程卓 龔蒙

摘要：木材及其衍生產(chǎn)品是一種高效、環(huán)保及可再生的工程建筑材料。在建筑中使用木材及其衍生產(chǎn)品可以減少環(huán)境污染，為人類提供更加健康的生活環(huán)境。隨著“親生物設(shè)計(jì)”的興起，木材作為一種天然的親生物材料，其對(duì)人生理健康的積極作用也受到越來(lái)越多的關(guān)注?？蒲腥藛T從觸覺(jué)、視覺(jué)及嗅覺(jué)等方面來(lái)評(píng)估木材及其衍生產(chǎn)品在建筑中刺激神經(jīng)、降低壓力水平的能力，發(fā)現(xiàn)木材釋放的可揮發(fā)性物質(zhì)或提取出的精油可以緩解精神壓力和治療呼吸道疾病。作為天然的建筑材料，木材對(duì)健康有益的部分可以通過(guò)建筑物結(jié)構(gòu)或建筑物部件的形式納入親生物設(shè)計(jì)中，即木結(jié)構(gòu)建筑。本文從木材及其衍生產(chǎn)品作為建筑材料對(duì)人的生理健康貢獻(xiàn)和木材對(duì)人的心理健康帶來(lái)的積極作用兩方面簡(jiǎn)單介紹木結(jié)構(gòu)建筑與健康生活環(huán)境的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：木結(jié)構(gòu)建筑，親生物設(shè)計(jì)，健康生活環(huán)境，心理健康，環(huán)境壓力水平

1. 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于健康生活環(huán)境的需求日益增加。在建筑設(shè)計(jì)和營(yíng)造中，使用大尺寸窗戶用于采光和種植室內(nèi)綠色植物添加生氣等理念和方式，都反映了人們?cè)诂F(xiàn)代建筑環(huán)境中對(duì)自然元素的喜愛(ài)和需求。這種設(shè)計(jì)被稱為“親生物設(shè)計(jì)（Biophilic Design）”，它在設(shè)計(jì)中充分考慮了人與自然息息相關(guān)的聯(lián)系，增加諸如日光、植物和天然材料（如木材和石材）的使用（Kellert，2012）。親生物設(shè)計(jì)把人類的健康生活環(huán)境作為關(guān)鍵因素引入設(shè)計(jì)和營(yíng)造中。 如今，木材作為一種可再生的天然材料，已經(jīng)受到設(shè)計(jì)師、工程師及建筑商的廣泛推崇，在建筑結(jié)構(gòu)和室內(nèi)裝飾中使用木材來(lái)創(chuàng)造健康的生活環(huán)境已成為一種新趨勢(shì)。在各種建筑材料中，木材在親生物設(shè)計(jì)方面是獨(dú)特的，因?yàn)樗仁翘烊徊牧嫌质墙ㄖ牧稀Ｒ虼?，自然元素中?duì)健康有益的部分可以通過(guò)建筑物結(jié)構(gòu)或建筑物部件的形式納入親生物設(shè)計(jì)中（Augustin&Fell，2015）。

木材及其衍生產(chǎn)品，如正交膠合木（Cross-Laminated Timber）和膠合木（Glue-laminated Timber）等，是一種高效的建筑材料。木基產(chǎn)品質(zhì)輕，易于在現(xiàn)場(chǎng)或工廠切割和加工。 因此，它非常適合用于裝配式建筑中，做到在工廠預(yù)制、在現(xiàn)場(chǎng)組裝。高水平的預(yù)制是提高生產(chǎn)效率、減少施工時(shí)間和降低運(yùn)輸成本的關(guān)鍵。Brock Commons是一座建造在加拿大溫哥華市的18層學(xué)生公寓樓，高53 m，總面積1.512萬(wàn)m2，共有305個(gè)房間。 現(xiàn)場(chǎng)裝配這座高層建筑僅用了2個(gè)月，比使用其他材料快得多。

木材是當(dāng)今世界上一種主要的可再生工程材料。這意味著與其他材料相比，砍伐樹(shù)木獲取材料對(duì)環(huán)境的影響較小。和傳統(tǒng)的砍伐樹(shù)木會(huì)破壞環(huán)境的觀念不同，合理地使用木材資源對(duì)環(huán)境是有益的。 據(jù)報(bào)道，2011年的森林凈增長(zhǎng)量是同年砍伐量的一倍（Oswalt et al.， 2014），而且這個(gè)差距在逐年擴(kuò)大（APA，2016）。此外，根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織2015年的全球森林資源評(píng)估報(bào)告，每年還有約3億hm2人工林增長(zhǎng)，木材砍伐量約30億m3（Food and Agriculture Organization of the United Nations，2015）。

木材是一種既環(huán)保又健康的天然材料。與聚氯乙烯、鋼、鋁、紅磚或混凝土相比，木材是唯一一種可以提供負(fù)碳的材料。每一棵樹(shù)都是一個(gè)碳匯，它在整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中不斷吸收和儲(chǔ)存大氣中導(dǎo)致全球變暖的主要溫室氣體二氧化碳。據(jù)報(bào)道，每1 m3的新木材生成會(huì)減少大氣中1 t二氧化碳（Digitales，2013）。把樹(shù)木加工成我們所需的木材也只需消耗非常低的能量，因?yàn)槟静娜菀妆磺懈詈统尚?，其加工剩余物（如?shù)皮和木屑）還可以通過(guò)燃燒來(lái)提供能量。而水泥、鋼、鋁及磚等其他建筑材料的制作則都需要化石燃料（如煤和石油）來(lái)提供非常高的溫度進(jìn)行生產(chǎn)?；剂系氖褂貌粌H會(huì)在燃燒過(guò)程中釋放大量的二氧化碳，而且也會(huì)減少地球上有限的資源儲(chǔ)備。據(jù)估計(jì)，全球每年水泥生產(chǎn)釋放的二氧化碳量約占全球總量的7%至8%（Mehta，1998）。大多數(shù)化石燃料通常被歸類為不可再生資源，因?yàn)樗鼈冃枰獢?shù)百萬(wàn)年的形成時(shí)間，其已知的可使用的儲(chǔ)量正以比新儲(chǔ)量生成快得多的速度耗盡。另外，工業(yè)生產(chǎn)還將產(chǎn)生有毒煙霧、致癌氣體，及揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC），并帶來(lái)空氣污染和水污染。這些都嚴(yán)重影響環(huán)境和人們的健康。

當(dāng)然，木材也有缺點(diǎn)，那就是易燃，這是人們?cè)诮ㄔ旌褪褂媚窘Y(jié)構(gòu)建筑中最關(guān)心的問(wèn)題之一。但其實(shí)與傳統(tǒng)想法不同，大尺寸木材顯示出良好的耐火性。當(dāng)暴露于高溫下時(shí)，木材燃燒的表面會(huì)形成一層碳化層來(lái)充當(dāng)絕緣體，保護(hù)木材的內(nèi)部。碳化層能抵抗熱滲透，從而讓木材燃燒得更慢，同時(shí)內(nèi)部可以繼續(xù)承受載荷（Woodsolutions，2020年）。另外，在木結(jié)構(gòu)建造中，還采取了很多防火阻燃措施，如用防火涂料處理木材、石膏板作為內(nèi)墻板、煙霧報(bào)警、噴水裝置等。

本文將從木材本身的多種環(huán)保健康特性及其對(duì)人的心理的積極作用兩個(gè)角度討論木材作為工程材料對(duì)健康生活環(huán)境的影響。

2. 具有健康生活環(huán)境建筑中的木材使用案例

這有兩個(gè)典型案例來(lái)說(shuō)明木材如何在建筑中發(fā)揮健康作用。圖1展示的是一幢位于加拿大不列顛哥倫比亞省溫哥華市的婦幼保健醫(yī)院。這是個(gè)綜合性的混合木結(jié)構(gòu)建筑。位于院區(qū)中心位置的Teck急救中心的主大廳是用膠合木梁和立柱，以及正交膠合木樓板建成。每4根膠合木柱彼此交錯(cuò)以樹(shù)的形象支撐整個(gè)木制樓板，配上墻面淡綠色燈光勾勒的滿月、樹(shù)木、松鼠、小鳥(niǎo)的側(cè)影，栩栩如生地展現(xiàn)了人造森林。同時(shí)從上方射出的淡黃色模擬陽(yáng)光的照明使“樹(shù)木”看起來(lái)更加美觀柔和。正如宣傳視頻所說(shuō)“我們的宗旨是通過(guò)良好的建筑環(huán)境來(lái)治愈疾病”。醫(yī)院的整個(gè)設(shè)計(jì)都以自然為主題來(lái)給病人及其家屬營(yíng)造溫馨、治愈、舒適、充滿希望的氛圍。負(fù)責(zé)該醫(yī)院建造的高級(jí)項(xiàng)目工程師Paul Fritz說(shuō)：“自然的設(shè)計(jì)可以幫助人們放松身心并幫助患者康復(fù)?！彼€強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“木材非常適合接收光線，也可提供柔和的光線，并可以最大程度地減少壓力?！保⊿taczek，2020）

圖2展示的是一幢位于加拿大安大略省米西索加市的Carlo Fidani Peel地區(qū)癌癥研究中心。建筑師Tye Farrow說(shuō)“我們決定創(chuàng)造一個(gè)看起來(lái)充滿生機(jī)的環(huán)境?！币?yàn)榛颊咴嬖V他，他們需要更少的酒店式設(shè)施，更多生命希望。 該建筑使用膠合木形成的“樹(shù)”來(lái)支撐整個(gè)大廳，其大堂/中庭空間將新的地區(qū)癌癥研究中心與Credit Valley醫(yī)院現(xiàn)有翻新空間相連接。12 m高的中庭描繪了一個(gè)由9根樹(shù)形木柱形成的森林，它們的膠合木樹(shù)枝彎曲并彼此交織在一起支撐了整個(gè)屋頂框架。這種有機(jī)的形式增強(qiáng)了空間的情感品質(zhì)。大堂頂部和側(cè)面是大片的玻璃設(shè)計(jì)，將木材和自然有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，人們可以透過(guò)樹(shù)枝看到外面的自然風(fēng)光。從樹(shù)枝縫隙中灑落的陽(yáng)光也為建筑提供了自然光照明，給空間增加了溫暖感。這種自然的設(shè)計(jì)獲得了患者及其家屬的贊賞，他們稱這個(gè)建筑是“自然又令人振奮的”（Canadian Wood Council，2015）。

3. 木材對(duì)人類心理的積極影響

大量研究結(jié)果表明，木材可以通過(guò)多種人類感知來(lái)減少自主神經(jīng)系統(tǒng)（autonomic nervous）和內(nèi)分泌系統(tǒng)（endocrine systems）的壓力反應(yīng)，從而起到鎮(zhèn)靜作用。這是基于木材能夠引起積極的情感體驗(yàn)，例如親近自然、溫暖、居家和放松等效果。研究員們通過(guò)皮膚電導(dǎo)率、心率和血壓等醫(yī)學(xué)測(cè)量，證明木材可以很好地降低人類在精神上受環(huán)境壓力的影響。

3.1木材觸覺(jué)給人安全感和親近自然感

研究發(fā)現(xiàn)，觸摸木質(zhì)表面可以給人安全感和親近自然感。芬蘭坦佩雷大學(xué)心理學(xué)博士Marjut Wallenius說(shuō)：“特別有趣的是，人們認(rèn)為木材的觸感比其他材料都柔軟，不僅在真實(shí)體驗(yàn)上而且在心理上都如此”（Wallenius，2014）。例如，在研究中，室溫下觸摸鋁、塑料或不銹鋼，都會(huì)導(dǎo)致血壓升高。但是，觸摸木質(zhì)表面就不會(huì)引起這種反應(yīng)。

同時(shí)木材的低導(dǎo)熱性使其成為天然的絕熱材料。如表1所示，木材的導(dǎo)熱系數(shù)是磚的9%，混凝土的6%—30%，鋼材的0.15%，鋁材的0.048%（The Engineering toolbox，2014）。低導(dǎo)熱系數(shù)意味著它可以不受外界溫度的影響而保持一個(gè)令人舒適的溫度。這就是為什么人們更喜歡用木頭制作椅、桌、門和其他家具，以及隔熱墻的原因。

3.2木材在視覺(jué)方面有益身心健康

Tsunetsugu等（2002）研究人員調(diào)查了人對(duì)在住宅客廳使用木材的反應(yīng)。 研究人員分別測(cè)量了參與者在有木質(zhì)墻壁設(shè)計(jì)的測(cè)試室中和無(wú)木質(zhì)墻壁設(shè)計(jì)的測(cè)試室中時(shí)的心跳和血壓，其結(jié)果如圖3所示。在木質(zhì)墻壁設(shè)計(jì)房間中，參與者的心率 （pulse rate）和舒張壓（diastolic blood pressure）均降至低于他們進(jìn)入房間之前所測(cè)量的水平。在沒(méi)有木質(zhì)墻壁設(shè)計(jì)的房間中，參與者的心率與他們進(jìn)入房間之前所測(cè)量的水平相比有所增加，血壓有所降低，但血壓降低的值低于木質(zhì)墻壁設(shè)計(jì)測(cè)試室水平（Tsunetsugu et al.， 2002）。

Sakuragawa等研究人員（2005）做了類似研究，即住房?jī)?nèi)使用木材是否對(duì)人的情緒有影響的實(shí)驗(yàn)。 他們使用帶有日本扁柏（Chamaecyparis obtusa）木墻和白色鋼墻的實(shí)驗(yàn)室（模仿住宅客廳），研究了木墻或白色鋼墻通過(guò)視覺(jué)對(duì)人的心理和生理影響，其結(jié)果如圖4所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)人們面對(duì)木墻時(shí)，他們（尤其是本身就喜歡木材裝飾的人）的血壓會(huì)大幅下降，失望、疲憊、緊張等感覺(jué)隨之降低，活力增加。 但是，人的血壓在面對(duì)白色鋼墻時(shí)，血壓會(huì)增加，失望、焦躁和疲憊等負(fù)面情緒增加，活力降低。

Ohta等（2008）研究人員研究了木材如何影響醫(yī)院隔離室中人們的壓力水平情況。 他們將日本雪松（Cryptomeria japonica D. Don）木板和稻草紙?zhí)砑拥结t(yī)院隔離室的墻壁上，變成重裝隔離室，測(cè)量了參與人員的壓力反應(yīng)，其主要指標(biāo)是血液中皮質(zhì)醇水平（cortisol level）。皮質(zhì)醇是腎上腺釋放的類固醇激素，高水平的皮質(zhì)醇會(huì)帶來(lái)壓力增大、體重增加、難以集中、易怒、疲勞等負(fù)面影響。如圖5所示，他們發(fā)現(xiàn)在該重裝隔離室的患者，其皮質(zhì)醇水平要比住在其他正?；炷翂Ρ诟綦x室中的患者有了顯著的降低。

Fell（2010）對(duì)在4種不同環(huán)境的辦公室里工作的119名人員辦公期間和之后的自主神經(jīng)反應(yīng)作了測(cè)試。 圖6顯示了4種辦公室：無(wú)木材、無(wú)植物、無(wú)木材有植物，以及有木材有植物。 測(cè)試指標(biāo)是交感神經(jīng)系統(tǒng)（sympathetic nervous system），它是自主神經(jīng)系統(tǒng)（autonomic nervous）的重要組成部分，可以使身體做好應(yīng)對(duì)壓力的反應(yīng)，通常被稱為“戰(zhàn)斗或逃跑”反應(yīng)。在壓力應(yīng)激下交感神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)被激活，人會(huì)產(chǎn)生緊張、焦慮感，心率增快，皮膚中的內(nèi)分泌腺會(huì)分泌汗液，從而降低皮膚的電阻。 在這項(xiàng)研究中，F(xiàn)ell使用皮膚電導(dǎo)反應(yīng)（F-NS-SCR）來(lái)測(cè)量壓力水平，發(fā)現(xiàn)交感神經(jīng)系統(tǒng)的激活在有木材的房間中較低，能起到具有植物的辦公室也不能起到的相同作用，其 結(jié)果見(jiàn)表2和表3。

Kelz等（2011）研究人員在奧地利研究了學(xué)生在教室里的壓力水平。被用來(lái)研究的教室分為以木材為主要材料的教室和非木材的傳統(tǒng)教室。在整個(gè)學(xué)年中，他們發(fā)現(xiàn)在木制教室學(xué)習(xí)的學(xué)生心率變異性增加。心率變異性的增加表明副交感神經(jīng)系統(tǒng)（parasympathetic nervous system）被激活，學(xué)生的壓力水平被降低 。

3.3木材可以釋放健康物質(zhì)

木材味道通常能給人有舒適、沉靜的感覺(jué)，這種心理感受實(shí)際上是木材內(nèi)部的可揮發(fā)性物質(zhì)導(dǎo)致的。因此，在芳香療法中多種類的木材被廣泛使用。例如黑云杉（Picea mariana）的精油具有消炎、溶解粘液的功效，可用于保持呼吸道通暢，并緩解許多呼吸問(wèn)題。從香樟（Cinnamomum camphora）提取出來(lái)的樟油是使用頻率最高的一種廣譜性香料（Fenn，1989），樟油的香氣非常宜人，還可以防腐、抑菌及凈化毒空氣。從日本扁柏（Chamaecyparis obtuse）中提取的精油給人帶來(lái)的嗅覺(jué)刺激，可以增強(qiáng)副交感神經(jīng)活動(dòng)，并降低前額葉皮層活動(dòng)。在主觀評(píng)估中，該刺激被評(píng)估為“舒適”（Ikei等，2015）。多種實(shí)驗(yàn)證明，人體吸入日本雪松（Cryptomeria japonica）所釋放的揮發(fā)性有機(jī)化合物后，可以抑制唾液中嗜鉻粒蛋白A（chromogranin A）的產(chǎn)生，降低精神壓力水平（Matsubara和Kawai，2014）。另外，雪松木片帶來(lái)的嗅覺(jué)刺激也能降低人的收縮壓和前額葉皮層活動(dòng)（Tsunetsugu，2012）。

日本雪松中主要揮發(fā)性化合物是α-pine烯，它是形成森林氣味的主要成分（Lee et al.， 2011）。Ikei等人（2016）在評(píng)估副交感神經(jīng)活動(dòng)和交感神經(jīng)活動(dòng)的基礎(chǔ)上，研究了α-pine烯嗅覺(jué)刺激對(duì)自主神經(jīng)活動(dòng)的影響。他們?cè)O(shè)立了α-pine烯與參照兩個(gè)組，測(cè)定了13名實(shí)驗(yàn)參與者在嗅覺(jué)刺激90秒期間的每30秒的平均心率和總體平均心率，發(fā)現(xiàn)在α-pine烯的氣味環(huán)境中，心率都比較低，見(jiàn)圖7。

木材不僅可以釋放出有益健康的氣味，而且有些木材也可用作草藥。紫杉醇是從太平洋紫杉（Taxus brevifolia）中提取的物質(zhì)，是已發(fā)現(xiàn)的最優(yōu)秀的天然抗癌藥物，可以用來(lái)治療多種癌癥（Fischer和Ganellin，2006）。中醫(yī)在藥膏中使用榛樹(shù)（Corylus avellana）樹(shù)皮治療腫瘤和潰瘍（Homesteading，2018）。此外，在德國(guó)出版的《樹(shù)木舒緩醫(yī)學(xué)（Die Sanfte Medizin derB?ume）》一書(shū)中，比較系統(tǒng)地總結(jié)了一些有關(guān)木材對(duì)健康促進(jìn)作用的研究成果（Moser和Thoma，2019年）。

4. 結(jié)語(yǔ)

木材具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。木材可以創(chuàng)造健康環(huán)境，潛移默化地改善人類的健康。就一種環(huán)保的建筑材料而言，在建筑或者建筑構(gòu)件中更多地使用木材可以減少二氧化碳的排放、有毒有害廢物的數(shù)量及化石燃料的消耗，為人們的生理健康提供保障。同時(shí)許多科學(xué)研究證明，木材作為一種親生物材料，可以給人溫暖的感覺(jué)，幫助放松身心，減輕壓力，對(duì)人的心理產(chǎn)生積極影響，以及使患者快速康復(fù)。在21世紀(jì)，木結(jié)構(gòu)建筑已經(jīng)得到人們的廣泛關(guān)注和推廣，21世紀(jì)為木材在新時(shí)代的應(yīng)用和建筑體系結(jié)構(gòu)的表達(dá)方式打開(kāi)了一扇門。

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