林科背景下木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)建設(shè)的思考

董春雷 萬 輝 杜官本

(西南林業(yè)大學材料科學與工程學院，昆明 650224)

木結(jié)構(gòu)建筑在我國已有幾千年的歷史，曾是我國主要的建筑形式。我國解放后頭兩個“五年計劃”期間，由于缺乏鋼鐵、水泥等主要的建筑材料，加之木材有就地取材且易加工的特點，使磚木建筑成為當時主要的建筑形式，其占比高達46%。但到了20世紀80年代，除必要的生態(tài)防護林外，我國可用的結(jié)構(gòu)材采伐殆盡，當時國家又無足夠的外匯從國際市場購買木材，國家就從政策上開始限制木結(jié)構(gòu)材料的使用，并提倡“以鋼代木、以塑代木”，致使我國木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展幾乎處于停滯狀態(tài)。同時，與木結(jié)構(gòu)相關(guān)的研究和應(yīng)用也逐漸與世界發(fā)達國家拉開了距離，導(dǎo)致我國在木結(jié)構(gòu)建筑方面的研究和應(yīng)用出現(xiàn)了20多年的空白期，原開設(shè)有木結(jié)構(gòu)專業(yè)的院校也相繼停辦了該專業(yè)[1]。

20世紀90年代未特別是21世紀初，由于人工速生林的高速增長和高效利用，加之大量進口木材的補充，從資源上解決了我國木結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展的癥結(jié)。木結(jié)構(gòu)建筑具有綠色環(huán)保、節(jié)能低碳和優(yōu)越的抗震性能等優(yōu)點引發(fā)人們對新一代建筑形式的向往。另外，加拿大、美國、芬蘭、瑞典和日本等國外政府機構(gòu)和企業(yè)均看好中國木結(jié)構(gòu)發(fā)展巨大的潛在市場，持續(xù)加大現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的宣傳力度，從而使我國政府和學術(shù)界重新認識到木結(jié)構(gòu)建筑在社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益方面的可持續(xù)發(fā)展優(yōu)勢，相繼從政策層面和技術(shù)方面給予引導(dǎo)和規(guī)范，如“十一五”國家科技支撐計劃列出了現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的相關(guān)研究項目，同時也相繼出臺了《木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(2005年版)》《木結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》《木結(jié)構(gòu)試驗方法標準》和新版的《木結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》等一系列國家標準和規(guī)范。2015年9月工信部和住建部聯(lián)合出臺的《促進綠色建材生產(chǎn)和應(yīng)用行動方案》、2016年2月《中共中央、國務(wù)院關(guān)于進一步加強城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》均明確表達了推廣木結(jié)構(gòu)建筑的決心，說明綠色木結(jié)構(gòu)建筑已經(jīng)成為建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要組成部分，低碳環(huán)保的木結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)將迎來新一輪的發(fā)展契機[1-2]。

一、國內(nèi)外木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)發(fā)展概況

(一)國內(nèi)概況

1.林科背景下木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)發(fā)展情況

林科即行業(yè)中俗稱的“林口”，泛指林業(yè)工程一級學科下的木材科學與技術(shù)、森林工程和林產(chǎn)化學加工工程3個二級學科，而本文所指的林科即狹義上的木材科學與技術(shù)學科。因此，基于以上認知，國內(nèi)各大林業(yè)院校或科研機構(gòu)紛紛探索基于林科背景的木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)或方向的學科建設(shè)。比如，國內(nèi)的南京林業(yè)大學率先成立了木結(jié)構(gòu)建筑系，并先后于2002年和2007年開始招收碩士研究生和本科生，該系依托木材科學與技術(shù)學科設(shè)置了木結(jié)構(gòu)建筑理論、木結(jié)構(gòu)建筑材料、木結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計、建筑木制品生產(chǎn)工藝和木結(jié)構(gòu)建筑施工與裝飾5個專業(yè)方向，課程設(shè)置方面兼顧了土木工程和木材科學與工程2個專業(yè)方向的基礎(chǔ)課[3]；內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學在傳統(tǒng)的木材科學與工程二級學科下設(shè)了木結(jié)構(gòu)建筑方向，偏重培養(yǎng)建筑美學和造型設(shè)計方面的人才[4]；西南林業(yè)大學于2014年開始招收木結(jié)構(gòu)建筑(二級交叉學科)專業(yè)碩士研究生，并于2016年在木材科學與工程本科專業(yè)下面設(shè)置了木結(jié)構(gòu)建筑方向(與材料工程和家具工程兩個方向并列)，開始培養(yǎng)本科生，專業(yè)課程主要在原木材加工專業(yè)課程的基礎(chǔ)上增加了“建筑學”“工程力學”“木結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”等課程；北京林業(yè)大學于2017年在木材科學與工程專業(yè)下設(shè)置了木結(jié)構(gòu)材料與工程方向，專業(yè)課程也是在木材加工專業(yè)課程的基礎(chǔ)上增加了“工程木制材料”“建筑學基礎(chǔ)”“木結(jié)構(gòu)設(shè)計”等課程，同時增加了基于工業(yè)4.0技術(shù)的木結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件方面的課程[5]；中國林科院木材工業(yè)研究所下設(shè)了木材力學與木結(jié)構(gòu)研究室、木材保護室、木材改性研究室和木制品研究室等，承擔科研和研究生培養(yǎng)工作。其他農(nóng)林高等院校，如浙江農(nóng)林科技大學等，也于近幾年準備籌建木結(jié)構(gòu)建筑學科[6]。

2.工科院校木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)發(fā)展情況

國內(nèi)傳統(tǒng)工科院校，如哈爾濱工業(yè)大學、同濟大學、南京工業(yè)大學、上海交通大學、蘇州科技學院等，也相繼在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工程二級學科下設(shè)立了木結(jié)構(gòu)研究方向。哈爾濱工業(yè)大學土木工程學院2005年成立了木結(jié)構(gòu)研究中心，目前該中心正在籌備成立國家木結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢測中心[7]；2009年在傳統(tǒng)強勢鋼結(jié)構(gòu)學科多年學科建設(shè)的基礎(chǔ)上，整合資源開設(shè)了木結(jié)構(gòu)方向的研究生課程。南京工業(yè)大學先進工程復(fù)合材料研究中心，致力于工程復(fù)合木結(jié)構(gòu)以及纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的工程咨詢、設(shè)計安裝、產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)制作、委托檢測、成果轉(zhuǎn)化等工作，該中心雖從事工程研發(fā)方面的工作，但實際上承擔了木結(jié)構(gòu)方面的科研和研究生培養(yǎng)工作[8]。同濟大學和上海交通大學土木工程學院雖沒有專門成立木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)，但同濟大學的鋼結(jié)構(gòu)教研室和上海交通大學的建筑系近幾年來開展了不少高層木結(jié)構(gòu)及其抗震方面的研究工作。

(二)國外概況

國外的高等院校及科研機構(gòu)設(shè)立木結(jié)構(gòu)建筑相關(guān)學科和研究中心的歷史較為悠久。比如，華盛頓州立大學早在1949年就成立了復(fù)合材料及工程中心，致力于木質(zhì)和生物質(zhì)新型建筑材料的研發(fā)和工程應(yīng)用，也承擔木結(jié)構(gòu)方面的研究生培養(yǎng)工作[9]；美國俄勒岡州立大學林業(yè)學院的木材科學和工程學科主要從事木材等可再生材料的研究和工程應(yīng)用，如木結(jié)構(gòu)建筑的木質(zhì)工程材料的保護和利用等；加拿大新伯倫瑞克大學的林業(yè)和環(huán)境管理學院設(shè)立了木材科技中心，主要從事木質(zhì)產(chǎn)品、木材質(zhì)量控制、木結(jié)構(gòu)工程和木結(jié)構(gòu)建筑等的研發(fā)和應(yīng)用，同時也承擔本科生和研究生的培養(yǎng)工作[10]；新西蘭坎特伯雷大學成立了木材技術(shù)研發(fā)中心，從事木質(zhì)工程材料和木結(jié)構(gòu)建筑等的設(shè)計、檢測、防火、減震等的研究和工程應(yīng)用工作[11]。此外，瑞典的隆德大學、日本的京都大學、芬蘭的VTT技術(shù)研究中心等也設(shè)有類似學科或研究中心，研究對象多以高層木結(jié)構(gòu)建筑、木結(jié)構(gòu)建筑防火隔音性能等研究為主，所設(shè)專業(yè)也放在了土木工程學科下面并以土木工程的課程體系為基礎(chǔ)。

二、我國高等林業(yè)院校木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)設(shè)置的特點

通過調(diào)研可以看出，國內(nèi)外木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)或研究方向有設(shè)置在土木工程學科下面，也有設(shè)在建筑學學科、林學學科以及建筑學科與土木工程或設(shè)計藝術(shù)學等交叉學科下面。而國內(nèi)林業(yè)院校則多設(shè)置在林業(yè)工程一級學科下面，作為單獨的二級學科與木材科學與技術(shù)二級學科并列或作為木材科學與技術(shù)二級學科下面的一個研究方向，其呈現(xiàn)的特點如下。

第一，依托土木工程學科或建筑學學科建設(shè)，多采用鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的慣性學科思維構(gòu)建木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)課程體系，主干基礎(chǔ)課程多為“材料力學”“結(jié)構(gòu)力學”“建筑學”等，少開設(shè)或基本沒有開設(shè)與木材學、木基結(jié)構(gòu)材料相關(guān)的課程。

第二，依托木材科學與工程二級學科建設(shè)，大多采用木材加工和木基結(jié)構(gòu)材料的慣性學科思維構(gòu)建木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)課程體系，主干基礎(chǔ)課程多為“木材學”“木制品加工工藝”等，而“材料力學”“結(jié)構(gòu)力學”“建筑學”等課程則主要由土木工程學科教師代為授課。

第三，在關(guān)鍵的建筑結(jié)構(gòu)材料課程設(shè)置上，無論是依托土木工程學科和建筑學學科，還是依托木材科學與工程二級學科來構(gòu)建的木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)或方向，其設(shè)置方法都著重突出了木質(zhì)材料作為建筑材料的一般屬性(物理和力學性能)和部分特殊屬性(吸濕性、霉變和腐朽等)，但沒有突出木質(zhì)材料解剖構(gòu)造、建筑物理環(huán)境屬性(聲、熱、光、電)、蠕變性能及其相互之間的關(guān)系等其他重要性能。

第四，因照搬了原有土木工程學科或建筑學學科和木材科學與工程二級學科構(gòu)建的木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)或方向的設(shè)置思想和方法，導(dǎo)致對木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)課程體系的完整性、基礎(chǔ)課程與外延性課程的關(guān)系、知識點間的邏輯次序和內(nèi)在關(guān)聯(lián)等問題考慮得不夠周全。

第五，部分院校開設(shè)了中國傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑課程，但只是將其設(shè)為選修課程，作為學生知識擴展或藝術(shù)賞析的內(nèi)容，尚不足以支撐傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計的需求。

三、我國林科背景下木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)的建設(shè)現(xiàn)狀與思考

由于依托學科基礎(chǔ)的差異，各高等院校或科研院所對木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)或研究方向的建設(shè)思路也存在較大的差異，而如何構(gòu)建和發(fā)展林科背景下的木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)一直以來都是各林業(yè)院校苦苦思考的問題。經(jīng)過幾年的摸索和實踐，西南林業(yè)大學積累了一些木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)體系建設(shè)方面的經(jīng)驗，當然也有不少教訓。筆者結(jié)合西南林業(yè)大學木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)建設(shè)情況，并針對目前國內(nèi)外該專業(yè)建設(shè)當中存在的問題，僅就林科背景下該專業(yè)未來的專業(yè)體系建設(shè)和發(fā)展方向談?wù)剛€人的一些思考。

(一)課程體系的構(gòu)建

國內(nèi)各林業(yè)院校的木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)多設(shè)置在木材科學與技術(shù)學科下面，課程體系也多延續(xù)以“木材學”“人造板工藝學”和“木材加工工藝學”等木材加工方面的課程為基礎(chǔ)，輔以土木工程學科下的“材料力學”“結(jié)構(gòu)力學”和“建筑學”的課程為補充。但這與木結(jié)構(gòu)建筑以建筑學、建筑力學及相關(guān)學科知識為基礎(chǔ)的專業(yè)培養(yǎng)目標結(jié)合度不夠，多年實踐下來發(fā)現(xiàn)兩種學科體系的“強行嫁接”很容易造成“兩張皮”現(xiàn)象的發(fā)生。土木工程學科下的傳統(tǒng)課程，如“建筑學”“結(jié)構(gòu)力學”“材料力學”等，讓林科學生普遍吃不消，原因是這些課程往往以鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為研究對象，學生很難找到切換研究對象之后知識的關(guān)聯(lián)性和可移植性。因此，迫切需要深入研究木材科學與工程學科、土木工程學科、建筑學學科和設(shè)計藝術(shù)學學科課程體系在立足于林科背景下的木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)課程體系建設(shè)時的內(nèi)在關(guān)聯(lián)與區(qū)別；迫切需要圍繞木結(jié)構(gòu)建筑的一般和特殊建筑學屬性、設(shè)計、施工、保護、檢測、木制工程材料等基本要素，從土木工程學科、建筑學學科、設(shè)計藝術(shù)學學科和木材科學與技術(shù)學科等相關(guān)專業(yè)課程體系內(nèi)抽取支撐上述木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)所涉及的所有知識點，重新梳理并構(gòu)建符合林科學生特點的專業(yè)課程體系。西南林業(yè)大學在強調(diào)林科背景下上述學科知識點間的通用性和特殊性關(guān)系的同時，重新構(gòu)建了學科知識點的邏輯性關(guān)系，避免了學科知識點間的割裂和重復(fù)；強調(diào)基礎(chǔ)知識和基本技能間關(guān)系的同時，將最新科學技術(shù)和方法應(yīng)用到木結(jié)構(gòu)建筑領(lǐng)域。但需要注意的是不能把林科背景下的木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)辦成無所不包的“萬金油”專業(yè)，要“有所為有所不為”。雖然木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)可下設(shè)多個專業(yè)方向，但需要根據(jù)學科支撐條件和培養(yǎng)方向構(gòu)建學科知識體系并配備合適的課程，將其他方向的課程作為選修課程來處理。

(二)基礎(chǔ)教材的選用和編寫

由于木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)停辦時間較長，國內(nèi)原有教材內(nèi)容老舊，特別是缺乏現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的最新理論知識和技術(shù)等教學內(nèi)容，已不能滿足現(xiàn)代教學的需求。而市面上現(xiàn)有的木結(jié)構(gòu)建筑方面的教材又多是國外工程技術(shù)手冊直接編譯形成，一是缺乏對木結(jié)構(gòu)建筑學科知識體系的整體認知，二是缺乏專業(yè)理論知識教學部分的內(nèi)容，不太適合作為教材使用。因此，擺在國內(nèi)木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)教師面前的迫切問題就是教材的選用和重新編寫問題，可能今后若干年內(nèi)教材的編寫都是該專業(yè)建設(shè)的主要任務(wù)之一。其中專業(yè)基礎(chǔ)課程教材的編寫又是重中之重，需要在課程體系縱向、橫向綜合考量的基礎(chǔ)上，結(jié)合建筑學、力學和木材學相關(guān)基本知識，以木結(jié)構(gòu)建筑對專業(yè)基礎(chǔ)知識的需求為導(dǎo)向重新編排理論知識教學內(nèi)容。

(三)實踐課程的設(shè)置

傳統(tǒng)課程體系基本上是依據(jù)每一門課程內(nèi)的知識點設(shè)置實踐課程(如實驗課等)，在學期末設(shè)置課程實習和專業(yè)認知實習，從知識引導(dǎo)、感性認知和動手能力方面對學生所學理論知識進一步加強。但卻呈現(xiàn)出不少弊端，如存在實踐教學內(nèi)容古板且與所學專業(yè)方向脫節(jié)、不接地氣、學生學習提不起興趣等問題，導(dǎo)致學生應(yīng)付了事，達不到實踐教學的目的。因此，筆者建議西南林業(yè)大學在學科知識點抽取、梳理總結(jié)和再重組基礎(chǔ)上，探索開設(shè)既配合基本知識點，又瞄準培養(yǎng)方向，突出基本知識、基本技能和趣味性的三結(jié)合的實踐課程，使實踐教學與理論教學相輔相成，通過實踐教學引導(dǎo)學生學習、思考，并鞏固理解理論知識，結(jié)合原有工科專業(yè)實踐課程的有效做法，加入專業(yè)課程設(shè)計、工程實地調(diào)研、專業(yè)方向綜合實習和模型設(shè)計制作等內(nèi)容。

(四)課程教學體系實施策略

當前，我國林科不少專業(yè)課程體系的實施從總體上來看還缺乏實踐性、系統(tǒng)性、針對性和層次性。無論是專業(yè)教學自身的規(guī)律還是社會對人才的專業(yè)需求，都需要高校構(gòu)建有層次的進階式創(chuàng)新課程體系，并在此基礎(chǔ)上科學實施。首先，要在理論知識教學上采取創(chuàng)新教學手法如采用三維實景教學、雨課堂等，加強對理論知識的理解和掌握。在實驗和實習教學活動中，要緊扣理論教學內(nèi)容、靈活設(shè)置訓練環(huán)節(jié)，讓理論知識能在實驗、實習教學活動中得到加強，甚至是補充。比如，打通課堂教學、實驗教學和工廠實習的藩籬，安排一些能融合理論知識學習、實驗方案設(shè)計和實施、實習工廠動手實操的教學活動，使理論知識教學與實踐教學的科學合理配置層次分明、有序銜接。最后，無論是理論知識教學還是實踐教學，都需要依據(jù)林科學生的基礎(chǔ)和認知規(guī)律合理安排。

四、林科背景下木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)建設(shè)未來發(fā)展趨勢的思考

筆者認為林科背景下木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)的發(fā)展將呈現(xiàn)如下趨勢。

第一，以結(jié)構(gòu)設(shè)計為培養(yǎng)方向的木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)課程體系將以力學為基礎(chǔ)的土木工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程體系為主，輔以“木材學”“木質(zhì)工程材料學”“人造板工藝學”等林科基礎(chǔ)課程。但目前還存在林科背景下木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)課程由純力學背景教師承擔的問題，容易造成講解對象和講解方法錯位的現(xiàn)象發(fā)生。所以，研究對象的差異必然要求未來林科背景下的木結(jié)構(gòu)建筑課程體系要解決好傳統(tǒng)力學課程在木材或木基材料上的移植性和適用性的問題。

第二，以建筑造型設(shè)計為培養(yǎng)方向的木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)課程體系將以建筑學專業(yè)基礎(chǔ)課程為主。這一培養(yǎng)方向看似與林科相關(guān)課程體系關(guān)聯(lián)性較弱，但事實上由于建筑造型兩大研究內(nèi)容建筑體形和立面設(shè)計均與后期所采用的建筑材料及其性質(zhì)密切相關(guān)，所以該方向仍需輔以“木材學”“木質(zhì)工程材料學”“木結(jié)構(gòu)建筑學”等林科基礎(chǔ)課程。

第三，以木結(jié)構(gòu)建筑室內(nèi)設(shè)計為培養(yǎng)方向的木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)因與木材科學與技術(shù)學科下普遍設(shè)有的家具和室內(nèi)設(shè)計專業(yè)培養(yǎng)方向有較高的相似度及適應(yīng)性，所以其專業(yè)課程體系基本上可直接移植家具和室內(nèi)設(shè)計專業(yè)的課程體系。但需突出強調(diào)木質(zhì)墻體、屋頂和地面等部件與傳統(tǒng)鋼筋混凝土建筑部件的本質(zhì)區(qū)別，以強化該培養(yǎng)方向的針對性和實用性。

第四，綠色環(huán)保大背景下已興起的木結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展和國家政策的大力支持將有可能催生單獨的木結(jié)構(gòu)建筑學科。該學科將與建筑學、土木工程、設(shè)計學和木材科學與技術(shù)學科高度融合、高度交叉的基礎(chǔ)上，重新審視木結(jié)構(gòu)建筑基礎(chǔ)課程與外延性課程的關(guān)系、各相關(guān)學科知識點間的邏輯次序和內(nèi)在關(guān)聯(lián)，從而形成有特色的課程體系和教材體系。