董春雷 萬 輝 杜官本
(西南林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,昆明 650224)
木結(jié)構(gòu)建筑在我國已有幾千年的歷史,曾是我國主要的建筑形式。我國解放后頭兩個“五年計劃”期間,由于缺乏鋼鐵、水泥等主要的建筑材料,加之木材有就地取材且易加工的特點,使磚木建筑成為當(dāng)時主要的建筑形式,其占比高達46%。但到了20世紀(jì)80年代,除必要的生態(tài)防護林外,我國可用的結(jié)構(gòu)材采伐殆盡,當(dāng)時國家又無足夠的外匯從國際市場購買木材,國家就從政策上開始限制木結(jié)構(gòu)材料的使用,并提倡“以鋼代木、以塑代木”,致使我國木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展幾乎處于停滯狀態(tài)。同時,與木結(jié)構(gòu)相關(guān)的研究和應(yīng)用也逐漸與世界發(fā)達國家拉開了距離,導(dǎo)致我國在木結(jié)構(gòu)建筑方面的研究和應(yīng)用出現(xiàn)了20多年的空白期,原開設(shè)有木結(jié)構(gòu)專業(yè)的院校也相繼停辦了該專業(yè)[1]。
20世紀(jì)90年代未特別是21世紀(jì)初,由于人工速生林的高速增長和高效利用,加之大量進口木材的補充,從資源上解決了我國木結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展的癥結(jié)。木結(jié)構(gòu)建筑具有綠色環(huán)保、節(jié)能低碳和優(yōu)越的抗震性能等優(yōu)點引發(fā)人們對新一代建筑形式的向往。另外,加拿大、美國、芬蘭、瑞典和日本等國外政府機構(gòu)和企業(yè)均看好中國木結(jié)構(gòu)發(fā)展巨大的潛在市場,持續(xù)加大現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的宣傳力度,從而使我國政府和學(xué)術(shù)界重新認(rèn)識到木結(jié)構(gòu)建筑在社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益方面的可持續(xù)發(fā)展優(yōu)勢,相繼從政策層面和技術(shù)方面給予引導(dǎo)和規(guī)范,如“十一五”國家科技支撐計劃列出了現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的相關(guān)研究項目,同時也相繼出臺了《木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(2005年版)》《木結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》《木結(jié)構(gòu)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》和新版的《木結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》等一系列國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。2015年9月工信部和住建部聯(lián)合出臺的《促進綠色建材生產(chǎn)和應(yīng)用行動方案》、2016年2月《中共中央、國務(wù)院關(guān)于進一步加強城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》均明確表達了推廣木結(jié)構(gòu)建筑的決心,說明綠色木結(jié)構(gòu)建筑已經(jīng)成為建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要組成部分,低碳環(huán)保的木結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)將迎來新一輪的發(fā)展契機[1-2]。
1.林科背景下木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)發(fā)展情況
林科即行業(yè)中俗稱的“林口”,泛指林業(yè)工程一級學(xué)科下的木材科學(xué)與技術(shù)、森林工程和林產(chǎn)化學(xué)加工工程3個二級學(xué)科,而本文所指的林科即狹義上的木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科。因此,基于以上認(rèn)知,國內(nèi)各大林業(yè)院?;蚩蒲袡C構(gòu)紛紛探索基于林科背景的木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)或方向的學(xué)科建設(shè)。比如,國內(nèi)的南京林業(yè)大學(xué)率先成立了木結(jié)構(gòu)建筑系,并先后于2002年和2007年開始招收碩士研究生和本科生,該系依托木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科設(shè)置了木結(jié)構(gòu)建筑理論、木結(jié)構(gòu)建筑材料、木結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計、建筑木制品生產(chǎn)工藝和木結(jié)構(gòu)建筑施工與裝飾5個專業(yè)方向,課程設(shè)置方面兼顧了土木工程和木材科學(xué)與工程2個專業(yè)方向的基礎(chǔ)課[3];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)在傳統(tǒng)的木材科學(xué)與工程二級學(xué)科下設(shè)了木結(jié)構(gòu)建筑方向,偏重培養(yǎng)建筑美學(xué)和造型設(shè)計方面的人才[4];西南林業(yè)大學(xué)于2014年開始招收木結(jié)構(gòu)建筑(二級交叉學(xué)科)專業(yè)碩士研究生,并于2016年在木材科學(xué)與工程本科專業(yè)下面設(shè)置了木結(jié)構(gòu)建筑方向(與材料工程和家具工程兩個方向并列),開始培養(yǎng)本科生,專業(yè)課程主要在原木材加工專業(yè)課程的基礎(chǔ)上增加了“建筑學(xué)”“工程力學(xué)”“木結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”等課程;北京林業(yè)大學(xué)于2017年在木材科學(xué)與工程專業(yè)下設(shè)置了木結(jié)構(gòu)材料與工程方向,專業(yè)課程也是在木材加工專業(yè)課程的基礎(chǔ)上增加了“工程木制材料”“建筑學(xué)基礎(chǔ)”“木結(jié)構(gòu)設(shè)計”等課程,同時增加了基于工業(yè)4.0技術(shù)的木結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件方面的課程[5];中國林科院木材工業(yè)研究所下設(shè)了木材力學(xué)與木結(jié)構(gòu)研究室、木材保護室、木材改性研究室和木制品研究室等,承擔(dān)科研和研究生培養(yǎng)工作。其他農(nóng)林高等院校,如浙江農(nóng)林科技大學(xué)等,也于近幾年準(zhǔn)備籌建木結(jié)構(gòu)建筑學(xué)科[6]。
2.工科院校木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)發(fā)展情況
國內(nèi)傳統(tǒng)工科院校,如哈爾濱工業(yè)大學(xué)、同濟大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、蘇州科技學(xué)院等,也相繼在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工程二級學(xué)科下設(shè)立了木結(jié)構(gòu)研究方向。哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院2005年成立了木結(jié)構(gòu)研究中心,目前該中心正在籌備成立國家木結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢測中心[7];2009年在傳統(tǒng)強勢鋼結(jié)構(gòu)學(xué)科多年學(xué)科建設(shè)的基礎(chǔ)上,整合資源開設(shè)了木結(jié)構(gòu)方向的研究生課程。南京工業(yè)大學(xué)先進工程復(fù)合材料研究中心,致力于工程復(fù)合木結(jié)構(gòu)以及纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的工程咨詢、設(shè)計安裝、產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)制作、委托檢測、成果轉(zhuǎn)化等工作,該中心雖從事工程研發(fā)方面的工作,但實際上承擔(dān)了木結(jié)構(gòu)方面的科研和研究生培養(yǎng)工作[8]。同濟大學(xué)和上海交通大學(xué)土木工程學(xué)院雖沒有專門成立木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè),但同濟大學(xué)的鋼結(jié)構(gòu)教研室和上海交通大學(xué)的建筑系近幾年來開展了不少高層木結(jié)構(gòu)及其抗震方面的研究工作。
國外的高等院校及科研機構(gòu)設(shè)立木結(jié)構(gòu)建筑相關(guān)學(xué)科和研究中心的歷史較為悠久。比如,華盛頓州立大學(xué)早在1949年就成立了復(fù)合材料及工程中心,致力于木質(zhì)和生物質(zhì)新型建筑材料的研發(fā)和工程應(yīng)用,也承擔(dān)木結(jié)構(gòu)方面的研究生培養(yǎng)工作[9];美國俄勒岡州立大學(xué)林業(yè)學(xué)院的木材科學(xué)和工程學(xué)科主要從事木材等可再生材料的研究和工程應(yīng)用,如木結(jié)構(gòu)建筑的木質(zhì)工程材料的保護和利用等;加拿大新伯倫瑞克大學(xué)的林業(yè)和環(huán)境管理學(xué)院設(shè)立了木材科技中心,主要從事木質(zhì)產(chǎn)品、木材質(zhì)量控制、木結(jié)構(gòu)工程和木結(jié)構(gòu)建筑等的研發(fā)和應(yīng)用,同時也承擔(dān)本科生和研究生的培養(yǎng)工作[10];新西蘭坎特伯雷大學(xué)成立了木材技術(shù)研發(fā)中心,從事木質(zhì)工程材料和木結(jié)構(gòu)建筑等的設(shè)計、檢測、防火、減震等的研究和工程應(yīng)用工作[11]。此外,瑞典的隆德大學(xué)、日本的京都大學(xué)、芬蘭的VTT技術(shù)研究中心等也設(shè)有類似學(xué)科或研究中心,研究對象多以高層木結(jié)構(gòu)建筑、木結(jié)構(gòu)建筑防火隔音性能等研究為主,所設(shè)專業(yè)也放在了土木工程學(xué)科下面并以土木工程的課程體系為基礎(chǔ)。
通過調(diào)研可以看出,國內(nèi)外木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)或研究方向有設(shè)置在土木工程學(xué)科下面,也有設(shè)在建筑學(xué)學(xué)科、林學(xué)學(xué)科以及建筑學(xué)科與土木工程或設(shè)計藝術(shù)學(xué)等交叉學(xué)科下面。而國內(nèi)林業(yè)院校則多設(shè)置在林業(yè)工程一級學(xué)科下面,作為單獨的二級學(xué)科與木材科學(xué)與技術(shù)二級學(xué)科并列或作為木材科學(xué)與技術(shù)二級學(xué)科下面的一個研究方向,其呈現(xiàn)的特點如下。
第一,依托土木工程學(xué)科或建筑學(xué)學(xué)科建設(shè),多采用鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的慣性學(xué)科思維構(gòu)建木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)課程體系,主干基礎(chǔ)課程多為“材料力學(xué)”“結(jié)構(gòu)力學(xué)”“建筑學(xué)”等,少開設(shè)或基本沒有開設(shè)與木材學(xué)、木基結(jié)構(gòu)材料相關(guān)的課程。
第二,依托木材科學(xué)與工程二級學(xué)科建設(shè),大多采用木材加工和木基結(jié)構(gòu)材料的慣性學(xué)科思維構(gòu)建木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)課程體系,主干基礎(chǔ)課程多為“木材學(xué)”“木制品加工工藝”等,而“材料力學(xué)”“結(jié)構(gòu)力學(xué)”“建筑學(xué)”等課程則主要由土木工程學(xué)科教師代為授課。
第三,在關(guān)鍵的建筑結(jié)構(gòu)材料課程設(shè)置上,無論是依托土木工程學(xué)科和建筑學(xué)學(xué)科,還是依托木材科學(xué)與工程二級學(xué)科來構(gòu)建的木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)或方向,其設(shè)置方法都著重突出了木質(zhì)材料作為建筑材料的一般屬性(物理和力學(xué)性能)和部分特殊屬性(吸濕性、霉變和腐朽等),但沒有突出木質(zhì)材料解剖構(gòu)造、建筑物理環(huán)境屬性(聲、熱、光、電)、蠕變性能及其相互之間的關(guān)系等其他重要性能。
第四,因照搬了原有土木工程學(xué)科或建筑學(xué)學(xué)科和木材科學(xué)與工程二級學(xué)科構(gòu)建的木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)或方向的設(shè)置思想和方法,導(dǎo)致對木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)課程體系的完整性、基礎(chǔ)課程與外延性課程的關(guān)系、知識點間的邏輯次序和內(nèi)在關(guān)聯(lián)等問題考慮得不夠周全。
第五,部分院校開設(shè)了中國傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑課程,但只是將其設(shè)為選修課程,作為學(xué)生知識擴展或藝術(shù)賞析的內(nèi)容,尚不足以支撐傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計的需求。
由于依托學(xué)科基礎(chǔ)的差異,各高等院校或科研院所對木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)或研究方向的建設(shè)思路也存在較大的差異,而如何構(gòu)建和發(fā)展林科背景下的木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)一直以來都是各林業(yè)院??嗫嗨伎嫉膯栴}。經(jīng)過幾年的摸索和實踐,西南林業(yè)大學(xué)積累了一些木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)體系建設(shè)方面的經(jīng)驗,當(dāng)然也有不少教訓(xùn)。筆者結(jié)合西南林業(yè)大學(xué)木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)建設(shè)情況,并針對目前國內(nèi)外該專業(yè)建設(shè)當(dāng)中存在的問題,僅就林科背景下該專業(yè)未來的專業(yè)體系建設(shè)和發(fā)展方向談?wù)剛€人的一些思考。
國內(nèi)各林業(yè)院校的木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)多設(shè)置在木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科下面,課程體系也多延續(xù)以“木材學(xué)”“人造板工藝學(xué)”和“木材加工工藝學(xué)”等木材加工方面的課程為基礎(chǔ),輔以土木工程學(xué)科下的“材料力學(xué)”“結(jié)構(gòu)力學(xué)”和“建筑學(xué)”的課程為補充。但這與木結(jié)構(gòu)建筑以建筑學(xué)、建筑力學(xué)及相關(guān)學(xué)科知識為基礎(chǔ)的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)結(jié)合度不夠,多年實踐下來發(fā)現(xiàn)兩種學(xué)科體系的“強行嫁接”很容易造成“兩張皮”現(xiàn)象的發(fā)生。土木工程學(xué)科下的傳統(tǒng)課程,如“建筑學(xué)”“結(jié)構(gòu)力學(xué)”“材料力學(xué)”等,讓林科學(xué)生普遍吃不消,原因是這些課程往往以鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為研究對象,學(xué)生很難找到切換研究對象之后知識的關(guān)聯(lián)性和可移植性。因此,迫切需要深入研究木材科學(xué)與工程學(xué)科、土木工程學(xué)科、建筑學(xué)學(xué)科和設(shè)計藝術(shù)學(xué)學(xué)科課程體系在立足于林科背景下的木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)課程體系建設(shè)時的內(nèi)在關(guān)聯(lián)與區(qū)別;迫切需要圍繞木結(jié)構(gòu)建筑的一般和特殊建筑學(xué)屬性、設(shè)計、施工、保護、檢測、木制工程材料等基本要素,從土木工程學(xué)科、建筑學(xué)學(xué)科、設(shè)計藝術(shù)學(xué)學(xué)科和木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科等相關(guān)專業(yè)課程體系內(nèi)抽取支撐上述木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)所涉及的所有知識點,重新梳理并構(gòu)建符合林科學(xué)生特點的專業(yè)課程體系。西南林業(yè)大學(xué)在強調(diào)林科背景下上述學(xué)科知識點間的通用性和特殊性關(guān)系的同時,重新構(gòu)建了學(xué)科知識點的邏輯性關(guān)系,避免了學(xué)科知識點間的割裂和重復(fù);強調(diào)基礎(chǔ)知識和基本技能間關(guān)系的同時,將最新科學(xué)技術(shù)和方法應(yīng)用到木結(jié)構(gòu)建筑領(lǐng)域。但需要注意的是不能把林科背景下的木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)辦成無所不包的“萬金油”專業(yè),要“有所為有所不為”。雖然木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)可下設(shè)多個專業(yè)方向,但需要根據(jù)學(xué)科支撐條件和培養(yǎng)方向構(gòu)建學(xué)科知識體系并配備合適的課程,將其他方向的課程作為選修課程來處理。
由于木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)停辦時間較長,國內(nèi)原有教材內(nèi)容老舊,特別是缺乏現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的最新理論知識和技術(shù)等教學(xué)內(nèi)容,已不能滿足現(xiàn)代教學(xué)的需求。而市面上現(xiàn)有的木結(jié)構(gòu)建筑方面的教材又多是國外工程技術(shù)手冊直接編譯形成,一是缺乏對木結(jié)構(gòu)建筑學(xué)科知識體系的整體認(rèn)知,二是缺乏專業(yè)理論知識教學(xué)部分的內(nèi)容,不太適合作為教材使用。因此,擺在國內(nèi)木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)教師面前的迫切問題就是教材的選用和重新編寫問題,可能今后若干年內(nèi)教材的編寫都是該專業(yè)建設(shè)的主要任務(wù)之一。其中專業(yè)基礎(chǔ)課程教材的編寫又是重中之重,需要在課程體系縱向、橫向綜合考量的基礎(chǔ)上,結(jié)合建筑學(xué)、力學(xué)和木材學(xué)相關(guān)基本知識,以木結(jié)構(gòu)建筑對專業(yè)基礎(chǔ)知識的需求為導(dǎo)向重新編排理論知識教學(xué)內(nèi)容。
傳統(tǒng)課程體系基本上是依據(jù)每一門課程內(nèi)的知識點設(shè)置實踐課程(如實驗課等),在學(xué)期末設(shè)置課程實習(xí)和專業(yè)認(rèn)知實習(xí),從知識引導(dǎo)、感性認(rèn)知和動手能力方面對學(xué)生所學(xué)理論知識進一步加強。但卻呈現(xiàn)出不少弊端,如存在實踐教學(xué)內(nèi)容古板且與所學(xué)專業(yè)方向脫節(jié)、不接地氣、學(xué)生學(xué)習(xí)提不起興趣等問題,導(dǎo)致學(xué)生應(yīng)付了事,達不到實踐教學(xué)的目的。因此,筆者建議西南林業(yè)大學(xué)在學(xué)科知識點抽取、梳理總結(jié)和再重組基礎(chǔ)上,探索開設(shè)既配合基本知識點,又瞄準(zhǔn)培養(yǎng)方向,突出基本知識、基本技能和趣味性的三結(jié)合的實踐課程,使實踐教學(xué)與理論教學(xué)相輔相成,通過實踐教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)、思考,并鞏固理解理論知識,結(jié)合原有工科專業(yè)實踐課程的有效做法,加入專業(yè)課程設(shè)計、工程實地調(diào)研、專業(yè)方向綜合實習(xí)和模型設(shè)計制作等內(nèi)容。
當(dāng)前,我國林科不少專業(yè)課程體系的實施從總體上來看還缺乏實踐性、系統(tǒng)性、針對性和層次性。無論是專業(yè)教學(xué)自身的規(guī)律還是社會對人才的專業(yè)需求,都需要高校構(gòu)建有層次的進階式創(chuàng)新課程體系,并在此基礎(chǔ)上科學(xué)實施。首先,要在理論知識教學(xué)上采取創(chuàng)新教學(xué)手法如采用三維實景教學(xué)、雨課堂等,加強對理論知識的理解和掌握。在實驗和實習(xí)教學(xué)活動中,要緊扣理論教學(xué)內(nèi)容、靈活設(shè)置訓(xùn)練環(huán)節(jié),讓理論知識能在實驗、實習(xí)教學(xué)活動中得到加強,甚至是補充。比如,打通課堂教學(xué)、實驗教學(xué)和工廠實習(xí)的藩籬,安排一些能融合理論知識學(xué)習(xí)、實驗方案設(shè)計和實施、實習(xí)工廠動手實操的教學(xué)活動,使理論知識教學(xué)與實踐教學(xué)的科學(xué)合理配置層次分明、有序銜接。最后,無論是理論知識教學(xué)還是實踐教學(xué),都需要依據(jù)林科學(xué)生的基礎(chǔ)和認(rèn)知規(guī)律合理安排。
筆者認(rèn)為林科背景下木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)的發(fā)展將呈現(xiàn)如下趨勢。
第一,以結(jié)構(gòu)設(shè)計為培養(yǎng)方向的木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)課程體系將以力學(xué)為基礎(chǔ)的土木工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程體系為主,輔以“木材學(xué)”“木質(zhì)工程材料學(xué)”“人造板工藝學(xué)”等林科基礎(chǔ)課程。但目前還存在林科背景下木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)課程由純力學(xué)背景教師承擔(dān)的問題,容易造成講解對象和講解方法錯位的現(xiàn)象發(fā)生。所以,研究對象的差異必然要求未來林科背景下的木結(jié)構(gòu)建筑課程體系要解決好傳統(tǒng)力學(xué)課程在木材或木基材料上的移植性和適用性的問題。
第二,以建筑造型設(shè)計為培養(yǎng)方向的木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)課程體系將以建筑學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程為主。這一培養(yǎng)方向看似與林科相關(guān)課程體系關(guān)聯(lián)性較弱,但事實上由于建筑造型兩大研究內(nèi)容建筑體形和立面設(shè)計均與后期所采用的建筑材料及其性質(zhì)密切相關(guān),所以該方向仍需輔以“木材學(xué)”“木質(zhì)工程材料學(xué)”“木結(jié)構(gòu)建筑學(xué)”等林科基礎(chǔ)課程。
第三,以木結(jié)構(gòu)建筑室內(nèi)設(shè)計為培養(yǎng)方向的木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)因與木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科下普遍設(shè)有的家具和室內(nèi)設(shè)計專業(yè)培養(yǎng)方向有較高的相似度及適應(yīng)性,所以其專業(yè)課程體系基本上可直接移植家具和室內(nèi)設(shè)計專業(yè)的課程體系。但需突出強調(diào)木質(zhì)墻體、屋頂和地面等部件與傳統(tǒng)鋼筋混凝土建筑部件的本質(zhì)區(qū)別,以強化該培養(yǎng)方向的針對性和實用性。
第四,綠色環(huán)保大背景下已興起的木結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展和國家政策的大力支持將有可能催生單獨的木結(jié)構(gòu)建筑學(xué)科。該學(xué)科將與建筑學(xué)、土木工程、設(shè)計學(xué)和木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科高度融合、高度交叉的基礎(chǔ)上,重新審視木結(jié)構(gòu)建筑基礎(chǔ)課程與外延性課程的關(guān)系、各相關(guān)學(xué)科知識點間的邏輯次序和內(nèi)在關(guān)聯(lián),從而形成有特色的課程體系和教材體系。