从材料解缆——中国古代木构建筑木材选择与应用的启示

简单350 · 发表于 2020-7-29 09:44:42

作者：

杨俊，烟台大学，讲师。

本文摘自“从材料解缆——中国古代木构建筑木材选择与应用的启示”，原文刊登于《建筑师》杂志2019年8月刊，总第200期P101-106

中国古代木构建筑研究颇丰，而从材种选择与应用的角度研究甚少。论文通过对中国古代木构建筑大木材种在选材、制材、用材方面的研究，揭示了从材料解缆建立材种选择和应用的科学原理，对于深入理解古代建筑专书《营造法式》的科学性及其启迪今天关注材料的现代建筑设计，有举一反三的作用。

材料是建筑的物质基础。在材料与建筑之间，有两个重要的桥梁，一个是技术，一个是观念。从建造活动的原始阶段来看，对于可获得材料进行“审曲面执，以辨民器”的措置，使材料与观念的结合更为紧密，而建造的结果在技术的积累中不竭演进。也就是说，材料与观念在建造活动之初，已经成为影响建筑结果的深层问题。虽然对于材料观念的关注，大量起于18~19世纪的西方建筑理论，并成为今世建筑研究、建筑设计、建筑教育领域的重要话题。但正如陈薇教授所说，材料观念并不是仅是今世建筑学所讨论的话语，中国古代建筑也建立了一种互为内外的材料观。古代木构建筑木材的选择与应用，是对材料多重属性的“营” “造”结果，选材、制材、用材，都渗透了古代对木材属性在技术与文化层面的充用，体现了古代先进木构技术与社会意识的选择。对于今天的建筑学，是了解古代建筑观和材料观的重要方面。

一、基于技术与文化层面的选材原则

南稻北粟的农耕文化与工具考古已证实木作是古代生活中的先进技术，并在建筑领域发展至木构主流。木从衣食住行的通用材料发展至中国古代建筑体系中的主要材料。

先秦时期，人们在日常生活的密切接触中，开始有区别地认识和利用树种。《诗经》中共呈现了132种分歧的植物，涉及61类木本植物。其中有用于造船或盖房子的松、柏；有用于制作车辐车轮的檀；有用于制作琴瑟的椅（楸）、桐、梓；有用于制漆的漆；有作柴薪的棫、樸；有食用的栗、榛、苓；有作扳指的蘀等。依据对树材自然属性的认识，木作选材分化渐成传统。

“徂来之松，新甫之柏。是断是度，是寻是尺。松桷有舄，路寝孔硕，新庙奕奕”。“陟彼景山，松柏丸丸。是断是迁，方斫是虔。松桷有梴，旅楹有闲，寝成孔安。”《诗经》中这两首诗歌都借“松桷”，即松木椽子，来表示建筑的高大宽敞。宫殿建筑用木大而量多，要选择高大成林、密度适中、易加工的轻软木材（针叶树材类为主），首先是对于木构建筑在技术操作上的考量。

材料与建筑不但以技术为桥梁联通，同时木也完成了古代建筑在文化层面的表达。古代木构建筑功能的区分通过“体量”和“符号象征”来表示，并没有形态上的绝对对立，而树木材料也许就是最初的建造“符号”。

如下两个建筑考古用木表白，夏商阶级社会的建筑用木已有种属上的区别。山西襄汾县的陶寺遗址，是目前许多学者认可的夏代遗迹，通过木炭鉴定，陶寺文化宫殿区建筑用木主要是侧柏和油松；陶寺文化普通居住区建筑用木最多的是栎木。而孢粉分析中发现，遗址区本土树种主要是油松、桦、鹅耳枥、榛、椴、栗、榆、栎等8种乔木，并未发现侧柏，现今在临汾盆地分布林带中也没有高大的侧柏。可以推测，陶寺遗址的统治者从其他处所运来侧柏作为建筑材料，普通居民就地取材使用栎木建房。另一个考古遗址是商代中晚期的洹北商城，其宫殿建筑使用松木，北地普通房屋使用栎木，同时发现栎木作柴薪的遗迹。

松、柏属于针叶树种，强度适中，材质轻软，容易加工。树干的通直部分长，可以提供宫殿等大标准建筑的用材。松柏成林，冲天如宇，四时不凋，常青如日月，望之让人敬畏，用于建造宫殿，自有气宇轩昂的恢宏气象。而栎木是古代长江流域和黄河中下游地区常见的阔叶树种，燃烧发热量大，多为柴薪。相对松柏，栎木的材质较硬，加工困难。树干通直部分短，枝杈多。相应地，小料枝干采纳方便，利用枝杈绑扎的简易建造，适宜民间小标准的建筑。

陶寺文化的建筑用材是自远处采伐而来的高大侧柏。在那时的技术条件下，其难度其实不亚于石材的建造。只能说，无论自然属性还是文化属性，松木、柏木都区别于栎木，是可以表达统治阶级权利地位的建造材料。陪伴构架技术发展同步进行的选材，从早期就被赋予了品级不同，建筑用木的高下甚至降生出一种象征文化，如尧舜采取栎木建造的帝王屋宅，反过来成为历代所崇尚的俭德之举。

二、基于尺寸和材种的制材原则

宋《营造法式》（以下简称《法式》）是中国古代建筑大木技术成熟的标记之一。《法式》中对大木锯作功限、解割功限、材的造作功限、大木作料例、大木作材等规定，反映出宋代大木制材对木材种属的充分应用与科学经营。

《法式》锯作功限，表达了加工分歧种树木由难到易的水平。锯作功限从数值的转变上分三组，每组内锯作功限递增5平方尺，每组间递增15~20平方尺。

▲《营造法式》锯作功限用木材性分析表

“椆、檀、枥木，每五十尺；榆、槐木、杂硬材，每五十五尺（杂硬材谓海枣、龙菁之类）；白松（具体指何树种不详），每七十尺；柟、柏木、杂软材，每七十五尺（杂软材谓香椿、椴木之类）；梌、黄松、水松、黄心木，每八十尺；杉、桐木，每一百尺；右各一功。”

第一组锯作功限在50~55尺的树种属于硬度较大的硬材（根据现在木材学硬度划分，数值＞520），均属于阔叶树材，树干分枝较多、重量大、硬度高、强度大、加工困难、干缩比大、风吹雨淋易开裂，不适宜用做建筑结构的大构件，一般用于小木作。第二、三组锯作功限在70~100尺的树种均属于硬度较小的软材（数值＜450，除柏木），以针叶树材为主，树干高大通直、重量轻、硬度甚软至中、强度弱至中、干缩比小、加工容易，是建筑结构构件的主要用材。第三组比第二组递增20平方尺，主要原因是树材所对应构件的功能，第三组的杉、桐一般用作椽子、望板和脚手架木，用料尺寸小，也不需要精细制作，加工因此相对容易。

锯作功限作为《法式》统计工作量的标准，将木材种属首先以材质软硬进行大致的分类。大木制材因尺寸和材性的差别，还有“常材”与“嘉材”之别。

何谓“常材”？《法式》卷十七“大木作功限”对材的造作功规定：“造作功并以第六等材为准。材长四十尺，一功。”材的造作因分歧构件的制材内容分歧，而采取相异的衡量指标。第六等材，材长四十尺，得80平方尺（一功），与框锯制材“梌、黄松、水松、黄心木，每八十尺（一功）”等效计工，不难推断“大木作功限”是以“常材”的造作来计算的。那么，梌（今楸、梓）、黄松（今油松）、水松（或今水杉）、黄心木（今木莲）都是宋代官式一般建筑的经常使用树种。从物理特性来看，这组树材属于轻软材，强度适中，干缩性小。从树种分布来看，梌、黄松在北方广泛分布，是自古经常使用之材；水松、黄心木是南方常见的大乔木。另外，《法式》卷二十六的“大木作料例”列举了三类料型，即“柱料”“方木”“小方木”，其中每类料型中各有一种以“松”命名的料例，即“松柱”“松方”“小松方”。松木属于针叶树种，分布集中，纯林多，尖削度较小，出材率较高，可以判定是宋代最为经常使用的建筑木材。

《法式》“大木作料例”分三种料型：柱料、方木、小方木，其中每种料型又分别有2、4、8个次料型，共计14个，每个次料型都规定了尺寸与比例的大致范围。料型分类是将树木依照建筑使用的规律进行制材加工的重要步调，《法式》三种料型都有对应的使用范畴。柱料用于竖向承重构件，方木用于主要的抗弯构件，小方木用于一般构件。每一个次料型应用于分歧的建筑标准。“柱料”中分“朴柱”和“松柱”两种，选料以椽架数和开间数来定，即柱料选材与房屋的总标准有关。将《法式》大木作料例与大木材等表格对照发现，“朴柱”只用于八架椽以上的殿堂身柱，而“松柱”料例涵盖了宋代建筑经常使用的材等。“方木”料型，主要用于梁、栿、额、枋、板等抗弯构件，又可分为四个次料型，料例以构件的椽架数为划分，即跨度决定方木用料。“大料模方”和“广厚方”只用于八架椽以上的抗弯构件。《法式》22个侧样图中，只有4种殿堂架用到八架椽栿及以上。从建筑的品级制度来看，宋代沿用唐制，规定八架椽屋是皇家和三品以上王公大臣才可以采取的房屋标准。因而，“朴柱、大料模方、广厚方”属于高等第用料，一般的官式建筑其实不采取。因而，料例分型对制材类型与尺寸的分类，不可是一种工程管理手段，也是呼应古代建筑品级文化的一种材料应用。

▲ 宋《营造法式》大木作料例表

▲ 宋《营造法式》中材等与柱子料例对应关系表

那么，“朴柱、大料模方、广厚方”作为高品级建筑的主要用材，是不是只有尺寸的区别？《法式》虽未明言这三个料型用什么树种，但通过木料的广厚来推测，原木去树皮以后的直径至少在0.86到1.36米，属于大型乔木的范围。通过《四库全书》电子版检索，发现文献记录的古代宫殿等大型建筑所用大木嘉材，常指“楠、樟、楩、柏、梓”等。相比经常使用的松属木材，这些“嘉材”高大粗壮、密度稍大、强度更好、干缩小不容易开裂、材性稳定、耐腐耐蚁、加工容易，用于重要建筑与构件。从结构逻辑来看，稍轻的松属常材作四架椽栿在屋架上部，质重材坚的楠柏等嘉材作柱子、八架椽栿等大跨度抗弯构件，在整个结构的下部，符合建筑稳定的原理，也可以理解为用木材性的充用，与《法式》“就材充用”的思路一致。

《法式》在“序”中以“关防工料，最为要切”表白其制定的意图，是在加强对宋代官式建筑在营造本钱和材料充用方面的管理。除对用材标准的严格规定，建筑用木优化配置也是嘉材充用的体现。从“材”的广厚比来看，宋代的出材率相比清代较低，不甚经济。可是，从充分利用优势树种的角度来看，“大料模方、广厚方”这种嘉材的解割余料恰好提供了多尺寸的“小方木”料。通过计算发现，最大的“大料模方”和最小的“广厚方”，经解割刚好获得最大和最小尺寸的“方木”料。宋代锯作自力于大木作之外，提供了“小方木”更多可能的使用范围，既有经常使用的松属木料，也可能有楠柏樟梓等嘉树的余料。“小方木”的多种尺寸和多样树种，可以满足分歧受力情况的斗、栱、枋、槫和小木作等构件的选材。即便在一般的官式建筑中也可能采取嘉材做构件。这与清代官式的制材有很大的区别，清代锯作用工包含在大木和斗科木作（斗栱制作）之内，在制作时随时锯解，一般的官式建筑主次构件均用常材建造，如清乾隆年间，各旗营房改砌随墙门楼，所用过梁、门框、门扇、门枕、连檐、上下槛等皆为松木。相较而言，宋代的解料和料例配置方式为建筑构件的科学化取材提供了条件，也是对本文对《法式》“就余材之制”的新解读。

▲“方木”料型的解割余料恰好形成“小方木”的多样化尺寸

三、基于古代大木构架特征的用材原则

上文表白，大木材种的充用是宋代大木技术与管理的重要成绩。如果说，料例分型与制材分类是一个建筑管理层面的问题。那么，接下来要谈的是建筑设计层面的问题，具体到一幢木构建筑的用材如何配置。宋代以前，约在古代建筑大木构架的探索形成期（汉魏时期），古代木建筑已形成了以构件为对象配置用材，主要受力构件区分用材种属的设计原则，并陪伴木构架的演化有所调剂，是一个承前启后的重要阶段。

上文夏商考古和《诗经》中都显示，先秦大型建筑还处于以针叶树材为木构架的整体选择。随着大木构架的逐渐完善，梁栋、柱、斗拱、椽子、门窗用材首先开始分化。

▲四库全书检索宋代以前记录的建筑构件用材统计表

古代建筑大木构架在探索形成期，屋架主要抗弯构件用材还具有一致性，究其原因是此时梁栋在结构地位和尺寸上的不同，还未如宋代以后的木构架中那样明显。通过整理这个时期的历史文献发现，此时“梁栋（脊檩）”常作为一个对象被描述，包含用材，经常使用松、侧柏、刺柏、冷杉、银杏、樟等。

在东亚文化交流的布景下，借助法隆寺西院，可以分析中国南朝时期梁、栋构件在结构与用材上的趋同性。从法隆寺金堂的剖面分析，水平抗弯构件的断面尺寸相同，而参比《法式》计算宋代檐栿（直梁明栿）与槫（檩）的断面面积比，四架椽殿阁作为1.67∶1~3.4∶1，四架椽厅堂作为2.5∶1~3.4∶1，平均取值后宋代梁与檩的断面面积比是南北朝时期的2.75倍。从檩距来看，宋代规定“椽每架平不过6尺”（合明尺，1.92米），而法隆寺金堂步架几乎达到最大值，为5.32~6.155尺，合曲尺1.61~1.87米，步架大而疏。唐宋以后檩与梁的结构作用拉开差距，不但表示为步架缩小，檩条尺寸减小，檩与梁的比例、形态和用木材性上也有区别。反观之，法隆寺金堂尚处于模数设计的早期，梁与檩的用材在配置上也因此还具有一致性。

在古代木构架探索形成期，相较梁檩，柱子用材在尺寸和材性上有突出的要求。结合日本飞鸟时代建筑和云冈石窟反映的北魏建筑面貌，在建筑形象上，南北朝时期的粗柱细枋，与后世的细柱大梁形成对比。早期柱子用材粗大，除后期树木资源流失的客观因素，从结构上讲，由于早期屋架水平构件在连结构架稳定性方面的作用始终甚弱，很洪流平上依赖柱网层，暗础栽柱的做法直至魏晋时期仍为高大宫殿等建筑所应用。因而，汉魏建筑的柱材，高大通直，还极其重视防腐性。据文献记载，东晋广陵“修大城，得柏柱三，皆柏心。”东晋郭璞在对《尔雅》和《山海经》的注释中也分别提到，杉木生擅长江南地区“作柱埋之不腐”，“槠…作屋柱难腐”。柏木心材与杉、槠都是防腐性极强的木材。南朝建康（今南京）建太极殿时先后偶得一棵樟树和一棵梓树才备齐了柱材，有两篇同名的《太极殿铭》颂扬此事，“峨峨灵柱，赫赫流樟”，沈炯文中将樟树比作神物；徐陵文中将梓柱比作“似新亭之龙刹，孤拔灵山”，是天赠良材。梁武帝曾特赐天中天寺柏木刹柱，梁简文帝撰有《谢敕柏刹柱并铜万斤启》。此处将“梓柱”比作刹，从侧面说明了南北朝时期柱子用材之大，采之难得。同时，樟木，梓木也是耐腐性强的木材。

历史文献中对斗栱用材的描述，反映出斗栱构件演化与用材的继往开来关系。曹魏时期何晏在《景福殿赋》中载：“兰栭积重”，《尔雅》释“栭”为“栌”，意为以“兰”为斗栱重叠交互以相承。“兰”在先秦曾被指为建筑和制舟用材，如《楚辞》中有“兰橑”（橑为椽）、“兰枻”。潘富俊先生在《楚辞》植物研究中，集多方学者意见，认为先秦建筑和舟船所用的，是今天所称的玉兰（M，denudat）或木莲（Manglietia Fofdiana），生长缓慢、材质细腻、加工容易，其密度、强度、硬度，均大于上文总结的汉魏建筑梁栋用木。排序为：木兰＞银杏＞油松＞冷杉。“橑”为椽，先秦建筑的椽大体还处于纵架结构中的长椽阶段，是屋架的主要受力构件；“枻”为船舷或短浆，也是舟船的重要受力构件，必用抗剪性能强的木材。汉代横栱脱胎于柱头上的木垫，昂脱胎于櫼，约是从商、周大叉手屋架蜕变而来，斗栱用“兰”继承了先秦建筑长椽的用材特征，集中应力大的部位选择强度和硬度较大的木材。

魏晋南北朝以后，斗栱进一步发展，更加紧密地组织在铺作层中，唐宋时期铺作层出挑大，铺作层与梁头拉结在一起，对连结木构架的整体性起关键作用，用木强度仍很高。在古建筑鉴定中也证实，晋东南现存宋金建筑以榆木、麻栎、杨木为斗栱材料，其中杨木是黄河中下游地区性极强的一类优势树种，榆木、麻栎皆为硬木。建于北宋时期的宁波保国寺，斗栱用材选用桧木，即圆柏；元代的金华天宁寺、武义延福寺，斗栱用材都选用了槠木，圆柏和槠木也属于强度和硬度较好的木材。

先秦建筑中长椽（斜梁）的结构地位在材料的加工中被强化。《年龄外传》载：“天子之室，斫其椽而砻之，加密石焉；诸侯砻之；医生斫之；士首之”，说明椽子的砍削打磨精度是年龄时期反映建筑品级的重要标记。《甘泉赋》载：“琁题玉英”，意思是汉代的椽头用玉饰，到了宋《法式》中则演变成“椽头盘子”。但至北魏，由于椽子结构地位的下降，椽子用材已不克不及如“松桷有梴”那样代表整个建筑了。贾思勰在《齐民要术》中指导人们通过种植树木储蓄木材，北方地区三年的柳树，五年的榆树、白杨，均可做一般房屋的椽材，十年的柞树可做中等房屋的椽子。椽子此时已是屋面基层标准较小的承重用材，且经常翻新，可以有计划地种植储蓄。

通过以上分析，可以对古代大木建筑发展中的用材原则进行总结。魏晋之后，宋以前官式建筑的梁檩、柱、斗栱、椽子等构件的用材已有区别，其中屋架水平抗弯构件用材还具有一致性。按材种强度排序大致为斗栱＞梁檩＞椽子，柱子用材格外高大并注重防腐。至此，再解读古代文献中的“楶棁（斗栱、短柱）之材不荷栋梁之任。” “宰相之材也。栝柏豫章虽小，已有栋梁之器。” “凡屋材，松柏为上，白杨次之，榆为下也。” “植桧（刺柏）三尺强，已有凌云气。” “松枞高千仞而无枝，非忧王室之无柱也。” “材不任楶棁，菌蠢无华滋。”等等，发现古代大木建筑用材是有规则可循的，而且这种规律性并被士医生附会为一种建筑用材的象征文化，材大质优为美。从技术层面这个规则包含两个条理的内容，一是古代建筑用材首先满足“大材大用，小材小用，余料充用”的尺寸原则，二是材种的性能因构件的结构、位置、构造要求配置择取。

四、余论

“建筑”与“木”，在建造过程中发生联系有两种途径，第一种：材料—建筑；第二种：建筑—材料。第一种从材料解缆的方式，体现了以材料为中心的工匠营造。“百工……审曲面执，以饬五材，以辨民器”，遵循材料的天然特性，辩材曲直，因材而治。在实践中，工匠识别了树木分歧于其他材料的特征，以及分歧树种“刚柔性异，贞脆质殊”的特点。这是古人对木材的认知和利用初始过程。

第二种从建筑解缆的方式，是古代建筑工程管理发展的必定结果。西汉时期，主管皇家建设的将作少府已经下设“东园主章”专掌供材木。至唐代，采伐材木的机构（百工监）在材木产地，与掌管营构梓匠的机构（左校署）开始分离。宋代，将作监下属的职能机构都设在首都开封，各地树木原料酿陈规格化的木料进入木匠手中。清代工部营缮司下设估料所，由专业老匠师负责建筑设计、估料、估工，并组织施工，木料由木仓、皇木厂提供。建筑工程逐渐酿成设计先行，材料作为设计内容实现的一个条件，工匠对于建筑各构件需要什么样的木材有了充分的认识。从建筑学的角度上看，这是中国古代建筑木材选择与应用的经验智慧。

今世建筑学对中国古代建筑智慧的发掘，需要区别并联系这两个途径中的材料观念。从建筑与木的第二种关系解缆，可以发掘研究古代大木建筑在选材、制材、用材方面的原则，这是古代生活和技术工具条件下，积累的木作营造智慧。而从建筑与木的第一种关系解缆，也是可以启发设计的，建造活动的一种起源。从材料解缆，跨越时空的技术和观念皆为桥梁的建筑营造，在这条道路上，古代木构建筑是中国古人的一份答卷。

（本文节选自“从材料解缆——中国古代木构建筑木材选择与应用的启示”，原文刊登于《建筑师》杂志2019年8月刊，总第200期P101-106，版权所有，未经允许，不得转载）

《建筑师》No.200丨2019年8月刊

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