一座傳授木材技術(shù)的木建筑

1 西立面（攝影：Georg Aerni）

2 總平面

3 新舊校舍首層平面

在瑞士的汝拉山腳下，有一座人口約5萬(wàn)的小城市——比爾（Biel/Bienne），自19世紀(jì)起就一直擁有繁榮的工業(yè)和手表制造業(yè)。與這座城市的工業(yè)氛圍相得益彰的，是充滿實(shí)用精神的應(yīng)用科學(xué)教育。所屬于伯爾尼應(yīng)用科學(xué)大學(xué)（Bern University of Applied Sciences）的比爾高等木材技術(shù)學(xué)校（Higher Technical School of Wood Biel, HTS）即坐落于這里。這座學(xué)校擁有一座4層高的木建筑校舍，靜靜立于汝拉山南麓，散發(fā)出木材獨(dú)有的氣質(zhì)。這座木建筑不僅關(guān)注木材在結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)造力，也試圖從材料特性、建造、防火等其他建筑學(xué)視角來(lái)探索木建筑的獨(dú)特魅力，是一座用1:1實(shí)體建筑向?qū)W生們傳遞木材技術(shù)的教科書般的教學(xué)樓。

比爾高等木材技術(shù)學(xué)校

瑞士有7所應(yīng)用科學(xué)大學(xué)，伯爾尼應(yīng)用科學(xué)大學(xué)是其中之一。比爾高等木材技術(shù)學(xué)校作為該大學(xué)建筑、木材及土木工程學(xué)院的一部分，旨在培養(yǎng)學(xué)生成為木材技術(shù)專家（Technical Specialist HS Wood Technics），同時(shí)也與該學(xué)院其他三個(gè)專業(yè)之間具有密切的交流合作。在這所高等木材技術(shù)學(xué)校，學(xué)生們不但接受木結(jié)構(gòu)建造、木工技藝和木材工業(yè)等專業(yè)技能的課程，還收獲對(duì)商業(yè)能力的培養(yǎng)。也就是說(shuō)，學(xué)校試圖提供一種綜合而全方位的訓(xùn)練。同時(shí)，以資格認(rèn)證為導(dǎo)向的教學(xué)模式，加上在木材工業(yè)企業(yè)的實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)，共同確保了學(xué)生們高水準(zhǔn)的實(shí)踐能力。而畢業(yè)后獲得的木材技術(shù)專家認(rèn)證，使他們?cè)谥行⌒凸S或大型工業(yè)集團(tuán)得以擔(dān)任中高級(jí)管理職位，以自己的專業(yè)知識(shí)和技能來(lái)指導(dǎo)決策過(guò)程。

在瑞士，木材工業(yè)的歷史悠久，同時(shí)也深深扎根于經(jīng)濟(jì)和社會(huì)之中。如今，木材工業(yè)發(fā)生了從傳統(tǒng)制造到高科技工業(yè)的轉(zhuǎn)變，這既是一種挑戰(zhàn)，也是時(shí)代提出的要求。大約25年前，瑞士有混凝土工程師、鋼結(jié)構(gòu)工程師，但沒(méi)有專門的木材工程師?，F(xiàn)在，隨著木材逐漸開始受到重視，科技含量越來(lái)越高，人們對(duì)木材工業(yè)的需求也開始增加。這些變化需要在教育系統(tǒng)中有所體現(xiàn)，甚至是被預(yù)見(jiàn)性地納入其中，因此關(guān)于現(xiàn)代木材科學(xué)的教育隨之誕生。比爾高等木材技術(shù)學(xué)校就是其中之一。

一座嶄新的4層教學(xué)樓

這座木材學(xué)校原有的校舍分散在半徑1km的場(chǎng)地上，學(xué)生、工作人員和教員不得不在這之間頻繁地移動(dòng)，而且工業(yè)需求和學(xué)生人數(shù)的增加，也促使校園進(jìn)行改建。在當(dāng)時(shí)，雖然木結(jié)構(gòu)的技術(shù)已經(jīng)很先進(jìn)了，但建造這種多層木結(jié)構(gòu)建筑仍很困難，比如沒(méi)人了解這種建筑應(yīng)如何防火，也沒(méi)人知道該怎么建一個(gè)跨度9m的木結(jié)構(gòu)，人們需要一個(gè)更優(yōu)秀的解決方案。于是，在1990年舉行了一次建筑競(jìng)賽，經(jīng)過(guò)多次公眾投票，選出了獲勝團(tuán)隊(duì)。但在競(jìng)賽結(jié)束時(shí)仍有很多問(wèn)題需要解決，不同領(lǐng)域的專家聚在一起討論，包括建筑、結(jié)構(gòu)、生態(tài)、材料、建造流程、政府決策等，使用者的意見(jiàn)最終也被納入其中。經(jīng)過(guò)各種領(lǐng)域的研究、大量專業(yè)測(cè)試，以及上百場(chǎng)會(huì)議討論后，方案才最終得以確定。

所有建造工作都是在這個(gè)不大的場(chǎng)地上完成的，沒(méi)有中斷教學(xué)活動(dòng)和日常事務(wù)。其間，原有的生產(chǎn)和測(cè)試實(shí)驗(yàn)室被擴(kuò)建，一個(gè)中央供暖設(shè)備也得以建成。1997年秋天，這座木材學(xué)校成為應(yīng)用科學(xué)大學(xué)的一部分，肩負(fù)起更多責(zé)任，開始了對(duì)木材工程師和技術(shù)人員的全日制教育，以及針對(duì)從業(yè)人員的碩士課程等。1999年8月，項(xiàng)目全面竣工，學(xué)生、工作人員以及教師在秋天搬入了新的4層校舍。

項(xiàng)目的核心目標(biāo)是建造一座新的4層教學(xué)樓，并擴(kuò)建原有的校舍，使其面積增加一倍。新的教學(xué)樓試圖在表達(dá)木材或木材產(chǎn)品的典型應(yīng)用方法上具有指導(dǎo)意義，同時(shí)還要具有革新性和經(jīng)濟(jì)合理性。而且，建筑被期望成為一個(gè)原型，采用行之有效的建筑系統(tǒng)，那樣才可能被復(fù)制，比如結(jié)構(gòu)上要在未來(lái)可以擴(kuò)建，也能隨時(shí)對(duì)建筑進(jìn)行更新和升級(jí)。

最終，競(jìng)賽由邁利與彼得（Meili & Peter）建筑事務(wù)所和康澤特、布龍齊尼與加爾特曼（Conzett,Bronzini & Gartmann）工程事務(wù)所的合作團(tuán)隊(duì)獲勝。他們的方案最大程度地尊重了場(chǎng)地條件，并保留了大部分原有建筑中結(jié)構(gòu)性能良好的部分，新建筑也從很多方面與原有建筑形成了對(duì)照。其設(shè)計(jì)的關(guān)注點(diǎn)是，用怎樣的技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)大跨度、大體量的木元件，以及如何對(duì)不可燃材料建造的大空間進(jìn)行改進(jìn)。

這座新的建筑中有一個(gè)巨大的混凝土內(nèi)核，是整個(gè)建筑的核心結(jié)構(gòu)，其外圍是與之相連的若干個(gè)木盒。彼此分隔的木盒之間形成了幾個(gè)多功能的開口，用于采光、通風(fēng)以及防火等。這座建筑應(yīng)用了很多方法來(lái)防火，例如教室內(nèi)的噴淋設(shè)施、用作防火分區(qū)的陽(yáng)臺(tái)等。樓板大部分采用木材制造，是一個(gè)與結(jié)構(gòu)和防火等密切關(guān)聯(lián)的復(fù)雜樓板系統(tǒng)。立面也采用了獨(dú)特的概念，可以說(shuō)是一種原型立面。

4 四層平面

5 二層平面

6 地下一層平面

7 新建筑與舊建筑一翼相連（攝影：Georg Aerni）

建筑概念

建筑所在的場(chǎng)地仿佛一個(gè)小島，被城市郊區(qū)的住宅區(qū)和延伸至汝拉山南麓的工業(yè)區(qū)環(huán)繞。原有的教學(xué)樓高兩層，生產(chǎn)車間為一層，這些低矮的木建筑幾乎要從周圍的綠色風(fēng)景中消失。

建筑設(shè)計(jì)含有兩個(gè)層面。首先，低矮的工業(yè)廠房被擴(kuò)建，并緊挨新教學(xué)樓。原有的一層工業(yè)廠房的擴(kuò)建由一個(gè)同樣低矮并且外表與之相似的建筑實(shí)現(xiàn)，原有特征被加以強(qiáng)調(diào)。而四層的新教學(xué)樓與原有建筑的平坦而低矮的天際線相鄰，通過(guò)這種不太和諧的比例關(guān)系，前景中的傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)的屋頂輪廓與新的建筑形成了一個(gè)緊張的對(duì)峙關(guān)系。其次，建筑師試圖將新教學(xué)樓的功能與外部空間聯(lián)系起來(lái)，使外觀反映室內(nèi)布局——位于建筑北端的面向街道的空間是公共區(qū)域，包括食堂、會(huì)議室和圖書館，3個(gè)位于低層的木盒被用于教學(xué)，而四層的連續(xù)木結(jié)構(gòu)是不同院系的員工和行政人員的所在地。

“我們對(duì)這個(gè)巨大的木建筑的興趣不只在于一種零碎的、臨時(shí)性的元件搭建，相反，通過(guò)雕塑性的表達(dá)和物理性的張力，我們?cè)噲D使立面元件的進(jìn)深和具有觸感的線條帶來(lái)一種強(qiáng)烈的對(duì)比效果?！?/p>

建筑師還非常關(guān)注材料的選擇，依據(jù)其抵抗能力、特性和優(yōu)點(diǎn)，選擇了大量常用于工業(yè)建筑的材料。整個(gè)內(nèi)核選用混凝土，是為了滿足不可燃和結(jié)構(gòu)剛度的要求；預(yù)制木樓板元件可以在非常短的時(shí)間內(nèi)被組裝成預(yù)設(shè)大小的體量；混凝土覆層則是因?yàn)槠湟子谒苄?；以及用于室?nèi)外覆層的未經(jīng)處理的木材，和用于墻體木元件與混凝土內(nèi)核之間的工業(yè)鋼覆層等。這些材料被用于一座建筑，是為了在彼此之間形成對(duì)比和平衡。

8 混凝土內(nèi)核結(jié)構(gòu)模型

這座建筑里沒(méi)有空調(diào)，全部采用自然通風(fēng)。木盒上留有可以打開的部分，用于形成自然通風(fēng)。窗戶上的遮陽(yáng)試圖阻止光線和熱量進(jìn)入教室。而盡管混凝土冬暖夏涼，夏季仍需要打開教室門，通過(guò)對(duì)流來(lái)降溫。

建筑與藝術(shù)

在瑞士，當(dāng)建造大型公共建筑時(shí)，花費(fèi)一定的金額在藝術(shù)上是很常見(jiàn)的。比如，購(gòu)買繪畫和雕塑作品，或者將建筑結(jié)構(gòu)與藝術(shù)相結(jié)合。這座木材學(xué)校采用的是后者。新教學(xué)樓中，由普法夫（J. Pfaff）設(shè)計(jì)完成了墻壁和天花的純色噴涂，意在表現(xiàn)建筑構(gòu)想和概念。噴涂的顏色不是為了對(duì)已選定的建筑材料在表達(dá)上進(jìn)行干預(yù)，而是為了強(qiáng)調(diào)其中的關(guān)系。走廊中的天花被涂成藍(lán)灰色，與地面的素混凝土以及金屬墻覆層在色彩上形成觀照，不但使混凝土的質(zhì)感變得與室外的木材相近，藍(lán)色也使人聯(lián)想到天空，與室外形成一種連接。用在樓梯間里的黃色礦物涂料暗示了光線，并將上下4層連接為一個(gè)完整的單元。這座建筑的室內(nèi)色彩即按照此方式，試圖將建筑與雕塑的定義合二為一。

9 施工現(xiàn)場(chǎng)

10 走廊（攝影：Georg Aerni）

11 樓梯間（攝影：辛夢(mèng)瑤）

12 縱剖面

13 橫剖面

建筑結(jié)構(gòu)

新的4層教學(xué)樓中，一個(gè)巨大的混凝土結(jié)構(gòu)被置于建筑中央，在垂直和水平方向上伸展。垂直方向的4個(gè)混凝土通風(fēng)井作為內(nèi)核支撐起這個(gè)結(jié)構(gòu)，升降電梯、樓梯和衛(wèi)生間被置于其中。一系列由木框架預(yù)制而成的自承重木盒被連接到混凝土結(jié)構(gòu)上，木盒之間的空間形成了陽(yáng)臺(tái)和走廊，柔軟地連接起室內(nèi)外空間。這些木盒被看作一個(gè)個(gè)單獨(dú)的碎片，被附著到一個(gè)結(jié)構(gòu)上形成整體。開放的和封閉的空間形成了整個(gè)建筑的外殼，光線通過(guò)開放空間進(jìn)入內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

從平面圖可以看到，一共有5個(gè)木盒（房間），每個(gè)都可以被分隔成不同大小的教室。每個(gè)木盒的承重結(jié)構(gòu)由6個(gè)9.70m×2.70m的預(yù)制墻元件組成，每層樓重達(dá)1.5t。樓板和天花的結(jié)構(gòu)也是預(yù)制的，由中空的盒形元件組成，插在上下兩層的墻之間。在窗戶一側(cè)，樓板元件被固定到一個(gè)置于墻體系統(tǒng)內(nèi)的水平梁上，使得窗戶可以延伸到房間的最頂端。由于沒(méi)有豎向承重從木結(jié)構(gòu)傳到混凝土內(nèi)核上，因此木盒在建筑中是獨(dú)立傳遞承重的結(jié)構(gòu)。

木結(jié)構(gòu)從三面將巨大的混凝土內(nèi)核包圍。其中，建筑的北側(cè)一端，一個(gè)梁柱結(jié)構(gòu)代替了混凝土內(nèi)核，可以獨(dú)立支撐2～3層樓的高度，其端部和某些特定部位則由一個(gè)位于北立面的木桁架和中間的樓板支撐。建筑最上層是一個(gè)連續(xù)的木結(jié)構(gòu)，將下層的混凝土結(jié)構(gòu)與木盒連成一體。一個(gè)向中央軸線輕微傾斜的平屋頂覆蓋于建筑之上，便于雨水沿屋頂排走。

由于場(chǎng)地很久很久以前是一片湖，土地基礎(chǔ)不好，所以使用的木盒都很輕。但混凝土內(nèi)核很重，因此位于結(jié)構(gòu)中心的后張法鋼筋混凝土內(nèi)核被置于低層。同時(shí)，地下室采用了一個(gè)能抵抗扭曲的方盒，可以將荷載均勻分散到基礎(chǔ)上。混凝土內(nèi)核和構(gòu)成教室的輕量木盒的荷載通過(guò)不同長(zhǎng)度的打入樁被傳到地基上。

1997年8月，從北端開始，建筑被一個(gè)木盒一個(gè)木盒地搭建起來(lái)。木盒都是事先在現(xiàn)場(chǎng)之外的地方被預(yù)制好的，然后不經(jīng)處理即被運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)。北端和所有房間都從地面層安裝到屋頂。這個(gè)階段結(jié)束后，窗戶和立面元件就從戶外的木工那里被運(yùn)過(guò)來(lái)并安裝上。木盒、窗戶和立面元件的搭建都是在沒(méi)有腳手架的條件下完成的，但卻快速易行，適合大型預(yù)制元件的應(yīng)用。在整個(gè)搭建過(guò)程中，防雨防潮的措施貫徹始終。4個(gè)月后的1997年圣誕節(jié)，90%的木結(jié)構(gòu)完成了搭建。

防火系統(tǒng)

基于防火觀點(diǎn)的木結(jié)構(gòu)尺寸跟通常的尺寸不太一樣。在舉辦競(jìng)賽的時(shí)候，對(duì)于這種木結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)者們既沒(méi)有可靠的建議和指導(dǎo)，也沒(méi)有足夠的經(jīng)驗(yàn)。因此在一開始，當(dāng)局、政府和工程師之間的交流對(duì)設(shè)計(jì)的快速進(jìn)展發(fā)揮了很大的幫助。

防火的目標(biāo)首先在于定義概念。整個(gè)概念包括結(jié)構(gòu)內(nèi)核所使用的不可燃材料，以及延伸至樓板之間的金屬墻覆層。結(jié)構(gòu)內(nèi)核的耐火時(shí)間被設(shè)定為60分鐘。而為了應(yīng)對(duì)木房間的可燃材料，木房間區(qū)域的防火時(shí)間被設(shè)為30分鐘，研究和測(cè)試證明該時(shí)間可以滿足防火要求。金屬墻覆層在走廊和木房間之間形成一個(gè)不可燃防火墻，使其彼此分隔，同時(shí)，木房間通過(guò)開口和陽(yáng)臺(tái)互相分離，以此來(lái)形成防火分區(qū)。陽(yáng)臺(tái)區(qū)域在大型火災(zāi)中也可以作為防火分區(qū)被使用。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，逃生通道由不可燃的混凝土走廊、兩個(gè)樓梯間以及低層的陽(yáng)臺(tái)提供。

一個(gè)迫切需要考慮和解決的問(wèn)題是，火勢(shì)會(huì)從一層蔓延到另一層，這要求對(duì)樓板、立面和隔墻之間的連接細(xì)部進(jìn)行嚴(yán)密的研究分析。在墻體結(jié)構(gòu)內(nèi)，需設(shè)置用于早期滅火的噴淋裝置以及相應(yīng)措施。阻止火勢(shì)蔓延的自動(dòng)防火門、消防通道，以及傳統(tǒng)的消防措施，構(gòu)成了整座建筑的全部防火概念。

在進(jìn)行細(xì)部處理的階段，為特別應(yīng)對(duì)防火，結(jié)構(gòu)元件被進(jìn)行了各種改進(jìn)。例如，樓板元件被切開以改善房間內(nèi)的聲學(xué)條件，雖然從聲學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看會(huì)產(chǎn)生良好的效果，在美學(xué)上也出眾，但為了應(yīng)對(duì)大跨度樓板的防火，還需要進(jìn)行額外的大型防火測(cè)試?！皯?yīng)對(duì)防火的解決方案需要與項(xiàng)目中的各個(gè)方面緊密結(jié)合，而對(duì)于這種非標(biāo)準(zhǔn)形式和規(guī)模的木結(jié)構(gòu)，仍有許多問(wèn)題需要解決，以更好地保護(hù)人和財(cái)產(chǎn)不受火災(zāi)危害?！?/p>

木樓板系統(tǒng)

很多基于防火的建筑考量和擴(kuò)建設(shè)想，都讓位于最終采用的樓板系統(tǒng)概念。1991-1992年，曾單獨(dú)為樓板系統(tǒng)舉辦了一次競(jìng)賽。新建筑的跨度和承重都非常大，要求也很精確：與防火、聲學(xué)、震動(dòng)、搭建、維護(hù)、清潔等相關(guān)的要求都被考慮到其中，并在大尺度測(cè)試中進(jìn)行了驗(yàn)證。最終10個(gè)參賽隊(duì)伍入圍，從中誕生了一種高性能的樓板系統(tǒng)。

最終的解決方案是，樓板系統(tǒng)由一系列320mm高的三節(jié)木元件和一根跨度8.5m的單跨梁組成。由粘合劑粘合的水平和垂直的實(shí)木板組成了木盒，盒底保留未處理的狀態(tài)。通過(guò)在較低位置的層板上切除約1.2m長(zhǎng)的一塊，房間內(nèi)可以獲得較好的聲學(xué)效果，同時(shí)也能加強(qiáng)吸音性能。防火性能則是通過(guò)對(duì)炭化率的精確計(jì)算，以及1:1尺寸的測(cè)試來(lái)確認(rèn)的。

為了提高隔音效果，樓板的重量不得不增加。固定在木盒上的正交木格柵的孔洞內(nèi)被填入60mm厚的沙層，同時(shí)木格柵之間的隔絕層上被置入30mm厚的刨花板。樓板由輕量混凝土與木屑的混合物代替一部分沙子，能夠幫助室內(nèi)保暖，而且質(zhì)地較軟能夠降噪，也有利于減輕重量。加入碎木屑的混凝土地面需要人工抹平，是整片澆筑的，中間沒(méi)有縫隙，強(qiáng)度和耐久性較好。這種地面的表面比較粗糙，所以外表面有簡(jiǎn)單的上色和油漆噴涂，但不能抵抗大量的水，容易腐蝕。

木樓板長(zhǎng)度達(dá)到一整個(gè)木盒的長(zhǎng)度，使得房間可以自由分隔。房間的分隔通過(guò)獨(dú)立的自承重家具式墻體來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還兼有黑板、投影屏幕等多種功能。噴淋的安裝（每平方米最小數(shù)量）遵循教室的布局，位于元件和元件之間120mm寬的預(yù)留空間內(nèi)。電氣設(shè)備安裝在樓板上的安裝通道內(nèi)，以及天花下方的一個(gè)懸掛式的配電系統(tǒng)中，兩者都能適應(yīng)安裝或規(guī)模的變化。

木立面

在這座教學(xué)樓中，立面概念反映了建筑的整體概念，重點(diǎn)關(guān)注的是維護(hù)、修理、替換的可能性，以及木材品種的選擇和建造方法。這座建筑需要使用源于當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)且可更新的資源，并可以保證良好的耐久性。最終，預(yù)制立面元件全都使用硬質(zhì)的橡木來(lái)制作，并且用剪式升降臺(tái)從外面固定到木結(jié)構(gòu)上。

14 教室內(nèi)景（攝影：Georg Aerni）

15 顏色發(fā)生變化的西立面（攝影：辛夢(mèng)瑤）

在這個(gè)建筑中，天然材料試圖得到最大化利用，因此立面上沒(méi)有采用覆層或噴涂，且只進(jìn)行簡(jiǎn)單切割。板材遵照嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇，例如充分考慮其在原木中的位置、切割方法、年輪等。立面木板上的所有縱向切割和造形都與表面有輕微的傾斜角度，是為了使雨水等能從木板上流走。靜水或毛細(xì)作用的滲透水通過(guò)各種細(xì)部處理來(lái)避免。整個(gè)立面都能進(jìn)行自然通風(fēng)，因此如果有水進(jìn)入到立面后，也可以自行揮發(fā)。一些高度暴露于室外的特殊元件用簡(jiǎn)單的連接件連接，大型的板材通過(guò)特殊鋼連接件與結(jié)構(gòu)相連，這些是為了保證每個(gè)板材都能隨時(shí)被拆卸、修理或替換。立面元件被固定在承重結(jié)構(gòu)的外面，所有的螺絲都固定在木板與結(jié)構(gòu)之間，因此立面上不會(huì)出現(xiàn)孔洞，對(duì)修復(fù)而言十分有效。

由于校方?jīng)]有采取任何手段來(lái)維護(hù)立面木板，所以木板顏色都發(fā)生了改變，與剛建成時(shí)完全不同。在這里，風(fēng)雨常常從西南方向過(guò)來(lái)，而且濕度特別高，多霧，這些立面就完全暴露在惡劣的天氣環(huán)境下，極易受到侵蝕，從而出現(xiàn)變色等問(wèn)題?，F(xiàn)在，研究人員嘗試在東側(cè)立面上進(jìn)行一些測(cè)試。他們用高壓水來(lái)噴射木板，并輕輕刷洗，可以清除掉一些小的尤其是黑色或灰色的污跡。這會(huì)使木板變得跟剛安裝好時(shí)一樣，顏色均勻?！?/p>