文/南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 陸步云

貴州凱欣產(chǎn)業(yè)投資股份有限公司 周光志 羅 冬

陸步云，南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院講師，博士

周光志，貴州凱欣產(chǎn)業(yè)投資股份有限公司設(shè)計(jì)中心主任

羅 冬，貴州凱欣產(chǎn)業(yè)投資股份有限公司設(shè)計(jì)中心副主任

0 引言

黔東南苗族侗族自治州位于貴州省東南部，東與湖南省懷化地區(qū)毗鄰，南和廣西壯族自治區(qū)柳州、河池地區(qū)接壤，少數(shù)民族人口占總?cè)丝诘?8.27%，其中苗族人口占41.57%，侗族人口占28.99%。境內(nèi)溝壑縱橫，山巒延綿，重崖迭峰，氣候多樣，交通不便。在長(zhǎng)期的歷史變遷過(guò)程中，為有效節(jié)約耕地面積，充分利用當(dāng)?shù)啬静暮褪?，?dāng)?shù)鼐用窠ㄔ炝艘郎桨O富民族特色的穿斗式木結(jié)構(gòu)吊腳樓[1]。黔東南因其閉塞的地理環(huán)境，阻塞了外來(lái)文化的影響，至今仍保存大量的傳統(tǒng)村落。隨著我國(guó)人民物質(zhì)生活水平的提高，現(xiàn)代化、批量化、工業(yè)化的生產(chǎn)方式已影響到這些村落原有的物質(zhì)形態(tài)。這些傳統(tǒng)村落的原住居民希望得到更好的生活條件，村落落后的面貌要得到改善，如何既能改善原住居民的生活環(huán)境，使傳統(tǒng)村落走上現(xiàn)代化道路，又能保持民族特色、傳承傳統(tǒng)文化，成為必須要面對(duì)的問(wèn)題[2]。

1 黔東南傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)改造項(xiàng)目背景

黔東南傳統(tǒng)村落大多選址于緩坡、山坳和谷地之中，建筑隨山就勢(shì)，靈活多變。建筑群體布局自由緊湊、鱗次櫛比。苗侗民居是干欄木結(jié)構(gòu)建筑的演變，主要結(jié)構(gòu)體系是穿斗式或抬梁式木構(gòu)架，平面及外觀造型富于變化，建筑層層出挑、層次豐富。從室內(nèi)到室外的裝飾藝術(shù)上，有大量具有鮮明民族特色的雕刻或花格造型，形成黔東南特有的風(fēng)景[3]。

當(dāng)?shù)鼐用裢ǔ＞偷厝〔慕ㄔ旆课荩a(chǎn)的杉木被砍伐后由民間木工師傅憑借經(jīng)驗(yàn)選材，經(jīng)過(guò)剝皮處理后的原木或鋸切的板材通過(guò)自然風(fēng)干幾個(gè)月到1年后直接用到建筑中，材料沒(méi)有力學(xué)性能指標(biāo)、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。加工時(shí)沒(méi)有圖紙，憑墨師用1根竹竿丈量尺寸，利用簡(jiǎn)單的手工工具加工榫卯，建筑技術(shù)都是靠師傅多年經(jīng)驗(yàn)和口口相傳，缺少系統(tǒng)性、科學(xué)性，加工工藝非常粗放。傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)的圍護(hù)墻體為單層杉木板，厚度僅20mm左右，且加工安裝尺寸精度差，墻板之間、墻板和門(mén)窗之間縫隙很大，房屋圍護(hù)結(jié)構(gòu)氣密性差，幾乎沒(méi)有保溫隔聲作用。冬天居民依靠生火取暖，電線裸露、亂拉亂接現(xiàn)象比比皆是，這些都是造成火災(zāi)的隱患。再加上因?yàn)橥恋卣滟F，建筑排布過(guò)密，沒(méi)有消防通道和其他消防措施，因此黔東南幾乎每年都要燒掉1～2個(gè)村寨[4]。當(dāng)?shù)鼐用袂宄乜吹絺鹘y(tǒng)木結(jié)構(gòu)的各種缺陷，希望改善生活，目前在黔東南地區(qū)建筑改造的常見(jiàn)做法如下。

1）由全木結(jié)構(gòu)改成磚木混合結(jié)構(gòu) 把1樓建成磚結(jié)構(gòu)，2樓仍采用傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)做法。為保持建筑外觀的原汁原貌，也有居民在1樓的磚結(jié)構(gòu)外表面再加上1層木材裝飾墻。

2）磚結(jié)構(gòu)表面刷涂料仿成木結(jié)構(gòu) 建筑遠(yuǎn)觀是木結(jié)構(gòu)的外觀和顏色，近看是磚結(jié)構(gòu)表面刷涂料做成梁柱和木材的紋理。2～3年后，涂料老化顏色變黑或脫落，外觀非常難看。

3）磚結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)混合存在 在4年多實(shí)地走訪調(diào)研過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，越來(lái)越多的傳統(tǒng)村寨里，木結(jié)構(gòu)建筑逐漸被混凝土或磚結(jié)構(gòu)建筑所代替。因此改善和提高當(dāng)?shù)鼐用竦木幼l件，保護(hù)歷史文化遺產(chǎn)，開(kāi)發(fā)價(jià)廉物美且具有民族特色的木結(jié)構(gòu)民居，刻不容緩[5]。

2 預(yù)制裝配式建筑工業(yè)化

據(jù)調(diào)查，目前黔東南仍有約80萬(wàn)m2傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑，當(dāng)?shù)鼐用癖Ａ袅司幼∧窘Y(jié)構(gòu)建筑的習(xí)慣。按照傳統(tǒng)方式手工建造1棟200m2的木房子至少需要1年時(shí)間，而且現(xiàn)場(chǎng)施工的人工價(jià)格越來(lái)越高，傳統(tǒng)工藝的傳承也日漸后繼無(wú)人。建筑工業(yè)化是替代原有現(xiàn)場(chǎng)施工的唯一建造方式。建筑工業(yè)化強(qiáng)調(diào)建筑標(biāo)準(zhǔn)化和資源配置合理化，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化才能實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑材料和構(gòu)件的優(yōu)化配置。裝配化是建筑工業(yè)化的顯著特點(diǎn)，是建筑工業(yè)化的關(guān)鍵途徑[6]。

木結(jié)構(gòu)住宅是易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)化制作和預(yù)制裝配的結(jié)構(gòu)體系。木結(jié)構(gòu)建筑有多種結(jié)構(gòu)形式，GB 50005—2003《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的三大體系：輕型木結(jié)構(gòu)、膠合木結(jié)構(gòu)（市場(chǎng)上常稱為梁柱木結(jié)構(gòu)）、普通木結(jié)構(gòu)（市場(chǎng)上常稱為井干式木結(jié)構(gòu)），以及目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)剛剛起步的CLT結(jié)構(gòu)和SIPS結(jié)構(gòu)，無(wú)一例外均為工廠預(yù)制加工、現(xiàn)場(chǎng)快速裝配的結(jié)構(gòu)體系。輕型木結(jié)構(gòu)源于北美，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)從集團(tuán)住宅體系發(fā)展到全社會(huì)、全行業(yè)化的通用部品體系。北美輕型木結(jié)構(gòu)從原材料就開(kāi)始實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化，利用38mm×89mm、38mm×140mm、38mm×184mm、38mm×235mm、38mm×285mm這5種截面尺寸的SPF規(guī)格材（SPF，云杉-松木-冷杉的英文縮寫(xiě)，是產(chǎn)自加拿大的主要商用軟木材樹(shù)種組合），按照設(shè)計(jì)規(guī)范組合成外墻、內(nèi)墻、樓面、屋蓋等構(gòu)件，通過(guò)專門(mén)的設(shè)計(jì)軟件softplan進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，并可直接生成建筑圖紙、材料清單、加工工藝圖紙等一系列技術(shù)文件，為建筑工業(yè)化提供全方位技術(shù)保障。

黔東南地區(qū)的木結(jié)構(gòu)是梁柱式木結(jié)構(gòu)，不能照搬北美輕型木結(jié)構(gòu)的全套體系。日本在預(yù)制裝配式梁柱式木結(jié)構(gòu)建筑工業(yè)化方面有成熟的經(jīng)驗(yàn)和體系，但日本的木結(jié)構(gòu)住宅造價(jià)較高，約合人民幣2萬(wàn)元/m2。以目前黔東南地區(qū)居民生活水平，還不能達(dá)到日本的居住消費(fèi)水平，而且黔東南地區(qū)的民居有濃郁的當(dāng)?shù)匚幕厣虼诵杞梃b北美和日本的預(yù)制裝配式建筑工業(yè)化體系，綜合各方面因素，探索一條具有中國(guó)特色的木結(jié)構(gòu)建筑工業(yè)化之路。

3 應(yīng)用實(shí)踐

黔東南地區(qū)的傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)是當(dāng)?shù)孛褡逶诮ㄖこ?、技術(shù)工藝、藝術(shù)創(chuàng)作等方面的結(jié)晶，承載著民族的思想觀念、審美情趣、宗教信仰和生活習(xí)俗[7]。在把建筑工業(yè)化運(yùn)用到傳統(tǒng)建筑改造中時(shí)，不能一味按照現(xiàn)代生活的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，必須尊重當(dāng)?shù)鼐用竦纳盍?xí)慣，保留少數(shù)民族建筑的外觀特色，傳承當(dāng)?shù)亟ㄖ奈幕瘍?nèi)涵。在實(shí)施黔東南傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑保護(hù)與建設(shè)的項(xiàng)目中，經(jīng)多次實(shí)地調(diào)研、查閱文獻(xiàn)資料、專家論證和廣泛聽(tīng)取各方面意見(jiàn)，提煉了傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)的主要元素，結(jié)合現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的要求，開(kāi)發(fā)了21世紀(jì)新型苗侗木結(jié)構(gòu)建筑（見(jiàn)圖1）。在建筑方面，保留幾開(kāi)間加閣樓的建筑形式；在結(jié)構(gòu)方面，保留以柱子承重的穿斗式干欄木結(jié)構(gòu)，梁柱中間填充木結(jié)構(gòu)復(fù)合墻體；在裝飾方面，保留花格窗、垂花、掛落裝飾和美人靠、外墻杉木掛板等具有鮮明民族特色的裝飾元素；在材料方面，建筑外立面仍使用杉木、松木等原生木材。在傳承民族文化的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)預(yù)制裝配式建筑工業(yè)化的要求，進(jìn)行以下改造和優(yōu)化配置[8]。

3.1 建筑實(shí)現(xiàn)構(gòu)件組合

將穿斗式干欄木結(jié)構(gòu)分解成“S（skeleton-支撐體）”和“I（infill-填充體）”兩大體系（見(jiàn)圖2）。具體細(xì)分為S體系，包含梁、柱、連接件等；I體系，包含墻板、樓板、門(mén)、窗、樓梯、美人靠、屋面系統(tǒng)、廚衛(wèi)系統(tǒng)、水電系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)等。將建筑分解成構(gòu)件，才能實(shí)現(xiàn)不同工廠的預(yù)制加工，從而實(shí)現(xiàn)構(gòu)件生產(chǎn)工藝的標(biāo)準(zhǔn)化。

3.2 構(gòu)件尺寸標(biāo)準(zhǔn)化

構(gòu)件尺寸標(biāo)準(zhǔn)化的意義在于產(chǎn)生了可普遍適用的構(gòu)件單元和建造工藝，從而為批量生產(chǎn)提供可能，為標(biāo)準(zhǔn)建造工序的熟練化提供條件，大大提升設(shè)計(jì)和建造效率。黔東南地區(qū)的民居開(kāi)間一般在4m左右，因此梁柱尺寸可統(tǒng)一，不必每個(gè)項(xiàng)目根據(jù)跨度進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。梁柱采用加拿大SPF膠合成的膠合木（glulam），根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算和膠合的加工余量，確定膠合木柱的截面尺寸為130mm×130mm，170mm×170mm，膠合木梁的截面尺寸為130mm×170mm，130mm×240mm，170mm×240mm等。同時(shí)墻體、門(mén)窗等構(gòu)件尺寸使用建筑設(shè)計(jì)模數(shù)300mm，墻體高度統(tǒng)一為2750mm，并綜合考慮木材、板材、樓梯、整體衛(wèi)浴等材料和部件的模數(shù)設(shè)計(jì)。建筑主體結(jié)構(gòu)所有梁、柱、墻板、樓板等構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格不超過(guò)20種，再配合少量非標(biāo)構(gòu)件，可滿足黔東南地區(qū)所有的建筑設(shè)計(jì)。

3.3 構(gòu)件連接工業(yè)化

黔東南傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)建筑梁柱截面均為圓形，因?yàn)楫?dāng)?shù)鼐用癫痪邆浼庸l件，直接用從山上采來(lái)的杉木原木做圓柱。未經(jīng)干燥處理的杉木圓柱存在很多質(zhì)量問(wèn)題，如兩頭直徑偏差大，腐朽、節(jié)疤、開(kāi)裂等。當(dāng)?shù)毓そ巢捎檬止すぞ呒庸ら久?，加工效率低，尺寸誤差大，安裝時(shí)有很大的隨意性。為便于今后批量化工廠加工和現(xiàn)場(chǎng)施工，將原木圓柱改為膠合木方柱，傳統(tǒng)榫卯結(jié)構(gòu)改為五金件連接，以提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性（見(jiàn)圖3）。隨著木結(jié)構(gòu)的發(fā)展逐步走向工業(yè)化、多樣化和集成化，傳統(tǒng)技術(shù)的使用將越來(lái)越少。木結(jié)構(gòu)金屬連接件從制造到安裝，從單一的釘、螺栓，到各種標(biāo)準(zhǔn)、非標(biāo)準(zhǔn)專業(yè)連接件，連接件的發(fā)展既提高了工藝的準(zhǔn)確性，又使構(gòu)件材料得到最優(yōu)化的利用[9]。

圖1 新型苗侗木結(jié)構(gòu)建筑（從江縣侗鄉(xiāng)大健康康養(yǎng)公園項(xiàng)目）

圖2 新型苗侗木結(jié)構(gòu)SI體系

圖3 新型苗侗木結(jié)構(gòu)梁柱連接方式

3.4 內(nèi)外裝飾預(yù)制化

傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)的墻體僅為1層20mm厚杉木板，沒(méi)有保溫、隔聲、防火功能，并且內(nèi)墻面和梁柱之間凹凸不平，無(wú)法裝修。水電全部外露走明線，不僅不美觀，而且水電線路缺少保護(hù)，容易老化引起火災(zāi)。改造后的黔東南木結(jié)構(gòu)墻體不再是傳統(tǒng)的單層木質(zhì)墻體，而是將結(jié)構(gòu)、保溫、隔聲、內(nèi)外裝飾材料進(jìn)行一體化預(yù)制的整體輕型木龍骨組合墻體。組合墻體構(gòu)造如圖4所示，其中石膏板的應(yīng)用大大降低了木結(jié)構(gòu)房屋在火災(zāi)中的危害，經(jīng)國(guó)家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè)，該組合墻體燃燒60min后，墻體的完整性、隔熱性均未被破壞。89mm厚的木龍骨組合墻體中填充了保溫棉，經(jīng)測(cè)試墻體的傳熱系數(shù)達(dá)到0.74W/（m2·K），隔聲性能達(dá)到45dB，以上指標(biāo)均符合相關(guān)建筑標(biāo)準(zhǔn)對(duì)民居在防火、保溫和隔聲方面的指標(biāo)要求。在室內(nèi)裝飾方面，水電管線從木龍骨組合墻體中穿過(guò)，避免了管線外露。對(duì)于最費(fèi)時(shí)費(fèi)力的廚房和衛(wèi)生間裝修，在改造項(xiàng)目中使用整體衛(wèi)浴、整體廚房、整體樓梯等標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，一個(gè)3m2左右的衛(wèi)生間，2個(gè)工人4h全部安裝完畢，大大節(jié)約了內(nèi)裝時(shí)間。

圖4 新型苗侗木結(jié)構(gòu)組合墻體結(jié)構(gòu)示意

4 結(jié)語(yǔ)

黔東南地區(qū)有廣闊的木結(jié)構(gòu)市場(chǎng)需求，新型的苗侗木結(jié)構(gòu)除在火災(zāi)重建、舊房改造項(xiàng)目中應(yīng)用外，還能滿足城鎮(zhèn)發(fā)展布局的需要，加強(qiáng)農(nóng)村城鎮(zhèn)和城鄉(xiāng)一體化建設(shè)，在滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展獲得經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，充分考慮環(huán)境因素、資源開(kāi)發(fā)與生態(tài)平衡并舉。同時(shí)木結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)還能促進(jìn)黔東南地區(qū)旅游業(yè)的發(fā)展，木結(jié)構(gòu)房屋和黔東南青山綠水的秀美環(huán)境渾然天成，相得益彰。很多城市居民厭倦了大城市的鋼筋水泥建筑，在鄉(xiāng)村的休閑度假中，除了享受大自然的美景，更愿意感受原生態(tài)的木結(jié)構(gòu)建筑。然而目前黔東南地區(qū)的木結(jié)構(gòu)相關(guān)企業(yè)并不多，尤其是規(guī)模企業(yè)。現(xiàn)有的企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。為加快形成規(guī)模化的生產(chǎn)能力，黔東南州政府積極著手制定《黔東南木結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，大力發(fā)展木結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)[10]。近些年新成立的劍河園方木業(yè)、貴州凱欣產(chǎn)投都是當(dāng)?shù)氐膰?guó)有企業(yè)，有很好的平臺(tái)、資金、設(shè)備和技術(shù)，是當(dāng)?shù)啬窘Y(jié)構(gòu)行業(yè)的龍頭企業(yè)，實(shí)施了很多落地的項(xiàng)目，如從江侗鄉(xiāng)大健康康養(yǎng)公園項(xiàng)目、臺(tái)江施洞文化產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目等，為推進(jìn)木結(jié)構(gòu)建筑工業(yè)化在傳統(tǒng)村落改造中的應(yīng)用做出了積極貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]龍亮，鮑帆．郎德上寨苗寨民居入口空間淺析[J]．華中建筑，2010（7）：159-161．

[2]張凱，閔慶文，許新亞．傳統(tǒng)侗族村落的農(nóng)業(yè)文化涵義與保護(hù)策略——以貴州省從江縣小黃村為例[J]．資源科學(xué)，2011（6）：1038-1045．

[3]李長(zhǎng)杰，魯愚力，張克儉．侗族民間建筑文化探索[J]．建筑學(xué)報(bào)，1990（12）：23-28．

[4]許新橋，向琴，王麗，等．黔東南苗族傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)民居的現(xiàn)狀與展望[J]．林產(chǎn)工業(yè)，2015（4）：51-53．

[5]陸步云，李芳，周光志．黔東南傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)民居保護(hù)與建設(shè)項(xiàng)目的研究與實(shí)踐[J]．林產(chǎn)工業(yè)，2016（11）：10-13．

[6]王濤．德國(guó)工業(yè)4．0對(duì)我國(guó)綠色建筑工業(yè)化和信息化的啟示[J]．城市住宅，2017（4）：68-71．

[7]顧靜．貴州侗族村寨建筑形式和構(gòu)建特色研究[D]．成都：四川大學(xué)，2005．

[8]陸步云，周光志，繆冬冬．BIM技術(shù)在梁柱式木結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化中的應(yīng)用[J]．林產(chǎn)工業(yè)，2017 （11）：41-44．

[9]陳恩靈，費(fèi)本華．木結(jié)構(gòu)金屬連接件連接性能的研究現(xiàn)狀[J]．木材工業(yè)，2008（3）：10-13．

[10]陳磊．黔東南木結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與前景分析[J]．林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2016（8）：4-6．