【AT对谈】下篇 | 探索新型木质材料CLT 的可能性——日本建筑师&结构师的经验与思考
【AT导读】CLT（正交胶合木）作为一种新型木质材料，在日本自2016年被相关规范承认可作为建筑承重结构材料使用，随后在许多建筑作品中得到了各种应用。本期特别邀请东京工业大学环境社会理工学院建筑学系平辉老师采访介绍6位日本建筑师和结构师在建筑作品中对CLT的试验性探索，就CLT的力学特性与结构形式的关系、CLT的综合性能与利用维度、CLT在今后的突破口三个方面，分23个主题进行梳理编排。由于全文篇幅较长，我们分为上篇（点击查看详情）和下篇两部分推出。通过对这些经验与思考的群像式呈现，对未来CLT的创新性利用、新材料技术与传统木结构文化的融合、可持续发展中的关键课题进行深入探讨。
探索新型木质材料CLT 的可能性
——日本建筑师&结构师的经验与思考
（下篇）
金箱温春
金箱结构设计事务所代表
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远藤建筑工作室主持建筑师
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#01
CLT的力学特性与结构形式
（点击查看上篇）
1.1 具有双向特性的不可思议的材料
1.2 用面材构建
1.3 无梁悬挑
1.4 多面体a：折板结构
1.5 多面体b：连续拱
1.6 既柱亦梁的大型截面构件
1.7 面材和线材的组合
1.8 自由造型与曲面
1.9 作为剪力墙的合理性和表现性
1.10 新的复合形式
#02
CLT的综合性与利用维度
2.1 尺寸稳定性，高精度加工
▏平辉：
在关于CLT力学特性与作品结合的讨论中，提到很多节点做法和造型是只有CLT才能实现的，请结合具体的施工建造谈谈CLT作为建筑材料还有哪些方面的优势？
▏原田真宏：
木质材料常常会因为湿度变化而发生起翘和收缩变形。在ROOFLAG施工期间，我也曾非常担心，同为木质材料的CLT会不会因天气变化而变形，导致阴雨天无法施工。然而，当CLT的层板发生膨胀、收缩时，另一个方向的层板会对变形起到制约作用，不同方向的层板之间相互约束，可以使板材保持稳定的形状，这得益于CLT精密的材料构造。CLT的尺寸稳定性还没有得到广泛的关注，但确实是一个很大的优点。
另外，使用普通木材时必须要考虑纤维的方向性，相比之下CLT的非异向性也是一个有趣的优点。明明是木材，在使用时却可以不用注意方向，与泡沫、苯乙烯板这些材料的感觉挺类似的。
▏秋吉浩气：
我们在项目里常用到两款机器进行加工。其中ShopBot是我们公司在销售的机器，目前在日本全国范围内大概售出了145台，除了制造业的外包外，购买者中也有家具设计师或建筑师。ShopBot是一个美国品牌，每台价格约500万日元。这种机器装配具有高度开放性，你可以自己组装配线，如果坏了也可以自己更换零件。但机器只能使用垂直加工的刀片，没法进行其他角度的加工。可加工板材的最厚尺寸是90mm，但加工速度会变得很慢，实际使用中36mm和45mm厚的板材是最合适的。像在KAYAC等项目里，我们经常使用36mm厚“J Panel”（图31）。
▲31 面白法人 KAYAC 花园办公屋顶架构局部 © Hayato Kurobe
面白法人 KAYAC 花园办公
▲面白法人 KAYAC 花园办公结构构件轴测图 ©VUILD
面白法人 KAYAC 花园办公
建筑设计：VUILD /秋吉浩气
结构设计：京都工艺纤维大学／满田卫资
结构：木结构
CLT使用：张弦梁构件36mm厚
建成时间：2019.09
另外一款机器BIESSE是一个意大利品牌，每台约3 000万元，属于高科技产品，不能自己更换零件，但配有多种刀片可以进行不同角度的加工，适用的板材厚度和重量也更自由。学艺大学和CAMPPOD的构件制作就使用了这台机器。
CAMPPOD
▲CAMPPOD 结构构件轴测图 ©VUILD
CAMPPOD
建筑设计：VUILD /秋吉浩气
结构设计：Yasuhirokaneda STRUCTURE
结构：木结构
层数：地上1层建筑面积：9㎡
CLT使用：螺旋状穹顶结构构件24mm厚
建成时间：2020.10
2.2 如打印图纸一般地加工构件
▏原田真宏：
在大家的印象里，木结构会更偏向传统的工匠技艺。但CLT可以说是最适合与计算机设计结合的材料，能与计算机数控加工设备无缝衔接。即使要加工精细复杂的接口，也可以做到与3D模型完全一致。木乐之家中，如果是手工制作指型节点会非常耗时，而数控加工仅需30min就可以精确地完成切割，实现低成本量产。
就像从建筑师的笔记本电脑直接打印图纸一样，建模文件可直接指导加工设备进行操作。电脑显示屏与现场制作的差距将会无限缩小，作为与计算机技术相结合的材料，CLT是最具优势的。
▏秋吉浩气：
在学艺大学的设计阶段，除了常规的建筑设计，我们还进行了制造设计。比如，如何在预算范围内实现这个设计，要用多少平方米、多少块CLT来制作；按照构件曲率选择不同厚度的板材（比如曲率较小的部分用120mm厚，曲率较大的部分用240mm厚的板材），从需要使用的材料数量来计算造价，再按照反馈调整设计。我们在设计中以Grasshopper为核心，对形状、板材切割、预算、结构等信息进行统筹，这是一种全新的设计方法。
另外，建造时通常会采用激光定位，但因为有三维模型数据，在学艺大学的模板搭建试验中（图32,33），我们只要戴上HoloLens就可以根据每个点的高度信息，确认各个方向上板的准确位置。这个项目共有2000块不同的部件，需要向施工者传达清楚每一块的具体位置，通过HoloLens就可以按照模型数据与施工现场共享位置信息。正式施工时，施工人员戴上HoloLens进行位置确认。模板搭建试验是由事务所的2名员工和3名兼职人员完成的，说明即使不是专业人员也能理解这个信息系统。
▲32 东京学艺大学教育孵化设施实物建造模型 ©Hayato Kurobe
▲33 东京学艺大学教育孵化设施构件制作设计模型 ©VUILD
▏平辉：
可以说，这种建造模式充分利用了最新的数字技术，既能更方便地通过建模验证建筑的可行性，又能在部件规格完全不同的情况下进行生产施工。
▏秋吉浩气：
是的。即使同样使用激光切割机，钢材或天然木材在切割后会发生膨胀或收缩，单纯的数字建造也无法控制最终的构件尺寸。而CLT在加工后基本不会发生形变或者内部应力的变化。很少有其他材料能像CLT一样形变这么小，这么容易加工。所以，我认为CLT是最适合进行数字建造的材料。
▏平辉：
也就是说，高精度加工后的CLT板材不会因形变而损失精度。
▏秋吉浩气：
是的。CLT既能保证工业制品的精度，同时又具有自然材料的质感，加工形状的自由度又大，真的非常好用（笑）。
2.3 与木材契合的节点设计
▏平辉：
节点设计在建筑表现中非常重要，许多作品中CLT节点的金属件都做了隐藏设计，这也是今后节点设计的方向之一吗？
用大截面集成材建造大型穹顶的项目有很多，大部分为钢节点。如果为了实现木结构把节点做得像机器人的关节那样复杂，使用钢结构应该会更合理吧。在设计时我希望尽可能实现木与木之间力的传递，而不依赖于笨重的钢构件。除了“适材适所”的原则，这是我的另一个设计方针。如果说集成材是一维方向的材料，那么CLT则在二维方向上具有可延伸性。例如，“SYNEGIC”就利用CLT的二维特征简化节点，把无法以点状完成的连接转换为边与边之间的线状连接。折板结构也是以线状的方式连接两个面，使节点只用螺钉固定而不需要特殊的金属件。我希望在木与木的节点中尽可能用简单的螺钉、钉子或小型螺栓进行连接，以契合木材的方式利用CLT。
▏蒲池健：
一般线状木材的截面由年轮面构成，在这个方向上打螺钉通常是被禁止的。而CLT同时包含了正交方向的板材，所以无论从哪个方向切割都会出现与年轮面垂直的可固定螺钉的截面。“SYNEGIC”就是利用了CLT这个特点，在构件三边的厚度方向上轻松完成固定。
SYNEGIC Office
▲SYNEGIC Office 一层平面图 ©UENOA architects
▲SYNEGIC Office 长轴方向剖面图 ©UENOA architects
▲SYNEGIC Office 短轴方向剖面详图 ©UENOA architects
SYNEGIC Office
建筑设计：长谷川欣则＋堀越ふみ江/UENOA
结构设计：Holzstr/稻山正弘、KMC/蒲池健
结构：木结构、局部钢结构
层数：地上２层
建筑面积：835㎡
CLT使用：墙体150mm厚、立体桁架90mm厚
建成时间：2018.12
▏平辉：
Stroog是生产金属件的公司，在“社屋”的设计中是否有特殊的节点设计？
▏蒲池健：
我最开始的想法是使用拉力螺钉和45°的榫卯，在找加工厂的时候被告知这个节点方案很难实现。因为CLT板厚210mm，如果再进行切削，就只剩60mm左右来预埋Φ35mm的拉力螺钉。最后幸亏Stroog公司的配合，实现了这个节点的制作。
Stroog 社屋
▲Stroog 社屋平面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲Stroog 社屋剖面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲Stroog 社屋 CLT 连接节点轴测图 ©蒲池健
Stroog 社屋
建筑设计：MOUNT FUJI ARCHITECTSSTUDIO/原田真宏＋原田麻鱼
结构设计：KMC/蒲池健
结构：木结构
层数：地上2层
建筑面积：496㎡
CLT使用：墙体210mm厚
建成时间：2022.11
▏平辉：
金属件的预埋也是由Stroog公司负责完成的吗？
▏蒲池健：
CLT板切割成所需长度后运至Stroog工厂，再进行45°十字形加工和金属件的预埋。
▏平辉：
所以Stroog公司不仅生产金属件，同时还负责节点加工与金属件的安装。另外，大家都说CLT的施工精度非常高，这个45°咬合的节点在切割时需要预留施工误差吗？
▏蒲池健：
我们做了结构的预组装实验，并根据实验结果最终预留了1~2mm。其实关键在于构件刚卡进去的部分不能有任何障碍，只要顺利卡进去了，接下来可借助材料自身的重力作用非常顺利地拼合。所以不需要对槽口预留相同的施工误差，只需在最初的接口部分微调。
▏原田真宏：
在体育馆这类建筑中，木结构距离人的活动场所也较远，因此对节点不会太在意。但对于住宅或旅馆来说，结构处于人的亲密距离内，金属件的外露会给人一种被刺伤的疼痛感。木材与棉布类似，比热容非常接近，衣物般的舒适感是木的优点之一。在与人接近的地方用近人的材料，木材确实是很好的选择。但如果把螺栓暴露在外，这样的衣服谁会想穿呢？所以设计了隐藏金属件的节点。
“ROOFLAG”的节点还在槽口处设置了凹凸，通过木与木的直接搭接来传力，而非依靠螺栓，这对构件加工的精度要求很高。如果用单向层积材制作这个节点，搭接的地方应该会裂开。而CLT由于有异向板材的约束，可以实现节点的高度稳定性，在类似传统细部的节点处理上也更有利，就算用于斗拱那样复杂的结构体，也能确保结构的整体强度。
ROOFLAG
▲ROOFLAG 一层平面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲ROOFLAG 二至四层平面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲ROOFLAG 剖面透视图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
ROOFLAG
建筑设计：MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO/原田真宏＋原田麻鱼
结构设计：ARUP /南公人
结构：钢筋混凝土结构、局部木结构/钢结构
层数：地上4层
建筑面积：3 726㎡
CLT使用：格子梁270mm厚
建成时间：2020.03
2.4 短工期与低错误率
▏原田真宏：
建造传统框架结构的要先搭建结构框架，再铺设龙骨和保温材料，最后覆上完成面，步骤非常繁琐。但如果用CLT这样的面材，从结构、保温到完成面，所有工序只需要一步就能完成，可以说这是一种操作简单、经济且现场错误率低的建造方法。我在第一个作品“荻窪”中就体会到了板材的这个优势。
“荻窪”位于高密度住宅区内，为了避免施工噪音对周边造成影响，需要尽可能地缩短现场作业的工期。同时考虑到业主母亲的看护问题，施工的影响需要控制到最小。CLT具有结构、完成面、保温一体化的复合性能，大部分流程在工厂中就能完成，这也是我们采用CLT新型预制装配系统的原因。
荻窪的住宅
▲荻窪的住宅一层平面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲荻窪的住宅剖面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲荻窪的住宅 CLT 连接轴测图 ©蒲池健
荻窪的住宅
建筑设计：MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO/原田真宏＋原田麻鱼＋野村和良
结构设计：KMC/蒲池健
结构：木结构
层数：地上２层
建筑面积：62㎡
CLT使用：墙体&屋面90mm厚
建成时间：2017.03
▏平辉：
也就是说CLT可以提高建造中预制的比例，从而降低施工现场的负担和出错率。
▏原田真宏：
虽然使用未经集成加工的天然木材也可以做到，但是随着节点与材料的数量增多，发生错误的可能性就会变大。木材说到底还是一种非标准材料，加工后的构件性能品质也存在参差。在建造大型公共建筑时，如何降低错误率是非常重要的问题，减少节点与材料的数量也可以增加木结构建筑的可靠度。
▏远藤谦一良：
现在的建设行业处于木匠、建筑技术人员非常短缺的状态。CLT的运用使得所有构件可以工业化生产，设计者承担几乎100%的责任，所有问题都在工厂的制作过程中解决，现场只需要进行组装，并不需要很高的施工技术。“HCP”从基础到主体结构的建设仅用了10天，“ITOI”的建造现场只需1～2名木匠便可完成（图34,35）。现场施工人员基本上只需要掌握打螺钉这种简单的技术。
▲34,35 ITOI 集团总部内观 ©远藤建筑工作室
ITOI 集团总部
▲ITOI 集团总部剖面图 ©远藤建筑工作室
▲ITOI 集团总部剖面图 ©远藤建筑工作室
ITOI 集团总部
建筑设计：远藤建筑工作室/远藤谦一良
结构设计：ANDO Imagineering Group
结构：木结构
层数：地上2层
建筑面积：465㎡
CLT使用：墙体150mm厚、楼板&屋面150mm+210mm厚、楼梯、家具
建筑时间：2020.02
如果要在无法投入大量人力建设的地方，比如在冲绳离岛建造小型机场时，建筑工人每天要从那霸搭乘飞机到施工现场，仅交通成本就非常高，如果还要造钢筋混凝土结构，那所花的时间和所有材料的运输成本就更高了。虽然CLT本身价格也不便宜，但如果综合考虑缩短现场工期、节省人工费方面的压倒性优势，从结果上看是更经济、更好的选择。
▏原田真宏：
“Ento”位于人口只有2 000人的离岛小镇上，岛上没有大型建设公司，要把大量施工人员从本岛拉过来的代价非常大。在这个自然风貌千年不变的国家地质公园中，我们希望以自然友好的方式进行建造。而CLT的优点就是可以在本岛完成几乎全部工序，仅将预制好的构件运入离岛组装。在这样没有建设产业但又具有游客吸引潜力的风景区中建造大型建筑物，CLT体系具有很大优势。
Ento
▲Ento 平面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲Ento CLT 与集成材复合楼板详图 ©蒲池健
▲Ento 剖面透视图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
Ento
建筑设计：MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO/原田真宏＋原田麻鱼
结构设计：KMC/蒲池健
结构：木结构、局部钢筋混凝土结构
层数：地下１层、地上2层
建筑面积：1 640㎡
CLT使用：楼板120mm厚、墙体、屋面150mm厚、格子剪力墙
建成时间：2021.05
2.5 合理性的综合判断
▏平辉：
在众多工程木材中，CLT是最近才引进到日本的材料。目前已有许多政策提供资金支持，其发展前景也备受期待。但使用CLT的动机，不能仅出于补助金这样简单的经济原因，需要重新审视这种新材料与地域、文化的关系，进行更加深入的思考。
▏远藤谦一良：
不能说是为了补助金而选择CLT，而是在资金的支持下不断试错，发现新的使用方式，做出一些只有CLT才能实现的示范性成果。现在CLT的价格仍然很高，所以大部分人还在观望。但当生产量提高后，CLT与混凝土、钢相比，在很多方面还是具有竞争力的。虽然价格高10%，但对于环境来说有很高的价值。因此，包括经济合理性在内，今后需要进一步明确选择CLT的价值所在。现在北海道已经开始在中等规模集合住宅与商业设施中对CLT的应用进行实验。通过不同的结构体或用途寻找能发挥CLT优势的平衡点，研究最适合的CLT利用方法。相信等到CLT价格开始下降的时候，大家也会把它纳入选项范围里。
▏秋吉浩气：
“学艺大学”有趣的是，CLT曲面造型本身具有一定结构强度，承担了混凝土模板与室内完成面的双重功能。但因为用CLT作模板并在必要的地方设置梁，只用80mm厚混凝土屋面就实现了25m的跨度，混凝土用量远远小于同等规模的其他项目。这既降低了混凝土材料的造价，又保证了耐火性，还获得了木质空间的质感。另外，模板在浇筑后也不用拆除，节省了工期和人力。如果单从模板制作来看，产生大量木材边角料的施工方式并不合理，但把建筑作为整体考虑的话其实是非常合理的。
▏平辉：
有考虑过怎么使用被切削下来的部分吗？
▏秋吉浩气：
现在还在考虑中，目前的想法是将木粉和树脂混合成3D打印的原材料来制作家具，计划在VUILD的神奈川工厂进行尝试。另外，“弟子屈的温泉塔”（图36,37）采用木砌块，像搭积木一样建造。如果CLT的边角料足够多，我也想尝试用来做砌体结构。
▲36 弟子屈的温泉塔外观 ©VUILD
▲37 弟子屈的温泉塔内观 ©VUILD
2.6 材料的多样性和表现形式
▏平辉：
许多树种的木材都可以用作CLT的原材料，不同树种的CLT在力学性能或材质表现上有什么不同？
▏原田真宏：
“砂川”是从事平面印刷的事务所，有设计工作室、画廊等空间，需要在空间内进行精细的色彩判断（图38）。如果在CLT表层使用最常见的杉木，色彩对比就会过于强烈，所以选择了近畿产的桧木。像寿司屋柜台那样纹理细腻的表面，对平面设计公司来说再合适不过了。CLT原材料可以有丰富的选择，这一点相当有趣。目前产量较多的是杉木或桧木，但落叶松等地域性材料也逐渐开始被应用于CLT的制作。
▲38 砂川印刷社屋内观 ©Ken’ichi Suzuki
砂川印刷社屋
▲砂川印刷社屋平面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲砂川印刷社屋 CLT 折板结构轴测图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲砂川印刷社屋剖面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲砂川印刷社屋剖面透视图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
砂川印刷社屋
建筑设计：MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO/原田真宏＋原田麻鱼
结构设计：KMC/蒲池健
结构：木结构
层数：地上１层
建筑面积：300㎡
CLT使用：墙体270mm厚、折板屋面150mm
建成时间：2019.09
▏远藤谦一良：
日本本岛的CLT生产原料以杉木为主，而北海道的林业则以冷杉和落叶松为主，为了将其应用到CLT中，我们通过“HCP”的一系列实验将CLT的性能数据化。
▏平辉：
杉木CLT与落叶松CLT、冷杉CLT相比，哪个实际强度更大呢？
▏远藤谦一良：
强度最大的可能是落叶松CLT，冷杉CLT与杉木CLT强度差不多。战后种植的大量落叶松现在刚好处于采伐期，正适合加工生产CLT。
▏金箱温春：
根据产地的不同，同样是杉木，强度也不一样，对原材料的强度进行测定后可以制造出不同强度等级的CLT。虽然一般情况下会都会选择杉木，但因为爱媛县希望推广地域性材料，所以“南予”用的是桧木CLT。虽然价格高了15%，但强度也增加了两三成。
南予森林合作社新事务所
▲南予森林合作社新事务所一层平面图 ©SUEP
▲南予森林合作社新事务所二层平面图 ©SUEP
▲南予森林合作社新事务所节点详图 ©金箱结构设计事务所
▲南予森林合作社新事务所剖面图 ©SUEP
南予森林合作社新事务所
建筑设计：新企画设计·SUEP·金箱结构设计事务所共同体
结构设计：金箱结构设计事务所
结构：木结构
层数：地上2层
建筑面积：772㎡
CLT使用：剪力墙、连续拱屋面150mm厚、家具90mm厚
建成时间：2021.03
▏远藤谦一良：
还有一点有趣的是，地面、墙面、天花全是木质板材包裹的世界，其实与安藤忠雄用清水混凝土材质表现日本独有的空间质感是有相似之处的。而CLT比混凝土更加柔软而有温度，具有接近日本空间本质的可能。“HCP”中的水平性与被木质材料所包裹的空间体积，也包含了日本文化的深层意识（图39）。从这个角度来说，这也是与传统木结构的一种融合。
▲39 HOKKAIDO CLT Pavilion 外观 ©远藤建筑工作室
HOKKAIDO CLT Pavilion
▲HOKKAIDO CLT Pavilion 平面详图 ©远藤建筑工作室
▲HOKKAIDO CLT Pavilion 剖面详图 ©远藤建筑工作室
HOKKAIDO CLT Pavilion
建筑设计：远藤建筑工作室/远藤谦一良
结构设计：ANDO Imagineering Group
结构：木结构
层数：地上1层
建筑面积：83㎡
CLT使用：楼板&墙体150mm厚、屋面150mm+210mm厚
建成时间：2019.02
但是，这个融合是由结构合理性所驱使的结果。通过对无杂质纯净世界的创造，从而实现建筑与自然环境的融合，这是更加原始的日本空间的本质，我认为CLT具有表现这种特质的潜质。
▏平辉：
确实，集成材是将自然界的木材细分后再结合形成的材料，就是一种抽象化的过程。而CLT又进一步把线材整合为板材，抽象度更高。
▏金箱温春：
虽然对于木结构的审美因人而异，我个人还是更倾向于由许多构件搭建而成的木架构所形成的空间，更符合木结构的气质。虽然CLT确实能够作为构成空间的承重结构，但结构体缺乏细节，极端地说，如果在钢结构外用木饰面板做吊顶，不也可以实现同样的空间效果吗？这就是CLT在表现上的困难之处。
▏平辉：
确实，在视觉上难以识别是结构还是饰面，会给人一种暧昧不明的印象。
▏蒲池健：
我认为理想的结构是与空间相契合的，而不是孤立于空间只作为承重结构而存在的。比如，在水平垂直的空间中出现斜撑就会非常显眼，马上让人识别出这是结构，因为它并没有参与到空间当中。所以，用CLT这样的面材来替代线状的斜向构件，也是希望结构能成为构成空间的一部分。
2.7 传统与尖端技术的融合
▏平辉：
日本传统木构建筑以框架结构为主，虽然CLT属于面材，但在许多作品的节点设计中仍可看到对传统木构的参考。在与传统木构技术的融合方面，CLT会有怎样的可能性？
▏稻山正弘：
咬合式的榫卯连接是传统的节点做法。在还没有CLT的时候，我在“YoYa邸”（图40）中使用了剪刀桁架拱结构，120mm厚、1500mm长的集成材相互咬合连接形成拱形面。其实集成材的长度达到1500mm时，尺寸稳定性已经非常差了，但如果换成CLT材料，实现20m跨度的拱形屋顶应该都没问题。可以利用咬合式节点，用CLT建造如编织竹笼般的木结构空间。所有节点都不需要特殊的金属件，只需螺钉固定，木构件之间通过咬合直接传力，是非常合理的结构形式。
▲40 YoYa 邸内观 ©稻山正弘
▏蒲池健：
日本传统建筑的节点设计思路是通过相互咬合使构件锁在一起，从而实现紧密的连接。在今天的许多节点设计中，也经常用到这种连接方式。
“A&A”（图41）中，我们在3m高的CLT构件上切出类似燕尾榫的接口，材料从上部落下时构件之间在初始部分是留有空隙的，再往下时空隙会越来越小直至构件之间互相压紧、紧密地咬合在一起。这个细部的做法与传统节点非常类似，再利用CLT自身的重力使构件自然下落，便可利落地完成拼合。在节点细部的尺度上对传统一直有参考，但在整体结构上，目前还没有什么想法。
▲41 A&A LIAM FUJI 内观 ©Ken’ichi Suzuki
A&A LIAM FUJI
▲A&A LIAM FUJI 平面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲A&A LIAM FUJI CLT 连接节点详图 ©蒲池健
A&A LIAM FUJI
建筑设计：MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO/原田真宏＋原田麻鱼
结构设计：KMC/蒲池健
结构：木结构
层数：地上3层
建筑面积：105㎡
CLT使用：墙体210mm厚
建成时间：2019
▏金箱温春：
日本的传统木结构的建造方式是通过榫卯技术实现不同构件间的连接固定。20世纪90年代从美国引进的2×4工法则与日本本土的技术完全不同，它是在框架上钉结构胶合板，形成墙体和楼板通用的板材单元，板材单元之间用金属件进行连接，建造方式快速简便。CLT的建造体系也许更靠近2×4工法，构件数量少且在结构上更加合理。
几乎在2×4工法引进的同一时期，日本还引进了集成材，“出云体育馆”和“大馆体育馆”就是当时利用集成材建造大空间的例子，所有材料均由钢节点连接。所以，大截面木结构的设计也可以说只是将钢结构中的杆件部分替换成了木材。同样叫木结构，但与日本传统木结构的做法完全不同。稻山先生和蒲池先生在CLT中对榫卯节点的尝试，从通用性的角度来看可能还是属于非常特殊的做法。
▏平辉：
传统木结构中除了框架体系，也有以面材为基础的工法，是否有CLT可以借鉴的地方？
▏金箱温春：
确实有一种板仓构法，即在木柱之间插入板材，板与板之间打入木钉来抵抗水平力。这种工法对材料的使用方式非常有意思。CLT原本也是复合材料，在传统木结构或钢筋混凝土结构中作为抗震补强构件的使用方式，与板仓构法非常类似。
▏远藤谦一良：
我认为CLT作为面材的特质，与日本传统木结构体系不一定是一致的。归根结底，日本传统木结构可以说是基于尺贯法④的精细模数化，通过小尺寸线材的集合体去再现自然。与此不同，CLT具有抽象洗练的气质，我在设计中也有意识地通过隐藏金属构件节点和控制空间比例去强调这种特质。通过CLT的水平性和垂直性所创造的空间与周边风景进行对话，有可能还原和表现日本空间构成的本质。
这也许不同于欧美人把材料作为物体的理解方式。CLT在经过加工后形成一种抽象与有机并存之美，对这种美的理解也体现出日本文化对木结构的态度。
▏原田真宏：
日本的木结构正处于百花齐放的时期，传统技术经验与最尖端的计算机、数字技术可以同时为建筑设计所用。然而危机同样存在，老一辈木匠掌握着传统木结构技术，在技艺的传承上尚未找到有效的手段。现在有人尝试用视频记录木匠的手艺，然后借助AI解析工具把影像信息转换为技术数据，但要在老一辈木匠健在时完成记录，这需要与时间赛跑。不过，也有不少传统技术与现代木结构结合的成功案例，比如木与木之间直接搭接的做法、楔形节点的做法等。现在我们可以从传统木匠那里得到很多经验判断来辅助设计，但未来是否可以一直延续，是一个未知数。
▏平辉：
传统木匠的经验都是基于天然木材的利用，这种经验与如今高精度加工的工程木相通的程度有多少呢？
▏原田真宏：
在木结构的领域中确实存在不同圈子，有的圈子只使用天然木材和传统工法，有的圈子只使用工程木和金属节点。当然，保留最纯粹的传统技艺是十分珍贵的，但我希望两个极端之间的灰色地带能建立更多连接。如果传统和现代两个世界完全对立，那就太可惜了。如果两者有更多的交流，相信传统技术在得到更多应用的同时，也能让计算机设计积累并继承更多传统经验，希望今后两个圈子能够有更多互动。
▏平辉：
包括CLT在内，最近出现了各种各样的新型木材。对传统木匠来说，去适应这些新材料也需要一个过程吧。
▏原田真宏：
确实如此。不过传统木匠也开始在大跨空间的建造中使用工程木了，也不是完全没有交流。最近，我去考察一个宫大工⑤的项目，他在使用了机器切割预制后也非常感叹工业化生产的速度与精度。所以机器能做到的事就交给机器去做，而需要差异化设计的部分还是由手工来完成。
▏平辉：
通过今后各种项目的经验积累，期待可以发展出新的合作形式。
▏原田真宏：
确实有可能。我也与很多传统木匠有交流，负责京都桂离宫修缮的安井工务店的木匠，是我的木结构启蒙老师，他也是思想十分开放的人。其实真正的传统大匠思维都很活跃。
#03
CLT在今后的突破口
3.1 从板的概念解放到广义的正交集成
▏平辉：
为了进一步扩大CLT的应用范围和发现新的可能性，在对材料特性的理解、建设技术、生产体系、社会制度等方面，目前还存在哪些问题呢？
▏秋吉浩气：
现在大家主要还是把CLT视为一种板材，但如果把它理解成具有体积的木块，相信可以创造出更多自由的形状。CLT不会因为形状复杂而开裂，既可以一点点地切削成曲面，也可以堆叠一块块材料形成砌体结构。
CLT作为大型板材应用于高层木结构建筑，相信今后会越来越多。但我反倒认为建筑师不应该满足于此，需要更多地关注CLT的表现、流通、边角料的再利用等问题；探索如何利用生产建造体系中存在的错误（Bug），或者说摆脱现有体系的束缚，设计“错误”的建筑。
“学艺大学”就属于“错误”建筑，采用非常规的设计方式。一般人会认为这样使用CLT是一种浪费。但是我们能做到这件事情本身，就代表着一种新的可能性。混凝土是塑性材料，所以也可以说混凝土建筑实际上是由模板决定的建筑。以朗香教堂为例，自由造型的实现取决于巧妙的模板制作。从这个角度来看，“学艺大学”也拓展了混凝土的可能性。现在能制作特殊模板的木匠已经越来越少了，低成本实现复杂造型的时代一去不复返。另外，使用混凝土会对环境造成负担，与模板的结合能减少混凝土用量。
从另一个角度来说，如果对CLT或大型工程木的运用仅限于板材本身的话，在表现力上是无法与混凝土竞争的。所以，如果不探索木材更多表现力的可能性，就不能实现替代混凝土的终极目标。我们所挑战的正是CLT本身的使用可能性，以及木材作为混凝土建筑模板的可能性。
▏平辉：
目前所生产的CLT都形状规整，但其实这个形状也是自然界里形态各异的树木切割得到的。所以关于木材使用效率的问题，我们应该从更加宏观的层面考虑CLT的生产方法。
▏秋吉浩气：
大型板材的规格化对于水平垂直的箱型建筑来说是有效的。但对于像“学艺大学”这样造型奇特的建筑来说，只要满足我们用于切割的尺寸就可以了。
如果对CLT的理解只停留在普通胶合方式，是一种放弃思考的行为。CLT的精髓在于正交集成，不仅适用于胶合集成，也可以用螺钉或螺栓对天然木材进行正交叠加固定。即使不是特定工厂生产的CLT规格化产品，但它的构成原理同样是正交集成，也可以称作Cross-Laminated Timber吧。所以CLT的制作方式还有很多值得我们去探索的地方。
当我们讨论CLT建筑的时候，只有CLT工厂生产的CLT板材建造的建筑才是CLT建筑吗？我认为不是这样的，我相信还存在更多广义CLT的使用方式等待我们去发现。
3.2 CLT的低造价可能性
▏平辉：
大家对CLT的评价里常常会提到价格高这个问题，这是由什么原因造成的呢？
▏金箱温春：
其中一个原因是CLT的材料用量比常规木结构更大。例如，要实现跨度4~8m的楼板，一般在4m方向以1m间隔布置集成材梁，然后在上面铺设结构胶合板作为楼板，这样平均板厚只有5cm。而如果用CLT板建造，一块整板将达到15cm厚。就单价来说，CLT单位体积的价格与集成材是一样的，但是需要的材料体积越大，价格自然会越高。
如果回收利用其他材料构件生产后剩下的边角料来制作CLT，如将强度不足以作为结构的废弃部分进行集成胶合，也许CLT的价格会低一些。
▏原田真宏：
完全不浪费木材，让边角料重获价值，CLT 最初的发明理念是相当经济环保的。但是目前日本能够生产 CLT 的工厂太少，要将原材料运到很远的工厂，再将成品运回，不论从运输成本还是碳排量来看，都是不合理的。假如在靠近林业的地方就有 CLT 加工厂，就可以在当地形成建筑与森林的内循环。如果不增加工厂数量，CLT 的价格就无法下降，这将是今后发展的重要一步。
▏平辉：
如果降低生产门槛，CLT也会进一步得到普及吧。
▏原田真宏：
是的。其实CLT的生产原理很简单，普通家庭作坊也能制作。但目前生产的都是最高等级的A类CLT，如果在此基础上能增加B类CLT的产量，让各地林业区内的工厂也能投入生产，更多的边角料可以得到利用，固定更多的二氧化碳，这样不是更能发挥CLT的优势吗？就地取材、就地利用，是CLT生产利用的理想状态，如果这一天能早点到来就好了。
但是现在日本拼命提高CLT工厂的评定标准，把CLT产品维持在最高级别，目的是为了不被海外进口材料占领本地市场，这也是出于保护本国林业的目的。如果国内林业整体实力得到改善，可以与海外正面竞争的话，CLT的生产也会变得更加自由。
▏平辉：
现在日本的高生产标准是参照海外标准制定的吗？
▏原田真宏：
甚至比海外标准更高。KLH等品牌的CLT质量也很高，但按日本目前的产品标准，也只能使用其中一部分。大家应该都非常关注，日本何时会降低产品标准的门槛。
另一个价格的影响因素是运输物流。在欧美，普遍是在预制工厂把CLT做成箱式空间单元，然后在建造现场累叠。虽然也不是不能理解，但是在运输过程中货车就像空载着集装箱，不太经济。如果可以把这些预制单元理解为木质的集装箱，在运输过程中作为物流商品的容器加以利用，运输后再作为建筑构件使用，这个系统会更加合理。
3.3 CLT厚板与CLT薄板
▏平辉：
为什么CLT中有一种板被命名为“J Panel”呢？它与普通CLT有什么区别？
▏稻山正弘：
其实在欧洲发明CLT之前，20世纪90年代日本就已经在生产并使用“J Panel”了，它是一种由三层12mm厚的杉木板相互垂直叠合而成的板材。因为原理相同，后来在制定CLT的JAS规格⑥时，板材规格包括了最小厚度的“J Panel”，以及其他更厚的板材。
▏平辉：
当时“J Panel”是作为结构构件使用吗？
▏稻山正弘：
“J Panel”的厚度无法承担垂直荷载，常常作为厚胶合板的替代品，用于木结构住宅的剪力墙或刚性平面。其常规尺寸与胶合板一样，为910mm×1 820mm。
有一个生产“J Panel”的工厂原来叫“LENGTH”，最近更名为“鸟取CLT”，仍然在生产36mm厚CLT。这种板材以前只在住宅建筑中使用，但由于2000年以来中大规模的木结构建筑越来越多，现在最大的尺寸可以达到4m。
▏平辉：
像“J Panel”这种厚度的CLT也适用于中大规模的建筑吗？
▏稻山正弘：
我认为是可以的。从施工的可操作性来看，在保持强度的同时，材料当然越轻薄越好。最近常见的做法是把CLT作为柱间墙或剪力墙。假设在普通桧木柱上开槽，嵌入36mm厚的CLT板，只需用螺钉固定边缘，就可以达到10t/m的承载力。只需36mm板，就能实现中大规模建筑所需的剪力墙强度。
另外，制作CLT的材料用量非常大，而日本森林资源比较有限。如果不依赖进口，就需要更加高效地利用国内森林资源。像“J Panel”这样，用更少的原材料实现更大承载力的材料开发思路是非常必要的。对于高层建筑来说，可能需要开发更大尺寸的产品，但对于5层以下的建筑，只要梁柱框架与36mm厚的板材组合使用，就足以保证抗震性能了。
3.4 防火问题的应对
▏高小涵：
如果想要直接外露木结构构件，在防火上要怎样处理呢？
▏稻山正弘：
“桐朋”的防火设计对应“准耐火建筑物（i-1）”的要求，通过设置代燃层使结构体满足1h准耐火结构的标准。建筑所使用的CLT截面厚度为结构和代燃层厚度的总和，即使燃烧1h结构也不会发生坍塌。“SYNEGIC”对应“准耐火建筑物（ro-1）”的要求，对外墙构造的阻燃处理阻止火势扩大，室内结构即使外露也不需另设代燃层。“饭能”则是通过在两栋建筑之间设置耐火建筑阻止火势蔓延，可视为相互独立的两栋小规模建筑，只需按照普通2层木结构建筑的标准进行设计。
▏蒲池健：
防火是木结构的终极课题，如果要将它和其他建筑以同一标准去评价的话，这是无法逃避的问题。我觉得目前的防火规范还存在着与建筑表现不一致的地方。例如，“SYNEGIC”所采用的“准耐火建筑物（ro-1）”只规定要在外墙和屋顶上使用耐火结构，而对建筑内部空间没有任何要求。这种做法真的耐火吗？我认为，今后的防火设计策略还需要进一步结合建筑表现。无论在结构还是性能上，在对木结构的探索当中还会出现许多障碍，如果能顺利解决就好了。
▏原田真宏：
由于天然木材是整块材料，防火药剂很难渗透到材料内部。而集成材由分离的薄板单元组成，如果在CLT的制造中能先完成薄板的耐火处理再进行胶合，就有可能省去代燃层或防火覆材了，大家都非常期待今后的技术革新。
3.5 摆脱CLT板材工法的制约
▏高小涵：
在设计实践中有遇到法规上的限制吗？
▏稻山正弘：
CLT板材工法对结构的限制规定非常多，所以“饭能”所采取的设计策略是避免以CLT板材工法的标准来审批，以一般框架工法的标准作为结构设计的依据，在法律解释中CLT只作为承担垂直荷载的构件，水平力则由结构胶合板承担。
在住宅建筑中，CLT只需要用螺钉固定就能达到抗震强度了，完全不需要制定这么严苛的规定。就是因为设计自由度太低，才导致CLT板材工法至今难以普及。
框架工法则没有那么多严格的规定，所以可以更自由地与胶合板等各种面材进行组合使用。其实只需要把CLT作为一种新的结构材料，纳入到已有框架工法的法规体系中就足够了，没有必要专门为CLT另行制定完全独立的新规范。
▏金箱温春：
我也是在CLT板材工法的限制之外，尝试把CLT作为结构构件的一部分，与传统框架工法或钢结构结合应用。虽然目前的法规确实造成了使用上的限制，但也不会出现只要某项法规改变了，CLT在设计上就会发生巨大变化的情况。相信现行法规也会随着实际项目经验的积累逐渐改变。
▏原田真宏：
推进公共建筑木结构发展的法律虽然已经生效，但实操层面的细则还没有完全落实，例如政府不同的工作人员对法律条款的解释不一致。如果在法规的精确度上，不能缩小与钢结构或钢筋混凝土结构的差距的话，这些灰色地带会让很多业主对木结构望而却步。
3.6 木结构设计的工学视角
▏平辉：
包括CLT在内的新型木质材料在建筑中的创新利用，离不开建筑师与结构师的合作。请谈谈在设计与技术的合作中有哪些需要进一步突破的地方？
▏远藤谦一良：
日本木结构历史悠久，传统建筑文化也是基于地域材料与风土的融合积淀而成的。在继承由木匠体系所构筑的精细的木结构技术基础上，近年越来越多大学工科研究团队和结构工程师都从工学角度进行木结构的研究。相信传统技术和工学视角的结合，会创造出领先世界的木结构新表现。除了结构，工学还包括环境的视角，利用木结构的可见形式开拓低环境负荷的新规律，也是非常令人期待的。
▏原田真宏：
像我们在东京的建筑设计事务所更容易和优秀的结构工程师合作，但到了地方就很难找到能完成CLT结构计算的结构师了。通常结构设计师都能完成线形结构的解析，但面结构的解析难度更大，不是所有人都会用FEM计算。另外，也经常听结构师抱怨，CLT相关力学规范还有很多尚待整理的地方（笑）。所以，对工程师群体进行普及也非常重要。
▏平辉：
那么，这些最新的技术如何能得到更广泛的普及呢？
▏原田真宏：
比如说，通过各种螺栓抗拉强度实验认证的物理量还没有实现共享，以可公开的形式建立这些物理量的数据库是非常必要的。Stroog公司就是这样一个知识据点，很多木结构的尖端研究人员都在Stroog进行实验，或开发新的金属件，那里自然就成为了汇聚各种信息的地方。当然除了民间企业，通过专家和行政部门的合作创造这样的平台也非常重要。
▏金箱温春：
要是设计时能有更多不同节点的数据可参考就好了。不仅是木结构，近代以前的建筑设计都是在不了解结构技术的情况下完成的。近代之后，随着结构知识体系不断完善，出现了许多先于设计的技术规则。这样的前提条件造成了人们只会在规则之内做设计，超越规则的可能性反而被排除在设计之外。不仅是建筑设计，社会系统中也有很多类似的情况。所以，对于不适用现有规则的地方，通过实验等手段进行验证补充，才是建筑设计应有的姿态。
3.7 迈向可持续发展的林业和社会
▏平辉：
木结构建筑在可持续社会的构建中被寄予厚望，如何才能真正实现建筑、林业、地域经济和社会之间的良性循环？CLT与其他木质材料在今后的发展中需要注意什么问题呢？
▏原田真宏：
以前的预制建造体系以钢、塑料和水泥板这些工业材料为主，当地木匠在这样的建造体系中没有任何用武之地，建筑无法得到维护，当地建造业也无法从中获利。而CLT是以木材为主的预制建造体系，像“Ento”旅馆的员工和当地工匠都可以进行维修改造，维护建筑的同时，也为当地创造了就业机会。可以说，CLT预制建造体系与地域经济是合作伙伴的关系，通过可持续的改修成为维护当地建造业的基石。
▏蒲池健：
这样说可能有点激进，现在有一种过于强调木材的环境友好性而贬低其他材料的趋势。如果刻意地强调这种社会性，让木结构具有天然的优越性，反而让我觉得不纯粹，特别是CLT最近受到的关注确实存在被这种潮流裹挟的部分。作为结构设计师，我希望与这样的话题保持距离。发挥出材料更多的潜力，创造出更经济、合理的结构形式，才是结构设计真正的使命。
▏原田真宏：
与其他建材完全不同的是，在利用木材建造时还必须考虑包括森林在内更大范围的持续性问题。林业、制材厂与工匠，这些依托于木材的产业和职业都需要靠森林的可持续性来维系。不只CLT，只要在建造中使用木材，就有机会实现建筑围护上的可持续性。只需更换腐坏的构件，不但能有效延长建筑的寿命，林业、制材厂和工匠也能有持续的收入来源。
▏秋吉浩气：
在欧洲，使用木材更多地是出于环保理念。作为混凝土和钢材的替代材料，建筑中的木材使用量受到关注，重型木、CLT、单板层积材、大截面集成材等大型木质材料被大量用于高层木结构建筑的建造。即使本身不生产木材的地区，也会使用芬兰、瑞士及奥地利生产的木材来进行建造，一定程度上木结构建筑在欧洲得到了推广。
日本也是一个林业国家，2/3国土面积被森林覆盖，但大多数都是小规模林业，CLT工厂数量非常少，可生产的产品规格也很少。引进CLT产业后，当地的木材价格或林业从业者的收入也并没有增加。日本的CLT产业与小规模林业之间似乎还存在很多矛盾，导致林业从业者未能从中受惠。我认为有必要在二者间建立起桥梁，比如可以根据日本自身的情况来调整CLT的生产方式，让小规模工厂也能够进行生产。
▏稻山正弘：
如今，日本从战后开始培育的森林正迎来采伐期，国内的森林资源相当丰富。但需要对今后的种植和采伐利用进行合理有序的规划，才能实现真正的循环型社会。
一棵树需要40~50年才能成材，只持有小范围林地的小型承包商在木材育成之前都会处于无法贩售、毫无收入的状态。日本的农林水产省会对这些散户经营者发放补助，结果他们依靠补助金勉强维持，反而无法促进产业的合并重组。只有将这些小规模林业集约化，通过更大的资本集团进行统筹规划，使不同片区林地的种植期和采伐期形成时间差，有序经营，才能实现真正可循环的森林产业。
也有人认为，日本的木材价格高是因为山势陡峭而需要大量人力物力，但奥地利阿尔卑斯山麓的森林资源同样位于山势险峻的地区，现在也实现起了森林产业的经营。这是需要对森林资源进行更大范围的经营和宏观规划才得以成立的，而日本现在还没有实现。
中国的国土面积非常广阔，特别是东北地区分布着适用于结构材料的森林资源，比起日本应该更容易实现森林产业的循环模式。如果中国能实现可循环的森林产业，相信无论是在国内使用还是出口日本，对木结构建筑的发展都会有很大的促进作用。
致谢
感谢金箱温春先生、远藤谦一良先生、稻山正弘先生、秋吉浩气先生、原田真宏先生、蒲池健先生在百忙中接受采访。同时感谢相关设计事务所和摄影师对相关作品图纸和照片的提供给予帮助和支持。
注释
① 欄間是指日本传统建筑中移门上方的透笼板或楣窗。
② 金继是一种使用数种漆，或将漆与金粉、银粉或白金粉混合，以修补破损陶器的日本技艺。
③ 壁倍率是日本建筑基本法中对木结构建筑剪力墙强度的定义和判断指标。
④ 尺贯法是一种源于中国度量衡的日本传统度量体制。
⑤ 宫大工是指从事神社寺庙建造和修缮的木匠。
⑥ JAS 规格是日本农林水产省对农林水畜产品及相关加工品制定的行业标准。其中，CLT 的 JAS 规格制定于 2013 年，并于2014 年 1 月起实施。
采访：平辉，东京工业大学环境社会理工学院建筑学系助理教授；高小涵，东京工业大学环境社会理工学院建筑学系博士研究生。
翻译：高晏如，东南大学建筑学院硕士研究生。
校对：林楠， 东京工业大学环境社会理工学院建筑学系硕士研究生。
本文节选自《建筑技艺》杂志
2022年12月刊
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文字整理：吴春花排版：葛楠、王文慧校核：刘晓茜、王文慧
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