低碳建筑產業的發展推動現代木構建筑的創新

于治均 寧芙兒

關鍵詞：低碳建筑產業;現代木構建筑;材料創新;結構創新

建筑產業著力提倡低碳節能的理念，不論在建筑設計中還是在室內設計中，都采取低能耗、低污染、低排放為基礎的經濟模式，這是人類社會繼農業文明、工業文明之后的又一次重大進步。低碳建筑產業發展已經成為未來建筑營造的必然趨勢[1]，從而也會導致新形態建筑的產生，建筑材料及結構技術也均會發生新的變化與發展。

我國大部分建筑由鋼筋混凝土建筑以及鋼結構組成，這兩種結構的建筑在能耗、二氧化碳排放、空氣污染指數、水污染指數、生態資源耗能的指標上都顯著偏高[2]，所以發展現代木構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保綠色材料，具有自重輕、抗震性能優良、保溫隔熱性能好等諸多優點，是發展低碳建筑必不可少的天然材料，現代木構建筑的發展，必然會推動整個產業鏈的創新與進步。

1 低碳建筑概述

“低碳”一詞成為世界關注熱點，于2009 年哥本哈根氣候大會的召開隨之而來。一些國家致力于發展“低碳經濟、低碳生活、低碳設計”等，其中低碳建筑產業的發展逐漸被政府和設計學界所重視[3]。低碳建筑是指在建筑材料與設備制造、施工建造和建筑物使用的整個生命周期內，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等[3]。Roadmap 2050 是歐盟低碳經濟的長期計劃，其中最重要的就是提高能效，節能減排。作為歐盟成員國以及聯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）都能改造升級為節能建筑[5]。目前國際建筑界的主流趨勢，則是倡導低碳建筑的建設。

2 我國現代木構建筑的現狀

在中國，木構建筑延續了幾千年，傳統木結構興于秦漢、盛于唐宋，直到明清時期達到巔峰，建造了一大批優秀的木結構建筑，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，恢復了木結構建筑的研究及使用，使木結構建筑進入了新一輪的發展。然而，由于中國先前對木構建筑的研究有一段停滯期，相關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 低碳建筑產業的發展推動現代木構建筑的材料與結構創新

3.1 低碳建筑產業的發展推動現代木構建筑材料的創新

木結構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。

為了解決木質材料在現代建筑使用的這一問題，工程木材開始出現在人們的視野中。工程木材是一種人工再造性材料，是應用于建筑工程中的工業木材產品的總稱。交叉層壓木材（CLT）是奧地利人發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計的是安德魯? 沃的倫敦建筑事務所。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代木結構住宅建筑，并引起了建筑界內的震驚。MurrayGrove 大廈的一樓以上的整個結構全由交叉層壓木板組成，所有的墻壁、樓板和電梯內壁都是這種木板。該項目在49 周內完成，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，能夠在環境上做到可持續發展，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構設計規范。該規范被用作2015年國際建筑規范的參考，從而使交叉層壓木材（CLT）被認可為符合規范的建筑材料。2019 年3 月于挪威Brumunddal 完成了一座高85.4 米的18 層木構建筑，這是世界上最高的現代木構建筑。Mj?st?rnet 是一座現代化的綜合用途塔樓（如圖2），擁有當地居民和游客可以使用的設施。此建筑用交叉層壓木材（CLT）制成承重結構，由于它的主要垂直以及橫向結構元素和地板跨度系統都是用木材建造的，因此該建筑物被認為是全木材結構?？梢哉f這項作品是木構建筑在當代復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雜的木結構建筑提供了可能。

3.2 低碳建筑產業的發展推動現代木構建筑結構的創新

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

又如，日本建筑設計大師坂茂先生于2013 年在蘇黎世完成設計了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，是一座精準榫接構造的大木作空間，并且它擁有先進的防火技術，這種木制主結構（僅選擇可循環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新所在。并且，整幢建筑不論是從外觀還是從構造上看都十分現代化。究其原因是整體建筑采用了大木作構造與現代玻璃的結合手法。

綜上所述，這兩個案例都是低碳建筑產業的發展對現代木構建筑結構的創新，開創了“SE 構法”以及現代大木作構法。這樣的結構創新，將木制結構體完全暴露在室內空間中，不僅起到功能性支撐的作用，還給予室內空間自然與輕松的氛圍感。

4 結語

低碳建筑產業的發展推動了新型建筑藝術形式的出現，木構建筑為低碳建筑產業的發展提供了一種新的可能，并激發了木構建筑在建筑材料與結構上的創新。

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

而“SE 構造方法”則創新了結構連接上的處理，運用金屬物件代替傳統木制建筑的接頭連接形式，并且通過這樣的創新工法，能夠使室內空間具有高度的靈活性。現代大木作是對木構件承載能力的結構創新，推動了木構建筑在結構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達國家被廣泛地應用，與發達國家相比，我國的低碳建筑數量相對較少，且還沒有推廣普及，大多停留于概念中，發展低碳建筑還沒有成為主流意識形態。建議政府相關部門推動低碳建筑產業發展，建立相關的規范標準與機制，頒布激勵性政策，強化專業人才的培養，鼓勵科研探索，從而帶動中國現代木結構建筑材料與結構的創新，推動我國建筑產業的發展。