低碳建筑产业的发展推动现代木构建筑的创新

于治均 宁芙儿

关键词：低碳建筑产业;现代木构建筑;材料创新;结构创新

建筑产业着力提倡低碳节能的理念，不论在建筑设计中还是在室内设计中，都采取低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，这是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步。低碳建筑产业发展已经成为未来建筑营造的必然趋势[1]，从而也会导致新形态建筑的产生，建筑材料及结构技术也均会发生新的变化与发展。

我国大部分建筑由钢筋混凝土建筑以及钢结构组成，这两种结构的建筑在能耗、二氧化碳排放、空气污染指数、水污染指数、生态资源耗能的指标上都显著偏高[2]，所以发展现代木构建筑成为了必要的趋势和重要选择。木材是建筑材料中唯一可再生的天然环保绿色材料，具有自重轻、抗震性能优良、保温隔热性能好等诸多优点，是发展低碳建筑必不可少的天然材料，现代木构建筑的发展，必然会推动整个产业链的创新与进步。

1 低碳建筑概述

“低碳”一词成为世界关注热点，于2009 年哥本哈根气候大会的召开随之而来。一些国家致力于发展“低碳经济、低碳生活、低碳设计”等，其中低碳建筑产业的发展逐渐被政府和设计学界所重视[3]。低碳建筑是指在建筑材料与设备制造、施工建造和建筑物使用的整个生命周期内，减少化石能源的使用，提高能效，降低二氧化碳排放量[4]。从其定义中可见，低碳建筑更多的是把注意力关注在全球的气候变暖，重点在于减少化石能源利用，减少二氧化碳排放，尽可能使用低碳材料以及运用低碳建筑技术等[3]。Roadmap 2050 是欧盟低碳经济的长期计划，其中最重要的就是提高能效，节能减排。作为欧盟成员国以及联合国全球气候变化委员会的瑞典提出：到2050 年80% 的建筑（包括既有建筑）都能改造升级为节能建筑[5]。目前国际建筑界的主流趋势，则是倡导低碳建筑的建设。

2 我国现代木构建筑的现状

在中国，木构建筑延续了几千年，传统木结构兴于秦汉、盛于唐宋，直到明清时期达到巅峰，建造了一大批优秀的木结构建筑，并取得了辉煌的成就[6]。近年来，中国越来越重视可再生材料的建筑营建，恢复了木结构建筑的研究及使用，使木结构建筑进入了新一轮的发展。然而，由于中国先前对木构建筑的研究有一段停滞期，相关政策文件或研究体系还没有完善，稍落后于其他西方国家。

3 低碳建筑产业的发展推动现代木构建筑的材料与结构创新

3.1 低碳建筑产业的发展推动现代木构建筑材料的创新

木结构建筑难以广泛推广的主要原因则是材料问题。众所周知，木材的生长较于钢筋混凝土材料是缓慢的，生长周期较长，并且需要大量的加工[4]。然而木材却是一种多功能的原材料，也是唯一可再生的建筑材料，具有良好的承重、隔熱、隔音、防潮和耐用的特点。

为了解决木质材料在现代建筑使用的这一问题，工程木材开始出现在人们的视野中。工程木材是一种人工再造性材料，是应用于建筑工程中的工业木材产品的总称。交叉层压木材（CLT）是奥地利人发明的一种新的工程木材，这种材料具有水平与垂直两个方向很高的承重效能。交叉层压木材（CLT）墙身能支撑整个上层的地板，其水平方向的强度犹如一根长梁一样足以承载上层楼的荷载。第一个使用这种材料做建筑设计的是安德鲁? 沃的伦敦建筑事务所。2009 年Murray Grove（如图1）大厦于伦敦街头落成，从外观上看它是一栋普通灰色九层公寓楼，却是世界上最早的现代木结构住宅建筑，并引起了建筑界内的震惊。MurrayGrove 大厦的一楼以上的整个结构全由交叉层压木板组成，所有的墙壁、楼板和电梯内壁都是这种木板。该项目在49 周内完成，并交付了29 套完全隔热和隔音的公寓，首次证明交叉层压木材（CLT）有潜在的可行性，能够在环境上做到可持续发展，替代了高密度房屋中的混凝土和钢材。在2015 年，交叉层压木材（CLT）被纳入了美国国家木结构设计规范。该规范被用作2015年国际建筑规范的参考，从而使交叉层压木材（CLT）被认可为符合规范的建筑材料。2019 年3 月于挪威Brumunddal 完成了一座高85.4 米的18 层木构建筑，这是世界上最高的现代木构建筑。Mj?st?rnet 是一座现代化的综合用途塔楼（如图2），拥有当地居民和游客可以使用的设施。此建筑用交叉层压木材（CLT）制成承重结构，由于它的主要垂直以及横向结构元素和地板跨度系统都是用木材建造的，因此该建筑物被认为是全木材结构。可以说这项作品是木构建筑在当代复兴的里程碑式的成就，同时也意味着这种材料在未来用于建造大型复杂的木结构建筑提供了可能。

3.2 低碳建筑产业的发展推动现代木构建筑结构的创新

低碳建筑产业的发展，不仅催生了建筑材料的发展，而且营建方式也不断地创新，探索出了适合现代木结构建筑的技术。近年来“SE 构造方法（Safety Engineering）”在现代木构建筑中拥有了突破性的发展[7]。这种营造方式是由日本研发出的一种高度抗震构造方法，建筑结构材料选取高强度的结构压木板，建筑结构的连接选用金属物件代替木构建筑连接部分，克服了传统木结构连接部分的薄弱性（图3）。日本现已有很多运用“SE 构法”建造的木构住宅及公共建筑。例如，中川十二zen 保育园位于日本福冈县筑紫区中川町（图4），这幢建筑采用“SE 构法”进行现代木构建筑的营建。在整个营造过程中，“SE 构法”改进了传统的榫卯构造的缺点，用金属物件代替了木构建筑的接头连接，实现了兼具钢结构与RC 结构以及木结构性能。此种方法将金属与支柱直接连接并固定，增强了柱基部分。在建筑结构规划中，利用标准构件的梁密集排列使动力均匀分配。根据对强度的要求，建筑的主要大梁则安置在关键点并成为支柱，将支柱放置在不会干扰活动的位置。这种构建方法最大的潜力在于，可以使室内活动空间更加灵活，为日常学习生活以及未来空间的发展提供无限的可能。

又如，日本建筑设计大师坂茂先生于2013 年在苏黎世完成设计了Tamedia 办公大楼（图5），这幢大楼的柱子、横梁，甚至楔子均由纯木料建成，是一座精准榫接构造的大木作空间，并且它拥有先进的防火技术，这种木制主结构（仅选择可循环利用的建筑材料以及在建造过程中二氧化碳排放量最低的材料）在很大程度上成为了这个项目最为重要的创新所在。并且，整幢建筑不论是从外观还是从构造上看都十分现代化。究其原因是整体建筑采用了大木作构造与现代玻璃的结合手法。

综上所述，这两个案例都是低碳建筑产业的发展对现代木构建筑结构的创新，开创了“SE 构法”以及现代大木作构法。这样的结构创新，将木制结构体完全暴露在室内空间中，不仅起到功能性支撑的作用，还给予室内空间自然与轻松的氛围感。

4 结语

低碳建筑产业的发展推动了新型建筑艺术形式的出现，木构建筑为低碳建筑产业的发展提供了一种新的可能，并激发了木构建筑在建筑材料与结构上的创新。

交叉层压木材（CLT）这种新型材料的出现为将来营造大型复杂的现代木构建筑空间提供了可能。除了新兴材料的创新外，将传统木制材料与其他现代材料（玻璃、金属、塑料等）相结合，剔除了木制材料给人的厚重感，营造出了古朴与现代融合的、令人惊叹的结果，予以人们极其强烈的时代感。

而“SE 构造方法”则创新了结构连接上的处理，运用金属物件代替传统木制建筑的接头连接形式，并且通过这样的创新工法，能够使室内空间具有高度的灵活性。现代大木作是对木构件承载能力的结构创新，推动了木构建筑在结构荷载方面为建筑的牢固性以及安全性提供了可能。

目前，低碳建筑已在许多发达国家被广泛地应用，与发达国家相比，我国的低碳建筑数量相对较少，且还没有推广普及，大多停留于概念中，发展低碳建筑还没有成为主流意识形态。建议政府相关部门推动低碳建筑产业发展，建立相关的规范标准与机制，颁布激励性政策，强化专业人才的培养，鼓励科研探索，从而带动中国现代木结构建筑材料与结构的创新，推动我国建筑产业的发展。