建筑工業(yè)化在黔東南傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)改造中的應用＊

文/南京林業(yè)大學材料科學與工程學院 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)大學材料科學與工程學院講師，博士

周光志，貴州凱欣產(chǎn)業(yè)投資股份有限公司設計中心主任

羅 冬，貴州凱欣產(chǎn)業(yè)投資股份有限公司設計中心副主任

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。在長期的歷史變遷過程中，為有效節(jié)約耕地面積，充分利用當?shù)啬静暮褪?，當?shù)鼐用窠ㄔ炝艘郎桨?、極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，阻塞了外來文化的影響，至今仍保存大量的傳統(tǒng)村落。隨著我國人民物質(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，成為必須要面對的問題[2]。

1 黔東南傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)改造項目背景

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，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景[3]。

當?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)驗選材，經(jīng)過剝皮處理后的原木或鋸切的板材通過自然風干幾個月到1年后直接用到建筑中，材料沒有力學性能指標、規(guī)范和標準。加工時沒有圖紙，憑墨師用1根竹竿丈量尺寸，利用簡單的手工工具加工榫卯，建筑技術(shù)都是靠師傅多年經(jīng)驗和口口相傳，缺少系統(tǒng)性、科學性，加工工藝非常粗放。傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)的圍護墻體為單層杉木板，厚度僅20mm左右，且加工安裝尺寸精度差，墻板之間、墻板和門窗之間縫隙很大，房屋圍護結(jié)構(gòu)氣密性差，幾乎沒有保溫隔聲作用。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，這些都是造成火災的隱患。再加上因為土地珍貴，建筑排布過密，沒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個村寨[4]。當?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年多實地走訪調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)，越來越多的傳統(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?shù)鼐用竦木幼l件，保護歷史文化遺產(chǎn)，開發(fā)價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m2傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑，當?shù)鼐用癖Ａ袅司幼∧窘Y(jié)構(gòu)建筑的習慣。按照傳統(tǒng)方式手工建造1棟200m2的木房子至少需要1年時間，而且現(xiàn)場施工的人工價格越來越高，傳統(tǒng)工藝的傳承也日漸后繼無人。建筑工業(yè)化是替代原有現(xiàn)場施工的唯一建造方式。建筑工業(yè)化強調(diào)建筑標準化和資源配置合理化，實現(xiàn)構(gòu)件的標準化才能實現(xiàn)對建筑材料和構(gòu)件的優(yōu)化配置。裝配化是建筑工業(yè)化的顯著特點，是建筑工業(yè)化的關(guān)鍵途徑[6]。

木結(jié)構(gòu)住宅是易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)、標準化制作和預制裝配的結(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)設計規(guī)范》中的三大體系：輕型木結(jié)構(gòu)、膠合木結(jié)構(gòu)（市場上常稱為梁柱木結(jié)構(gòu)）、普通木結(jié)構(gòu)（市場上常稱為井干式木結(jié)構(gòu)），以及目前在國內(nèi)市場剛剛起步的CLT結(jié)構(gòu)和SIPS結(jié)構(gòu)，無一例外均為工廠預制加工、現(xiàn)場快速裝配的結(jié)構(gòu)體系。輕型木結(jié)構(gòu)源于北美，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)從集團住宅體系發(fā)展到全社會、全行業(yè)化的通用部品體系。北美輕型木結(jié)構(gòu)從原材料就開始實行標準化，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，是產(chǎn)自加拿大的主要商用軟木材樹種組合），按照設計規(guī)范組合成外墻、內(nèi)墻、樓面、屋蓋等構(gòu)件，通過專門的設計軟件softplan進行結(jié)構(gòu)驗算，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)驗和體系，但日本的木結(jié)構(gòu)住宅造價較高，約合人民幣2萬元/m2。以目前黔東南地區(qū)居民生活水平，還不能達到日本的居住消費水平，而且黔東南地區(qū)的民居有濃郁的當?shù)匚幕厣?，因此需借鑒北美和日本的預制裝配式建筑工業(yè)化體系，綜合各方面因素，探索一條具有中國特色的木結(jié)構(gòu)建筑工業(yè)化之路。

3 應用實踐

黔東南地區(qū)的傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)是當?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、宗教信仰和生活習俗[7]。在把建筑工業(yè)化運用到傳統(tǒng)建筑改造中時，不能一味按照現(xiàn)代生活的標準進行改造設計，必須尊重當?shù)鼐用竦纳盍晳T，保留少數(shù)民族建筑的外觀特色，傳承當?shù)亟ㄖ奈幕瘍?nèi)涵。在實施黔東南傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑保護與建設的項目中，經(jīng)多次實地調(diào)研、查閱文獻資料、專家論證和廣泛聽取各方面意見，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，開發(fā)了21世紀新型苗侗木結(jié)構(gòu)建筑（見圖1）。在建筑方面，保留幾開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，為適應預制裝配式建筑工業(yè)化的要求，進行以下改造和優(yōu)化配置[8]。

3.1 建筑實現(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（見圖2）。具體細分為S體系，包含梁、柱、連接件等；I體系，包含墻板、樓板、門、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，才能實現(xiàn)不同工廠的預制加工，從而實現(xiàn)構(gòu)件生產(chǎn)工藝的標準化。

3.2 構(gòu)件尺寸標準化

構(gòu)件尺寸標準化的意義在于產(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，為標準建造工序的熟練化提供條件，大大提升設計和建造效率。黔東南地區(qū)的民居開間一般在4m左右，因此梁柱尺寸可統(tǒng)一，不必每個項目根據(jù)跨度進行結(jié)構(gòu)計算。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。同時墻體、門窗等構(gòu)件尺寸使用建筑設計模數(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)設計。建筑主體結(jié)構(gòu)所有梁、柱、墻板、樓板等構(gòu)件的標準規(guī)格不超過20種，再配合少量非標構(gòu)件，可滿足黔東南地區(qū)所有的建筑設計。

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，因為當?shù)鼐用癫痪邆浼庸l件，直接用從山上采來的杉木原木做圓柱。未經(jīng)干燥處理的杉木圓柱存在很多質(zhì)量問題，如兩頭直徑偏差大，腐朽、節(jié)疤、開裂等。當?shù)毓そ巢捎檬止すぞ呒庸ら久?，加工效率低，尺寸誤差大，安裝時有很大的隨意性。為便于今后批量化工廠加工和現(xiàn)場施工，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，到各種標準、非標準專業(yè)連接件，連接件的發(fā)展既提高了工藝的準確性，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)外裝飾預制化

傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)的墻體僅為1層20mm厚杉木板，沒有保溫、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，容易老化引起火災。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)外裝飾材料進行一體化預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，其中石膏板的應用大大降低了木結(jié)構(gòu)房屋在火災中的危害，經(jīng)國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢測，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)測試墻體的傳熱系數(shù)達到0.74W/（m2·K），隔聲性能達到45dB，以上指標均符合相關(guān)建筑標準對民居在防火、保溫和隔聲方面的指標要求。在室內(nèi)裝飾方面，水電管線從木龍骨組合墻體中穿過，避免了管線外露。對于最費時費力的廚房和衛(wèi)生間裝修，在改造項目中使用整體衛(wèi)浴、整體廚房、整體樓梯等標準化產(chǎn)品，一個3m2左右的衛(wèi)生間，2個工人4h全部安裝完畢，大大節(jié)約了內(nèi)裝時間。

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

黔東南地區(qū)有廣闊的木結(jié)構(gòu)市場需求，新型的苗侗木結(jié)構(gòu)除在火災重建、舊房改造項目中應用外，還能滿足城鎮(zhèn)發(fā)展布局的需要，加強農(nóng)村城鎮(zhèn)和城鄉(xiāng)一體化建設，在滿足經(jīng)濟發(fā)展獲得經(jīng)濟效益的同時，充分考慮環(huán)境因素、資源開發(fā)與生態(tài)平衡并舉。同時木結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)還能促進黔東南地區(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)?，F(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?shù)氐膰衅髽I(yè)，有很好的平臺、資金、設備和技術(shù)，是當?shù)啬窘Y(jié)構(gòu)行業(yè)的龍頭企業(yè)，實施了很多落地的項目，如從江侗鄉(xiāng)大健康康養(yǎng)公園項目、臺江施洞文化產(chǎn)業(yè)園項目等，為推進木結(jié)構(gòu)建筑工業(yè)化在傳統(tǒng)村落改造中的應用做出了積極貢獻。

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