之一。南户一层的采光系数数值在1%-13%之间，基本上可以满足采光的要求。南户二层的采光系数数值在1%-15%之间，大部分区域采光系数在3%以上，只有靠近南边角落的区域在1%左右，所以说，绝大部分区域能够满足采光要求。

6 结束语

覆土建筑具有节能、用地经济、保环境、隔声好、低能耗、减少回收利用成本等优点，在设计中使人们从心理上接受覆土建筑，改善埋在土里的空间感受，这是设计需要继续探讨的内容。覆土建筑的自然采光受到限制，天井虽能够解决一部分自然采光，但是其余部分还必须依靠人工照明，不过这部分的能耗与传统建筑能耗相比大大减少了。

（国家创新研究群体科学基金项目 50921005）