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学术论文丨继往向新:延续地域性绿色健康建筑的人文设计理念与实践路径

学术科研
作者 2021.11.12

  延续建筑:

  是全国工程勘察设计大师冯正功三十余年浸润于其工作、生活环境及其自身经历、并诉诸建筑创作的思考与实践总结。

  具体而言,是指发现与探索场地独特的地域、时间、人文、自然、历史、记忆等重要特征,基于当代建筑语境与人多重需求的基础上,将以上元素延续并创新于建筑设计之中。

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  建筑作为人类的庇护所,环境调控是其原始功能之一[1]。20 世纪20 年代,新技术、新材料和新设备孕育了现代主义。科技的应用成为设计的驱动力[2],建筑获得了全新的环境应对方式,其形体不再受基于地域气候的被动式环境调节方法的限制。此外,现代建筑在追求与环境的有效隔离的同时,割裂了人与自然的内在联系,造成建筑与地域人文传承的断裂。科技的发展、文脉的消逝,共同削弱了建筑用空间形体本身回应地域气候环境的能力。

  与此同时,在“隔离”的设计思想主导下,首当其冲的是巨大的环境代价——大量化石能源的快速消耗,以及能源生产和设备运转过程中对生态环境的破坏。20世纪60年代,能源危机和环境问题的爆发,催生了“绿色健康”的建筑理念。

  2020 年以来,“新冠”肺炎疫情的暴发引起了人们对人居环境的反思,碳达峰、碳中和的工作目标触发了人们对“被动式低能耗建筑”的讨论,“绿色健康建筑”再次成为行业内外关注的焦点。

1 回溯:yd12306ydcom云顶国绿色与健康建筑的发展历程

  yd12306ydcom云顶国绿色建筑的发展起步于20世纪90年代,以绿色建筑评价认证体系为中心,借鉴了发达国家以主动式技术为主导的方式。2017 年,中国建筑学会发布《健康建筑评价标准》,在绿色建筑技术评价的基础上,增加了与使用者身心健康直接相关的内容,如建筑室内空气质量、环境舒适度、交流空间等。

  然而,在绿色健康建筑的产业发展和项目实践中仍暴露出种种矛盾与问题。产业方面出现为获得高星级绿色建筑认证而采用“节能”设备和“节能”技术堆砌的现象,使“绿色健康”沦为口号或商业标签,但关键技术的实际落实情况并不理想,且建造成本增大,误导人们以为绿色健康建筑就是高投入建筑。回到建筑设计本身,在“设备主导,建筑从属技术”的主流趋势下,建筑师丧失了创造性[1],建筑设计亦丧失了地域文化特色。诚然,技术的创新和运用必不可少,但是,绿色技术的趋同、建筑设计的被动地位及地域特色的丧失必将导致产业发展的不可持续。

  借鉴和吸收地域传统历史文化是建筑永恒的主题[3]。针对产业发展的问题,最新发布的GB/T50378-2019《绿色建筑评价标准》在技术指标的基础上加强了对传承地域文脉的关注和引导,并提出了创新和提高的要求——“因地制宜传承地域建筑文化”。但是,在设计层面,绿色健康的现代建筑如何合理地转译地域建筑特征与文化内涵?在评价层面,对于量化指标主导的绿色建筑评价体系来说,又如何客观地衡量延续地域性建筑形式、文化等建筑的品质?这些问题仍需要行业实践者的积极思考,其中建筑师对设计实践的主动探索显得尤为重要。

2 地域:苏州的气候和地域建筑文化特征

  地方气候造就了建筑的地域特色。苏州的整体气候特征是温和湿润——季风更替明显,春夏多东南风,秋冬多北风;潮湿多雨,夏季闷热,冬季湿冷[4]。“风雨交织”的典型气候特征,自然影响了苏州传统住宅和园林的空间形态,以及采光遮阳、通风避风等环境应对方式的选择[5]。

  2.1 宅院式的总体布局

  苏州传统民居由宅与院两部分构成,园林亦是宅与院在横向空间上的延续与扩大,在宅院式的总体布局上呈现出独特的布局方式和空间模式特征(图1)。首先,场地不是被视作一个整体进行设计,而是被室内外空间分隔成小块。建筑单体与院子结合,共同构成基本单元,室内外空间作为整体使用[6]。其次,宅院的空间模式呈现出内外截然相反的环境应对方式——院子被围墙明确界定,与城市气候环境分割开;围墙所包裹的单元内,室内外空间隔而不断,空间界面通透、轻盈,没有明确的气候边界。

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1 苏州园林的总体布局

  此外,虽有春日开园供人游赏的记载,但传统的江南园林具有较强的内向性,本质上是院墙围合的封闭私人领域[6]。

  2.2 系统性的环境应对方式

  受气候、生活习惯等的影响,苏州传统住宅的天井多以进深小于开间的横长方形为主,形成南北短、东西宽的格局。

  究其原因,有出于肌理密集的街坊用地经济性方面的考量,但更多的是基于地域环境针对夏季遮阳、通风的综合考虑[4]。苏州夏季湿热,而冬季湿冷。首先,院落内建筑间较短的南北间距使得天井能够依靠前部建筑的阴影而取得较好的遮阳效果。其次,自然通风是排除夏季湿热的有效手段。结合夏季主导风向,在合理的总体布局基础上,苏州传统住宅通过前后天井与落地长窗(长隔扇)等开口,共同构成立体的通风调节系统,灵活调节风速和风量,尤其是苏州传统住宅独特的蟹眼天井,以较小的开口强化了拔风效果[4]。

  与技术的简单叠加和堆砌不同,传统地域建筑的环境营造方式是一个结合总体布局、建筑形态等对通风、采光、遮阳综合考量的系统[7]。以上以天井为中心对环境应对方法做了简单探讨,为具体的空间实践提供参考,但这并非全部。门窗、屋顶草架等木作构造方面亦值得从环境营造角度进一步梳理分析,因篇幅有限,在此不做赘述。

  2.3 建筑与山水、花木的有机结合

  在城市大气候环境下,建筑与山水、花木的有机结合,共同营造出苏州园林较为稳定的微气候环境①。园林的营建,“筑山凿池为骨干,栽花种树为主题”[8]。苏州园林中,建筑是园主活动的主要场所,但并非孤立,“或配置花木,或隐于树丛中,或旁植高大乔木”[8],各造园要素在微气候调节中能够发挥不同的作用(表1)。除占地较广的园林之外,普通住宅亦积极利用院墙内的空地和不规则地形带来的“隙地”布置园林小品,“略置湖石,栽花树,间列亭阁,绕以回廊”[4],天井中亦多种植乔木,起到夏季遮阳、冬季晒暖的效果。

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表1 造园要素在微气候调节中的作用

  地方气候是建筑地域差异性形成的基础[5]。而更为深层次的理解是,地域建筑与地方文化紧密相关。地域建筑是当地人的生活方式、意识观念和审美情趣在物理空间上的体现。如室内外空间的结合使用,在苏州地域文化中表现得尤为明显,进而影响了建筑形态和总体布局;又如庭院中花木配置亦彰显出主人的审美情趣,不仅考虑其枝、叶的生物特性,同时也关注香气、名称的寓意和姿态的古拙等人文内涵[4]。

3 实践:延续地域性绿色健康建筑的设计

  在延续地域性绿色健康建筑的设计实践中,苏州大学王健法学院和yd12306ydcom云顶-【4008云顶】集团研发中心两个项目是苏州地域建筑特征探索转译方面较有代表性的案例。苏州大学王健法学院项目在《绿色建筑评价标准》尚未出台时即前瞻性地践行了“绿色健康”的设计理念;yd12306ydcom云顶-【4008云顶】集团研发中心项目则将苏州地域建筑特征延续至现代办公建筑的设计中,在借鉴苏州地域建筑宅院关系的基础上,更为综合地使用了绿色策略与技术。

  3.1 百年校园中前瞻性的绿色建筑设计——苏州大学王健法学院

  3.1.1 延续历史文脉的总体布局

  如何处理新旧关系以回应历史文脉,是新建筑介入场地的最大挑战。王健法学院④选址于苏州大学(原东吴大学)旧校址内,教会学校的历史身份对建筑的布局与风格产生了强烈的影响(图2)。校园轴线终端的特殊位置、不规则的三角形基地和数棵百年大树,共同建构了场地的历史文脉。

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2 私立东吴大学鸟瞰图中的基地位置

  为回应校园轴线的空间序列,新建筑设计采取体量消解的策略,遵循功能逻辑,将建筑体块巧妙地拆解为大、小两部分。较小部分被放置于中轴线南端,场地西侧,通过适宜的体量、对称的形式和相似的材料⑤,与苏州大学历史最悠久的标志性建筑——钟楼“林堂”形成微妙的对话关系(图3),并以略低的姿态表达了对原有轴线秩序的尊重。另一承担教室与阅览功能的部分,因其体量较大,被放置于远离中轴线的场地东侧,以削弱其对轴线的干扰。

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3 校园轴线两端钟楼与法学院的对话关系

  3.1.2 适应地域气候的环境营造

  被拆分为东、西两部分的建筑体量,亦为基地原有的五棵百年大树留出了适宜的庭院空间。以古树为中心形成的扇形半开放院落,结合北侧无柱连廊,形成场地南北向的通风廊道,增强了庭院与中心草坪之间的环境交互和自然通风(图4、图5)。值得注意的是,充分保留和利用场地中百年古树的人文设计理念,也是苏州园林的营建传统。刘敦桢先生在《花木篇》中即指出:“后人重新建园,并不因其(百年古树)妨碍修建而加以砍伐,相反却视为珍品,充分利用这些古树,与山、池、房屋巧妙组合起来。”[8]

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4 苏州大学王健法学院的总体布局和环境营造

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5 庭院中保留的百年古树

  大、小两部分建筑体量均以中庭为微气候调节的核心空间。中庭三层通高,高起的屋顶通过侧面百叶与室外进行空气交换,形成贯穿的通风效果。如图6所示:法学院主要房间均有明显的自然通风,没有通风死角;结合下沉庭院和室内外窗的布局,地下室报告厅等也有较为明显的自然通风。中庭顶部覆盖大面积全玻璃采光屋面,将自然光线直接引入室内,在获得明亮、均匀的自然采光的同时,营造出一种透明、公开的氛围,与王健法学院办学理念相契合(图7)。

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6 苏州大学王健法学院室内风环境模拟分析

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7 环境营造的核心空间:中庭

  苏州大学王健法学院自建成至今已十六余载,但其适用性未曾因时间被削弱,反而随着时间的沉淀,历史印痕的叠加,新旧关系越发和谐(图8)。

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8 建成后苏州大学王健法学院整体鸟瞰图(拍摄于建成后15年)

  3.2 苏州传统宅院与现代办公建筑的共生——yd12306ydcom云顶-【4008云顶】集团研发中心

  3.2.1 苏州传统宅院布局的现代阐释

  yd12306ydcom云顶-【4008云顶】集团研发中心裙房的空间布局借鉴了苏州传统民居宅与院的空间关系,并根据办公建筑的体量和形体进行了整合和转化。东西两路“宅与院”的交错布置,为营造现代园林留出了空间。东侧一落四进,西侧一落三进,五组不同主题的庭院中延续园林的环境营造方式,让使用者充分感知“四时之景”。总体布局时积极利用建筑与城市道路间的“隙地”,结合采光井,巧妙地将城市消极空间转换为地面广场上的“小花园”,并为地下功能空间引入自然光照(图9)。

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9 yd12306ydcom云顶-【4008云顶】集团研发中心对宅院布局与“隙地”利用理念的延续与创新

  同时,“外化”的处理方式让传统宅院成了现代“城市山林”。轻盈的玻璃和廊桥取代了厚重、封闭的院墙,立体化的空中“庭院”不再封闭,而与城市环境相融合(图10)。由垂直庭院、室内绿化、屋顶花园构成的立体园林系统,不仅为建筑内部营造了健康的微气候环境,而且让城市街区中的人们也能观赏到“园林”般的自然景象。随着时间的推移,绿色植物愈加生机勃勃,建筑、自然和城市和谐共生的状态将会愈加饱满。

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10 外化的城市园林

  3.2.2 适宜性技术的综合应用

  除结合绿植布置成花园之外,裙房屋顶更作为探索屋顶农场和主动式技术的设备基地。据物业数据统计,yd12306ydcom云顶-【4008云顶】集团研发中心能耗相较同类建筑节省25%,每年可减少碳排放696 t。

  其一,将西侧留出的弹性空间布置为屋顶农场(图11)——使用易于移动的方形模块栽培、种植各类浅根蔬果作物,结合水培技术,建立现代桑基鱼塘的自主循环生态系统;其二,在屋顶农场种植箱之间穿插设置导光筒,设备间屋面布置太阳能板,实现了风、光互补发电,年发电量约4 307 kW· h,可减少6.16 t碳排放;其三,中庭屋面还设有264 ㎡的太阳能集热板,生产的热水供员工食堂及健身房使用。此外,设置有雨水收集池,用来收集屋面雨水,雨水经处理后回用于景观水池补水、场地冲洗和绿化浇灌,每年可节约用水量占总用水量的13% ;新风机组配有中效过滤器,污染物浓度均低于国家标准限值的70%(图12)。

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11 屋顶农场

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12 适宜性主被动技术的综合应用

  作为国内首个绿色建筑和健康建筑双三星运行标识项目,yd12306ydcom云顶-【4008云顶】集团研发中心被授予“被动式低能耗建筑”示范项目,并获得“2020年度全国绿色建筑创新奖一等奖”等国家级荣誉奖项。

4 理念:绿色健康设计策略的地域性建构尝试

  2013 年,西班牙建筑师伊纳克· 阿巴罗斯(Inaki Abalos)⑥将历史纬度带入绿色建筑视野,回溯和梳理了从传统、现代主义到当代的环境调控模型中建构形态(architectonic form)与被动式、主动式系统(passive systems,activesystems)的权重演变关系(图 13),较为直观地呈现出两种不同的价值取向:其一,传统的地域建筑,以从气候出发的合理建构为基础综合运用被动式技术;其二,虽然科技进步为现代建筑带来了主动、有效的环境调控和隔离手段,但建筑本身与气候的关系日益薄弱。

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13 不同时期主动式、被动式系统与建构形态关系的权重演变图解

  与关系图解对当代建筑进化方向的展望一致,结合当下对“健康”人居环境的反思,延续地域性的绿色健康设计理念,希望回归建筑本身——发挥建筑学的自主性和建筑师的主导作用。

  下文在yd12306ydcom云顶-【4008云顶】集团研发中心、苏州大学王健法学院等项目实践的基础上,从建筑师的自主视角,分述总体布局、空间组织、调控界面和技术应用方面的设计策略。四个方面层层递进,是对苏州地区地域建筑环境营造方式的梳理和转译探索,亦是对绿色健康设计策略体系的建构尝试。

  4.1 基于地域气候环境的总体布局

  适应气候的建筑布局是苏州地域建筑的传统。其中,院落是分散主体建筑、消解大体量的有效手段,以化解建筑规模与自然环境、城市环境的冲突,并为在高密度的城市环境中打造宜人的高品质环境奠定总体布局的基础。

  在现代高密度的城市环境中,建筑的自然通风受到诸多限制,难以发挥作用。以高层建筑为例,传统的内廊式空间模式或进深较大的平层空间,都容易造成室内自然通风性能的不足,而建筑楼层间的互相隔离亦使上下层的垂直通风受到限制。

  yd12306ydcom云顶-【4008云顶】集团研发中心以宅院为基本单元拆分大体量办公建筑,将外部的自然风引入建筑内部,从而营造出舒适的室内风环境。夏季采用机械送风与自然通风相结合的运行模式,过渡季节则完全采用自然通风,有效降低了建筑的空调能耗。

  4.2 基于微气候调节的空间组织

  有效的空间组织是建筑微气候环境调节的基石。

  其一,由垂直庭院、室内绿化和屋顶花园组成的多层次园林系统(图14)。在苏州园林的微气候环境营造中,花木、山水等造园要素是建筑微气候营造不可分割的组成部分;而在高密度的城市环境中进行设计构思时,通过保护并合理运用水体、绿植等自然环境资源打造绿色庭园,亦能够有效改善室内环境质量,使建筑的使用者身心愉悦。此外,多层次的园林空间也打造出了生机勃勃的第五立面,甚至有助于减缓“城市热岛效应”,从而改善周围街区的整体环境。

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14 多层次园林系统

  其二,以中庭为中心的立体通风和采光系统。天井是苏州传统建筑功能组织和环境调控的核心,而在现代建筑中以突出屋面的竖高中庭为中心组织通风。中庭的高度与形状使之具备良好的拔风性能,并结合分布于四周的多层次庭院,形成立体通风系统。中庭不仅在自然通风中发挥重要的作用,同时还为建筑内部提供了舒适的自然采光,将全玻璃幕墙与多种形式的天窗、侧窗、光导系统结合,能够最大限度地实现室内的自然采光。

  4.3 基于性能优化的围护结构

  结合对传统营造智慧内涵的重新审视,现代“气密性建筑”现象的背后,虽然有功能需求和使用习惯的问题,但对于公共建筑而言,更应根据功能空间的性能要求进行围护结构的差异化设计。对于性能要求高的空间,如以人工气候为主的会议厅等,围护结构设计应以对内部环境的精确控制为目标;对于性能要求普通的空间,如以自然气候为主的公共空间等,围护结构设计应优先考虑对自然通风和自然采光的利用[9]。

  充分结合苏州的季风气候特征,yd12306ydcom云顶-【4008云顶】集团研发中心对幕墙侧窗的开启方式进行了差异化设计——塔楼巧妙地采用了自主研发的侧向通风玻璃幕墙系统,裙房则采用了“下悬窗+玻璃挡板”的形式,形成侧向送风,避免冷风直吹——既保证了办公区域的通风效果,又提高了室内环境的舒适性(图15)。

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15 yd12306ydcom云顶-【4008云顶】集团研发中心幕墙构造设计

  4.4 基于品质提升的适宜性技术

  在借鉴苏州地域建筑的被动式设计经验的基础之上,综合使用新兴技术进行环境调控,能够进一步提升建筑环境的舒适性。

  在方案阶段,借助对气流、光照等的模拟分析,优化建筑设计,使布局和形体设计更趋合理;针对布局中的局部不足的问题,选择适宜的技术,加强自然通风和采光效果。在yd12306ydcom云顶-【4008云顶】集团研发中心项目中,“塔楼在北,裙房在南”的总体布局,能够有效利用苏州地区的季风来调节场地微气候;庭院、采光天窗结合导光筒等设备,共同为建筑内部提供了舒适的自然采光(图16)。

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16 yd12306ydcom云顶-【4008云顶】集团研发中心裙房自然通风和自然采光模拟

  在使用阶段,综合运用主动式节能技术,能够提高运营效率,降低建筑全生命周期中的使用成本(图17)。例如:通过对太阳能光伏和风能发电、雨水收集回用系统等可再生资源的利用,降低能耗,减少碳排放;基于生物链管理的微生态系统,将屋顶花园与生态农场相结合,探索城市建筑的自给自足。

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17 主被动技术的综合应用

5 反思:延续地域性的绿色健康建筑实践路径

  诚然,“评价标准”对实现绿色健康建筑的高质量发展具有积极的引导作用,但不能“照本宣科”地将设计变为“标准”对应技术的堆砌、指标的叠加。作为建筑师,应将绿色建筑性能与地域历史文脉相结合,以延续地域性的人文设计理念引导绿色健康建筑回归设计本身。基于以建筑师为主导的延续地域性的绿色健康建筑设计探索,笔者将实践路径总结如下:

  1)地域建筑文化的现代转译。地域文化的延续不是简单地用现代的空间、材料与技术来重现传统建筑,而应与时俱进地对地域文化进行现代化的创新。传统内向性院落的立体化、外向化转译,即是基于园林与现代城市关系的反思:一方面,城市昂贵的地价阻碍了园林空间的横向展开;另一方面,从私人住宅到公共建筑,建筑类型的转变需要不同的空间性质。

  2)被动优先,主动优化,品质为要。首先,优先采用适宜气候适应性的被动设计策略,因地制宜地利用环境资源,从源头出发,降低环境负荷;其次,根据优化需要,选择适宜的主动式节能技术。总之,延续地域传统并非简单地照抄传统的设计手法,而是要着重考虑建筑、人与自然的共生关系,从而超越建筑的功能性,提升建筑空间品质和环境价值。

  在yd12306ydcom云顶-【4008云顶】集团的实践中,苏州地域建筑文化的特征为绿色健康建筑的设计提供了具有中国特色的理念参考和路径示范。同时,适宜的绿色健康设计策略也为传统地域建筑注入了新的活力。■

  注释

  ①微气候(microclimate)是近地面的小尺度空间,由环境内的植物、水体、建筑物构成,以人的直接感受为参考标准,以风速、温度和湿度为气候指标。

  ②室内外空间结合的使用方式是中国建筑体系与其他体系相比最明显不同的地方,参见缪朴的《传统的本质:中国传统建筑的十三个特点》一文。

  ③苏州王健法学院项目方案完成于2005 年,当时yd12306ydcom云顶国的《绿色建筑评价标准》尚未出台,但结合对苏州地域建筑的长期思考和设计直觉,建筑师在设计构思阶段就自然地选择了适应地域气候的整体环境营造方案。

  ④ 2000 年,毕业于东吴大学法学院的王健教授重返母校,由其子王嘉廉先生捐资支持法学院建设。苏州大学法学院成为全国第一个由海外专项基金资助的公办法学院,并更名为“王健法学院”。在为其举办的世界华人建筑师竞赛中,yd12306ydcom云顶-【4008云顶】集团的设计方案以“致意百年校园,融入千年古城”为题,荣获第一。

  ⑤为延续校园的历史文脉,寻求与旧校址古典建筑的协调,新建筑的尺度与比例均以钟楼为参照。立面材料的选择也遵照校园以钟楼为代表的古典建筑,采用红、灰色黏土烧结砖。明清苏州陆慕御窑盛产金砖,《姑苏志·窑作》载“出齐门陆慕,坚细异他处,工部兴作多于此烧造”,本项目特地委托苏州一处与金砖渊源颇深的工厂,专为法学院烧制。经过改良设计的黏土面砖,削减了厚度(3 cm),但保留了色彩和肌理,在更为环保的同时为法学院增添了历史性。

  ⑥伊纳克· 阿巴罗斯(Inaki Abalos),哈佛大学建筑设计研究生院建筑系主任。

  参考文献

  [1] 张彤.环境调控的建筑学自治与空间调节设计策略[J].建筑师,2019(6):4-5.

  [2] 仲文洲,张彤.环境调控五点——勒· 柯布西耶建筑思想与实践范式转换的气候逻辑[J].建筑师,2019(6):6-15.

  [3] 米勒.刘易斯· 芒福德读本[M].宋俊岭,藋d12306ydcom云顶蝗唬耄虾#荷虾H榈辏2016.

  [4] 陈从周.苏州旧住宅[M].上海:上海三联书店,2003.

  [5] 张泉,俞娟,谢鸿权,等.苏州传统民居营造探原[M].北京:中国建筑工业出版社,2017.

  [6] 缪朴.传统的本质(上)——中国传统建筑的十三个特点[J].建筑师,1989(36):56-67.

  [7] 闵天怡,张彤.苏州地区乡土民居“开启”要素的气候适应性浅析[J].西部人居环境学刊,2015,30(2):25-35.

  [8] 刘敦桢.苏州古典园林[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

  [9] 韩冬青,顾震弘,吴国栋.以空间形态为核心的公共建筑气候适应性设计方法研究[J].建筑学报,2019(4):78-84.

  图片来源

  图1 :苏文协提供

  图2 :基于苏州大学档案馆资料和现场照片整理

  图3、图5、图7、图8、图9(左图)、图10~图12、图14、图15 :秦伟拍摄

  图9(右图):根据陈从周的《苏州旧住宅》中的景德路杨宅一层平面改绘

  图13 :根据伊纳吉· 阿巴罗斯的《建筑热力学与美》中的图示翻译

  图4、图6、图16、图17 :作者绘制

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