战争与现代主义
——20 世纪前中叶木结构建筑发展研究

文／张 琦 同济大学建筑与城市规划学院 博士研究生

引言

20 世纪前中叶建筑学与现代主义、技术和国际主义风格的关系无疑与第一次和第二次世界大战交织在一起。随着现代主义拥抱科技，使用金属、玻璃和混凝土进行建造成为了时代的风格。在这段辉煌的历史中，人们更多地关注着基于混凝土、钢铁和玻璃建筑塑造的新技能成为主导的建筑风格，而作为在19 世纪之前一直占据统治地位的工业材料——木材，其构成的木结构建筑却被“抛弃”了。这里的“抛弃”并非消失，而是不属于现代主义建筑的“新建筑”“新材料”“新形式”的列表之中。

1 木材与战争：技术发展与技术转让

在过去五千多年的大部分时间里，大多数的地区都十分重视战争的可能性。直到19 世纪，各国所获得的大部分收入都投入了军队建设。英国剑桥大学工程历史教授、著名工程师比尔·阿迪斯（Bill Addis）在《Building: 3000 Years of Design Engineering and Construction》一书中指出“军事技术往往比非军事技术领先一步”[1]，讨论战争与木材的关系是分析木结构建筑在20 世纪前中叶发展的有效途径。战争是历史学家最喜欢的话题之一：从修昔底德开始，到第一次世界大战，再到美苏冷战，战争深刻影响了土地和资源的使用政策，如中国历朝历代的狩猎场，英属印度建设的马场或者美国建立战略石油储备，进而影响了人类对自然界事物（如铁、煤、木材）的看法。

在防御工事中使用木材进行木结构建造的情况一直持续到今天。关于防御工事的最早考古记录发现于亚洲西南部，是由土、木材料建造的[2]。古罗马人以顽强的意志和高超的防御工事而闻名于世。随着帝国的发展，古罗马人在边境和被征服的地区建立了广泛的防御工事。罗马图拉真圆柱上的一条雕带描绘了公元1 世纪末多瑙河沿岸战役的场景，证明了木材（主要是橡树）在罗马帝国防御工事建筑中的重要性。在中国，防御工事最具代表性的当属城墙建筑。城墙所用到的版筑技术离不开大量的木模板，从防御性能来看，无疑这种利用木模板进行夯土砌筑的方式更为优越。虽然中国的防御工事也依赖竹子[3]，但防御工事主要以木材为原料。日本于12 世纪开始修建堡垒，在德川幕府期间，建造了大约200 座大型堡垒，考虑到成本和传统，这些防御工事都是用木材建造的。同样，中世纪莫斯科最早的城镇和修道院都是用木材建造的防御工事——典型的斯拉夫农庄被一圈木栅栏包围着。直到19 世纪40年代，俄罗斯还在西伯利亚东部建造木结构堡垒①。20 世纪以后，因为发射爆炸性弹药的大炮可以轻而易举地摧毁木结构防御工事，在防御工事中金属等其他材料几乎完全取代了木材。

木材的另一种古代军事用途，也一直持续到19 世纪——用于海军舰艇的建造。最早的考古发现的专门用于海军用途的战舰可以追溯到大约2800 年前。中国秦汉时期就已经出现帆、舵、锚等船具配置比较齐全的木帆船，并已开始使用铁钉连接船体结构，相比之下，西方各国直到14 世纪后才开始使用铁钉造船[4]。建造舰艇需要大量的木材，自修昔底德开始的历史学家一直思考着木材供应问题。中国在汉代以前已出现林业经营种植，而在中世纪的欧洲，由于农业的扩张，森林大幅度萎缩，导致了船舶木材短缺的境况。威尼斯人从14 世纪起开始寻求在政治控制下进行森林保护以维持舰队的供给。16 世纪，荷兰、英国、法国、葡萄牙和西班牙都需要海军来维持帝国的实力，而这急需船用木材。一艘74 炮舰需要消耗大约2000 棵大树，或大约20 公顷的北欧森林（图1）。到1550 年，威尼斯人开始考虑持续的林业种植，定期统计橡树的数量，并记录每棵橡树的大小和特征[5]；至1669 年法令规定每亩林木中必须预留25 个标准和所有60 年以上的树木以保障海军的需求[6]。可以说，海洋霸权时代船舶业的发展刺激了林业种植的发展。在此基础上，通过战争控制海外殖民地提供稳定的木材成为16—19 世纪的一贯策略，如18 世纪的西班牙大约35%的海军战舰在古巴进行建造。此外，通过贸易进口原木也成为了一种有效的途径，如荷兰1680 年主要依赖挪威和德国的木材。在1760年以前，用欧洲的技术制造一吨熟铁需要50 立方米的木材。木材产量不仅关乎木结构建筑的发展，而且直接与16—18 世纪钢铁工业发展相关，同时钢铁工业的发展也对木结构建筑施加了影响。

图1 74 炮舰的建造分解图

然而，从19 世纪中叶开始，军舰越来越多地采用金属制造。这种材料转变与建筑中的材料转变时间大体一致，说明了伴随着钢铁制造的发展，木材地位全方位衰落。但金属的大量使用并未完全将战争与木材的联系断绝。到了19世纪末，木材虽然失去了战争物资的战略意义，但军事建筑、防御工事和船只仍然使用木材。

在“一战”旷日持久的消耗战中，木材供应仍具有重要意义。通过挖掘建造简易战壕为打破“一战”拉锯战的僵局起到了非常重要的作用。当欧洲战场西线的军队进行战壕建造时，对木材的需求猛增，随着战争的进行，战壕从很少有或没有侧面加固的简单战壕，发展到用木板加固的战壕，再发展到用A 型框架和木板加固的战壕，以及由木框架支撑的战壕（图2）。日益增长的木材需求，进一步刺激了林业采伐、锯木厂的发展和木材贸易，如美国陆军开始与美国林业局合作，招募有经验的伐木工、锯木工，直接导致了1919 年Greely 和1920 年Davies 林业团的建立[7]。到1918 年10 月，多达18543 人在美国指挥下于法国的81 家锯木厂工作[8]，以确保稳定的梁和木板供应到前线。除了建筑木材以外，木材作为燃料在“一战”中同样重要。法国和英国重新引进木炭生产，以便为前线提供产生少量烟雾的轻质燃料（图2）。

图2 简易战壕、木框架战壕和木炭制造烟雾

到了第二次世界大战中，木材扮演着大致相同的作用，但规模更大。到了20 世纪40 年代，伐木工、锯木工、木工机器已经大幅提高了技术，能够更加高效地生产战争需要的木材资源，如1945 年日本每周砍伐50 平方英里的森林。尽管在“二战”中使用了大量木材，但机器工艺和金属的使用削弱了木材在战争中的重要性。现代军队使用木材是因为木材比替代品便宜，也是理想的快速建造材料。价廉和快速建造在木质甲板上得到了最好的体现（图3）。在化学工业尚未发达的“二战”期间，柚木是甲板常用的材料。柚木的隔热、耐湿性能能够为甲板之下的活动空间营造良好的环境，更为重要的是战斗中造成的部分损毁可以进行快速的替换。直到喷气式飞机替代了螺旋桨飞机，高温的尾焰会造成木甲板的损毁才逐渐使用金属甲板。“二战”中约翰·F·肯尼迪②的不幸遭遇使得由胶合板建造的PT 船出名。由于使用胶合板制造，有着“胶合板奇迹”之称，胶合板相比于金属更轻，使得当时的PT 鱼雷舰的最高速度能达到42 节。更高强度的胶合板，如飞机胶合板，是由桃花心木、云杉或桦木使用胶粘剂制成，具有更高的耐热性和耐湿性。“二战”期间，飞机胶合板被用于建造空中攻击滑翔机，其中最著名的当属英国蚊式战斗机（图4）。

图3 金属炮口和柚木甲板

图4 英国蚊式战斗机的木制机身

总之，木材一直是重要的战争物资。木材一方面为战争提供建筑材料、燃料，同时战争也加速了木材的新发展、新应用和木材贸易。新机器工艺、新建筑材料和新技术的出现，降低了木材作为战争资源的重要性，但同时也发明了胶合板、层积木、新的连接方式和设计改进，极大地影响了战后大型工业建筑和小型住宅的建造方式。

2 现代主义与木结构建筑：从欧洲到美国

现代主义早期伴随着战争中机器和技术飞速的发展，建筑学在很大程度上受到了飞机制造业尤其是轻型飞艇和飞机结构研究的推进。这些研究中大多都包含金属的研究，以及通过这些金属改善功重比③，同时也包含对木材的研究④。在现代主义时期，木结构建筑的发展与两位木结构建筑先驱紧密相连，即德国木匠大师奥托·赫哲（Otto Hetzer，1846—1911 年）和康拉德·瓦克斯曼（Konrad Wachsmann，1901—1980 年）。一方面奥托使建造大型木结构成为可能，另一方面瓦克斯曼看到了这种古老建筑材料的工业可能性，二人一生的工作可以看作是现代木结构建筑的奠基石。

在19 世纪之前，木材占据着建筑材料的主导地位，木结构扮演着钢结构的温床角色。随着许多高效的木建筑系统繁荣发展，如气球框架系统，其建造已与木工传统大相径庭。在工业革命期间，随着机械工艺对金属的高效和标准化的生产，木结构建筑开始失去青睐，不再是建筑的首选。在20 世纪初，充满新与旧、手工与机械争议的时期，有类似苏格兰化学家托马斯·格雷姆·杰克逊（Thomas Graham Jackson，1835—1924 年）这般要求钢铁不应该按照砖块和石头的方式去使用，却对钢铁结构非常像木工产品感到疑惑：“钢铁结构也是一种横梁的、立柱和桁条的、拉杆和支柱的系统；它具有出色的木材张力和硬度，通过铰链、楔子和螺栓结合在一起，非常像是使用榫卯连接的木工品。”[9]又有如19 世纪末、20世纪初法国重要建筑师奥古斯都·佩雷（August Perret，1874—1954 年）的木框架技术到钢筋混凝土框架结构的转换。新材料对木结构建筑带来了巨大的冲击，建筑师更关注金属材料之于建筑的表象机械性，而忽视了即便是传统材料亦有之于建筑的过程机械性。进而，在世界大多数地区钢铁和混凝土等建筑材料开始占据主导地位。

幸运的是，仍然有一些先驱看到了木结构建筑的潜力，这种潜力有着之前两个世纪机械工艺的支撑和两次世界大战伴随着的技术大发展和建材短缺因素。20 世纪初，工程木建筑的崛起主要归功于奥托·赫哲（图5）。由于19 世纪末广泛的建筑活动，大尺寸木材逐渐短缺且其使用年限也越来越短。1906 年，德国木匠大师奥托·赫哲获得了胶合层积梁概念的专利（图6），这一概念是基于早期迪·奥姆胶合梁概念⑤的进一步发展。其第一次证明了梁和拱可以在工业层面上叠合成组合单元，从而可用于更大跨度的木结构，拓展了工程木的建造可能性。因此，胶合层积木的发明被认为是现代工程木建筑诞生的标志。第一座采用赫哲建筑形式建造的德国铁路展馆（临时木结构，命名为Hetzerhalle）跨度为43 米（图7）。该建筑由建筑师彼得·贝伦斯设计，并于1910 年在布鲁塞尔世界博览会上建成。这座建筑使得建造大型的、无支撑的木结构大厅成为可能，实现了工程木结构建筑的一场革命。更多的大型建筑很快就接踵而至，如苏黎世大学主楼的圆顶、工业建筑和许多铁路站台屋顶。

图5 奥托·赫哲

图6 1906 年胶合板专利

图7 德国铁路展馆

21 世纪工业化木建筑的关键领域可以追溯到瓦克斯曼的思想。所有部件的工业预制都是以高质量的木结构系统以及通过一种允许结构灵活性的标准化形式加速整个施工过程——所有这些都起源于德国尼斯基。第一次世界大战后，德国面临着钢铁和住房短缺，大多数普通人和工人阶级住在肮脏的公寓里，新的客观性、间接性和不张扬性也被提上了议事日程。1925年，瓦克斯曼设计并建造了“瓦克斯曼立方体”（Wachsmanncube），即开槽的木板在转角结合在一起——这是现代木结构建筑新纪元的开始。这种预制木结构建筑最早也最著名的例子就是于1929 年为其朋友阿尔伯特·爱因斯坦建造的避暑别墅（图8）。

图8 瓦克斯曼设计的避暑别墅

瓦克斯曼于1926 年搬到尼斯基，作为一名建筑师在当时欧洲最大的木建筑工程公司Christoph&Unmack 工作。Christoph&Unmack 不仅走在时代的前面，而且在一个层面十分特别，即与人们对玻璃、钢和钢筋混凝土作为现代建筑材料的普遍偏好相反，该公司的工业预制建筑设计是基于木材这种传统建筑材料。瓦克斯曼在20世纪20 年代以最大化的预制和系统化奠定了木结构工业化建造的基础。这种远超同时代的设计方法可以在新恢复的位于尼斯基的瓦克斯曼的家中探寻（图9）。瓦克斯曼一生都在寻找理想的材料实现和完善其梦想——一个高效、工业机械和预制模块化的建筑形式。与主张恢复手工艺的支持者不同，他把希望寄托在机器工艺的技术部件上，因为只有这些包含了他所思考和研究的建筑乌托邦。瓦克斯曼后来描述了他在尼斯基的状态，“这是我一生中最决定性的一步。在工厂的木工车间里，我发现了机器、技术的世界，以及工业化建筑的开端。后来发生在柏林、纽约、东京、芝加哥、伦敦、莫斯科、巴黎、罗马、苏黎世或华沙的一切都始于尼斯基的由摩拉维亚移民建立的村庄。正是在这家木屋工厂里，我发现了一条通往建筑业转折点的道路”[10]。今天，仍能看到从那个时期开始建造的近100 座预制木建筑（图10）。

图9 新恢复的瓦克斯曼的家

图10 尼斯基的预制木建筑群

在第二次世界大战之前，20 世纪30 年代的和平时期，得益于战争带来的机器工艺的快速扩散，这次重建的目标是廉价的产品，建筑亦是如此。在1930 年，康拉德·瓦克斯曼在《建造木制房屋——技术与设计》说道：“今天，木房子是在工厂里由机器生产，而不是由工匠在作坊里完成。一种传统的、高度发达的工艺已经演化成一种现代化的机械技术……但作为一个标准化的、机器生产的、预制的木材可以在成本和效用上与任何其他建筑材料展开竞争……以新的工作方式使用木头如何可以反映我们建造方式的转变。”[11]第一次世界大战后，现代木结构建筑以德国为据点再次兴盛起来，其他地方也出现了大型木材承包商，一股专利申请浪潮接踵而至。

然而，这种以德国为中心传播开来的新木结构建筑系统并未乘势而起，甚至一度在德国中断。其原因是多方面的，一部分是因为战争中木材的紧缺，更为重要的是政治因素。在一战后的和平时期，Christoph&Unmack 是欧洲的木建筑中心，透过其发展可以看到现代木结构建筑的兴衰。随着国家社会主义者的上台，标志着尼斯基现代木建筑的终结。当时，该公司的董事们很乐意接受新政府的要求，随着在尼斯基成立的中央计划委员会，负责在德国当局灭绝机器的几千个劳改营建造木制营房：数百万人在那里遭受酷刑和杀害。非军事用途的木结构建筑在之后逐渐失去了重要性。“二战”后，尼斯基一直以便携式预制木结构建筑的形式提供赔偿，但这意味着卢萨蒂亚工业化木结构建筑的终结[12]。至于瓦克斯曼，在爱因斯坦的帮助下被迫移民到巴黎（1938 年）和美国（1941 年）。至此现代木结构建筑在德国停滞，其发展中心也从德国转向美国。

随着20 世纪初现代主义的到来，以及第二次世界大战后1950 年代郊区的繁荣，“Two-by”模块化⑥建造受到了欢迎，而以木材为结构的建筑则在建筑学层面被抛在了一边。更准确地说，随着20 世纪50 年代以来城市发展在低密度郊区住宅和高层公寓楼之间出现两极分化，木材和钢筋混凝土各自占据了自己的领地；直到21 世纪初，两者之间的界限才变得模糊。正如吉姆塔加特（Jim Taggart）⑦在加拿大建筑师杂志撰写的一篇题为《现代化木材设计》的文章中所描述的那样，“当国际风格在20 世纪50 年代流行起来时，它带来了铝等新材料和新的工业美学。除了胶合层积梁之外，木材技术在过去的几十年未能随着时代的发展而进步，木材大部分被用于低技的小型建筑。”[13]工程木技术、胶合板和胶合层积梁的发展开始成为将木材用作建筑材料的新方法，然而战争的现实情况是模块化通常服务于大规模建筑，规格材和胶合板仅用于经济目的，而非建筑目的。

20 世纪50 年代的建筑热潮进一步确立了木材作为一种低技建筑材料的地位，用于快速建造廉价的住宅和小型商业建筑。工业建筑材料在战时被确立为轻型建筑的标准，然而当时兴起了根植于东方的木框架建筑和传统的西方重型木框架的建筑师寻求拥抱木材作为建筑材料的兴趣。类似格林兄弟⑧这样的建筑师接受了工艺美术运动的理念，专注于对木材的综合处理，而美国西北地区的现代主义则从工艺美术运动和东方的影响中获得灵感，创造了一种将木材“不是作为一种实用的建筑材料，而是作为一种揭示如何恰当结合在一起的用以展示和连接起来的材料”[14]。美国西北地区现代主义和其他地区的木结构建筑采用了一种类似东方传统的建筑方法，即再次暴露出木结构。这些建筑师通过与木材的结合以及“Two-by-framing”预制化约束下的分离，寻找木材使用的新方法。与17 世纪大西洋欧洲的重建时代不同的是⑨，作为对战后建筑热潮的回应，建筑师们重新兴起了将木材视为值得尊敬和表达的建筑材料。在这一进程中，木材的标准化生产也随之成熟。

3“2×4”标准的制定

在工业革命之前，特别是第一次世界大战之前，木材通常被锯切并运到锯木厂附近的建筑场地中。木材的尺寸在过去通常不是一个紧要的问题，因为“本地建设者的需求能够被很好地理解，并且木工在手工时代也比今天更加适应手工装配”[15]。随着城市中心的发展和森林被砍伐腾出空间供郊区扩张，木材不得不运往更远的地方。到19 世纪末，木材不再是当地的商品。从老房子里拆下来的木材种类繁多。到1900 年，托梁、椽子、柱子等最常见的厚度是2 英寸[14]。20 世纪初，随着铁路运输开始侵占本地市场，由于提供木材的公司不再了解客户的具体需求，木材标准化变得十分必要。木材尺寸的标准化是木材工业和遥远的木材市场之间达成共识的结果。

在战争需求和紧张的经济形势的压力下，为了促进工业产品领域的发展，德国工业标准格式版（DIN-format）开始实施。第一次世界大战后，第一个国家木材尺寸标准于1924 年实施。第二次世界大战之后，对木材的需求仍然旺盛，加之由于木材的较小尺寸，不仅难以加工榫卯，而且承载力也弱，导致框架系统里垂直构件间隔的减小。在北美，逐渐形成了较为统一的标准——2英寸×4 英寸（约5 厘米×10 厘米）的断面尺寸。

今天，在建成环境中，人类与木材的大部分关系都是围绕着所熟知的木材展开的；在各地的木材加工厂中，普遍存在着云杉、冷杉、松树和铁杉等“2×4”的标准木材尺寸。木材尺寸的标准化为消费者提供了便利和保证，最终产生的尺寸在宽度和深度上都低于公称尺寸⑩的0.5 英寸。由于木材尺寸的标准化以及在第二次世界大战期间和之后参战国对木材的需求，从20 世纪初到战后，我们与木材的关系发生了巨大变化。“2×4”具有深远的意义，它把木材作为一种天然的建筑原材料与消费类建筑产品联系在一起。值得注意的是，在这一时期细木工的经济性取决于其相对于其他连接方式（螺栓、钉子等金属紧固件）的低成本。在西方，随着工业革命的来临，伐木和成批生产的钉子变得廉价和普遍。到20 世纪初，建筑细木工几乎消失了。以奥托为代表的发明使得木材种类多样化，板材（Lumber）、栋材（Timber）和木材（Wood）存在着语言学上的差异，并直接影响到建造者和设计师对材料的使用。对于木结构建造者来说，在20 世纪之前，锯子是最常用的工具，而标准尺寸木材和钉子的引入则使锤子成为最有用的工具。

4 木工机器的变革

世界大战引发了生产和制造建筑产品的方式变化。美国需要大量自然资源来应对第二次世界大战。燃料用原油，轮胎用橡胶，铁矿石和其他金属，从潜艇、鱼雷艇到飞机和炸弹，应有尽有。战时同样也需要木材建造机库、营房、轮船、卡车、飞机、桥梁和向欧洲和太平洋运送物资和弹药的板条箱。这对受大萧条重创的木材行业来说是个巨变。木材工业的迅速现代化，使用战争期间开发的新技术可以快速、廉价地生产木材。“砍伐变得更快、更容易，

因为战争帮助将现代伐木业的最具标志性的象征——电锯，送到了西北伐木者的手中，它永远改变了整个行业”[16]。为适应战时需求，伐木和铣床的新工具被迅速采用；而在战后，这些木工机器满足了建筑热潮的需求。

经过20初的木结构建筑和木工行业的发展（图11），今天，伐木和工业铣削相较于20 世纪早期，已经彻底变革了。借助伐木机和吊机这样的机器，一个伐木工人只需几秒钟就可以砍倒一棵树。相对较小和较轻的反铲式车辆可以在茂密的森林中机动穿行，针对特定的树木并控制其倒塌方向。由于过去的伐木实践，19—20 世纪之交时，供木工使用的大树已不复存在。森林必须得到专业的管理，以便在未来保持盈利能力和可持续性的发展。可用于制造木材和木制品的树木尺寸较小，单单依靠重型木结构已无法为继。为了最有效地利用可供采伐的小型树木，人们的目光纷纷转向工程木。传统的木结构和重型木结构建筑虽然在20 世纪60 年代末和70 年代经历了复兴，然而却面临着使用小型木构件和规格材或层积木的挑战。工程木具备了使用几乎所有尺寸和形状的木构件的优势，而数字设计和制造则可以将这些构件作为设计的独特部分或预制的备件（非标准或标准）进行数字化建模和建造。

图11 20 世纪前中叶木结构建筑的发展

图片来源：

图1：参考文献[6]

图2：参考文献[7]

图3：参考文献[17]

图4：参考文献[18]

图5、图6、图10：参考文献[12]

图7：参考文献[19]

图8：参考文献[20]

图9：参考文献[21]

图11：作者自绘

注释：

①此时的木结构堡垒不仅在于成本低廉，而且在于西伯利亚的敌人缺乏火炮。

②1943年8月11日，肯尼迪指挥PT-109号鱼雷快舰与其他3艘鱼雷舰一起，执行阻断日本“东京特快”。

③功重比，指动力与重量的比值，用来衡量整个载具的性能。

④“一战”后，皇家航空研究所开展的大多数材料力度研究都是围绕“普通”材料进行的，例如金属和木材。

⑤法国的菲尔波特·迪·奥姆（Philibert de I ' Orme）在1561年的著作《高质量低成本建筑的新方法》一书中，开发了通过由许多短木板钉在一起的木材建造大型拱顶的构思。

⑥“Two-by”模块化，以2英寸为基础的预制模块化建造方式。

⑦Jim Taggart，建筑作家、编辑和教育家，专注于建筑、城市设计、可持续发展和木材设计领域。

⑧格林兄弟（Greene and Greene），是由查尔斯·萨姆纳·格林（Charles Sumner Greene，1868—1957）和亨利·马瑟·格林（Henry Mather Greene，1870—1954）兄弟创立的一家建筑事务所，他们是20世纪早期美国颇具影响力的建筑师。主要活跃在加利福尼亚，其作品是美国艺术和手工艺的典范。

⑨在17世纪大西洋欧洲的城市化国家，由于文化和生活水平的普遍提高以及木材的日益短缺，在重建时代里，砖石结构的比例上升。在很多情况下，使用木材来伪装成砖石建筑。

⑩公称尺寸（Nominal Measurements），一般指在干燥和刨平之前，第一次粗切时板材的尺寸。