低碳建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展推動現(xiàn)代木構(gòu)建筑的創(chuàng)新

于治均 寧芙兒

關(guān)鍵詞：低碳建筑產(chǎn)業(yè);現(xiàn)代木構(gòu)建筑;材料創(chuàng)新;結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

建筑產(chǎn)業(yè)著力提倡低碳節(jié)能的理念，不論在建筑設(shè)計中還是在室內(nèi)設(shè)計中，都采取低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)模式，這是人類社會繼農(nóng)業(yè)文明、工業(yè)文明之后的又一次重大進(jìn)步。低碳建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)成為未來建筑營造的必然趨勢[1]，從而也會導(dǎo)致新形態(tài)建筑的產(chǎn)生，建筑材料及結(jié)構(gòu)技術(shù)也均會發(fā)生新的變化與發(fā)展。

我國大部分建筑由鋼筋混凝土建筑以及鋼結(jié)構(gòu)組成，這兩種結(jié)構(gòu)的建筑在能耗、二氧化碳排放、空氣污染指數(shù)、水污染指數(shù)、生態(tài)資源耗能的指標(biāo)上都顯著偏高[2]，所以發(fā)展現(xiàn)代木構(gòu)建筑成為了必要的趨勢和重要選擇。木材是建筑材料中唯一可再生的天然環(huán)保綠色材料，具有自重輕、抗震性能優(yōu)良、保溫隔熱性能好等諸多優(yōu)點，是發(fā)展低碳建筑必不可少的天然材料，現(xiàn)代木構(gòu)建筑的發(fā)展，必然會推動整個產(chǎn)業(yè)鏈的創(chuàng)新與進(jìn)步。

1 低碳建筑概述

“低碳”一詞成為世界關(guān)注熱點，于2009 年哥本哈根氣候大會的召開隨之而來。一些國家致力于發(fā)展“低碳經(jīng)濟(jì)、低碳生活、低碳設(shè)計”等，其中低碳建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展逐漸被政府和設(shè)計學(xué)界所重視[3]。低碳建筑是指在建筑材料與設(shè)備制造、施工建造和建筑物使用的整個生命周期內(nèi)，減少化石能源的使用，提高能效，降低二氧化碳排放量[4]。從其定義中可見，低碳建筑更多的是把注意力關(guān)注在全球的氣候變暖，重點在于減少化石能源利用，減少二氧化碳排放，盡可能使用低碳材料以及運用低碳建筑技術(shù)等[3]。Roadmap 2050 是歐盟低碳經(jīng)濟(jì)的長期計劃，其中最重要的就是提高能效，節(jié)能減排。作為歐盟成員國以及聯(lián)合國全球氣候變化委員會的瑞典提出：到2050 年80% 的建筑（包括既有建筑）都能改造升級為節(jié)能建筑[5]。目前國際建筑界的主流趨勢，則是倡導(dǎo)低碳建筑的建設(shè)。

2 我國現(xiàn)代木構(gòu)建筑的現(xiàn)狀

在中國，木構(gòu)建筑延續(xù)了幾千年，傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)興于秦漢、盛于唐宋，直到明清時期達(dá)到巔峰，建造了一大批優(yōu)秀的木結(jié)構(gòu)建筑，并取得了輝煌的成就[6]。近年來，中國越來越重視可再生材料的建筑營建，恢復(fù)了木結(jié)構(gòu)建筑的研究及使用，使木結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)入了新一輪的發(fā)展。然而，由于中國先前對木構(gòu)建筑的研究有一段停滯期，相關(guān)政策文件或研究體系還沒有完善，稍落后于其他西方國家。

3 低碳建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展推動現(xiàn)代木構(gòu)建筑的材料與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

3.1 低碳建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展推動現(xiàn)代木構(gòu)建筑材料的創(chuàng)新

木結(jié)構(gòu)建筑難以廣泛推廣的主要原因則是材料問題。眾所周知，木材的生長較于鋼筋混凝土材料是緩慢的，生長周期較長，并且需要大量的加工[4]。然而木材卻是一種多功能的原材料，也是唯一可再生的建筑材料，具有良好的承重、隔熱、隔音、防潮和耐用的特點。

為了解決木質(zhì)材料在現(xiàn)代建筑使用的這一問題，工程木材開始出現(xiàn)在人們的視野中。工程木材是一種人工再造性材料，是應(yīng)用于建筑工程中的工業(yè)木材產(chǎn)品的總稱。交叉層壓木材（CLT）是奧地利人發(fā)明的一種新的工程木材，這種材料具有水平與垂直兩個方向很高的承重效能。交叉層壓木材（CLT）墻身能支撐整個上層的地板，其水平方向的強(qiáng)度猶如一根長梁一樣足以承載上層樓的荷載。第一個使用這種材料做建筑設(shè)計的是安德魯? 沃的倫敦建筑事務(wù)所。2009 年Murray Grove（如圖1）大廈于倫敦街頭落成，從外觀上看它是一棟普通灰色九層公寓樓，卻是世界上最早的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅建筑，并引起了建筑界內(nèi)的震驚。MurrayGrove 大廈的一樓以上的整個結(jié)構(gòu)全由交叉層壓木板組成，所有的墻壁、樓板和電梯內(nèi)壁都是這種木板。該項目在49 周內(nèi)完成，并交付了29 套完全隔熱和隔音的公寓，首次證明交叉層壓木材（CLT）有潛在的可行性，能夠在環(huán)境上做到可持續(xù)發(fā)展，替代了高密度房屋中的混凝土和鋼材。在2015 年，交叉層壓木材（CLT）被納入了美國國家木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范。該規(guī)范被用作2015年國際建筑規(guī)范的參考，從而使交叉層壓木材（CLT）被認(rèn)可為符合規(guī)范的建筑材料。2019 年3 月于挪威Brumunddal 完成了一座高85.4 米的18 層木構(gòu)建筑，這是世界上最高的現(xiàn)代木構(gòu)建筑。Mj?st?rnet 是一座現(xiàn)代化的綜合用途塔樓（如圖2），擁有當(dāng)?shù)鼐用窈陀慰涂梢允褂玫脑O(shè)施。此建筑用交叉層壓木材（CLT）制成承重結(jié)構(gòu)，由于它的主要垂直以及橫向結(jié)構(gòu)元素和地板跨度系統(tǒng)都是用木材建造的，因此該建筑物被認(rèn)為是全木材結(jié)構(gòu)?？梢哉f這項作品是木構(gòu)建筑在當(dāng)代復(fù)興的里程碑式的成就，同時也意味著這種材料在未來用于建造大型復(fù)雜的木結(jié)構(gòu)建筑提供了可能。

3.2 低碳建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展推動現(xiàn)代木構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新

低碳建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，不僅催生了建筑材料的發(fā)展，而且營建方式也不斷地創(chuàng)新，探索出了適合現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的技術(shù)。近年來“SE 構(gòu)造方法（Safety Engineering）”在現(xiàn)代木構(gòu)建筑中擁有了突破性的發(fā)展[7]。這種營造方式是由日本研發(fā)出的一種高度抗震構(gòu)造方法，建筑結(jié)構(gòu)材料選取高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)壓木板，建筑結(jié)構(gòu)的連接選用金屬物件代替木構(gòu)建筑連接部分，克服了傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)連接部分的薄弱性（圖3）。日本現(xiàn)已有很多運用“SE 構(gòu)法”建造的木構(gòu)住宅及公共建筑。例如，中川十二zen 保育園位于日本福岡縣筑紫區(qū)中川町（圖4），這幢建筑采用“SE 構(gòu)法”進(jìn)行現(xiàn)代木構(gòu)建筑的營建。在整個營造過程中，“SE 構(gòu)法”改進(jìn)了傳統(tǒng)的榫卯構(gòu)造的缺點，用金屬物件代替了木構(gòu)建筑的接頭連接，實現(xiàn)了兼具鋼結(jié)構(gòu)與RC 結(jié)構(gòu)以及木結(jié)構(gòu)性能。此種方法將金屬與支柱直接連接并固定，增強(qiáng)了柱基部分。在建筑結(jié)構(gòu)規(guī)劃中，利用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的梁密集排列使動力均勻分配。根據(jù)對強(qiáng)度的要求，建筑的主要大梁則安置在關(guān)鍵點并成為支柱，將支柱放置在不會干擾活動的位置。這種構(gòu)建方法最大的潛力在于，可以使室內(nèi)活動空間更加靈活，為日常學(xué)習(xí)生活以及未來空間的發(fā)展提供無限的可能。

又如，日本建筑設(shè)計大師坂茂先生于2013 年在蘇黎世完成設(shè)計了Tamedia 辦公大樓（圖5），這幢大樓的柱子、橫梁，甚至楔子均由純木料建成，是一座精準(zhǔn)榫接構(gòu)造的大木作空間，并且它擁有先進(jìn)的防火技術(shù)，這種木制主結(jié)構(gòu)（僅選擇可循環(huán)利用的建筑材料以及在建造過程中二氧化碳排放量最低的材料）在很大程度上成為了這個項目最為重要的創(chuàng)新所在。并且，整幢建筑不論是從外觀還是從構(gòu)造上看都十分現(xiàn)代化。究其原因是整體建筑采用了大木作構(gòu)造與現(xiàn)代玻璃的結(jié)合手法。

綜上所述，這兩個案例都是低碳建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對現(xiàn)代木構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，開創(chuàng)了“SE 構(gòu)法”以及現(xiàn)代大木作構(gòu)法。這樣的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，將木制結(jié)構(gòu)體完全暴露在室內(nèi)空間中，不僅起到功能性支撐的作用，還給予室內(nèi)空間自然與輕松的氛圍感。

4 結(jié)語

低碳建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展推動了新型建筑藝術(shù)形式的出現(xiàn)，木構(gòu)建筑為低碳建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了一種新的可能，并激發(fā)了木構(gòu)建筑在建筑材料與結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新。

交叉層壓木材（CLT）這種新型材料的出現(xiàn)為將來營造大型復(fù)雜的現(xiàn)代木構(gòu)建筑空間提供了可能。除了新興材料的創(chuàng)新外，將傳統(tǒng)木制材料與其他現(xiàn)代材料（玻璃、金屬、塑料等）相結(jié)合，剔除了木制材料給人的厚重感，營造出了古樸與現(xiàn)代融合的、令人驚嘆的結(jié)果，予以人們極其強(qiáng)烈的時代感。

而“SE 構(gòu)造方法”則創(chuàng)新了結(jié)構(gòu)連接上的處理，運用金屬物件代替?zhèn)鹘y(tǒng)木制建筑的接頭連接形式，并且通過這樣的創(chuàng)新工法，能夠使室內(nèi)空間具有高度的靈活性?，F(xiàn)代大木作是對木構(gòu)件承載能力的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，推動了木構(gòu)建筑在結(jié)構(gòu)荷載方面為建筑的牢固性以及安全性提供了可能。

目前，低碳建筑已在許多發(fā)達(dá)國家被廣泛地應(yīng)用，與發(fā)達(dá)國家相比，我國的低碳建筑數(shù)量相對較少，且還沒有推廣普及，大多停留于概念中，發(fā)展低碳建筑還沒有成為主流意識形態(tài)。建議政府相關(guān)部門推動低碳建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展，建立相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)與機(jī)制，頒布激勵性政策，強(qiáng)化專業(yè)人才的培養(yǎng)，鼓勵科研探索，從而帶動中國現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑材料與結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，推動我國建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。