中国传统模块化木构建筑的前世今生

中国传统模块化木构建筑的前世今生插图 故宫木构建筑屋顶细节。© 韩爽

    随着中国城市的迅速扩张,越来越多的建筑师和工匠们开始面临着在短时间内快速建造出经济住房这一难题。模块化建筑作为一种新兴的建筑结构体系在近几年开始风靡。该体系是以每个房间作为一个模块单元,提前在工厂中进行预制生产,完成后运输至施工现场并通过可靠的连接方式组装成为建筑整体。其连接方式的多样性,给建筑本身在设计和后期维修上都带来了极大的便利。

    中国传统模块化木构建筑的前世今生插图1 中国传统木构建筑节点。 © 韩爽

    追根溯源,自明清时代以来,模块化建筑在中国古代建造史中就有迹可循。随着近代木结构的尺度演变,模块化木构建筑一直以其精巧又稳固的结构节点而著称。

    古代模块化组装

    根据宋代李诫编撰的中国现存最早的建筑设计施工规范专著《营造法式》记载,早在1103年,当时的建筑师和工匠们就已经提出用单位来测量和切割木材。

    中国传统模块化木构建筑的前世今生插图2 《营造法式》中材的度量手绘示意图。© 李诫

    李诫自元祐七年(1092年)起从事宫廷营造工作,历任将作监主簿、丞、少监等,官至将作监。监掌宫室、城郭、桥梁、舟车营缮事宜。在李诫所著的《营造法式》一书中,他提出用“材”作为规范划分木材尺寸的单位。木材的规范化在当时意味着朝廷可以通过量化用材来更好地控制施工费用,从而达到抑制当地官员贪污受贿的风气这一目的。《营造法式》规定材分八等,每一等材都有着相应的分,且都是材宽划为10分,材高划为15分。也就是说,分:材高的1/15,材宽的1/10。自此以后,中国古代木构建筑中所使用的木材都以”材“和”分“进行切割和组装,由此逐渐形成一套规范的模数体系。

    中国传统模块化木构建筑的前世今生插图3 《图像中国建筑史》手绘图。© 梁思成

    据《营造法式》记载:“凡构屋之制,皆以材为祖。”  这里的“材”字,指的是标准木材。《营造法式》把这个标准材的断面规定为 3:2,还让它具有了高度科学的受力性能,并且把这个材分成八个等级,用来盖规模大小不等的建筑。建筑内部的尺度,大到柱子,横梁,屋顶,小到窗户屏风家具,都使用了各种尺寸的”材“。标准木材的发明不仅大大加速了12世纪中国木构建筑的发展,还规范了各种规模的建筑所用材料的多少。

    中国古代木构柱式

    中国传统模块化木构建筑的前世今生插图4 斗拱模型。© 韩爽

    毫无疑问地,《营造法式》的编纂规范了木材计量单位,划定了设计尺度和建造原理,也为中国木构建筑打下了坚实的基础。

    中国传统模块化木构建筑的前世今生插图5 故宫木构建筑屋顶细节。© 韩爽

    李诫在《营造法式》还提出了斗拱,作为中国传统木建筑特有的一种模块化结构。工匠们通过在立柱和横梁交接处,从柱顶上加的一层层探出成弓形的承重结构形成“拱”,拱与拱之间垫的方形木块叫斗,合称斗拱。在明清时期,斗拱由于其卓越的结构稳定性和抗地震性,在皇家宫殿的建造中被大量使用。当地震来临时,斗拱可以将屋顶的重量分散到承重柱上。而且由于模块化建筑的应用,每一座木构建筑其实都是由成千上万的预制标准木材构成,通过几何和逻辑的严密组装,木块与木块之间严丝合缝地互相咬合,无需使用任何钉子和胶水。

    中国传统模块化木构建筑的前世今生插图6 故宫木构建筑屋顶细节。© 韩爽

    因此,斗拱的使用,在结构上可以让重量更加均衡地分散到建筑自身上,在美学上可以达到更多具有对称和谐感的尺度和图案。而标准木材也定义了屋顶,柱梁,窗户和家具的形态和尺寸。

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    中国传统模块化木构建筑的前世今生插图7 紫禁城等比例模型。 Flickr user Can Pac Swire (licensed under CC BY-NC 2.0))

    梁思成,在《图像中国建筑史》中指出,正如西方古典建筑中所划分的经典柱式,带有古人模块化建造思考的斗拱,也可以被看作是中国传统建筑中的华夏经典柱式。在过去的一千多年中,中国古代的能工巧匠们使用模块化建造的思路来控制屋顶与梁柱,家具与家具之间,乃至宫殿与宫殿的连接结构。宏观上来讲,模块化建造也定义了紫禁城内外之间的几何布局。

    当代建筑应用

    在2010年的上海世博会上,由中国建筑师何镜堂操刀设计的中国馆正是使用了斗拱这一元素来向世界传达古典中国文化的精神。中国馆的主要结构是一个由56个小斗拱相互连接构成的6层30米高的屋顶。56个小斗拱在这里象征着中国56个少数民族。

    中国传统模块化木构建筑的前世今生插图8 上海2010年世博会中国馆。© 何镜堂

    在中国馆的开幕典礼上,当时的上海常务副市长杨雄致辞道:

    “中国馆的建造思路中蕴含着丰富的中国文化元素,代表了古代中国人们的智慧。同时中国馆也代表了上海2010年世博会的精神,是面向国际社会的展示中国的象征性元素。”

    中国传统模块化木构建筑的前世今生插图9 日本富山积木式咖啡吧 / Kengo Kuma & Asociados © Kengo Kuma and Associates

    中国传统模块化木构建筑的前世今生插图10 消失百年的东亚木构复兴,树枝状‘斗拱’ / JK-AR。 © Rohspace

    除了世博会以外,斗拱因为其预制标准化生产和快速组装的特性,还在其他临时建筑中有着广泛的运用。临时建筑要求环境可持续性,而斗拱自身的模块化设计理念,跨越了千年的时光,仍然可以完美地符合当代可持续建筑的要求。

    中国传统模块化木构建筑的前世今生插图11 消失百年的东亚木构复兴,树枝状‘斗拱’ / JK-AR。 © Rohspace

    近年来,随着绿色建筑这一概念在全世界范围内的普及,越来越多的诸如集装箱建筑一类的模块化设计也开始在大众视野中活跃起来。尽管模块化建筑大大缩短了建造周期,节省了建造材料,还减少了能源消耗,并且对场地具有一定的兼容性。作为建筑师,还是应该对模块化设计带来的多变尺度,及尺度与不同环境之间的关系多多加以思考。古代人民教会了我们建造的原理,以及如何去计算各个标准构件的最佳尺寸。我们不应该只是对公式和原理进行死记硬背,而是应该深度思考如何将模块化设计的思路更好地融入到当代建筑和材料中去。

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