中国国际太阳能十项全能竞赛作品《北京建筑大学和香港大学“鲁班柱& 紫荆花”联队斯陋宅》

1. 设计背景

中国进入社会主义新时代，“新农村建设、美丽乡村建设”等国家振兴农村战略日益深化，农村土地市场进一步开放，农民追求美好生活的向往愈加迫切，旧式农居无论从居住条件还是环境美观都已不适应新时代农民的需求，城市居民对自然生活的追求和乡村旅游的兴盛推动了民宿的快速发展，新民居的建设急需设计引导。

中国近几十年的建筑创新和研究大多集中在城市环境和城市建筑上，但更为广阔的农村建筑领域的创新和研究一直处于城市建设的阴影之下。由北京建筑大学和香港大学组成的“鲁班柱& 紫荆花”联队怀着强烈的使命感，致力于中国广大农村新民居的规划设计和创新研究，为新农村建设、美丽乡村建设提供绿色、可持续的设计理念和技术方法。

2. 设计理念

“斯陋宅”秉持“遵从传统、因地制宜、扬弃有格”的设计理念，坚持 “舒适、经济、节能、生态、美观”农村新民居的设计原则。中国地域广阔，民族众多，风俗习惯各异，新民居建设要遵从地域、民族特点，符合中国传统民居建设理念，符合中国传统家庭观念，符合

中国传统审美理念。传统民居是经典的，但是传统中也有鄙陋之处，农村新民居要坚持扬弃有格，要在继承中发展，在传统中创新。农村新民居要符合新时代新农民的工作生活需求、审美需求，农村新民居建设必然是舒适的、经济的、节能的、生态的和美观的。

“斯陋宅”设计思想的核心是“慢”。慢是一种生活态度，体现着从容、自信。在人们逐渐迷失在繁杂的工作和匆匆行程中，忘却了生活工作的本源在于享受生活、享受生命旅程中的自然和谐，斯陋宅的设计以“慢”为核心，营造自然舒适的家的氛围，让居住者回归自然恬淡的生活，回归生活本源。

“斯陋宅”设计原则的核心是“房屋”。房屋的居住属性是核心，不追求高新技术的炫技、不追求外形的炫酷，以居住者的心态营造农村新民居。舒适是追求的首要目标，被动式设计理念的植入、自然通风和新风系统的优化、采光与遮阳的合理配置、卧室与客厅等诸功能区的分置、栈桥式廊道和海绵庭院的设计都是围绕着舒适而展开的，新民居的舒适不仅仅是房屋内温湿度、采光等室内参数的营造，还需考虑新民居周边环境的营造。新民居设计建设必须符合时代特征，符合新农村经济发展水平，农村新民居的设计建造必须坚持经济的原则。农村新民居的设计建造应坚持节能的原则，减少对机械和电气系统的依赖，通过系统化被动设计减少建筑自身能耗，通过光伏建筑一体化等技术实现自用能的满足和多余电力的外销外供。建筑设计的生态特征是新时代的新要求，对新民居设计更应当与当地自然生态环境相结合，组织设计建筑内外空间中的各种物态因素，使人、建筑和环境之间形成一个良性循环系统、一个有机的结合体。新民居的设计还应遵循美观的原则，建筑的美观不仅仅是建筑外形的美，更是与社会、环境相融合的美。图1、图2 展示的是斯陋宅效果图与模型图。

图1 斯陋宅效果图

图2 斯陋宅模型图

3. 设计方案

3.1 基础条件

德州市位于山东省西北部，黄河下游北侧，为黄河冲积平原。气候特点是季风影响显著，四季分明、冷热干湿界限明显，春季干旱多风回暖快，夏季炎热多雨，秋季凉爽多晴天，冬季寒冷少雪多干燥，具有显著的大陆性气候特征。光照资源丰富，日照时数长，光照强度大，年平均日照时数2592 小时，日照率为60%。年平均气温12.9℃；平均无霜期长达208 天。年平均降水量为547.5 毫米，夏季降水多，冬季降水少。

德州深受齐鲁文化影响，孔孟思想和儒家文化根深蒂固。农村民居以庭院为主，正屋坐北朝南，多设东、西配房用作厨房和储藏。以家庭为单位聚居，六至七人同聚一居，三代同堂或四世同堂。

3.2 整体设计方案

如图3、图4 所示，“斯陋宅”设计以庭院为中心，以廊道为纽带，正房和卧室南北错落相应，秉承了“一户一庭一院落”的中国传统村居精髓，继承了“家道酬和”的中国传统文化理念。“斯陋宅”属于庭院式新民居，以庭院为中心，庭院北侧是正房客厅，南侧是居室，错落分布，如太极图案，阴阳相应。庭院设计以海绵庭院为主，屋面雨水和庭院雨水汇聚，辅之以庭院绿植景观；正房坐北朝南，房高略高，卧室坐南朝北，房高略低，房屋布局主次分明，符合中国传统建筑观念。正房南坡屋面有利于太阳能收集利用；卧室北坡屋面坡度接近水平，利于屋面的再利用。太阳能建筑一体化和海绵庭院的设计是对传统的创新。

图3 首层平面设计图、剖面图

图4 “斯陋宅”设计效果图

“斯陋宅”设计以木结构为主体，以钢架螺旋地桩为基础，采用“吊脚楼”的独特设计，秉承了“筑台为基，以木为构，榫卯为结”的中国五千年建筑精髓，继承了“道法自然”的中国传统文化理念。“斯陋宅”继承了中国传统木结构营造模式、木构架结构，榫卯相接，构成富有弹性的框架，又暗合阴阳互补、自然相接的传统文化。“斯陋宅”采用钢架螺旋地桩为基础，替代了传统钢筋混凝土浇筑施工工艺，实现了对土地的最小破坏，既环保又经济。钢架螺旋地桩支撑起整个建筑，类似于“吊脚楼”的独特设计，在房屋地面与土地地面间形成了一个空气夹层，夏季有利于通风降温，冬季有利于房屋地面保温。房屋木结构采用榫卯柔性连接，基础与地面采用钢架螺旋地桩柔性连接，形成了双柔性连接体，可以抵消更大的地震能量，承受较大的地震形变（图5、图6）。

图5 吊脚楼式螺旋地桩

图6 钢架螺旋地桩

“斯陋宅”设计采用低能耗建筑设计，采用装配式营造法式。“斯陋宅”设计采用被动式建筑设计理念，将自然通风、太阳辐射和室内非供暖热源等各种被动式节能手段与建筑围护结构高效节能技术相结合，最大限度地降低对机械采暖和制冷系统的依赖。夏季通风庭院和冬季温室庭院形成的独特庭院设计，吊脚楼式钢架螺旋地桩形成的夏季通风散热和冬季保温隔热设计，屋顶太阳能光电光热一体化形成的夏季隔热和冬季保温设计、被动式门窗设计、外遮阳设计、装饰性外隔热墙体设计等等，通过系统设计实现新民居低能耗的目标。“斯陋宅”采用装配式营造法式，木结构预制成型，现场榫卯连接，方便快捷；采用整体式保温墙体，工厂预制墙体，现场装配式安装，缩短了施工工期，减少了施工污染。

4. 技术创新

（1）木结构新式榫卯连接技术采用内嵌式钢板榫卯连接，在木材构件的端部或中间，加工对木材构件损伤最小的线槽形成卯以及螺栓孔以配合钢制连接件榫，并用螺栓紧固，在得到高强度结构的同时又提高了安装装配速度。相比于传统榫卯连接和外包式钢板连接，木结构新式榫卯连接对木材构件损伤较小，外观更为美观 ( 图7、图8)。

图7 榫卯连接技术

图8 内嵌式钢板榫卯连接

（2）整体式保温墙体技术由外墙面装饰板、空气流通层木搁条、具有选择性防水防风隔潮特质卷材层、OSB 墙体结构板、墙骨柱、墙骨柱间填充隔热毡、防火型双面纸面石膏板饰面、室内粉刷层形成一体式保温墙体，利于装配式安装，可缩短工期，减少施工污染( 图9、图10)。

图9 一体式保温墙体

图10 整体式保温墙体

（3）新型钢架螺栓地桩技术采用吊脚楼式扁钢型地桩支撑钢架做建筑基础，替代了传统钢筋混凝土施工工艺，不用挖掘、不用回填、不用混凝土，最大程度保留了地面土地原有性状，方便拆卸和循环使用，整个施工过程无建筑垃圾，低碳环保无污染。

（4）庭院的辅助温控技术由钢架螺栓地桩做基础形成的房屋基础与土地地面间空气夹层和类温室庭院相结合，夏季，庭院是露天敞开式庭院，充分发挥庭院的烟囱效应，强化了基础与地面夹层冷空气流通，有利于房屋的散热；冬季，基础与地面夹层防风挡板被放下，同时庭院顶棚封闭形成温室庭院，极大地提高了房屋的整体节能效果。

（5）被动式门窗施工技术采用被动式木包铝玻璃门窗，以隔热铝结构为主体，采用自主研发的铝合金断热保温材料防止玻璃压板与主柱连接处冷桥出现，配置节能暖边间隔条，三玻两腔真空配置Low-E 玻璃，整窗传热系数Uw=0.7W/m²·K，隔音和保温效果优异。

（6）混合式通风技术由自然通风和新风机组组成的混合式通风技术，使通风调控更为便捷。当室外温度高于12℃且空气质量好的时候开启天窗加强自然通风，在冬季寒冷和夏季潮湿的情况下，使用带回收的新风机组。夏季夜晚根据室外温度打开自然通风，实现免费供冷。在木建筑外皮和屋顶下，布置有通风层，在夏天通风可以把阳光辐射热带走，避免室内过热，节省能耗。

（7）高效光电光热一体化技术如图11、图12 所示，利用高分子材料复合生产的中空屋面瓦或墙面板，瓦面或板面层是共挤的吸热涂层，瓦或板内的介质通过设计好的流道采集传递热量，光伏组件直接铺设在瓦面或板面上，实现光电光热一体化。

图11 高效光电光热一体化实验系统

图12 光电光热一体化实验房

（8）海绵庭院雨水利用技术采用绿植庭院设计，配合透水地面和雨水收集利用系统，形成海绵庭院微观水环境，形成庭院式小型生态系统。夏季雨水和冬季雪水，经过雨水管道、过滤系统后收集到集水池，可用于浇灌植物、冲洗马桶( 图13、图14)。

图13 海绵庭院

图14 雨水调蓄池系统

（9）住宅型新能源双向计量系统将发电、电能计量、网络、系统形成了完整的新能源发电与智能网络一体化方案，采用塑料光纤通信实现分布式双向计量、低功耗直流交流计量、同步时钟、分区域统计能耗、分布式室内空气测温、分布式水测温、分布式外墙内墙测温等功能。

5. 商业潜力

中国有广大的农村，随着进城打工新式农民经济实力的提高，对农村居住环境有了更高的要求，农村新民居改造建设就有了广阔的需求。国家对农村建设日加重视，新农村建设、美丽乡村建设红红火火，为农村新民居建设不仅提供了政策支持，也提供了一定程度资金奖励。“斯陋宅”应国家新农村建设这一潮流，结合中国五千年古建筑的特点，以钢架螺栓地桩为基础，以木结构为主体，继承榫卯连接特点，结合高效太阳能光电技术和光电光热一体化技术，加以独特的自然通风设计、新风热回收技术、海绵庭院设计，在建筑技术和建筑设备的选择中实现扬弃有格、增减有度，在继承传统的同时又体现现代的气息。“斯陋宅”是为中国新时代发展镇域经济建设而量身打造的新型低能耗、装配式民居项目（图15）。