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戴志中丨从地理属性研究到山地建筑地域性

2020.09.04

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以下文章来源于建筑档案。原创 档案记录人 。


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戴志中

重庆大学建筑城规学院教授、博士研究生导师


山地,一般指海拔在500米以上,相对高差200米以上的地貌,特点是起伏大,坡度陡,沟谷深,多呈脉状分布,广义的山地包括山、高原和丘陵。山地在全球陆地中,面积占比约为22%;在亚洲占40%;在中国则为70%。重庆市域面积8.24万平方公里,其中山地占75%,丘陵占16%,是典型的山地城市。

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世界地形

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重庆山地



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地理属性是最重要的地域属性



山地与人类文明发源

山地对于人类文明的产生和发展起了非常重要的作用,也对建筑文化的产生和发展起着决定性作用。   

人类的基本生存需要是阳光、空气、水三大要素,这三大要素也是人类赖以饱腹的绝大多数动植物的基本生存需要,其中阳光和空气基本上随处可得,水却不是随处可得,因而水就成为早期人类定居必须进行选择的首要因素。

众所周知,古代四大文明都产生于北纬30度附近的大河流域。这是因为只有这些流域,气候温暖湿润,邻近水源,才适合早期人类和人类赖以饱腹的动植物生长。再进一步深究,可以发现所有这四大古文明产生的大河流域均发源于山地。

山地与地球气候的三向分带性

分带性是地球上自然环境各要素在地表近于带状延伸分布,沿一定方向递变的规律性。包括纬度分带性、经度分带性和垂直分带性,前两者也统称水平地带性。

· 经度分带性

经度分带性是指水分受离海远近的影响,从大陆沿海往内陆方向递减而造成的气候和植被变化。


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经度分带性


简单地理解,地球由西向东自转,产生由东向西的大气环流,也称信风或季风,将大陆东面海洋蒸发产生的水汽带入陆地,再形成雨水落到地面,滋润植物生长。

山地会干扰经度分带性。如果大气环流遇到高大山脉阻挡,则高大山脉的西边极有可能形成沙漠。

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世界主要沙漠和山


· 纬度分带性

纬度地带性的产生是因为地表接受太阳光热量的差异造成的,即地表接受太阳热量从赤道向两极递减。地球半径是6371.393千米,地球在围绕太阳公转时,始终用以赤道为中心的南北回归线之间的区域直面太阳。这就意味着,地球表面不同地点距离太阳最大可有几千公里差距,从阳光中获得热量的差距也十分悬殊,这就是从地球赤道往南北两极气温会越来越低的原因,纬度地带性还影响着气压、风向、湿度和降雨量的变化。


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纬度分带性


山地对纬度分带性的干扰在中纬度的高山高原地区体现得最明显,例如青藏高原。在这里气候不是受纬度高低的影响,而是受地形的影响特别是海拔高度的影响。

· 垂直分带性

垂直分带性是山地地域特有的地理属性,是指高山地区从山麓到山顶温度、湿度和降水随着海拔高度的增加而变化,生物、土壤等受气候影响也相应地有垂直分布的规律性。垂直地带性的产生是因为大气层厚度和密度随高度增加导致温度和降雨量的差异。高度每增加1000米,温度则低6度。这个维度的地带性比前两种更容易被人感知,人们常常可以看到山下绿树成荫,而山顶白雪皑皑的现象。

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垂直分带性


· 三向分带性与建筑

垂直分带性受到相应的水平分带性的制约,但水平分带性也常常受到山地的干扰而产生异变。三向分带性和山地相互关系的原理可以帮助我们理解不少关于建筑的现象。例如,分带性揭示了所有大陆东海岸总是先于西海岸发展发达的原因,也可能揭示了产生于大陆东海岸的古中华文明采用木结构建造建筑的原因。

山地与中国地形的三级阶梯

中国的地形从西到东呈现由高到低的三级阶梯,这样的地貌对于自东南而来的的大气环流深入大陆深处十分有利。

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中国地形三阶梯


我国秦岭以北及内蒙古东北地区,就是由于远有日本列岛、朝鲜半岛,近有大兴安岭、太行山对来自太平洋大气环流的阻隔,过早地形成十分干旱的沙化地带或沙漠地带。

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中国山脉与沙漠 


秦岭以南,中国大陆东临广阔的太平洋,三阶梯的地理格局有利湿润的大气环流西进。

四川盆地周边的边缘山区也是西高东低,长江还将东边缘的巫山山脉冲断成南北两截,断口南北的山脉转向为东西向,犹如大开一道闸门,更为低空大气环流顺利穿越盆地东边缘到达盆地西部创造了有利条件。湿润的大气环流在盆地西边缘遭遇平均海拔4000~5000米的青藏高原,温度骤降。高者在高原上形成冰川,成为东流的长江、黄河源头,下者则被“反弹”,在盆地形成丰富的降雨,使四川盆地成为“天府之国”。

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中国地形剖面图


重庆则位于四川盆地东部和东南部边缘山区。


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山地微地理对建筑创作的影响



重庆市域内有四大山脉:从西到东分别是缙云山山脉、中梁山山脉、铜锣山山脉、明月山山脉。重庆总地势是南北高中间低,东部高西部低。

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重庆地貌


重庆独特的山地形态

重庆市域内的四大山脉都由东北西南走向的条状山地与宽谷组成,山岭陡而窄,山顶呈现独特的宽而缓的丘陵地带,这种现象俗称“平顶山”。重庆主城区域的城市建设也会在“平顶山”山顶进行。

比较全国其它山脉,似乎此“平顶山”现象仅出现在重庆和重庆东南。地理学的解释是因为“山地顶部的石灰岩被雨水溶蚀后,常成凹槽,”重庆恰好是来自东南大气环流西进的必经之道,大气环流和充沛雨水的长期反复作用,造就了“平顶山”。自然之力如此强大,由此进一步联想到建筑,重庆山地的地貌和真正的建筑基础持力层之间,必然存在着相当厚度的风化土层,值得建筑设计时高度重视。

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重庆主城地貌


重庆微地理与“生风”

微地理是指在宏观地理格局下的局部地理特征,山地微地理会产生微气候。

风能使大范围的热量和水汽混合、均衡,调节空气的温度和湿度。重庆地处四川盆地边缘,属亚热带季风气候,空气湿润多雾多夜雨,静风期长,夏季闷热冬季湿冷,因此在建筑创作中,应该考虑利用微地理“生风”来调节室内外环境。   

山地地形本身构成复杂的形态关系,由于其障碍影响,会迫使气流被迫改变运行方向而产生风。此外,山与人类生存三大基本要素组合,也会产生风。

山与阳光

山地不同的坡向和坡度会影响地表接受太阳辐射能量,进而影响到不同坡向的湿度、温度等变化,影响到植物生长,以及地表风化程度。

由于我国地处北半球,南坡(阳坡)比北坡(阴坡)可从太阳辐射中获得更多的热量,使南坡气温高于北坡。有温度差就一定会产生空气的流动,产生局部的风。

山与空气

山地还可因空气受热不均影响形成局地风。白天山体表面附近的空气比相同高度的自由空气受热升温快,于是空气沿山坡上升,而到了夜晚,山体表面周围的空气由于山体本身辐射散热比自由大气快而沿山坡下沉,产生局部的空气流动即山谷风。

 山与水

重庆是一座以大山大水为特征的城市。长江在市域内流程691公里,沿途还有嘉陵江等一众支流汇入。山和水的结合,不仅为重庆创造了优美的城市自然景观,也影响了重庆的微气候。由于山体和水体热工性能不一致,受热升温和放热降温存在速度差,也会产生类似山谷风的水陆风。


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指导山地建筑创作的审美理念



随着城市不断扩充,城市建筑的性质和规模变化,十分有必要结合外界影响因素的巨大变化,研究山地建筑的新内涵,探索山地建筑创作的新理念。

当前重庆山地建筑创作的问题

尽管人们长期以来对山地建筑的研究和创作硕果累累,但重庆近年的山地建筑创作明显存在如下误区或不足:

- 注重建筑形式,却无视山地建筑和城市特殊的审美规律,或为抢眼球而抄袭成习,丑建筑层出;
- 注重建筑个体,却轻视建筑群体整体布局对人居环境的影响,不利用微地理微气候提升人居环境质量;
- 注重建筑接地,却忽视依山就势,创造山地特色,对地形的处理仅限于推平和筑台等少数简单手段。

重庆山地建筑创作空间审美观

在所有山地城市,都会强调“显山露水”、“山在城中,城在山中”以及其他类似的要求,因此建筑与山地环境有机统一是山地建筑创作的首要目标。

- 自然物和建筑

与平原城市仅有建筑物限定城市空间不同,在重庆山地,建筑创作应该根据城市空间形态塑造的需要综合考量其限定物-自然物(山、水)和建筑的共同作用。

- “反其道而行”

山地城市的自然基面既有柳暗花明、步移景异,蜿蜒曲折、深邃幽远的审美意趣,其空间也有无序、复杂、封闭、曲折、断续、狭小等不尽人意的特征。山地建筑创作和群体空间形态组织应该“反其道而行”,力求减轻和规避自然空间的不尽人意之处,追求秩序、简洁、通透、直接、连续、宽敞。为了达成这个目标,常常需要建筑师表现应有的谦虚和谨慎,甘当配角。

- “顺其道而行”

由于山川等自然物,山地自然空间也具有多视点、多画面、多要素、多形态的多元形态特征,给建筑师提供了更多值得探讨的问题,也提供了更多解决问题的角度。山地建筑创作和群体空间形态组织又必须“顺其道而行”,充分保护和利用这些自然空间特性。

重庆山地建筑创作形态审美观
人们比较熟悉建筑形式美法则,但在由自然物和建筑共同限定城市空间,组成城市视觉画面的山地城市,这种普适性的审美法则还必须有适合山地环境的特殊审美观念作为补充。   

以下五种审美观突破了通常仅以建筑形式为审美对象的范畴,强调建筑与自然环境整体审美的重要性,有助于认识山地建筑的创作规律。其共同之处是要求建筑与环境有机协调,要求建筑形态服从城市空间塑造的需要。

- 风水审美观

“天人合一”思想在建筑领域的体现,就是“建筑风水”。仔细研究理想风水模式图展示的审美意象,它实际上是一种将建筑和自然环境有机结合的整体形态审美,追求对称均衡、轴线秩序、开敞通透、山水相依的空间格局。


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风水与建筑-长寿殡仪馆


- 意境审美观

“意境”是中国人自古以来所独有的衡量文学、诗歌、书画等艺术作品的最高标准。意境的创造讲究情景相融,虚实相生,使人感受到象外之象、景外之景,从而获得情感体验和理念升华。涉及建筑的“意境”营造规律可以从中国的山水画中感悟。

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意境与建筑-江北打鱼湾


- 混沌审美观

混沌是指发生在确定性系统中的貌似随机的,不确定的,不可重复的、不可预测的不规则现象,山地区域的自然地形地貌、山地建筑群体形态等等都属于混沌现象。根据混沌学,客观世界中的复杂事物可以分为无规可循造成的复杂(混乱)和有规律的复杂(混沌)。我们应追求有规律的复杂而避免无规律的混乱。

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混沌与建筑-江北民俗风情街


- 分形审美观

分形理论对山地建筑创作和建筑审美有如下启发:
层次结构。将复杂性对象分解成不同层次使建筑师更容易准确把握山地建筑环境的形态构成规律。

对称概念。分形图形的对称突破了传统的左右对称、上下对称或中心对称,发展了局部和更大的局部、或者是局部和整体的新的对称概念。

自相似。自相似理念是指事物的不同层次结构虽尺度不同,却有着自相似的特点,且无论是哪一个层次的局部都保持着整体的基本形。

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分形与建筑-江北嘴基督教堂(福音堂)


- 生态审美观

生态美学最中心的思想就是“人与其它生物共生共享我们的地球”。生态美学的理念引入建筑创作领域后,建筑形式美就不再是建筑形态创作的终极目标。在建设活动中,只有当城市和建筑形态有利于生态环境的保护和营造,达到合规律性、合目的性和审美性的统一,才是生态美学追求的终极目标。

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生态与建筑-江北聚贤广场



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山地建筑地域性创作最新实践



最近完成了重庆市巴南区天明小学概念方案设计。这是一个总建筑面积约一万平方米的18班小学。项目用地规整,基本上呈边长约130米的正方形。用地地形为西向斜坡,东高西低,用地东西两侧城市道路也是东高西低,高差10米。东部原地貌与城市道路呈“反斜面”关系,比城市道路高20多米。


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校园东南鸟瞰


设计主要难点

特殊地形造成项目形象展示和投资限制之间的矛盾是设计的主要难点。

“反斜面”的地形条件对于向东侧城市道路展示学校的新形象十分不利,常规做法是将原地貌铲平,多产生数万立方米外运土石方量。

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天明小学场地主剖面图


地形整理对策

设计的首要对策是努力减少用地范围内土石方开挖运输量,努力减少场地环境的挡墙数量和高度。

用地东部营造高台

根据项目地质详勘报告,用地东部基础持力层表面已经高于城市道路,如果按“平场”处理,就一定会将这层持力层铲掉,桩基需要穿越此持力层下的非持力层,直到再下面的持力层。方案在此区域保留高台,不仅减少土石方量,使项目得到舞台般的形象展示平台,而且可让建筑全部直接置于持力层之上,省下桩基费用。

东部6米高台采用1:1.6的绿化斜坡与周边场地联系,高台临城市道路的一侧采用斜坡,有利于组织并向城市展示学生课余活动。

 提升高台周边场地标高

提升高台外的场地标高,消化东部土石挖方,创造车辆从东面城市道路进入的条件并布置运动场。

综合考虑东侧形象展示和场地功能需要,用地南北两侧采用垂直式挡墙,用地西侧采用垂直式挡墙+斜土坡处理场地内外高差。通过如此处理,使用地南北边界的垂直式挡墙高度控制在0~8米,无须另作安全性专门论证。

场地西南预留地下空间

建筑局部用辅助空间替代填方。在此区域,地上布置室内运动场,地下布置辅助空间。    


建筑方案特点


功能分类,集约布置

设计将课堂教学相关的所有空间集约为一栋教学综合楼,布置在东部高台上。各种功能布置的原则是:公共性较强的空间向下布置,主要教学空间向南布置,个体使用时间较短的空间向西布置,课余活动展示向东布置。

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教学综合楼临城市形象


室内运动场布置在室外运动场南侧。运动场与教学综合楼之间采用两部大踏步联系。

厨房、车库和设备用房等辅助空间集约布置在室内运动场的地下,并设置水平和垂直通道与教学综合楼联系。


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教学综合楼临运动场形象


形色简明,寓意独特

建筑功能的集约和地下填方区空间利用,使整体校园空间形态极致简洁。

主体建筑东面采用退进处理,有利于向市民展示学生活动和校园文化。

教学综合楼建筑设计利用边柱和绿化斜坡作了“短”吊脚。避免吊脚内计入建筑面积的同时,又稍稍体现了山地建筑最显明的特点。

当地学校项目常常采用砖红色饰面,本项目因邻近“明晨路”,学校又名为“天明小学”,因此方案从朝霞满天的晨曦景象拮取建筑的主导色,命名“晨曦红”。“晨曦红”既满足了规划对红色调的要求,又避免了砖红色灰黯的成分,更显现出朝气蓬勃美好寓意。

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校园西南鸟瞰



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认识山地建筑研究的重要意义



我国常将建筑问题作分类研究。有按地理环境分类的,也有按气候条件分类的。除此之外,还有按其它属性如宗教、民族等分类的研究。

我国是山地大国,山地不仅控制整个国土西高东低的的大地理格局,还发源了长江、黄河两条大河,产生了适宜的人类生产生活条件,所以我国山地地区城镇数量和人口也占到全国总数约三分之二,因此我国社会、经济的发展对山地的依存度远高于其它国家。  

山地地理影响气候,气候影响植被,而植被影响人类聚居,人类聚居影响建筑文化是客观的规律,因而地理属性决定的建筑研究是更本质的建筑研究。

由于山体水系和建筑人造物均参与了山地城市整体形象的塑造,建筑师需要思考问题的视野和角度更多元,解决问题的方法和手段更丰富,山地建筑研究也是一种全维度的研究。

山地建筑还面临建造难度大,造价高,生态环境脆弱,自然灾害种类和危害远超其它地域的问题,必须研究针对性的技术和方法。山地建筑研究是一种更有深度的全系统研究。
 

注:本文插图01~11均源于网络资料,经本文作者整理。插图12~21均为本文作者提供


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本文由档案记录人原创撰稿,

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