从日本成功经验出发探讨我国木结构研究的开展策略

孟庆军， 张莲洁

(东北林业大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)



综 述

从日本成功经验出发探讨我国木结构研究的开展策略

孟庆军， 张莲洁

(东北林业大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

分析了日本学者研究木结构的方法及技术手段，探讨了日本在木结构研究与应用领域成为先进国家的经验，对照我国的实际情况，提出了恢复发展研究木结构利用技术必须要加强学术梯队建设、找准技术突破关键点、研发有自主知识产权的成果等一些具有可操作性的建议和意见。

木结构；研究体系；研究进展；开展策略

随着木结构建筑一系列优点的显现，木结构利用技术的研究在我国重新兴起，特别是2008年汶川大地震时木结构房屋以其优良的抗震性能改变了以往人们对木结构建筑的认识，使木结构利用的呼声日渐高涨，消费市场也开始呈现出欣欣向荣的景象。然而在整个产业链中，对木结构利用的自主技术开发尚显薄弱，是整个产业链中的薄弱一环，如何将其补强，使整个产业能够有序地发展是摆在研究者面前的重要课题[1]。

日本的木结构建筑应用广泛，是世界上木结构利用的发达国家之一，其研究经验可以为我国相关领域的研究提供借鉴。近20年来在日本新建的建筑中46%左右为木结构建筑，其建造技术、木质材料研究及利用水平均处于世界领先地位，在抗震、防风、防雪、防腐、防虫(蚁)、再生再利用、环境友好性、节能等领域均有独创技术，特别是在环境友好性方面，日本学者更是业内的领军者。这些都给我国学者与从业人员提供了参考范例。分析日本木结构的发展历程，学习日本的成功经验可为我国木结构的重新复苏乃至腾飞提供借鉴。

关于日本木结构的发展历史已有很多文章进行过介绍[2]，因此不再复述。本文主要从研究与设计的角度来探讨对日本经验的借鉴及我国自主技术发展的相关问题，即日本的木结构行业由什么样的人在做研究，怎样进行研究，研究的效果如何，其研究能给我们什么样的借鉴启示，我们应当怎样做才能使木结构得到快速发展。

1 日本木结构相关技术研究发展概况

1.1 日本的研究学者团队特点

1.1.1 态度严谨，注重实践与细节研究

日本的研究学者以研究态度严谨为世人所称道，不论供职于大学还是企业研究机构的研究者大多具有在现场参与实际施工的经验，养成了注重细节、追求数据可靠的习惯。经过长时间的积累，数据资料丰厚可靠，能够为后续研究提供强有力的支持。二战后，日本还积极向北美学习先进技术，建立并不断丰富木材利用的基础数据库；20世纪90年代完成了大跨距木结构技术的消化吸收并应用于实践，2000年后积极倡导绿色环保的居住理念，并将该理念应用到新建的建筑中。

1.1.2 工作时间较长，知识积累有效

日本学者每天的工作时间大都保持在10 h以上，且多数时间是在实验室、研究室中进行实验、分析数据及研究文献，长年积累下来，日本学者对于世界上最前沿的应用研究热点及技术方法有着较好的把握，在开展自己的研究时会自觉地将先进的分析方法、手段融入其中，所获研究成果也令人信服。

1.1.3 人才培养体系完善，后继有人

大学研究院、大学本科、专业学校及企业培训机构各个层次的人才培养机构各司其职、各尽其责，形成了网络化的人才培养格局，这得益于发达的教育体系，日本从幼儿教育起就一直不断地注重动手能力的锻炼与培养。木结构从业人员进入专业培养阶段，每个人更要经过木结构相关构造物的制造培训，因此，不论是专业学校毕业的技术工人还是大学攻读专业学位的行业潜在从业者均具有较强的实践动手能力。年轻人通过实践，可以直接在现场发现问题、提出问题、解决问题，可以迅速地成长为合格的劳动者，保证了行业内人才梯队的持续性与稳定性，高素质从业人员的不断加入使行业内的劳动效率不断提高，也在很大程度上缓解了日本劳动力人口下降所带来的社会压力。

1.2 日本木结构研究的特点

1.2.1 积极引进、吸收、消化他人先进技术

日本的木质构造利用技术主要有两大流派：其一，“在来轴组构法”，其师法中国古代建造技术，传入日本后成为其传统营造法式；其二，“枠组壁构法”，师法北美现代木结构建造技术。两种建造技术在日本产学研各界共同努力下得以发扬光大，以轻型木结构为例，在日本引进的过程中，融合进了日本传统营造法中的优秀因素进而创造开发出日式的“枠组壁构法”，相比北美的轻型木结构建造方法而言，日式的轻型木结构房屋更适合日本的自然环境及人文环境，所以日本近年来建造的木结构建筑物多半为日式的轻型木结构建筑，并且随着轻型木结构建造技术的日益成熟、建造成本降低，越来越多的新建建筑采用了这种营造方式[3]。这种引进、吸收、积极消化他人先进技术、再融入自己原有技术优势、开发自有新技术的研究方法，是日本木结构研究最为显著的特点。

1.2.2 注重实证，在夯实基础上开发新技术，完善研究与设计体系

日本学术研究界早已在木结构设计利用方面形成了以木结构为中心，并与监管、设计、施工建造、研究开发四个方面形成稳定的关联体系。注重实证研究，普遍采用统计归纳的方法，通过大量的现场调查、实验室模拟等技术手段获得研究数据，再分析整理出影响结构性能的各种因素及各因素相互之间的作用关系。在木材物理性质、化学性质、宏观结构，微观结构力学性质等方面均已积累了丰富的数据，为设计、施工提供了可靠参考，保证了木结构强度耐力设计与施工的可靠性，也为监管条例的制定及执行提供了技术依据。日本木结构研究在完成了学习积累后，开始走上创新发展的道路，近年来日渐深入人心的节能、环保、宜居等理念多由日本学者所倡导，成为研究热点，所取得的一些重要成果通过修订法令等形式进入了实际工程领域，被企业所接受使用。近年日本木结构研究领域主要集中在初始耐力设计、刚性设计、许用耐力设计、终局耐力设计、耐久性设计、部件耐久性设计、使用环境设计、维护管理设计、残存耐力设计、耐用后设计、补强设计、再生-再利用设计、木结构设计等方面[5]。

1.2.3 注重研究、实践成果收集，及时总结更新

每年日本国土交通省都会颁布更新建筑法令集，新法令是根据近期的研究成果对旧条文、数据等进行必要的修正，各个学会、协会则根据法令的更新内容，在自己研究范围内及时给出详细的解释说明，在较短的时间内，最新的研究成果就可以在新的建筑建造及旧有建筑的补强施工中得以体现，这就形成了一个良性循环，不但促进了研究的进展，更使安全、健康的建筑得以实现。

各个学(协)会对本会会员的研究成果同样注意收集整理，定期召开学术年会、出版研究成果集，不但有效地完成了研究成果积累，也方便会员间的相互交流学习。通过相互交流，互相启发研究灵感，促进研究工作的开展。

1.2.4 研究持续与新领域不断开拓

日本较为完善的研究体系使得每位研究者在提出自己研究方向时都能够从既有的体系中得到支持，尽管某个领域的研究可能会变得越来越狭窄、研究内容越来越细微，但研究结果却越来越可靠和实用。对于一些需要较长时间的研究项目，可以由一两代人甚至几代人接力完成；研究的持续性还体现在当有新的技术手段时会很快应用于既有成果的验证中，不但可以提高效率，对数据的更新也起到了积极作用。

经过多年的积累，木结构研究利用已经打下了坚实的基础，在此基础上，施工实践所提出的问题就会比较容易找到解决方法。解决问题的过程实际上就是新领域开拓的过程，当人们需要从满足居住需求转向生活品质需求时，绿色、宜居环境就很自然地成为了研究的新方向。目前，日本积极倡导的绿色环境、宜居环境离不开木结构的使用，从材料到结构，日本木结构利用的相关研究方兴未艾。

1.3 研究组织体系

1.3.1 全国性研究组织与地方组织相互依存

在日本，各个行业都有自己的协会和学会，木结构利用同样不例外。目前形成了东京和京都两个研发与利用的中心区和各地区学(协)会分会相互补充的层次格局，全国性的组织倾向于研究讨论总体方向性问题，而地方性组织则更侧重于开展地方实际问题的研究讨论。例如，木材学会北海道地区分会就比较注重北海道国产材在木结构造物上的利用开发技术以及木结构建筑的防雪等方面的研究；九州地区分会则更侧重于木结构在室内环境指标方面的研究，这种地区学(协)会各具特色又具有防震防火等共同的研究内容。

1.3.2 研究得到学术振兴会等组织的有力支持

进入21世纪后，日本提出增强国家学术竞争力的概念，提高了在科学研究上的投入，作为具体负责实施的日本学术振兴会等组织机构，在日本学术振兴过程中扮演着重要角色。木结构的利用研究同样得到了该组织的大力支持，在科研立项、研究员聘请等各个方面不仅有较多的资助，更从世界范围内聘请了大量人才，保证了研究项目能够迅速开展。

1.4 关联技术与研究辅助支撑

1.4.1 基于森林可持续再生的自有林木开发与进口材相结合利用技术

尽管日本的森林覆盖率较高(大于68%)，但日本的建筑用材主要依靠进口材。近年来由于进口大径级材减少、原材料涨价、自有人工用材林已经进入成熟期等条件的影响，森林的开发与利用、可持续再生与改造等方面的研究成为热点，例如借鉴新西兰杂交育林经验，积极培育适合日本地质及气候的人工林树种是目前林木育种一个比较热门的课题，北海道开发的杂交落叶松F1号就是比较成功的例证。

1.4.2 完善的辅助研究与支持配套

日本木结构利用研究如此迅速，还得益于它有一个极为发达的辅助体系，从研究设计所应用到的仪器、器具到建造施工离不开的物流服务，均为木结构利用提供了坚实有效的支持。以木工用卷尺的标记为例即可窥见一斑，各种规格的木工用卷尺为方便轻型木结构的施工，在495 mm及其倍数位置均有明显标记，这大大减少了木工在实际使用时的计算时间，降低了工人的劳动强度。日本发达的物流系统保证了所需材料全国范围内2天内到货，不论是实验还是施工急需，都可从容组织实施。受日本公路相对狭窄的限制，大构件的工厂预制式建筑有逐渐被轻型木结构所取代的趋势。

2 如何借鉴日本的先进技术与我国开展木结构利用研究的思路探讨

目前在木结构研究与利用领域我国还处于落后阶段，特别是在国外木结构利用大发展时期，我国却因资源几近枯竭等原因，暂停了该方面的利用与研究。但我国曾有辉煌的木建筑利用及研究的历史，因此将传统技艺与现代科技相结合，通过借鉴历史经验和引进技术，完全可以开发出适应我国现阶段状况的新技术利用体系，使木结构在国民生产生活中得到应用。

2.1 科研团队的建设与人才培养

经过20年的停顿，目前国内木结构的研究学者以及从业人员严重不足，这大大制约了木结构的研发与利用，科研团队的建设亟待加强。

2.1.1 全国性学会与地方分会并举，地方性学会建设优先，强化学(协)会工作职能

木结构在利用上必须依据地理环境的不同做出针对性的调整，不能完全按照同一个模式。我国幅员辽阔，地质条件差异极大，因此必须要有熟悉本地域特点的科研团队来开展有针对性的研究。参照日本研究团队的特色，以我国现有的建筑学会和林学会为依托，单设全国性的木结构分会；以各地的大学、科研机构和木结构建筑施工企业的专家学者资深业者为骨干，在各地建立起地方性的科研团队来开展适合本地区特点的木结构利用研究工作，形成地方特色研究团体与全国性学会相结合的梯队体系。

在建立该体系的过程中，地方性学(协)会建设应当优先考虑，首先，易于整合现有研究力量，可以较快地进入研究状态；其二，各个地区的木结构利用条件不同，需要能够熟悉掌握各自地区情况的研究团队，具体、有地域特点的研究工作更需要各地研究者来分别完成；其三，各地分会有效开展工作后会促进全国性学(协)会更好地开展工作。

2.1.2 加大专业性人才培养的力度与拓宽培养范围

由于我国在木结构研究上已经长期停滞，现在普遍缺乏专业型人才，特别是年富力强的青年研究人员更是缺乏，所以加大专业性人才培养的力度迫在眉睫。在我国传统林业院校和建筑类院校中还保存有较多的师资力量，应当有效地将这些力量整合起来，发挥其传统优势。积极引进先进国家和地区的人才，将日本、北美以及欧洲等先进国家的优秀人才所带来的理念、技术融入到我国的技术研发与人才培养中来。在人才培养中应当借鉴日本的相关培养模式，注重动手能力的培养。

在专业型人才培养的同时更需要做好木结构利用知识的普及工作，将木结构建筑的优点及使用过程中需要关注的问题普及给大众，使大众对木结构建筑具备更为正确的认识，这样将有利于木结构的恢复推广。例如在中学增设劳动技能课，开设木结构利用的相关课程。

2.2 技术研究的选向

根据木结构的发展现状，我国学者开展木结构利用研究应当走中外结合、古今结合的研究之路。

2.2.1 选择实用与先进性相结合

我国学者在开展木结构技术研究时应当结合所在地区的实际情况重点考虑木结构的设计和标准、木材建造系统和生产方法、剪力墙的性能、木结构的声学性能、木结构的防火性能、木结构的振动性能等方面。

2.2.2 研究课题应选择在发掘传统技术精华与现代先进技术相结合上

在引进吸收西方先进技术时，应与我国传统木建造技术的精华相结合，借鉴日式技术本土化过程的经验。

2.2.3 研究技术需要细节化与宏观化相结合

具体研究应该更细致，需深挖具体细节。例如，小结构件在木结构房屋中的受力分析、构件结构形式对整体的影响等。宏观上要有明确合理的发展方向，在国家层面上给出综合发展规划。

2.2.4 基础研究与实用研究对照发展

尽管实用技术会很快带来经济利益，但能够保证长远利益的还是基础性研究，因此应尽快建立我国木结构利用的相关基础性数据库，国家应加大基础性研究的力度。

2.2.5 经验设计与量化设计相结合

木结构利用需要大量的经验型设计，更需要引入计算机辅助设计加快木结构的量化设计，将经验型设计方式转变成量化科学型的设计方式。

2.2.6 宜居、环境友好、节能等发展性理念要融入研究中

木结构在宜居、环境友好、节能等方面比砖混结构更具有优势，在恢复木结构利用的过程中应当发扬木结构在这方面的优点，将各种结构形式的优点结合起来，以人为本，发展新型的营造技术，而不是一种结构替代另一种结构，各种材料、各种结构形式都能够找到适宜的利用场合才是正确的发展方向。虽然木结构的单位建造成本高于砖混结构，以我国国民现有的经济收入水平还不可能大范围接受，但融入了宜居、环境友好、节能等发展性理念的木结构建筑，将成为人们追求更高生活品质的一项选择。

2.2.7 加强设计力量，在无障碍设计方面加大研究力度

以人为本的设计理念还应当体现在无障碍设计的应用上，我国即将进入老龄化国家的行列，更多高龄者和行动不便者将越来越多地出现在社会上，无障碍设计将成为所有建筑物的必然要求，在恢复木结构建筑的初始阶段，我国的研究人员也应注意这一需求。

2.2.8 完善木结构设计和验收规范，加强标准规范的指导性说明

我国木结构利用的国家标准已远远满足不了行业的发展需求，需要以这些标准为主干，迅速扩充到具体某类地质条件、气候条件下的设计施工规范与解说，补充更为详细的施工指导类书籍手册[6-7]。日本在这方面已经有了较为丰富的经验，例如北海道地区的木结构在设计与施工中就非常注重对雪载荷的防范设计，而九州地区的木结构则更多的是防风，当然全日本的木结构都遵守严格的防震设计法规、规范。我国幅员辽阔，各个地区的地理地质情况不尽相同，因此需要有比日本更为详细、具体的技术解说与说明，例如西北地区气候干燥，东南地区气候湿润，不应当仅适用于同一标准，必须要有适当的修正。2009年11月正式实施的上海《轻型木结构建筑技术规程》作为我国首部木结构建造地方性技术法规在此方向上迈出了可喜的一步，相信更多带有地域实施特点的技术法规与操作规程将陆续出台，这将极大地促进木结构的应用与研究的发展。

我国在法规标准出台之后修正周期明显过长，不能够很好地适应木结构应用形势的发展需要，必须缩短相关法规修正周期。此外仍需要适时补充与新型结构产品、结构形式相关的设计和验收内容，增加木结构建筑性能验收标准等更多的技术性法规。

2.2.9 相关领域研究需要同步加强

木结构的发展需要众多的研究领域共同支撑。在建筑材料、设计及建造领域，需要重点解决以国产材料制造各种结构材料的工艺技术，开发多功能结构胶黏剂，开发各种类型的专用连接件，研究各种木结构的建造系统和生产方法，提高结构材料和木结构建筑的加工精度以防止使用中因加工精度引起的安装问题、使用中产生的振颤噪声等问题。在设计与加工领域，开发适合我国国情的建筑设计相关软件以提高计算机辅助设计水平，提高木工机械加工制造精度，提高机械的加工效能。在使用管理与安全评估领域，建立木结构建造的认证体系和木结构住宅的性能安全评估体系。

3 结论

(1)我国恢复发展木结构，需要从基础研究开始，研发建造技术，建立健全材料技术数据库。培养专业技术人才，在大众中普及木结构的利用知识与技能任重道远，需要全社会的共同努力。

(2)木结构建筑在我国恢复发展是社会发展的需求，木结构、砖混结构、钢结构等各种建筑结构应共同发展，这是人们生活品质多元化需求的必然结果。

(3)通过借鉴国外发展的成功经验，发掘我国传统的木结构建造技术，研发具有自主知识产权的现代木结构利用技术是可行的，发展现代木结构营造技术会给人们带来更舒适、更安全、更宜居的活动空间。

[1] 任海青，江泽慧，费本华，等.中国现代木结构住宅未来发展之路[J].木材工业，2009(5)：20-23.

[2] 谢力生.日本木结构的发展历程与现状[J].木材工业，2009(5)：20-23.

[3] 林知行[日].变化了的木材、木造建筑[M].东京：丸善株式会社，2003.

[4] 平井卓郎[日].木结构的研究课题[J].木材学会志，2007(3)：117-126.

[5] 大桥义德[日].利用道産材制造的木质I形梁的力学特性[J].木材学会志，2008(1)：24-32.

[6] 陈磊.黔东南木结构产业发展现状与前景分析[J].林业机械与木工设备，2016，44(8)：4-6+14.

[7] 沙洲，朱晓冬.FRP材料增强木结构研究综述[J].森林工程，2012，28(3)：57-61.

(责任编辑 王琦)

Discussion on Development Tactics of Wood Structure Research inChina Based on Successful Research Experience of Japan

MENG Qing-jun， ZHANG Lian-jie

(College of Mechanical and Electrical Engineering，Northeast Forestry University，Harbin Heilongjiang 150040，China)

The wood structure research methods and technical means adopted by Japanese scholars are analyzed，the experience based on which Japan has become an advanced country in terms of wood structure research and application fields，based on which some operational suggestions and comments that academic echelon construction must be strengthened，key points involved in technical breakthroughs must be found out and independent intellectual property rights must be found out，etc.in order to assume the development of wood structure utilization.

wood structure；research system；research progress；development tactics

2017-05-18

孟庆军(1972-)，男，黑龙江人，副教授，博士，主要从事机械与工业设计工作， E-mail：1326441197@qq.com。

TS6；TU531.1

A

2095-2953(2017)08-0004-05