开博体育随着我国经济的快速增长，建筑大规模快速建设的同时，文脉断层等问题相继凸显，生态问题日益严峻，建筑可持续发展问题亟需解决。现代木结构建筑从材料形式、文脉传承、技术理念等方面很好的回应了当前建筑可持续发展问题。北欧地区是现代木结构建筑相关研究与实践的领先地区。笔者基于对现代木结构建筑相关材料、性能等方面的研究，结合文献梳理与实践案例分析，介绍北欧现代木结构建筑在地域性表达的策略与现代木材用于高层建筑建造的探索，来阐述北欧现代木结构建筑的继承与创新。旨在以他山之石为我国现代木结构建筑可持续发展提供借鉴。
北欧（Northern Europe），又称北欧五国，是丹麦、挪威、瑞典、芬兰和冰岛，及其附属领土法罗群岛、奥兰群岛和斯瓦尔巴群岛的统称[1]。北欧地区地广人稀，除冰岛外，其余四国的森林覆盖率极高，这为北欧木结构建筑的发展奠定了良好的资源基础。在这里90%以上的独立式住宅由木材建造[2]。同时北欧国家极其注重自然环境的保护利用以及木结构建筑的文脉延续，在现代木结构建筑相关研究、探索实践中位居世界前列。
2007年10月，报告首次把建设生态文明写入党的报告，随着相关政策的不断出台，生态文明建设成为我国国家发展理念的重要指导思想。现代木结构建筑因其低碳环保，建设废料少等优点成为实现国家生态文明建设的有效途径之一。笔者所在工作室有幸与瑞典达拉纳大学共同展开国际合作，共同研究课题《预制木质建筑研究进展及其在乡村的应用探讨》，本文借此课题，通过文献解读、案例分析等方式，学习瑞典所属北欧地区的预制木结构建筑相关研究进展、设计策略及实践探索，以期为之后的研究奠定基础。
现代木结构建筑是指部分或全部构件在预制工厂中生产制造，继而运输到现场，采用特定的安装机械和安装方式将构件进行现场组装，使之成为具备使用功能的建筑。现代木材不仅仅具有树木本身的特征与优势，与传统木材相比在材料加工方式上有显著区别，因此现代木结构建筑在功能性上（如防火、防腐、防水性等）有较大提升。现代木结构建筑的耐久、耐候[i]等性能是建筑可持续发展的基础，因此有必要了解木材的相关优势以及基于现代技术、方法处理后的性能提升。
注释[i]：材料应用于室外经受气候的考验，如光照、风雨等造成的综合破坏，其耐受能力叫耐候性。
树木因光合作用在生长的过程中吸收二氧化碳，释放氧气。吸收的碳转化为树木的枝干和树叶，被储存起来，研究表明1m³的木材可储存约1t的二氧化碳[2]。而目前人们做定义的“可再生材料”是在自然物到人工材料的之间的资源转换，例如矿石转化为钢铁，钢铁的“可再生”是从一种形态到另外一种形态。木材的“可再生性”则是介于人工材料与自然之间的转换，作为建筑材料可在建筑物到达全寿命周期是经过微生物的作用真正回到自然，因此木材是最生态的建材。
木材密度相比于其他传统建筑材料都小，但木材的强度却很高。木材因其内部结构、年轮生长纹理不同，在各个点方向的力学性能不同，天然木材的强度基本取决于纹理方向，顺着纤维和垂直纤维方向会有巨大的性质差异。当受力方向与木纹方向一致时，木材具有较高的抗压强度。当压力方向与木纹方向垂直时，其抗压强度就要弱得多，通常需要增加支撑来阻止弯曲和折断，这就要求我们在建造时需结合木材的力学性能。
由于木材本身构造的特点，细胞内有空腔，形成了天然的中空材料，使得热传导速度慢，保温、隔热性能好。与其他建筑材料，如钢材、混凝土等相比，木材热阻值是钢材的400 倍，是混凝土或砖的10倍。并且木结构建筑结构体系的中空墙体内填充保温材料,可以进一步提升建筑围护结构的整体保温隔热性能。
从木材本身的材料特性来说，作为一种多孔材料，除了上文提到其具有天然保温隔热的效果，还拥有良好的吸声特性和吸湿性。同时木材所释放元素人体生理和心理还能产生积极作用，大量研究证明芳香疗法对于生活节奏高度紧张而引起的身心疾病即所谓“现代病”的治疗有良好效果。另外木材的颜色与质地也会让人产生“温暖”“舒适”和“放松”的感觉。
木材作为一种天然高分子生物质复合材料，具有上文所述的自重轻强度高、热工性好、环保可再生等优点，但当载荷、水、热、光、微生物等多种因素协同作用时，木材仍旧存在强度稳定性低、耐候性差、易腐易燃等问题。现代木材可以通过物理、化学或生物手段改变木材细胞组织结构或组分[3]，以提升其防腐、阻燃、力学强度、等性能。
长期以来，在人们对于木材诸多缺陷的认识中，防火问题尤为突出。仅从材料、结构角度出发，人们在传统认知中认为诸如钢材、水泥和砖石一类的材料是不易燃烧的，但事实上，以上的各种非木质材料在高温的火灾面前，同样会形变和损坏，从而破坏建筑结构受力最终导致建筑物的坍塌[4]。木材的防火性是指通过特殊处理后，木材本身具有减缓、防止燃烧的性能或受到火焰侵袭时不会快速升温而遭到破坏。现代木材通常使用水性防火阻燃液处理，可以采用浸渍、喷涂等方法。阻燃液涂覆于木材表面， 使木材具有一定的耐火能力的同时还具有防腐、防锈、耐酸碱、耐水、耐盐雾等功能。
木材的腐朽和虫蛀也是尤为突出的问题，现代木材通常通过专业化学防腐剂进行浸泡，从而加强防腐性以及阻隔虫类对木质纤维的破坏。近些年随着环保意识日益增强，以及不依赖于化学试剂，无毒开博体育、无害和无污染等优点。生物防治、植物源提取物改性、生物漂白及生物染色等绿色木材功能性改良技术也成为重要的研究方向[5]-[6]。例如，大尺度木材全通透精准改性技术是近年来木材功能改良领域的重大突破，通过木材细胞壁微通道疏通、流体加压渗透、改性成分原位固着及反渗控制等手段，将防潮、防水、防虫、防腐等功能修饰组和反应助剂有序导入木材内部，达到“定向精准”木材功能性改良效果[7]。
随着对木材研究的不断深入以及科技水平的提高，木材也在不断的在打破以往人们对它的认知，创造了越来越多的可能性。根据美国马里兰大学最新研究成果[8]，通过去木素-热压法将原生木材直接处理成为一种超强超韧的高性能结构材料，强度可以媲美钢材，但却约是钢材自重的1/7。该实验方法主要通过热压法最大程度压缩木材，使木材达到最大致密化，消除了原生木材中的结构缺陷，且保留纤维素的有序排列，从而大幅度提高木材的多方面强度指标[9]。这种方法对各种木材树种都普遍有效，是一种成本低廉生产轻质超强结构材料的新方法 。
北欧的国家以及岛屿位于欧洲北部的斯堪的纳维亚半岛，所以北欧也被称为“斯堪的纳维亚国家”。这里靠近北极地区，拥有广袤的森林以及丰富的海岸线。过去的一个多世纪中受历史背景和地域文化的影响，北欧的建筑风格经历了从民族浪漫主义、新古典主义、功能主义、有机建筑到现代主义及后现代主义建筑的漫长发展阶段[10]。期间涌现了一批杰出的建筑师，如瑞典的艾瑞克·阿斯普伦德、芬兰的阿尔瓦·阿尔托等。
20世纪以来，随着现代主义的盛行，各国的建筑发展开始经历一条几乎相同的现代化过程开博体育，北欧建筑却沿着一条更为谨慎的道路发展，在吸收接纳现代主义的同时秉持着独立的分析与批判——基于特殊的地理环境，与地域文化背景，北欧建筑在文化理念相互碰撞与融合过程中形成了独特的地方建筑特色。因此北欧现代建筑体现出保证传统、地域特色与自然环境和谐的基础上不失现代功能与技术要求的特征开博体育。
北欧建筑的地域主义经历了漫长而又复杂演变过程,过程中的思潮与运动造就了北欧建筑的与众不同，但这些思潮与运动本质是通过继承地域性的建筑文化，防止外来建筑文化的强势输入。
木结构建筑是北欧地区重要的建筑文化传统，如何形成具有地域性特征的木结构建筑，在北欧地区主要有以下三种观念：
（1）主张从传统木构建筑本身出发，将其直观材料、结构、外形、图案以及手工艺等要素，挖掘其传统形式转化为现代建筑语汇。
（2）基于建筑与外部场地关系，思考木结构建筑如何利用适宜技术回应自然环境。
（3）从建筑空间精神出发，基于特殊的自然文化背景以及民族精神度来传承和发扬传统木建筑的地域文化。
笔者基于以上三种观念，选取具有代表性的建筑设计师观点以及相关案例进行论述。
传统建筑结构形式，是传统智慧的体现，集合了当地人们对地区环境的回应、结构的合理化处理以及民族文化表达等诸多因素，最大化地发挥了材料特征，从而得出具有适宜性的结构形式。北欧的传统木建筑起源于斯堪的维纳亚地域以及芬兰和斯拉夫地区，建筑为“井干式”原木搭建。建筑的墙面有由原木堆砌而成，原木横倒，层层叠放，故而墙壁的厚度等于原木的直径，墙壁之间的连接使用简单的榫卯结构，原木上开槽，使之扣合。常见的开槽方式有两种：1、原木单侧开半圆槽 2、原木两侧开方槽。
而如今，随着科学技术的快速发展，传统木结构形式已不能满足现代人们的生产生活方式，因此现代木建筑不可避免对其结构形式进行优化、改变——对传统木建筑结构逻辑加以保留，其概念逻辑移植于新建筑，并以适宜时代功能需求的形式表达出来。例如芬兰的卡萨马教堂，建筑内核墙壁使用传统“井干式”的结构框架，材料则是现代工厂加工5x5英寸规格木材，建筑墙体转交部位的连接处理采用传统手工锯、凿方式完成，形式上进行优化与简化，木材不再“出挑”，外墙平直，方便空间利用。营造方式上，采用原木框架在工厂进行预制安装，待基础完工时再将框架移动就位，最后安装余下的墙体。
卡萨马教堂保留了北欧传统木结构的逻辑特点，同时基于现代空间使用原则将形式简化。其结构外露，不加装饰，以清晰明确的连接节点体现了结构美学。加入现代化的营建方式，更加高效、准确。
适应环境是地方主义建筑的基本特征。在北欧特有的地理气候条件下，有效利用资源，将自然环境与功能空间自然结合适应于当地环境，是北欧建筑师世代所遵循的。诺伯格-舒尔兹从自然环境的角度论述了挪威当代建筑中的地方主义，他认为，挪威国土大多为山脉与森林，地形复杂而多变，加之一年之中的漫长冬季，使挪威人对地形与日光的微妙变化十分敏感，因而在建筑设计中注意对地形和日光的利用几乎成为建筑师的本能，这本身就构成了一种传统[11]。
在挪威斯瓦尔巴特群岛科学中心设计中，整个建筑被支撑起来，使得风雪能从建筑底部空间通过，从而阻隔建筑内部热量被地面下永久冻土带吸收，避免建筑沉降的发生。同时建筑围护木板外覆盖了一层铜板旨在提升建筑内保温性能。建筑整体不规则的形体大部分墙体采用向内倾斜的形式，所形成斜面窗口以及出挑的屋檐避免了建筑内部眩光的产生。
芬兰现代主义建筑大师阿尔瓦·阿尔托扎根芬兰民族文化，探索了一条与自然和谐共处的现代地域性建筑创作之路，受到世界建筑界的广泛认可和赞誉。阿尔托建筑创作中地域文化特征表达源自于对自然环境、民族文化的深刻认知与热爱。
芬兰南邻芬兰湾，西濒波的尼亚湾，海岸线多公里，境内湖泊星罗棋布，森林景观优美。由于部分国土地处北极，太阳光线入射角度低，极昼和极夜会随季节交替出现，因此光影效果奇异，人们对光线也更为敏感与珍惜。优美的自然环境造就了北欧人与生俱来亲近自然的特质，阿尔托也深受感染，如他年迈时所说“将大地体验成能动的平衡——教会我人类应如何对待自己的栖息环境，人类可以用负责任的积极态度对待自然，也可以以无所谓的破坏方式消极对待自然。”[12]
阿尔托积极提取自然中的元素反映于建筑创作中。蜿蜒湖岸轮廓形式的呈现、森林空间意向体验的重构、自然光线的刻画等都是他建筑地域性创作中的主要表达的方式。 例如在玛利亚别墅的设计中，场地设计中的自由曲线形布置，自由边界的泳池像是在自然状态下形成的池塘，建筑的重点部位运用自由曲线形体，入口处的雨棚，转角的画室等，曲线的自由灵动，唤醒人们对优美湖泊和地景的联想。在建筑室内阿尔托采用不规则间隔排列的圆柱对空间进行划分，以及建筑立面中木格栅的使用，呼应了森林中树木的“竖线”意象。在对光线的处理中，阿尔托基于使用功能为房间设计了不同的窗户，一层的起居室与音乐室开大面积开窗，室内室外景色互相渗透；二层的儿童游戏室开有顶部圆形天窗，带来充足的日照光线，画室则通过开侧窗来获取更多的北侧阳光；卧室窗户则采取异形飘窗来避免阳光直射。
对民族文化的认同与热爱是阿尔托地域性建筑创作的另一大原因。芬兰在历史上先后由瑞典、俄国殖民统治，受到芬兰民族独立运动的深刻影响，民族意识觉醒，追求民族认同以及建筑文化传统的继承，建筑师们将注意力转向遥远偏僻的东部卡雷利地区的传统建筑，这一地区也曾是芬兰民族精神的发源地。卡雷利地区的传统建筑布局通常为几个建筑体量松散围合，庭院向环境一侧开敞；内部将单独的、高大的壁炉空间作为主要空间，位于房间角落一侧，用以进餐或家庭聚会等，称为“tupa”[13]。
在玛利亚别墅中阿尔托将建筑以2组”L”形建筑围合成“U” 形区域，三面比较封闭，一侧向森林敞开，建立一个与自然互动融合的空间场所，也是对芬兰传统住宅院落的回应。一层空间则采用传统民居中“tupa”的形式，对芬兰人传统生活中的壁炉做为重点，精心设计，将其布置于房间一侧。将起居、餐饮、厨房功能于一体，通过格栅铺装划分，功能彼此独立却又相互联系，体现现代筑建筑追求自由的特点。
区别于传统认知中木材只能应用于低层建筑建造的印象，北欧地区依托于其发达的科技平台，基于现代木材的优越性能探索纯木结构在高层建筑建造中的应用，为现代木结构建筑广阔的前景的发展提供了经验。
在设计之初，CF公司为此项目的定位为“该地区的地标和可持续未来的基准”，因此在设计中不仅仅考虑建筑单体而是充分考虑建筑与周边的关系，建筑所在的区域被设计为一个可持续街区理念，考虑人们的行为活动将周围的自然元素纳入形成一个绿色运行系统，例如人们出行时，可以选择近湖的共享电动船、新能源公共交通或是自行车等低碳交通方式。
基于以上项目定位，建筑师希望首先考虑建筑材料以及工业木材技术应对环境与气候问题，因此在设计之初确定采用正交胶合木（Cross-Laminatied Timber由至少三层实心锯材或复合材垂直正交胶合而成的一种实心工程木产品，以下简称CLT），CLT板材具有建筑承重受力时能充分利用木材顺纹向的抗拉强度高，横纹向抗压强度高的特点[14]。
CLT板材之间采用木螺栓和部分钉接板连接开博体育，“当达到报废年限时，建筑物可以被很快拆除，构件可以再循环用于其他简单的建筑上；或者将构件进一步转化成刨花板等建筑材料再回收利用；或者再进一步转化成纺织品纤维、纸浆等原料。最终的材料还能作为燃料来供暖。” 项目设计人Ola Jonsson说 。
Kajstaden公寓除基础采用预制混凝土外，建筑的墙、楼板、阳台、电梯井、楼梯间全部采用CLT板材，是一栋纯木结构的建筑。高层木构建筑一般属于剪力墙承重体系，其竖向的荷载承重能力相对充足，由于高度的原因，建筑立面所受风荷载大，如何抵抗水平方向上的荷载成为木结构在高层建筑使用中的一大难题。
为了解决上述问题，当前实践主要采取使用混合结构的策略解决，即利用混凝土或者钢结构主要抵抗水平荷载，同时利用木结构承担竖向荷载，例如加拿大UBC的18层公寓即采用了混凝土核心筒与木结构组合形成的混合木结构体系。
Kajstaden公寓为保证纯木结构的安全使用，主要在结构上采取两方面措施：一方面在结构设计上，整体建筑结构为北侧单向少墙的CLT剪力墙体系，在楼梯、电梯间等关键部位设置长且厚的剪力墙并在衣帽间与卫生间之间增加了结构稳定墙。另一方面增强连接处的节点设计，墙体与楼板之间以钉连接为主要连接构造，这种连接构造的优点是具有适合的强度，同时具有足够的柔性，能够分解震动力的破坏[15]。
建筑采用工厂预制构件的生产和装配式建造方式，确保了建筑材料的精准性与模块化，胶合板采用高精度的加工数控技术（CNC），全部构件在工厂预制完成，每层楼可以做到由四个工匠用三天的时间建造完成。
使用木材建造住宅在北欧有着悠久的历史，现代科学的进步，为木材的使用提供了多种可能。正交胶合木等现代工程木材的出现，使得现代高层住宅建筑能够利用木材进行搭建。
设计公司从宏观层面，将Kajstaden公寓设计为由周边场地环境所组成的社区可持续系统中的重要组成元素，更加全面、系统的考虑了人们生产生活行为在此系统中的可持续方式，在材料选择以及结构连接方式上呼应生态、可持续的主题，纯木结构体系创新与预制化建造施工则体现了现代建造技术的准确、高效。
现代木结构建筑的发展首先离不开木材资源的发展。改革开放以来，中国的林业建设取得了举世瞩目的成就，在维护林区稳定、林业有序发展的基础上，实现了森林面积从减少到增长的转型变化[16]。近几年我国森林覆盖增长速度有所加快，木材产量趋势逐渐上升（如下图所示），2018年木材产量已达到8810.86万立方米[17]，由此可见我国林业及相关产业发展趋势良好。目前，我国木材主要通过国外进口，在国家一带一路战略推广下，发展木材外贸有助于我国与其他国家加强国际合作。
推广现代木结构建筑在我国发展具有战略意义同时也推动了我国林业健康可持续发展。
图表来源：笔者自绘 数据来源：2002-2017年份数据来源于国家统计局数据库，2018年数据来源于中国林业和草原统计年鉴
近几年，中国涉林规范性文件发布数量持续上升，并建立了较为完善的政策支持体系和法律体系，但森林抚育是中国林业政策关注的相对薄弱点[ii]。森林抚育强调树木生长的更新需求，通过适当采伐调整幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林的分配结构与密度，改善树木生长环境，从而提高木材产量与质量。对此，可积极学习林业发达国家的森林采伐管理制度。例如，瑞典人工林采伐政策中根据树木生长的不同阶段采取不同培育措施（如下图所示），有效实现了保护森林资源和树木的及时更新代谢，形成越伐越多的良性循环。
加强森林抚育的同时应大力发展人工林，适度调整放宽天然林采伐政策。目前，受我国禁止天然林商业性采伐政策影响，木材大量依靠国外进口，虽然有利于林业的国际外贸合作，但由于进口价格较高，一定程度上阻碍了我国木结构建筑的发展。因此我国林业相关政策应大力支持发展人工林与速成林，以及开发竹木、秸秆木等复合材料的应用,尽可能降低建造的成本。基于天然林储蓄量不断增长的情况，针对森林的更新需求，可适度调整禁止采伐的要求。
注释[ii]：关于森林抚育最具代表性的文件是1988年原林业部发布的《封山育林管理暂行办法》和 2013 年《国家林业局关于切实加强天保工程区森林抚育工作的指导意见》，在1949年以来涉林规范性文件中总量相对偏少。
当前木结构建筑造价成本较高，市场配置无法发挥决定性作用，仍需政府引导建设。我国自古很多地区使用木结构建造建筑，大量木结构传统民居保留至今延续着地方的传统文化。对于有着木结构建筑更新、新建需求的传统的村落、民居，需加大对财政补贴和税收优惠等典型政策支持的力度，同时关注从事木结构建筑的企业，予以适当力度的扶持。这对于我国传统木结构建筑文化传承有着重大意义。
国内外大量优秀建筑师从传统木构的形式之美出发，利用现代工程技术进行适宜当代建筑功能要求的地域性表达，例如上文所述芬兰建筑大师阿尔瓦·阿尔托，在文化逻辑呈现中的方式与实践是值得借鉴的。现代木结构建筑能够从传统文化的诸多方面寻求突破口：对材料文化内涵的发掘、传统形态和符号的转译、结构形式的提取与表现、传统空间的意向表达与哲学精神诠释，从而使得现代木结构从不同角度创造性地回应传统文化在建筑中的表达。
如前文所述，一个地区木质建筑的传统技术是对这一地区自然环境、本土材料的回应，也是当地文化传统长时间积淀的具象表现形式。相较于工厂化预制生产，这种“低技”的传统手工建造方式，历经了时间的证明，是经济且成熟可行的建造方式。通过对地方文脉梳理或与地方工匠的交流学习，从建构过程着手进行材料、结构的基础研究，并最终形成在技术层面上根植于地域文化的木结构建筑技术。
目前我国主要从欧洲、北美、日本等木结构技术发达国家引进成熟的木结构建筑体系，这些体系根植于西方文化之中开博体育，直接用于我国的建筑市场中一定程度上阻碍了我国现代木结构建筑体系的发展，因此引进国外先进技术时需彻底学习其技术本质和整体设计逻辑，结合我国具体国情与地区情况加以重构。此外加快制定木结构建筑相关规范形成标准体系，是推动我国木结构建筑技术进步的关键。
木结构建筑一方面拥有易于建造的“低技属性”，另一方面也能结合最先进的技术，不断突破自身局限，创造出丰富多样的建筑空间。以上属性为木结构建筑的地域性传承与现代建造创新提供了多种可能，但无论是木结构建筑“高技”预制化机械加工模式，还是“低技”传统手工，建筑建造的前提应是满足现实的需求，因此在设计建设过程中应根据实际具体情况、建筑的自身特征属性，在“高技”与“低技”中找到平衡点。
北欧现代木结构建筑呈现出的地域文化特征与先进可持续建造方式与北欧国家的国情、社会制度以及教育模式密切相关。然而由于近代我国木材建设市场的长期萎缩，间接导致了我国木结构技术领域研发停滞不前，木结构相关专业人才较少。因此，对于培养专业人员，高校需加强开设预制木结构建筑相关专业课程、选修课或者讲座，企业建立技术中心，培养有实操经验的技术工程骨干。对于普通大众来说，更需要宣传更新对现代木结构建筑的认知，改变“木材易腐、易燃、不坚固”的传统观念。因此在木结构建筑的推广普及过程中应自带教育属性，但毕竟“十年树木，百年方可树人”，木结构建筑的宣传教育不可一蹴而就，还需以“文火慢炖”的方式探索其教育发展的路径。
现代木结构建筑的诞生是以现代工程材料出现为标志的，随着以胶合木为代表的工程木材料的出现，传统木结构建筑完成了向现代木结构建筑的深化发展。在现代结构科学理论下，通过严密计算与科学设计，现代木结构能更广泛地应用于现代建筑工程之中。当下便是现代木结构建筑技术与产品在我国发展的最好时期，他山之石，可以攻玉。相信通过学习国外建筑技术、设计理念等可以辅助我国正蓄势待发的现代木结构建筑产业向更加健康、深入和可持续的方向发展！
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