匠心守護三十年 他用物理學給建筑“號脈”

二十多年前,在雲南省楚雄彝族自治州永仁縣的高山溝谷中,有一個叫迤巴拉乍的山村,住著800多名彝族群眾。高寒山區生態環境脆弱,生活條件艱苦。2000年,當地決定整村搬遷。
時任昆明有色冶金設計研究院副總建筑師的周偉接受了這個易地扶貧搬遷項目,帶領團隊到安置點勘測考察。“項目面臨很多困難,一方面,在山區住慣了的群眾難以適應安置點悶熱的氣候﹔另一方面,發給每戶人家的搬遷補助有限,群眾難以負擔房屋的改造費用。”
周偉帶領團隊設計的雲南永仁彝族生土民居示范房。中鋁國際昆明有色冶金設計研究院股份公司供圖
經過精確計算,周偉提出利用彝族傳統建筑兩面牆的前后高差,將屋頂瓦片斜鋪,並在一樓牆邊開一條風槽。“瓦片被陽光晒熱,‘熱空氣’上升形成負壓,‘冷空氣’就能在牆后‘流動’起來。不需要空調,出太陽時室內反而涼快。”
“雲南永仁易地扶貧搬遷的彝族綠色生土民居研究”這一項目在2007年獲得了華夏建筑科技獎二等獎,也成為周偉在專業領域內取得的標志性成果。他曾擔任中鋁國際昆明有色冶金設計研究院股份公司副總工程師、建筑設計院副院長、總建筑師,“將建筑更多地與科學技術結合”成為他從業30余年來一直奉行的准則。
雲南永仁彝族生土民居示范房設計效果圖。中鋁國際昆明有色冶金設計研究院股份公司供圖
“建筑是大地和天空的對話”
1977年,周偉高中畢業,恰逢昆明有色冶金設計研究院辦“職工大學”招生,從小喜歡畫畫的他成為了第一批“結構專業”的學生。
“建筑是什麼?當時我的認知是一片空白。”周偉坦言,跟著師傅學習畫結構圖的時候,他的思緒總是忍不住地發散:陽光照射在房屋上是什麼模樣?風如何在建筑表面流動? 一棟好的房子到底好在哪裡?
所有雜亂無章的念頭,在他參與昆明吳井電影院的設計時,找到了明確的指向。
周偉回憶:“過去的電影院是千人大廳,總有10個座位不賣票,因為坐在這些座位上的人聽不清聲音,為什麼會出現這樣的情況?”
本著“刨根問底”的精神,他四處向人請教,寫信給西安冶金建筑學院(現更名為西安建筑科技大學)的王景雲教授咨詢。“老師為我解釋了聲音在封閉空間裡傳播的原理,同時建議我繼續讀研究生。”
1991年,周偉考入西安冶金建筑學院,成為王景雲教授的碩士研究生,開始系統地學習“建筑物理”這一新學科。
建筑物理,即在不改變建筑構造的基礎上,合理利用建筑的物理環境如聲、光、熱等自然元素,實現了節能、環保、生態等設計目標。
三年的學習,讓周偉形成了一套較成熟的健康建筑理論。在他看來,有的房屋剛建好就成了“病態建筑”,建筑物理學科需要做的就是將“病因”找出來,提高建筑品質使人健康。
“建筑是大地和天空的對話,建筑要與物理結合才有意思,這是我們設計綠色建筑、生態建筑的基礎,對社會可持續發展具有深遠意義。”周偉說。
周偉代表中鋁國際參加交流會。中鋁國際昆明有色冶金設計研究院股份公司供圖
“把建筑的靈魂找出來”
20世紀90年代,城市發展加速,這讓周偉有了更多的施展空間,但接觸的項目越多,他也隱隱有些擔憂。“建筑物理在實際運用過程中有很多困難,要求設計師有良好的數學、物理和英語基礎,能夠根據物理規律精確計算,而不是照搬標准。”
多年來,周偉一直在思考理論與現實的連接點。他隨身帶著一個筆記本,隨時想到了什麼問題,就記下來。
問題越積累越多,2001年時,原來的知識儲備“不夠用了”,周偉決定繼續攻讀博士。
這一次,他學習的側重點放在“綠色建筑設計理論”上,深入學習材料物理、核物理等學科,同時在課程表裡加入了計算機編程。“搞清楚一個現象的原理,就要去了解分子、原子在熱傳導過程中的運動規律,再通過計算機,模擬理論實証模型以及環境物理要素的實測方法。”
扎實的理論基礎、豐富的項目經驗,成為他對專業領域細化提升的底氣。從事建筑設計及建筑技術設計工作30余年,周偉參與研究的多個少數民族綠色民居設計,被列為“長江上游綠色鄉村生土民居示范工程”,獲得多項國家級、省部級優秀工程設計獎。
近年來,周偉還參與了國家自然科學基金研究項目等多項科研工作,如“傳統民居生態建筑經驗的科學化研究”等﹔完成了“麗江老君山傈僳族傳統民居綠色更新研究”“香格裡拉德欽藏族傳統民居綠色設計”等。與西安建筑科技大學及西南建筑設計院合作共同完成的科研項目“西部低能耗建筑設計關鍵技術與應用”獲2010年國務院頒發的國家科技進步獎二等獎。
博士畢業時,周偉本有機會去高校當老師,但他還是選擇回到設計院,“肯定要回來,這裡才有實踐動手的機會。”
周偉展示其用電腦紙箱制作的高層建筑牆內“空調”模型。人民網 尹馨攝
如今,已經退休的周偉還在“折騰”新技術、新發明——他用電腦紙箱制作了一個安裝在高層建筑牆體內的“空調”模型,於2018年申請了專利“一種高層建筑用自然通風緩沖器”……
“房屋不能隻顧好看,設計的目的是把建筑的靈魂找出來。”他說。
在周偉的辦公室裡,凌亂地堆放著各種儀器、圖紙,描摹著更多綠色、生態建筑的輪廓﹔窗外,城市發展日新月異,園林、水景擁簇著一棟棟嶄新的建筑拔地而起,正將傳統文化和前沿建筑理念一一呈現……
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