林科背景下木结构建筑专业建设的思考

董春雷 万 辉 杜官本

(西南林业大学材料科学与工程学院，昆明 650224)

木结构建筑在我国已有几千年的历史，曾是我国主要的建筑形式。我国解放后头两个“五年计划”期间，由于缺乏钢铁、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点，使砖木建筑成为当时主要的建筑形式，其占比高达46%。但到了20世纪80年代，除必要的生态防护林外，我国可用的结构材采伐殆尽，当时国家又无足够的外汇从国际市场购买木材，国家就从政策上开始限制木结构材料的使用，并提倡“以钢代木、以塑代木”，致使我国木结构建筑的发展几乎处于停滞状态。同时，与木结构相关的研究和应用也逐渐与世界发达国家拉开了距离，导致我国在木结构建筑方面的研究和应用出现了20多年的空白期，原开设有木结构专业的院校也相继停办了该专业[1]。

20世纪90年代未特别是21世纪初，由于人工速生林的高速增长和高效利用，加之大量进口木材的补充，从资源上解决了我国木结构建筑发展的症结。木结构建筑具有绿色环保、节能低碳和优越的抗震性能等优点引发人们对新一代建筑形式的向往。另外，加拿大、美国、芬兰、瑞典和日本等国外政府机构和企业均看好中国木结构发展巨大的潜在市场，持续加大现代木结构建筑的宣传力度，从而使我国政府和学术界重新认识到木结构建筑在社会、经济和环境效益方面的可持续发展优势，相继从政策层面和技术方面给予引导和规范，如“十一五”国家科技支撑计划列出了现代木结构建筑的相关研究项目，同时也相继出台了《木结构设计规范(2005年版)》《木结构工程施工质量验收规范》《木结构试验方法标准》和新版的《木结构设计手册》等一系列国家标准和规范。2015年9月工信部和住建部联合出台的《促进绿色建材生产和应用行动方案》、2016年2月《中共中央、国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》均明确表达了推广木结构建筑的决心，说明绿色木结构建筑已经成为建筑行业转型升级的重要组成部分，低碳环保的木结构建筑产业将迎来新一轮的发展契机[1-2]。

一、国内外木结构建筑专业发展概况

(一)国内概况

1.林科背景下木结构建筑专业发展情况

林科即行业中俗称的“林口”，泛指林业工程一级学科下的木材科学与技术、森林工程和林产化学加工工程3个二级学科，而本文所指的林科即狭义上的木材科学与技术学科。因此，基于以上认知，国内各大林业院校或科研机构纷纷探索基于林科背景的木结构建筑专业或方向的学科建设。比如，国内的南京林业大学率先成立了木结构建筑系，并先后于2002年和2007年开始招收硕士研究生和本科生，该系依托木材科学与技术学科设置了木结构建筑理论、木结构建筑材料、木结构建筑设计、建筑木制品生产工艺和木结构建筑施工与装饰5个专业方向，课程设置方面兼顾了土木工程和木材科学与工程2个专业方向的基础课[3]；内蒙古农业大学在传统的木材科学与工程二级学科下设了木结构建筑方向，偏重培养建筑美学和造型设计方面的人才[4]；西南林业大学于2014年开始招收木结构建筑(二级交叉学科)专业硕士研究生，并于2016年在木材科学与工程本科专业下面设置了木结构建筑方向(与材料工程和家具工程两个方向并列)，开始培养本科生，专业课程主要在原木材加工专业课程的基础上增加了“建筑学”“工程力学”“木结构设计原理”等课程；北京林业大学于2017年在木材科学与工程专业下设置了木结构材料与工程方向，专业课程也是在木材加工专业课程的基础上增加了“工程木制材料”“建筑学基础”“木结构设计”等课程，同时增加了基于工业4.0技术的木结构设计软件方面的课程[5]；中国林科院木材工业研究所下设了木材力学与木结构研究室、木材保护室、木材改性研究室和木制品研究室等，承担科研和研究生培养工作。其他农林高等院校，如浙江农林科技大学等，也于近几年准备筹建木结构建筑学科[6]。

2.工科院校木结构建筑专业发展情况

国内传统工科院校，如哈尔滨工业大学、同济大学、南京工业大学、上海交通大学、苏州科技学院等，也相继在传统的结构工程二级学科下设立了木结构研究方向。哈尔滨工业大学土木工程学院2005年成立了木结构研究中心，目前该中心正在筹备成立国家木结构工程质量检测中心[7]；2009年在传统强势钢结构学科多年学科建设的基础上，整合资源开设了木结构方向的研究生课程。南京工业大学先进工程复合材料研究中心，致力于工程复合木结构以及纤维复合结构材料的工程咨询、设计安装、产品研发、生产制作、委托检测、成果转化等工作，该中心虽从事工程研发方面的工作，但实际上承担了木结构方面的科研和研究生培养工作[8]。同济大学和上海交通大学土木工程学院虽没有专门成立木结构建筑专业，但同济大学的钢结构教研室和上海交通大学的建筑系近几年来开展了不少高层木结构及其抗震方面的研究工作。

(二)国外概况

国外的高等院校及科研机构设立木结构建筑相关学科和研究中心的历史较为悠久。比如，华盛顿州立大学早在1949年就成立了复合材料及工程中心，致力于木质和生物质新型建筑材料的研发和工程应用，也承担木结构方面的研究生培养工作[9]；美国俄勒冈州立大学林业学院的木材科学和工程学科主要从事木材等可再生材料的研究和工程应用，如木结构建筑的木质工程材料的保护和利用等；加拿大新伯伦瑞克大学的林业和环境管理学院设立了木材科技中心，主要从事木质产品、木材质量控制、木结构工程和木结构建筑等的研发和应用，同时也承担本科生和研究生的培养工作[10]；新西兰坎特伯雷大学成立了木材技术研发中心，从事木质工程材料和木结构建筑等的设计、检测、防火、减震等的研究和工程应用工作[11]。此外，瑞典的隆德大学、日本的京都大学、芬兰的VTT技术研究中心等也设有类似学科或研究中心，研究对象多以高层木结构建筑、木结构建筑防火隔音性能等研究为主，所设专业也放在了土木工程学科下面并以土木工程的课程体系为基础。

二、我国高等林业院校木结构建筑专业设置的特点

通过调研可以看出，国内外木结构建筑专业或研究方向有设置在土木工程学科下面，也有设在建筑学学科、林学学科以及建筑学科与土木工程或设计艺术学等交叉学科下面。而国内林业院校则多设置在林业工程一级学科下面，作为单独的二级学科与木材科学与技术二级学科并列或作为木材科学与技术二级学科下面的一个研究方向，其呈现的特点如下。

第一，依托土木工程学科或建筑学学科建设，多采用钢结构或钢筋混凝土结构的惯性学科思维构建木结构建筑专业课程体系，主干基础课程多为“材料力学”“结构力学”“建筑学”等，少开设或基本没有开设与木材学、木基结构材料相关的课程。

第二，依托木材科学与工程二级学科建设，大多采用木材加工和木基结构材料的惯性学科思维构建木结构建筑专业课程体系，主干基础课程多为“木材学”“木制品加工工艺”等，而“材料力学”“结构力学”“建筑学”等课程则主要由土木工程学科教师代为授课。

第三，在关键的建筑结构材料课程设置上，无论是依托土木工程学科和建筑学学科，还是依托木材科学与工程二级学科来构建的木结构建筑专业或方向，其设置方法都着重突出了木质材料作为建筑材料的一般属性(物理和力学性能)和部分特殊属性(吸湿性、霉变和腐朽等)，但没有突出木质材料解剖构造、建筑物理环境属性(声、热、光、电)、蠕变性能及其相互之间的关系等其他重要性能。

第四，因照搬了原有土木工程学科或建筑学学科和木材科学与工程二级学科构建的木结构建筑专业或方向的设置思想和方法，导致对木结构建筑专业课程体系的完整性、基础课程与外延性课程的关系、知识点间的逻辑次序和内在关联等问题考虑得不够周全。

第五，部分院校开设了中国传统木结构建筑课程，但只是将其设为选修课程，作为学生知识扩展或艺术赏析的内容，尚不足以支撑传统木结构建筑设计的需求。

三、我国林科背景下木结构建筑专业的建设现状与思考

由于依托学科基础的差异，各高等院校或科研院所对木结构建筑专业或研究方向的建设思路也存在较大的差异，而如何构建和发展林科背景下的木结构建筑专业一直以来都是各林业院校苦苦思考的问题。经过几年的摸索和实践，西南林业大学积累了一些木结构建筑专业体系建设方面的经验，当然也有不少教训。笔者结合西南林业大学木结构建筑专业建设情况，并针对目前国内外该专业建设当中存在的问题，仅就林科背景下该专业未来的专业体系建设和发展方向谈谈个人的一些思考。

(一)课程体系的构建

国内各林业院校的木结构建筑专业多设置在木材科学与技术学科下面，课程体系也多延续以“木材学”“人造板工艺学”和“木材加工工艺学”等木材加工方面的课程为基础，辅以土木工程学科下的“材料力学”“结构力学”和“建筑学”的课程为补充。但这与木结构建筑以建筑学、建筑力学及相关学科知识为基础的专业培养目标结合度不够，多年实践下来发现两种学科体系的“强行嫁接”很容易造成“两张皮”现象的发生。土木工程学科下的传统课程，如“建筑学”“结构力学”“材料力学”等，让林科学生普遍吃不消，原因是这些课程往往以钢结构或钢筋混凝土结构为研究对象，学生很难找到切换研究对象之后知识的关联性和可移植性。因此，迫切需要深入研究木材科学与工程学科、土木工程学科、建筑学学科和设计艺术学学科课程体系在立足于林科背景下的木结构建筑专业课程体系建设时的内在关联与区别；迫切需要围绕木结构建筑的一般和特殊建筑学属性、设计、施工、保护、检测、木制工程材料等基本要素，从土木工程学科、建筑学学科、设计艺术学学科和木材科学与技术学科等相关专业课程体系内抽取支撑上述木结构建筑专业所涉及的所有知识点，重新梳理并构建符合林科学生特点的专业课程体系。西南林业大学在强调林科背景下上述学科知识点间的通用性和特殊性关系的同时，重新构建了学科知识点的逻辑性关系，避免了学科知识点间的割裂和重复；强调基础知识和基本技能间关系的同时，将最新科学技术和方法应用到木结构建筑领域。但需要注意的是不能把林科背景下的木结构建筑专业办成无所不包的“万金油”专业，要“有所为有所不为”。虽然木结构建筑专业可下设多个专业方向，但需要根据学科支撑条件和培养方向构建学科知识体系并配备合适的课程，将其他方向的课程作为选修课程来处理。

(二)基础教材的选用和编写

由于木结构建筑专业停办时间较长，国内原有教材内容老旧，特别是缺乏现代木结构建筑的最新理论知识和技术等教学内容，已不能满足现代教学的需求。而市面上现有的木结构建筑方面的教材又多是国外工程技术手册直接编译形成，一是缺乏对木结构建筑学科知识体系的整体认知，二是缺乏专业理论知识教学部分的内容，不太适合作为教材使用。因此，摆在国内木结构建筑专业教师面前的迫切问题就是教材的选用和重新编写问题，可能今后若干年内教材的编写都是该专业建设的主要任务之一。其中专业基础课程教材的编写又是重中之重，需要在课程体系纵向、横向综合考量的基础上，结合建筑学、力学和木材学相关基本知识，以木结构建筑对专业基础知识的需求为导向重新编排理论知识教学内容。

(三)实践课程的设置

传统课程体系基本上是依据每一门课程内的知识点设置实践课程(如实验课等)，在学期末设置课程实习和专业认知实习，从知识引导、感性认知和动手能力方面对学生所学理论知识进一步加强。但却呈现出不少弊端，如存在实践教学内容古板且与所学专业方向脱节、不接地气、学生学习提不起兴趣等问题，导致学生应付了事，达不到实践教学的目的。因此，笔者建议西南林业大学在学科知识点抽取、梳理总结和再重组基础上，探索开设既配合基本知识点，又瞄准培养方向，突出基本知识、基本技能和趣味性的三结合的实践课程，使实践教学与理论教学相辅相成，通过实践教学引导学生学习、思考，并巩固理解理论知识，结合原有工科专业实践课程的有效做法，加入专业课程设计、工程实地调研、专业方向综合实习和模型设计制作等内容。

(四)课程教学体系实施策略

当前，我国林科不少专业课程体系的实施从总体上来看还缺乏实践性、系统性、针对性和层次性。无论是专业教学自身的规律还是社会对人才的专业需求，都需要高校构建有层次的进阶式创新课程体系，并在此基础上科学实施。首先，要在理论知识教学上采取创新教学手法如采用三维实景教学、雨课堂等，加强对理论知识的理解和掌握。在实验和实习教学活动中，要紧扣理论教学内容、灵活设置训练环节，让理论知识能在实验、实习教学活动中得到加强，甚至是补充。比如，打通课堂教学、实验教学和工厂实习的藩篱，安排一些能融合理论知识学习、实验方案设计和实施、实习工厂动手实操的教学活动，使理论知识教学与实践教学的科学合理配置层次分明、有序衔接。最后，无论是理论知识教学还是实践教学，都需要依据林科学生的基础和认知规律合理安排。

四、林科背景下木结构建筑专业建设未来发展趋势的思考

笔者认为林科背景下木结构建筑专业的发展将呈现如下趋势。

第一，以结构设计为培养方向的木结构建筑专业课程体系将以力学为基础的土木工程专业的基础课程体系为主，辅以“木材学”“木质工程材料学”“人造板工艺学”等林科基础课程。但目前还存在林科背景下木结构建筑专业课程由纯力学背景教师承担的问题，容易造成讲解对象和讲解方法错位的现象发生。所以，研究对象的差异必然要求未来林科背景下的木结构建筑课程体系要解决好传统力学课程在木材或木基材料上的移植性和适用性的问题。

第二，以建筑造型设计为培养方向的木结构建筑专业课程体系将以建筑学专业基础课程为主。这一培养方向看似与林科相关课程体系关联性较弱，但事实上由于建筑造型两大研究内容建筑体形和立面设计均与后期所采用的建筑材料及其性质密切相关，所以该方向仍需辅以“木材学”“木质工程材料学”“木结构建筑学”等林科基础课程。

第三，以木结构建筑室内设计为培养方向的木结构建筑专业因与木材科学与技术学科下普遍设有的家具和室内设计专业培养方向有较高的相似度及适应性，所以其专业课程体系基本上可直接移植家具和室内设计专业的课程体系。但需突出强调木质墙体、屋顶和地面等部件与传统钢筋混凝土建筑部件的本质区别，以强化该培养方向的针对性和实用性。

第四，绿色环保大背景下已兴起的木结构产业的持续发展和国家政策的大力支持将有可能催生单独的木结构建筑学科。该学科将与建筑学、土木工程、设计学和木材科学与技术学科高度融合、高度交叉的基础上，重新审视木结构建筑基础课程与外延性课程的关系、各相关学科知识点间的逻辑次序和内在关联，从而形成有特色的课程体系和教材体系。