建筑工业化在黔东南传统木结构改造中的应用＊

文/南京林业大学材料科学与工程学院 陆步云

贵州凯欣产业投资股份有限公司 周光志 罗 冬

陆步云，南京林业大学材料科学与工程学院讲师，博士

周光志，贵州凯欣产业投资股份有限公司设计中心主任

罗 冬，贵州凯欣产业投资股份有限公司设计中心副主任

0 引言

黔东南苗族侗族自治州位于贵州省东南部，东与湖南省怀化地区毗邻，南和广西壮族自治区柳州、河池地区接壤，少数民族人口占总人口的78.27%，其中苗族人口占41.57%，侗族人口占28.99%。境内沟壑纵横，山峦延绵，重崖迭峰，气候多样，交通不便。在长期的历史变迁过程中，为有效节约耕地面积，充分利用当地木材和石材，当地居民建造了依山傍水、极富民族特色的穿斗式木结构吊脚楼[1]。黔东南因其闭塞的地理环境，阻塞了外来文化的影响，至今仍保存大量的传统村落。随着我国人民物质生活水平的提高，现代化、批量化、工业化的生产方式已影响到这些村落原有的物质形态。这些传统村落的原住居民希望得到更好的生活条件，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环境，使传统村落走上现代化道路，又能保持民族特色、传承传统文化，成为必须要面对的问题[2]。

1 黔东南传统木结构改造项目背景

黔东南传统村落大多选址于缓坡、山坳和谷地之中，建筑随山就势，灵活多变。建筑群体布局自由紧凑、鳞次栉比。苗侗民居是干栏木结构建筑的演变，主要结构体系是穿斗式或抬梁式木构架，平面及外观造型富于变化，建筑层层出挑、层次丰富。从室内到室外的装饰艺术上，有大量具有鲜明民族特色的雕刻或花格造型，形成黔东南特有的风景[3]。

当地居民通常就地取材建造房屋，盛产的杉木被砍伐后由民间木工师傅凭借经验选材，经过剥皮处理后的原木或锯切的板材通过自然风干几个月到1年后直接用到建筑中，材料没有力学性能指标、规范和标准。加工时没有图纸，凭墨师用1根竹竿丈量尺寸，利用简单的手工工具加工榫卯，建筑技术都是靠师傅多年经验和口口相传，缺少系统性、科学性，加工工艺非常粗放。传统木结构的围护墙体为单层杉木板，厚度仅20mm左右，且加工安装尺寸精度差，墙板之间、墙板和门窗之间缝隙很大，房屋围护结构气密性差，几乎没有保温隔声作用。冬天居民依靠生火取暖，电线裸露、乱拉乱接现象比比皆是，这些都是造成火灾的隐患。再加上因为土地珍贵，建筑排布过密，没有消防通道和其他消防措施，因此黔东南几乎每年都要烧掉1～2个村寨[4]。当地居民清楚地看到传统木结构的各种缺陷，希望改善生活，目前在黔东南地区建筑改造的常见做法如下。

1）由全木结构改成砖木混合结构 把1楼建成砖结构，2楼仍采用传统的木结构做法。为保持建筑外观的原汁原貌，也有居民在1楼的砖结构外表面再加上1层木材装饰墙。

2）砖结构表面刷涂料仿成木结构 建筑远观是木结构的外观和颜色，近看是砖结构表面刷涂料做成梁柱和木材的纹理。2～3年后，涂料老化颜色变黑或脱落，外观非常难看。

3）砖结构和木结构混合存在 在4年多实地走访调研过程中发现，越来越多的传统村寨里，木结构建筑逐渐被混凝土或砖结构建筑所代替。因此改善和提高当地居民的居住条件，保护历史文化遗产，开发价廉物美且具有民族特色的木结构民居，刻不容缓[5]。

2 预制装配式建筑工业化

据调查，目前黔东南仍有约80万m2传统木结构建筑，当地居民保留了居住木结构建筑的习惯。按照传统方式手工建造1栋200m2的木房子至少需要1年时间，而且现场施工的人工价格越来越高，传统工艺的传承也日渐后继无人。建筑工业化是替代原有现场施工的唯一建造方式。建筑工业化强调建筑标准化和资源配置合理化，实现构件的标准化才能实现对建筑材料和构件的优化配置。装配化是建筑工业化的显著特点，是建筑工业化的关键途径[6]。

木结构住宅是易于实现工业化生产、标准化制作和预制装配的结构体系。木结构建筑有多种结构形式，GB 50005—2003《木结构设计规范》中的三大体系：轻型木结构、胶合木结构（市场上常称为梁柱木结构）、普通木结构（市场上常称为井干式木结构），以及目前在国内市场刚刚起步的CLT结构和SIPS结构，无一例外均为工厂预制加工、现场快速装配的结构体系。轻型木结构源于北美，经过几十年的发展，已经从集团住宅体系发展到全社会、全行业化的通用部品体系。北美轻型木结构从原材料就开始实行标准化，利用38mm×89mm、38mm×140mm、38mm×184mm、38mm×235mm、38mm×285mm这5种截面尺寸的SPF规格材（SPF，云杉-松木-冷杉的英文缩写，是产自加拿大的主要商用软木材树种组合），按照设计规范组合成外墙、内墙、楼面、屋盖等构件，通过专门的设计软件softplan进行结构验算，并可直接生成建筑图纸、材料清单、加工工艺图纸等一系列技术文件，为建筑工业化提供全方位技术保障。

黔东南地区的木结构是梁柱式木结构，不能照搬北美轻型木结构的全套体系。日本在预制装配式梁柱式木结构建筑工业化方面有成熟的经验和体系，但日本的木结构住宅造价较高，约合人民币2万元/m2。以目前黔东南地区居民生活水平，还不能达到日本的居住消费水平，而且黔东南地区的民居有浓郁的当地文化特色，因此需借鉴北美和日本的预制装配式建筑工业化体系，综合各方面因素，探索一条具有中国特色的木结构建筑工业化之路。

3 应用实践

黔东南地区的传统木结构是当地民族在建筑工程、技术工艺、艺术创作等方面的结晶，承载着民族的思想观念、审美情趣、宗教信仰和生活习俗[7]。在把建筑工业化运用到传统建筑改造中时，不能一味按照现代生活的标准进行改造设计，必须尊重当地居民的生活习惯，保留少数民族建筑的外观特色，传承当地建筑的文化内涵。在实施黔东南传统木结构建筑保护与建设的项目中，经多次实地调研、查阅文献资料、专家论证和广泛听取各方面意见，提炼了传统木结构的主要元素，结合现代木结构的要求，开发了21世纪新型苗侗木结构建筑（见图1）。在建筑方面，保留几开间加阁楼的建筑形式；在结构方面，保留以柱子承重的穿斗式干栏木结构，梁柱中间填充木结构复合墙体；在装饰方面，保留花格窗、垂花、挂落装饰和美人靠、外墙杉木挂板等具有鲜明民族特色的装饰元素；在材料方面，建筑外立面仍使用杉木、松木等原生木材。在传承民族文化的基础上，为适应预制装配式建筑工业化的要求，进行以下改造和优化配置[8]。

3.1 建筑实现构件组合

将穿斗式干栏木结构分解成“S（skeleton-支撑体）”和“I（infill-填充体）”两大体系（见图2）。具体细分为S体系，包含梁、柱、连接件等；I体系，包含墙板、楼板、门、窗、楼梯、美人靠、屋面系统、厨卫系统、水电系统、内装系统等。将建筑分解成构件，才能实现不同工厂的预制加工，从而实现构件生产工艺的标准化。

3.2 构件尺寸标准化

构件尺寸标准化的意义在于产生了可普遍适用的构件单元和建造工艺，从而为批量生产提供可能，为标准建造工序的熟练化提供条件，大大提升设计和建造效率。黔东南地区的民居开间一般在4m左右，因此梁柱尺寸可统一，不必每个项目根据跨度进行结构计算。梁柱采用加拿大SPF胶合成的胶合木（glulam），根据结构计算和胶合的加工余量，确定胶合木柱的截面尺寸为130mm×130mm，170mm×170mm，胶合木梁的截面尺寸为130mm×170mm，130mm×240mm，170mm×240mm等。同时墙体、门窗等构件尺寸使用建筑设计模数300mm，墙体高度统一为2750mm，并综合考虑木材、板材、楼梯、整体卫浴等材料和部件的模数设计。建筑主体结构所有梁、柱、墙板、楼板等构件的标准规格不超过20种，再配合少量非标构件，可满足黔东南地区所有的建筑设计。

3.3 构件连接工业化

黔东南传统的木结构建筑梁柱截面均为圆形，因为当地居民不具备加工条件，直接用从山上采来的杉木原木做圆柱。未经干燥处理的杉木圆柱存在很多质量问题，如两头直径偏差大，腐朽、节疤、开裂等。当地工匠采用手工工具加工榫卯，加工效率低，尺寸误差大，安装时有很大的随意性。为便于今后批量化工厂加工和现场施工，将原木圆柱改为胶合木方柱，传统榫卯结构改为五金件连接，以提高结构稳定性（见图3）。随着木结构的发展逐步走向工业化、多样化和集成化，传统技术的使用将越来越少。木结构金属连接件从制造到安装，从单一的钉、螺栓，到各种标准、非标准专业连接件，连接件的发展既提高了工艺的准确性，又使构件材料得到最优化的利用[9]。

图1 新型苗侗木结构建筑（从江县侗乡大健康康养公园项目）

图2 新型苗侗木结构SI体系

图3 新型苗侗木结构梁柱连接方式

3.4 内外装饰预制化

传统木结构的墙体仅为1层20mm厚杉木板，没有保温、隔声、防火功能，并且内墙面和梁柱之间凹凸不平，无法装修。水电全部外露走明线，不仅不美观，而且水电线路缺少保护，容易老化引起火灾。改造后的黔东南木结构墙体不再是传统的单层木质墙体，而是将结构、保温、隔声、内外装饰材料进行一体化预制的整体轻型木龙骨组合墙体。组合墙体构造如图4所示，其中石膏板的应用大大降低了木结构房屋在火灾中的危害，经国家建筑工程质量监督检验中心检测，该组合墙体燃烧60min后，墙体的完整性、隔热性均未被破坏。89mm厚的木龙骨组合墙体中填充了保温棉，经测试墙体的传热系数达到0.74W/（m2·K），隔声性能达到45dB，以上指标均符合相关建筑标准对民居在防火、保温和隔声方面的指标要求。在室内装饰方面，水电管线从木龙骨组合墙体中穿过，避免了管线外露。对于最费时费力的厨房和卫生间装修，在改造项目中使用整体卫浴、整体厨房、整体楼梯等标准化产品，一个3m2左右的卫生间，2个工人4h全部安装完毕，大大节约了内装时间。

图4 新型苗侗木结构组合墙体结构示意

4 结语

黔东南地区有广阔的木结构市场需求，新型的苗侗木结构除在火灾重建、旧房改造项目中应用外，还能满足城镇发展布局的需要，加强农村城镇和城乡一体化建设，在满足经济发展获得经济效益的同时，充分考虑环境因素、资源开发与生态平衡并举。同时木结构产业还能促进黔东南地区旅游业的发展，木结构房屋和黔东南青山绿水的秀美环境浑然天成，相得益彰。很多城市居民厌倦了大城市的钢筋水泥建筑，在乡村的休闲度假中，除了享受大自然的美景，更愿意感受原生态的木结构建筑。然而目前黔东南地区的木结构相关企业并不多，尤其是规模企业。现有的企业生产规模小，产品质量参差不齐。为加快形成规模化的生产能力，黔东南州政府积极着手制定《黔东南木结构建筑产业发展规划》，大力发展木结构建筑产业[10]。近些年新成立的剑河园方木业、贵州凯欣产投都是当地的国有企业，有很好的平台、资金、设备和技术，是当地木结构行业的龙头企业，实施了很多落地的项目，如从江侗乡大健康康养公园项目、台江施洞文化产业园项目等，为推进木结构建筑工业化在传统村落改造中的应用做出了积极贡献。

参考文献：

[1]龙亮，鲍帆．郎德上寨苗寨民居入口空间浅析[J]．华中建筑，2010（7）：159-161．

[2]张凯，闵庆文，许新亚．传统侗族村落的农业文化涵义与保护策略——以贵州省从江县小黄村为例[J]．资源科学，2011（6）：1038-1045．

[3]李长杰，鲁愚力，张克俭．侗族民间建筑文化探索[J]．建筑学报，1990（12）：23-28．

[4]许新桥，向琴，王丽，等．黔东南苗族传统木结构民居的现状与展望[J]．林产工业，2015（4）：51-53．

[5]陆步云，李芳，周光志．黔东南传统木结构民居保护与建设项目的研究与实践[J]．林产工业，2016（11）：10-13．

[6]王涛．德国工业4．0对我国绿色建筑工业化和信息化的启示[J]．城市住宅，2017（4）：68-71．

[7]顾静．贵州侗族村寨建筑形式和构建特色研究[D]．成都：四川大学，2005．

[8]陆步云，周光志，缪冬冬．BIM技术在梁柱式木结构住宅产业化中的应用[J]．林产工业，2017 （11）：41-44．

[9]陈恩灵，费本华．木结构金属连接件连接性能的研究现状[J]．木材工业，2008（3）：10-13．

[10]陈磊．黔东南木结构产业发展现状与前景分析[J]．林业机械与木工设备，2016（8）：4-6．