孟慶軍， 張蓮潔

(東北林業(yè)大學機電工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

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綜 述

從日本成功經驗出發(fā)探討我國木結構研究的開展策略

孟慶軍， 張蓮潔

(東北林業(yè)大學機電工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

分析了日本學者研究木結構的方法及技術手段，探討了日本在木結構研究與應用領域成為先進國家的經驗，對照我國的實際情況，提出了恢復發(fā)展研究木結構利用技術必須要加強學術梯隊建設、找準技術突破關鍵點、研發(fā)有自主知識產權的成果等一些具有可操作性的建議和意見。

木結構；研究體系；研究進展；開展策略

隨著木結構建筑一系列優(yōu)點的顯現(xiàn)，木結構利用技術的研究在我國重新興起，特別是2008年汶川大地震時木結構房屋以其優(yōu)良的抗震性能改變了以往人們對木結構建筑的認識，使木結構利用的呼聲日漸高漲，消費市場也開始呈現(xiàn)出欣欣向榮的景象。然而在整個產業(yè)鏈中，對木結構利用的自主技術開發(fā)尚顯薄弱，是整個產業(yè)鏈中的薄弱一環(huán)，如何將其補強，使整個產業(yè)能夠有序地發(fā)展是擺在研究者面前的重要課題[1]。

日本的木結構建筑應用廣泛，是世界上木結構利用的發(fā)達國家之一，其研究經驗可以為我國相關領域的研究提供借鑒。近20年來在日本新建的建筑中46%左右為木結構建筑，其建造技術、木質材料研究及利用水平均處于世界領先地位，在抗震、防風、防雪、防腐、防蟲(蟻)、再生再利用、環(huán)境友好性、節(jié)能等領域均有獨創(chuàng)技術，特別是在環(huán)境友好性方面，日本學者更是業(yè)內的領軍者。這些都給我國學者與從業(yè)人員提供了參考范例。分析日本木結構的發(fā)展歷程，學習日本的成功經驗可為我國木結構的重新復蘇乃至騰飛提供借鑒。

關于日本木結構的發(fā)展歷史已有很多文章進行過介紹[2]，因此不再復述。本文主要從研究與設計的角度來探討對日本經驗的借鑒及我國自主技術發(fā)展的相關問題，即日本的木結構行業(yè)由什么樣的人在做研究，怎樣進行研究，研究的效果如何，其研究能給我們什么樣的借鑒啟示，我們應當怎樣做才能使木結構得到快速發(fā)展。

1 日本木結構相關技術研究發(fā)展概況

1.1 日本的研究學者團隊特點

1.1.1 態(tài)度嚴謹，注重實踐與細節(jié)研究

日本的研究學者以研究態(tài)度嚴謹為世人所稱道，不論供職于大學還是企業(yè)研究機構的研究者大多具有在現(xiàn)場參與實際施工的經驗，養(yǎng)成了注重細節(jié)、追求數(shù)據(jù)可靠的習慣。經過長時間的積累，數(shù)據(jù)資料豐厚可靠，能夠為后續(xù)研究提供強有力的支持。二戰(zhàn)后，日本還積極向北美學習先進技術，建立并不斷豐富木材利用的基礎數(shù)據(jù)庫；20世紀90年代完成了大跨距木結構技術的消化吸收并應用于實踐，2000年后積極倡導綠色環(huán)保的居住理念，并將該理念應用到新建的建筑中。

1.1.2 工作時間較長，知識積累有效

日本學者每天的工作時間大都保持在10 h以上，且多數(shù)時間是在實驗室、研究室中進行實驗、分析數(shù)據(jù)及研究文獻，長年積累下來，日本學者對于世界上最前沿的應用研究熱點及技術方法有著較好的把握，在開展自己的研究時會自覺地將先進的分析方法、手段融入其中，所獲研究成果也令人信服。

1.1.3 人才培養(yǎng)體系完善，后繼有人

大學研究院、大學本科、專業(yè)學校及企業(yè)培訓機構各個層次的人才培養(yǎng)機構各司其職、各盡其責，形成了網絡化的人才培養(yǎng)格局，這得益于發(fā)達的教育體系，日本從幼兒教育起就一直不斷地注重動手能力的鍛煉與培養(yǎng)。木結構從業(yè)人員進入專業(yè)培養(yǎng)階段，每個人更要經過木結構相關構造物的制造培訓，因此，不論是專業(yè)學校畢業(yè)的技術工人還是大學攻讀專業(yè)學位的行業(yè)潛在從業(yè)者均具有較強的實踐動手能力。年輕人通過實踐，可以直接在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題，可以迅速地成長為合格的勞動者，保證了行業(yè)內人才梯隊的持續(xù)性與穩(wěn)定性，高素質從業(yè)人員的不斷加入使行業(yè)內的勞動效率不斷提高，也在很大程度上緩解了日本勞動力人口下降所帶來的社會壓力。

1.2 日本木結構研究的特點

1.2.1 積極引進、吸收、消化他人先進技術

日本的木質構造利用技術主要有兩大流派：其一，“在來軸組構法”，其師法中國古代建造技術，傳入日本后成為其傳統(tǒng)營造法式；其二，“枠組壁構法”，師法北美現(xiàn)代木結構建造技術。兩種建造技術在日本產學研各界共同努力下得以發(fā)揚光大，以輕型木結構為例，在日本引進的過程中，融合進了日本傳統(tǒng)營造法中的優(yōu)秀因素進而創(chuàng)造開發(fā)出日式的“枠組壁構法”，相比北美的輕型木結構建造方法而言，日式的輕型木結構房屋更適合日本的自然環(huán)境及人文環(huán)境，所以日本近年來建造的木結構建筑物多半為日式的輕型木結構建筑，并且隨著輕型木結構建造技術的日益成熟、建造成本降低，越來越多的新建建筑采用了這種營造方式[3]。這種引進、吸收、積極消化他人先進技術、再融入自己原有技術優(yōu)勢、開發(fā)自有新技術的研究方法，是日本木結構研究最為顯著的特點。

1.2.2 注重實證，在夯實基礎上開發(fā)新技術，完善研究與設計體系

日本學術研究界早已在木結構設計利用方面形成了以木結構為中心，并與監(jiān)管、設計、施工建造、研究開發(fā)四個方面形成穩(wěn)定的關聯(lián)體系。注重實證研究，普遍采用統(tǒng)計歸納的方法，通過大量的現(xiàn)場調查、實驗室模擬等技術手段獲得研究數(shù)據(jù)，再分析整理出影響結構性能的各種因素及各因素相互之間的作用關系。在木材物理性質、化學性質、宏觀結構，微觀結構力學性質等方面均已積累了豐富的數(shù)據(jù)，為設計、施工提供了可靠參考，保證了木結構強度耐力設計與施工的可靠性，也為監(jiān)管條例的制定及執(zhí)行提供了技術依據(jù)。日本木結構研究在完成了學習積累后，開始走上創(chuàng)新發(fā)展的道路，近年來日漸深入人心的節(jié)能、環(huán)保、宜居等理念多由日本學者所倡導，成為研究熱點，所取得的一些重要成果通過修訂法令等形式進入了實際工程領域，被企業(yè)所接受使用。近年日本木結構研究領域主要集中在初始耐力設計、剛性設計、許用耐力設計、終局耐力設計、耐久性設計、部件耐久性設計、使用環(huán)境設計、維護管理設計、殘存耐力設計、耐用后設計、補強設計、再生-再利用設計、木結構設計等方面[5]。

1.2.3 注重研究、實踐成果收集，及時總結更新

每年日本國土交通省都會頒布更新建筑法令集，新法令是根據(jù)近期的研究成果對舊條文、數(shù)據(jù)等進行必要的修正，各個學會、協(xié)會則根據(jù)法令的更新內容，在自己研究范圍內及時給出詳細的解釋說明，在較短的時間內，最新的研究成果就可以在新的建筑建造及舊有建筑的補強施工中得以體現(xiàn)，這就形成了一個良性循環(huán)，不但促進了研究的進展，更使安全、健康的建筑得以實現(xiàn)。

各個學(協(xié))會對本會會員的研究成果同樣注意收集整理，定期召開學術年會、出版研究成果集，不但有效地完成了研究成果積累，也方便會員間的相互交流學習。通過相互交流，互相啟發(fā)研究靈感，促進研究工作的開展。

1.2.4 研究持續(xù)與新領域不斷開拓

日本較為完善的研究體系使得每位研究者在提出自己研究方向時都能夠從既有的體系中得到支持，盡管某個領域的研究可能會變得越來越狹窄、研究內容越來越細微，但研究結果卻越來越可靠和實用。對于一些需要較長時間的研究項目，可以由一兩代人甚至幾代人接力完成；研究的持續(xù)性還體現(xiàn)在當有新的技術手段時會很快應用于既有成果的驗證中，不但可以提高效率，對數(shù)據(jù)的更新也起到了積極作用。

經過多年的積累，木結構研究利用已經打下了堅實的基礎，在此基礎上，施工實踐所提出的問題就會比較容易找到解決方法。解決問題的過程實際上就是新領域開拓的過程，當人們需要從滿足居住需求轉向生活品質需求時，綠色、宜居環(huán)境就很自然地成為了研究的新方向。目前，日本積極倡導的綠色環(huán)境、宜居環(huán)境離不開木結構的使用，從材料到結構，日本木結構利用的相關研究方興未艾。

1.3 研究組織體系

1.3.1 全國性研究組織與地方組織相互依存

在日本，各個行業(yè)都有自己的協(xié)會和學會，木結構利用同樣不例外。目前形成了東京和京都兩個研發(fā)與利用的中心區(qū)和各地區(qū)學(協(xié))會分會相互補充的層次格局，全國性的組織傾向于研究討論總體方向性問題，而地方性組織則更側重于開展地方實際問題的研究討論。例如，木材學會北海道地區(qū)分會就比較注重北海道國產材在木結構造物上的利用開發(fā)技術以及木結構建筑的防雪等方面的研究；九州地區(qū)分會則更側重于木結構在室內環(huán)境指標方面的研究，這種地區(qū)學(協(xié))會各具特色又具有防震防火等共同的研究內容。

1.3.2 研究得到學術振興會等組織的有力支持

進入21世紀后，日本提出增強國家學術競爭力的概念，提高了在科學研究上的投入，作為具體負責實施的日本學術振興會等組織機構，在日本學術振興過程中扮演著重要角色。木結構的利用研究同樣得到了該組織的大力支持，在科研立項、研究員聘請等各個方面不僅有較多的資助，更從世界范圍內聘請了大量人才，保證了研究項目能夠迅速開展。

1.4 關聯(lián)技術與研究輔助支撐

1.4.1 基于森林可持續(xù)再生的自有林木開發(fā)與進口材相結合利用技術

盡管日本的森林覆蓋率較高(大于68%)，但日本的建筑用材主要依靠進口材。近年來由于進口大徑級材減少、原材料漲價、自有人工用材林已經進入成熟期等條件的影響，森林的開發(fā)與利用、可持續(xù)再生與改造等方面的研究成為熱點，例如借鑒新西蘭雜交育林經驗，積極培育適合日本地質及氣候的人工林樹種是目前林木育種一個比較熱門的課題，北海道開發(fā)的雜交落葉松F1號就是比較成功的例證。

1.4.2 完善的輔助研究與支持配套

日本木結構利用研究如此迅速，還得益于它有一個極為發(fā)達的輔助體系，從研究設計所應用到的儀器、器具到建造施工離不開的物流服務，均為木結構利用提供了堅實有效的支持。以木工用卷尺的標記為例即可窺見一斑，各種規(guī)格的木工用卷尺為方便輕型木結構的施工，在495 mm及其倍數(shù)位置均有明顯標記，這大大減少了木工在實際使用時的計算時間，降低了工人的勞動強度。日本發(fā)達的物流系統(tǒng)保證了所需材料全國范圍內2天內到貨，不論是實驗還是施工急需，都可從容組織實施。受日本公路相對狹窄的限制，大構件的工廠預制式建筑有逐漸被輕型木結構所取代的趨勢。

2 如何借鑒日本的先進技術與我國開展木結構利用研究的思路探討

目前在木結構研究與利用領域我國還處于落后階段，特別是在國外木結構利用大發(fā)展時期，我國卻因資源幾近枯竭等原因，暫停了該方面的利用與研究。但我國曾有輝煌的木建筑利用及研究的歷史，因此將傳統(tǒng)技藝與現(xiàn)代科技相結合，通過借鑒歷史經驗和引進技術，完全可以開發(fā)出適應我國現(xiàn)階段狀況的新技術利用體系，使木結構在國民生產生活中得到應用。

2.1 科研團隊的建設與人才培養(yǎng)

經過20年的停頓，目前國內木結構的研究學者以及從業(yè)人員嚴重不足，這大大制約了木結構的研發(fā)與利用，科研團隊的建設亟待加強。

2.1.1 全國性學會與地方分會并舉，地方性學會建設優(yōu)先，強化學(協(xié))會工作職能

木結構在利用上必須依據(jù)地理環(huán)境的不同做出針對性的調整，不能完全按照同一個模式。我國幅員遼闊，地質條件差異極大，因此必須要有熟悉本地域特點的科研團隊來開展有針對性的研究。參照日本研究團隊的特色，以我國現(xiàn)有的建筑學會和林學會為依托，單設全國性的木結構分會；以各地的大學、科研機構和木結構建筑施工企業(yè)的專家學者資深業(yè)者為骨干，在各地建立起地方性的科研團隊來開展適合本地區(qū)特點的木結構利用研究工作，形成地方特色研究團體與全國性學會相結合的梯隊體系。

在建立該體系的過程中，地方性學(協(xié))會建設應當優(yōu)先考慮，首先，易于整合現(xiàn)有研究力量，可以較快地進入研究狀態(tài)；其二，各個地區(qū)的木結構利用條件不同，需要能夠熟悉掌握各自地區(qū)情況的研究團隊，具體、有地域特點的研究工作更需要各地研究者來分別完成；其三，各地分會有效開展工作后會促進全國性學(協(xié))會更好地開展工作。

2.1.2 加大專業(yè)性人才培養(yǎng)的力度與拓寬培養(yǎng)范圍

由于我國在木結構研究上已經長期停滯，現(xiàn)在普遍缺乏專業(yè)型人才，特別是年富力強的青年研究人員更是缺乏，所以加大專業(yè)性人才培養(yǎng)的力度迫在眉睫。在我國傳統(tǒng)林業(yè)院校和建筑類院校中還保存有較多的師資力量，應當有效地將這些力量整合起來，發(fā)揮其傳統(tǒng)優(yōu)勢。積極引進先進國家和地區(qū)的人才，將日本、北美以及歐洲等先進國家的優(yōu)秀人才所帶來的理念、技術融入到我國的技術研發(fā)與人才培養(yǎng)中來。在人才培養(yǎng)中應當借鑒日本的相關培養(yǎng)模式，注重動手能力的培養(yǎng)。

在專業(yè)型人才培養(yǎng)的同時更需要做好木結構利用知識的普及工作，將木結構建筑的優(yōu)點及使用過程中需要關注的問題普及給大眾，使大眾對木結構建筑具備更為正確的認識，這樣將有利于木結構的恢復推廣。例如在中學增設勞動技能課，開設木結構利用的相關課程。

2.2 技術研究的選向

根據(jù)木結構的發(fā)展現(xiàn)狀，我國學者開展木結構利用研究應當走中外結合、古今結合的研究之路。

2.2.1 選擇實用與先進性相結合

我國學者在開展木結構技術研究時應當結合所在地區(qū)的實際情況重點考慮木結構的設計和標準、木材建造系統(tǒng)和生產方法、剪力墻的性能、木結構的聲學性能、木結構的防火性能、木結構的振動性能等方面。

2.2.2 研究課題應選擇在發(fā)掘傳統(tǒng)技術精華與現(xiàn)代先進技術相結合上

在引進吸收西方先進技術時，應與我國傳統(tǒng)木建造技術的精華相結合，借鑒日式技術本土化過程的經驗。

2.2.3 研究技術需要細節(jié)化與宏觀化相結合

具體研究應該更細致，需深挖具體細節(jié)。例如，小結構件在木結構房屋中的受力分析、構件結構形式對整體的影響等。宏觀上要有明確合理的發(fā)展方向，在國家層面上給出綜合發(fā)展規(guī)劃。

2.2.4 基礎研究與實用研究對照發(fā)展

盡管實用技術會很快帶來經濟利益，但能夠保證長遠利益的還是基礎性研究，因此應盡快建立我國木結構利用的相關基礎性數(shù)據(jù)庫，國家應加大基礎性研究的力度。

2.2.5 經驗設計與量化設計相結合

木結構利用需要大量的經驗型設計，更需要引入計算機輔助設計加快木結構的量化設計，將經驗型設計方式轉變成量化科學型的設計方式。

2.2.6 宜居、環(huán)境友好、節(jié)能等發(fā)展性理念要融入研究中

木結構在宜居、環(huán)境友好、節(jié)能等方面比磚混結構更具有優(yōu)勢，在恢復木結構利用的過程中應當發(fā)揚木結構在這方面的優(yōu)點，將各種結構形式的優(yōu)點結合起來，以人為本，發(fā)展新型的營造技術，而不是一種結構替代另一種結構，各種材料、各種結構形式都能夠找到適宜的利用場合才是正確的發(fā)展方向。雖然木結構的單位建造成本高于磚混結構，以我國國民現(xiàn)有的經濟收入水平還不可能大范圍接受，但融入了宜居、環(huán)境友好、節(jié)能等發(fā)展性理念的木結構建筑，將成為人們追求更高生活品質的一項選擇。

2.2.7 加強設計力量，在無障礙設計方面加大研究力度

以人為本的設計理念還應當體現(xiàn)在無障礙設計的應用上，我國即將進入老齡化國家的行列，更多高齡者和行動不便者將越來越多地出現(xiàn)在社會上，無障礙設計將成為所有建筑物的必然要求，在恢復木結構建筑的初始階段，我國的研究人員也應注意這一需求。

2.2.8 完善木結構設計和驗收規(guī)范，加強標準規(guī)范的指導性說明

我國木結構利用的國家標準已遠遠滿足不了行業(yè)的發(fā)展需求，需要以這些標準為主干，迅速擴充到具體某類地質條件、氣候條件下的設計施工規(guī)范與解說，補充更為詳細的施工指導類書籍手冊[6-7]。日本在這方面已經有了較為豐富的經驗，例如北海道地區(qū)的木結構在設計與施工中就非常注重對雪載荷的防范設計，而九州地區(qū)的木結構則更多的是防風，當然全日本的木結構都遵守嚴格的防震設計法規(guī)、規(guī)范。我國幅員遼闊，各個地區(qū)的地理地質情況不盡相同，因此需要有比日本更為詳細、具體的技術解說與說明，例如西北地區(qū)氣候干燥，東南地區(qū)氣候濕潤，不應當僅適用于同一標準，必須要有適當?shù)男拚?009年11月正式實施的上海《輕型木結構建筑技術規(guī)程》作為我國首部木結構建造地方性技術法規(guī)在此方向上邁出了可喜的一步，相信更多帶有地域實施特點的技術法規(guī)與操作規(guī)程將陸續(xù)出臺，這將極大地促進木結構的應用與研究的發(fā)展。

我國在法規(guī)標準出臺之后修正周期明顯過長，不能夠很好地適應木結構應用形勢的發(fā)展需要，必須縮短相關法規(guī)修正周期。此外仍需要適時補充與新型結構產品、結構形式相關的設計和驗收內容，增加木結構建筑性能驗收標準等更多的技術性法規(guī)。

2.2.9 相關領域研究需要同步加強

木結構的發(fā)展需要眾多的研究領域共同支撐。在建筑材料、設計及建造領域，需要重點解決以國產材料制造各種結構材料的工藝技術，開發(fā)多功能結構膠黏劑，開發(fā)各種類型的專用連接件，研究各種木結構的建造系統(tǒng)和生產方法，提高結構材料和木結構建筑的加工精度以防止使用中因加工精度引起的安裝問題、使用中產生的振顫噪聲等問題。在設計與加工領域，開發(fā)適合我國國情的建筑設計相關軟件以提高計算機輔助設計水平，提高木工機械加工制造精度，提高機械的加工效能。在使用管理與安全評估領域，建立木結構建造的認證體系和木結構住宅的性能安全評估體系。

3 結論

(1)我國恢復發(fā)展木結構，需要從基礎研究開始，研發(fā)建造技術，建立健全材料技術數(shù)據(jù)庫。培養(yǎng)專業(yè)技術人才，在大眾中普及木結構的利用知識與技能任重道遠，需要全社會的共同努力。

(2)木結構建筑在我國恢復發(fā)展是社會發(fā)展的需求，木結構、磚混結構、鋼結構等各種建筑結構應共同發(fā)展，這是人們生活品質多元化需求的必然結果。

(3)通過借鑒國外發(fā)展的成功經驗，發(fā)掘我國傳統(tǒng)的木結構建造技術，研發(fā)具有自主知識產權的現(xiàn)代木結構利用技術是可行的，發(fā)展現(xiàn)代木結構營造技術會給人們帶來更舒適、更安全、更宜居的活動空間。

[1] 任海青，江澤慧，費本華，等.中國現(xiàn)代木結構住宅未來發(fā)展之路[J].木材工業(yè)，2009(5)：20-23.

[2] 謝力生.日本木結構的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀[J].木材工業(yè)，2009(5)：20-23.

[3] 林知行[日].變化了的木材、木造建筑[M].東京：丸善株式會社，2003.

[4] 平井卓郎[日].木結構的研究課題[J].木材學會志，2007(3)：117-126.

[5] 大橋義德[日].利用道産材制造的木質I形梁的力學特性[J].木材學會志，2008(1)：24-32.

[6] 陳磊.黔東南木結構產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與前景分析[J].林業(yè)機械與木工設備，2016，44(8)：4-6+14.

[7] 沙洲，朱曉冬.FRP材料增強木結構研究綜述[J].森林工程，2012，28(3)：57-61.

(責任編輯 王琦)

Discussion on Development Tactics of Wood Structure Research inChina Based on Successful Research Experience of Japan

MENG Qing-jun， ZHANG Lian-jie

(College of Mechanical and Electrical Engineering，Northeast Forestry University，Harbin Heilongjiang 150040，China)

The wood structure research methods and technical means adopted by Japanese scholars are analyzed，the experience based on which Japan has become an advanced country in terms of wood structure research and application fields，based on which some operational suggestions and comments that academic echelon construction must be strengthened，key points involved in technical breakthroughs must be found out and independent intellectual property rights must be found out，etc.in order to assume the development of wood structure utilization.

wood structure；research system；research progress；development tactics

2017-05-18

孟慶軍(1972-)，男，黑龍江人，副教授，博士，主要從事機械與工業(yè)設計工作， E-mail：1326441197@qq.com。

TS6；TU531.1

A

2095-2953(2017)08-0004-05