针对中国古代木构建筑营造过程中的用木问题，从择木、伐木、解木、搭木4个环节开展讨论，加强了对于营造用木的前期过程及其精准用材的研究，弥补了以往研究的部分不足，总结了知材善用和因材施造的绿色设计思想和经验。木构建筑是中国传统建筑的主流。在古代文献和长期的建筑实践中，表达出知材善用的材料观和因材施造的建筑观，并贯彻在自择木、伐木到解木和搭木的营造过程中，又体现在对材种、木性、下料、构件的具体认知和落实上。其中包含的生态意识、节材意识、理论和实践经验在当代亦有启迪价值。
一、择木有方—充分认知材种特性
对树种的选择是营建活动的第一步。得益于茂盛的林木环境，自然界已经为人类提供了上佳的树木来构建居所。然而，在纷繁的树木种类之中，有哪些木材堪为屋宇、哪些木材只是薪柴，需要从中甄别与选择。从营建起步阶段的石器时代到先秦时期，经跨越千年不断的尝试，已经形成了相对固定的择木范围。韩非子《种树喻》提到松、柟、栝、柏堪为栋梁之1)[1]56，其中，柟即楠木，“干甚端伟”2)[2]1727；栝应是桧木，“柏叶松身”3) ；柏木“树耸直皮薄肌腻”[2]1683。另外，《战国策》记“荆有长松文梓楩柟豫樟 ( 皆大木也 )……”4) ，提到梓木、豫章和楩木也常作屋材。梓木乃百木之王，“造屋有此木，则群材皆不震处”[2]1717；豫章应为后世之樟木，“可雕刻，气甚芬烈，大者数抱”5)[2]1722 ；楩木与豫章类似，是根植南方的名木6) 。再对比古建筑用材的树种调查，北京明代遗构以楠木居多，清代遗构多用松木，四川地区用楠木、柏木，湖南地区以楠、柏、松、樟等为主[3]，说明先秦时期常用的这几种木材，一直延续到清代都是建筑用木最主要的选择。西汉时，多了香材异木的使用。实际上，《楚辞》当中就不乏“桂栋”“兰橑”7) 等说法，像这种传诵的文学作品中因可能挟有的夸张修辞导致我们无从判断，但《三辅黄图》确有汉武帝灵波殿用桂作柱的记载8) ，然而，此处的桂木是樟科诸桂树，并非今天所指的木犀科桂花树 [4]。建筑的香气并非汉武所独钟，这种奢侈的享受之风一直流于皇权阶层未曾消弭，陈后主建沉香阁9) 、杨国忠建四香阁10) 、元大内宫殿中以紫檀筑殿11)……只是这种对香木的赏玩，仅是建筑用木发展的一道旁支，并非选材的主要标准。南北朝关于建筑用木的文献记载中明确出现了枞和白杨的用法。枞，松叶柏身，郭璞注曰“今太庙梁用此木”12)。白杨“性甚劲直，堪为屋材，折则折矣，终不屈挠”，但终不如松柏之类，“松柏为上，白杨次之，榆为下也”[5]154，至于白杨次于松柏的理由，《广群芳谱》解释的更加清楚，“用为寺观材，久则疏裂，不如松柏材劲实也”[2]1874。到了宋、明之时，文献中的用木记录又丰富了一些。北宋《营造法式》根据木材加工便利度计量解割工，提到了椆檀、榆槐木、白松木、楠柏木、梌黄松水松以及杉桐木 [6]。椆木“其木质重而坚耐久不蛀”13)[7] 854，杉木具有“干端直，大者数围，高十余丈，文理条直”[2]1713的材性，桐木“木轻虚，不生虫蛀，作器物屋柱甚良”[2]1737。明《郁离子》的相关记载进一步扩大了取材范围，“枫、柟、松、栝、杉、槠、柞、檀无所不收”[1]11，枫“高大似白杨，枝叶修耸，木最坚”[2]1785，槠“作屋柱难腐”[2]1797，柞应是栎木，“高者二三丈，坚实而重，大者可作柱栋”[2]1804。总的来说，文献之中建筑用木的材种范围随着时代的发展而渐渐扩大，主要用材有松类、柏类、樟类、梓、楠、杉、白杨、榆、枫、槠、栎等。通过对各材种特性的了解，反推其材性的共同之处，应该就是古人建造选材的标准所在，其原则可归纳为 5点 ：干端伟、高耸直、径丈余、质坚实、性耐腐。记录在案的择木理论和原则切实地指导着实际工程的建设，对现存遗构进行材种鉴定后发现，建筑实例中的用木与文献所记的材种范围高度重合[8-10](图1)，而文献之胜，在于展现了古人对材料性质的认识与运用的思考。因此，二者结合，能够更深刻地理解营建初步材种选择的渊源。
二、伐木有时—熟悉掌握树木生长规律
采伐林木，使树木成为木材，是营建的第二步。树木的生长与天时密切相关，古代人们相时而动，充分遵循自然生长规律制定了伐木的律令 (图2)。
最初的伐木令记录在《礼记· 月令》中，“仲冬之月……日短至，则伐木，取竹箭”14)。郑玄对此注解为，仲冬之月为木材最坚成之时。而后，先秦以及汉代延续了时令治国的理念，但伐木之“时”变成了草木零落之时，如《孟子》“斧斤以时入山林，材木不可胜用”，赵岐注曰“时谓草木零落之时，使材木得茂畅，故有余也”15)，《淮南子》直接发布了“草木未落，斤斧不入山林”[11] 的政令等。无独有偶，就在《淮南子》成书前后，在万里之遥的罗马帝国，维特鲁威撰写的《建筑十书》也提到了伐木的良机乃是秋初到刮西风之前的季节，待到果实成熟、树叶开始枯萎之后，再加上冬季寒冷的气候使树木得以压缩而更加坚韧。这种在同一时期下跨越空间的共识，反映的是人类遇到木材建造问题时所作出的最本质的思考。而除了考虑木材自身的坚韧以外，适宜的伐木时令还要兼顾虫蛀的影响。东汉崔寔“自正月以终季夏，不可伐木，必生蠹虫”16)，南北朝《齐民要术》同样提出了蠹虫的问题，“凡伐木，四月、七月则不虫而坚肕……凡有子实者，候其子实将熟，皆其时也”[5]171-172，其实与草木落而伐同理，然而依据不同树种的结实时间，增加了伐木的时机，如榆荚春日下，桑葚秋季落。对于虫蠹不生的松柏之类，四时皆得。时代持续更迭，伐木时令并未废止。唐宋两代《营缮令》规定“春夏不伐木”，17)昭示了源自前人的一脉相承。直至今日，豫南山地搭建民居所用的木材都要求在冬季采伐，此时木材质地细密，而春季树木发芽容易生虫导致蠹朽[12]，福建传统建筑筹备材料也多选在秋冬时节砍伐树木，因此时木料较干，且方便开春后放筏水运[13]。伐木时令从起初的经验认识，到后来演变为法令制度，今天虽不再有明文规定但却回归为人们约定俗成的习惯，这种源自对树木生长规律的把握始终指引着人们的建设活动。
三、解木有术—最大化利用形成木料
采伐下的原木还只是不能直接用于建筑营造的“生材”，需经进一步解割和加工，形成具有广厚的规则形体，才能成为建筑用材，其造作既要考虑充分利用生材，又要照应构件的尺寸，解木是关键的一步。解木方面的记载有案可稽的，以《营造法式》为早，核心原则是“就材充用”，其背后节约材料的意识不言而喻。在这种节用的思想下，全书关于木材到木料加工过程的记录共出现了3 处。第1处在卷二“总例”中，为避免用料疏略，重订了估料法则，可谓锱铢必较，将原有旧例“围三径一、方五斜七”修立为“圆径七其围二十有二 ；方一百其斜一百四十有一”18)[6]，另外对八棱径、六棱径、圆径取方、方内求圆各作规定。第2处是卷十二“锯作制度”，有“用材植”“抨墨”和“就余材”3 项条目，前两者都在强调“大材大用，不可充大材者量度合用”的原则，在“抨墨”中还提到了飞椽、生头木等或斜或讹或尖者可采用结角交解的解锯方式19)[6]，最能体现节材之意的当属“就余材”之制，解割下的边角料尽可能另作他用或制作薄板，若是边材有莹裂，须视莹裂程度而定，或带莹裂“就其厚别用，或作版，勿令失料”[6]。以上两部分关注的是生材的高效利用，当生材加工成了木料，就要考虑下一步营建所需的料例尺寸，因此卷二十六的大木作料例是为第3处。锯解下的木料，根据尺寸分为不同规格的木料，分别适配于不同等级的建筑。《营造法式》虽没有记载详细的操作过程，但却完整地展现了估料 -解料 -用料3个过程之中贯穿始终的高效用材的思路。解木方面的记载，以《工程做法》为详。《工程做法》全书体例，首先对各种等级的建筑类型所用到的主要构件定下尺寸计算方法，再集中在卷四十八“木作用料”中对各构件的下料方式详细说明。以备解锯的木材有圆木和橔木两种。根据《三省边防备览》对于木厂粗加工的记载，圆木和橔木各有尺寸上的偏重 ：圆木对长度有要求，“圆木长自二丈数尺至三丈外不等，无四五丈者，围圆自三四尺自六七尺不等”，所用树种为松木、杉木等长直树；而橔木对围圆有要求，“如树有五六尺至七八尺围圆者，用锯解作橔枋，长至八尺至丈三尺为止”20)，橔枋之树多用径粗的杂木，如椴木、桦木、黄肝、桃红、艾叶杉、茨楸、银杏等。因圆木和橔木各有所长，在《工程做法》中除去圆形主要构件如柱、戗木、檩用圆木以外，凡长一丈以内的方形构件，如梁、枋、垫板等基本都用橔木锯解，长一丈之外，才用到圆木。与《营造法式》灵活却模糊的条文相比，《工程做法》直接规定了各构件尺度、用料多少，精确到分，虽失了变通，但操作的指导性相当明确，文中的解割术可以概括为一则估料计算公式 ：
注 ：据《工程做法》记载，方径系数 a随构件各有不同，分 0.7、0.72、0.75、0.8四种。这一计算公式直接提供了清代工程取材的方法。而公式内的方径系数a在前人研究中被称为“出材率系数”21)[14]，其实不然，《工程做法》虽未明确这一系数的具体名称，但它的作用却相当明显，提供的是方材求圆径的长度折算比例 (图3)
真正的出材率，还需要用面积公式进一步推算，即
注 ：此公式针对的是正方形解材，有些材方是长方形，出材率只能大致估算。假定宋代解材是以《法式》中所记录的圆径内取方的计算方法“圆径内取方，一百中得七十一”[6]，估算出材率在 64.2%。与清代相比，介于方径系数 0.7 和 0.72 的出材率之间 (表1)
低于采用其他方径系数的解材方式。但是，宋代的做法已是圆径内取整方的极限值 ( 在宋清皆不考虑余材利用的情况下 )，那么清代的解材方法，又是怎么突破这一极值的？回答这一问题还需回到《工程做法》原文，分辨各构件解材方式和构件本身的关联性 ( 表2)。
表2即是梳理卷四十八出现的所有构件类型的圆木解锯方法所得，纵览表格有两点发现。第一，宋《营造法式》强调的“就材充用”原则，清代解木时并非严格遵守，而是有所放宽。除去顺望板、山花板等因材料断面高厚比相当大而必须使用大料锯解以外，像圆椽、边梃、转轴等小而方的构件也用圆木整取而后拆分。这类构件用圆木锯解的可能原因有二，一是整取有利于量化生产，省去了木料加工的部分步骤 ；二是这类构件尺寸较小，即使四根并一根地整取，用到的圆木尺寸也有限，如边梃每根宽四寸五分、厚三寸八分，圆木尺寸一尺一寸五分、直径约为 36.8cm，转轴每根宽二寸四分、厚二寸，圆木尺寸六寸一分，直径 19.52cm，在圆木之中也算不得大料。但这种大木小用的锯解方式确实也存在改进空间，譬如圆椽，直接求取 1/4 圆弧的最大相切圆，比书中先求圆椽之方的方法更经济合理。第二是方径系数与构件之间存在匹配关系。从表上看，只有方径系数是0.7的解锯方式，才能得到完整的方木，方径系数大于0.7 的，解锯的方木皆有或大或小的缺口。但不同的方径系数适用于不同的构件类型，0.7的最多，是完整取方，用于各种枋、垫板、下槛、草架柱子以及圆椽的取材上，这些构件都要求是方整材 ；0.72 的主要用在小木作上，缺口非常小，近乎不计；0.75用于梁、瓜柱、上槛、托泥、连楹，缺口呈现四面抹角状，恰好与这类构件四边抹角的圆润外形相适应；0.8的最少，用在顺望板、山花板等大量生产的板材上，偶有某件缺角并不妨碍整体拼接。由此可见，清代的出材率虽因缺口的存在，从数学公式得出的数据上有出入，但也正因缺口的巧妙利用，同样达成了高出材率的效果。锯材时不是僵化地求整尺寸，而是能够充分考虑到后续构件的用途和尺寸最大化地圆木求方，既能节省材料，又可以减去后续抹角加工的些许工序，可谓一举两得。
四、搭木有法—与构架需求密切相关的用材原则
截割加工后，木料就转化为一根根构件，是大木作营建的最后一个步骤。是大木作营建的最后一个步骤。在这一环节，这些构件不再只是单独的个体，而要纳入整体结构中各司其职。因每个构件担负的角色不同，工匠对各构件的考量也各异，这种考量体现为两个原则。第一条原则与择木环节呼应，出于构架受力考虑，工匠需对来自不同树种的材方在构架中的位置作出更进一步的配置。先是区分大的类别。上文中概括的建筑用木，诸如松柏楩楠、杉槠杨榆之类，从现代木材学角度上来说，皆属于“软材”或“中等材”的范畴22)[15]。而用于小木装修、家具器用等，则以坚硬致密、色泽幽雅、花纹华美的紫檀黄杨、花梨红椆居多[16]，这些木材属于“硬材”。存在于大木作和小木作之间的与木材硬度有关的明晰分界，是考虑到不同构件的自身需求后依据木材性质进行的初次择选。大木作用材尺寸大，需要的是重量轻，减少自重负担；干缩小，减小开裂程度；强度适中，承受一定荷载、加工容易，方便处理的软材或适中材。而小木作尺度小，须在小断面中完成多根构件交接，要求榫卯具备一定的强度和硬度，使用硬材就可避免榫头劈裂问题。另外，硬材雕刻成形不易损，还能满足近观的需求。然后，在大木构架中有进一步细化的树种分类配置。主要是根据构件各自发挥的作用而有不同要求，其中承重和耐腐是比较突出的两种，直接关系到建筑的使用寿命。按文献所记，承重构件不能用速生材23)[11]645，而要选用像松柏柟栝这种被反复褒赏的栋梁之材24)[2]1793。在实际工程中亦反映了这种用木规律，透过古建筑树种配置的现代鉴定研究，能够更深入地体悟古人用木的心得。例如北京故宫武英殿建筑群 (图4)。
武英门几乎所有承重构件都用了力学强度较大的落叶松和硬木松，武英殿的主要承重构件—柱、三架梁、五架梁，以及承重强度比较大的顺梁、采步金等，都以落叶松最多，比较次要的承重构件如檩、瓜柱等主要用软木松。落叶松的力学强度和密度都要优于软木松。后殿敬思殿主要承重构件在落叶松外出现了4根软木松柱子，次要承重构件软木松为主，落叶松很少。这种配置规律说明了当品质佳的木材不敷使用时，会根据同一栋建筑中构件承重和位置不同进行择选，优先用于最主要的承重构件，同时也考虑不同建筑的重要性，首先保证重点建筑的用材质量 [17]。容易受到雨水浸淋的部位，是最易腐蠹的薄弱环节，因而产生了防腐防虫的需要。防腐处理措施很多，选择耐腐的材种是最直接的办法 (图5)。
《植物名实图考》就记载了门扇等外围护界面用椵木，因“椵木质白而少文，微似杨木，风雨燥湿，不易其性，北方以作门扇板壁”[7]802。晋东南晋城市的游仙寺老角梁和门框都用到了与椵木性质相似的杨木和枫杨[9]。古代工匠在实践中认识到杉木在空气中难腐，柳木、柏木、红松埋于土中难腐，故南方民间有“水浸千年松，搁起百年杉”的俗语。故宫的椽檩和望板多用杉木，脊椿用柏木，角梁和门窗用樟木，都是从防腐防虫的需要出发的因材致用 [18]321。除此之外，从文献上看，还有地域因素影响着软木在大木作中的使用。当今仍延续着的南杉北松用木习惯，早在明代就有记载“闽人作室必用杉木，器用必用榆木，棺椁必用楠木，北人不尽而也，桑柳槐松之类南人无用之者，北人皆不择而取之”25)，若将范围进一步缩小，可以发现各地区喜好更加多样，譬如山西地区多用的华北落叶松 ( 红杄 ) 和油松，文献中亦有记载“杄木，山西山中极多，树亭亭直上，叶如栝松而肥软，又似杉木而叶短柔。山西架木皆用之，与南方杉木同”[7]871。第二条原则反之，充分考虑木材的受力性质对构架的影响 (图6)。
即使同为主要结构受力的构件，因使用方式不同，也有不同的处理手法。清末《古今秘苑续录》记载了若干起造详细规则，是获取当时工匠营建经验的不可多得的文本资料，从厅房、轩屋等字句可推知其作者所记地区大致位于江南。其中提到，由于木材“横担千，竖担万”的材料性能，“桁宜肥，柱不妨稍瘦”，与“肥梁瘦柱”的匠谚意义相通。桁、柱的肥瘦有时并非一概而论，而要根据具体位置再行增减。最具代表性的是柱子尺寸，书中记载“四檠柱担力重，宜肥且壮观。檠柱若瘦，则通身减色，唯后檠柱可略瘦耳"[19]，在苏州卫道观山门、三清殿以及无锡小娄巷中，皆存在内步柱柱径大于檐柱的现象。综上所示，解锯后的木材不能抽象成均质化的构件看待。出于构架的受力需求，会对不同物理性质的木材再次择选，同时，木材本身的受力性质反过来也对整体构架产生影响。由此可见，材料和建筑之间并非单向决定关系，材料出于自身性质，会反作用于建筑。这种反作用之存在，也是建立在人们对材料充分了解的基础上。
五、结语
对于中国古代木构建筑营造的研究，常见的是将建成的建筑作为对象作相关结构、形制、风格、构造等方面研究，而本文则补充了关涉营造前期的过程研究以及精准用材的细致研究，可以发现以木作为主材进行建筑营造时，身份有4次转化-“树木-木材 -木料-构件”，其过程包含了对自然植物认知的尊重、对时节规律遵循的看重、对大材充用的节材意识和手段的探索、对精准用材以解决建筑承重的成熟驾驭。其中涵盖的生态意识、节材意识，是应对资源有限而逐步形成的态度和能力的体现 ；而对材种的分类认识以及因材施用的精准实践，则反映了中国古代木构营造时将材料观和建筑观进行整体思考和巧妙应对的智慧。相信本结合了文献考证和实物印证的研究，对于中国古代建筑绿色设计的传承与发展，可以提供一个坚实的步骤和典例。
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