2026 年 9 月 23 日
钢筋混凝土地板在建筑全生命周期碳排放中占比高达 40%，长期以来，多层复杂建筑缺乏可行的低碳替代方案。近日，斯图加特大学研究团队通过一项创新的全尺寸负载测试，展示了名为“UniversalTimberSlab”（通用木材板）的木混凝土复合系统，其性能指标可媲美钢筋混凝土，但具备显著的可持续性优势。
结构优化与空间效益
作为首个用于长跨度和双向跨度结构的点支式木混凝土复合平板，“UniversalTimberSlab”旨在提升多层混合用途建筑的灵活性与适应性。斯图加特大学计算设计与建造研究所（ICD）教授、整合计算设计与建设转型卓越集群（IntCDC）发言人 Achim Menges 指出，该系统基于多年研究及数字设计制造方法开发，核心目标是在保持高性能的同时实现更可持续的建筑形态。
与传统需要深梁支撑的后梁木地板系统相比，“UniversalTimberSlab”将结构高度降低了 30 至 70 厘米（12 至 28 英寸）。这一减薄效果带来了显著的经济与空间价值：在保持相同层高限制的前提下，建筑物可增加楼层数量，且占地面积减少多达 20%。
此外，该系统的点支结构特性允许荷载通过间距较大的柱子传递，从而取消了承重隔墙的需求。这种设计为零售、餐饮、办公及住宅等多功能空间提供了自由布局的可能性，并支持建筑在后续使用中进行平面重新配置，有助于推动城市地区木质建筑的扩展。
数字化设计与新型细分方法
“UniversalTimberSlab”突破了传统木制建筑板块划分的局限。以往由于技术限制，预制元素及其支撑必须沿刚性网格排列，而新系统能够构建规则或不规则的地板几何形状。
这一突破得益于一种正在申请专利的新型细分方法。该方法采用易于预制的直线层粘合层压木段以降低成本，同时依据力流方向排列地板纤维，从而优化整体承载能力。项目还引入了新的数字设计流程，利用人工智能工具生成详细模型并辅助优化。例如，当规划者调整柱位时，系统能即时反馈其对成本、板块高度及可持续性的影响。
实地负载测试验证性能
此次测试的特殊之处在于，它并非在实验室封闭环境中进行，而是在 Remscheid 未来清洁技术节上，面对约 200 名观众公开演示。斯图加特大学建筑结构与设计研究所（ITKE）教授兼主任 Jan Knippers 表示，这使团队能够在接近现实的条件下验证建筑所需的承载能力。
测试团队仅用 3 个月时间建造了一个 9 x 5 米（30 x 16 英尺）的全尺寸演示器，其双向跨度分别为 8 x 4 米（26 x 13 英尺）。尽管厚度仅为 36 厘米（14 英寸），与同等跨度和荷载下的钢筋混凝土板相当，但该木混凝土系统所需的混凝土用量约为后者的三分之一。
在结构测试前，研究人员通过有限元法（FEM）模拟分析了地板在负载下的变形和振动情况。随后，演示器在自身重量基础上额外加载了总计 20 公吨的重量，模拟办公楼满载状态（活荷载 1.4 kN/m²，恒荷载 3.0 kN/m²）。测量结果显示，最大变形仅为 12 毫米，且自然频率超过 8 赫兹（即每秒振动 8 次），完全满足多层建筑对挠度和振动的规范要求。
迈向商业化应用
Hans Jakob Wagner 是 ICD 小组负责人及 EIC UniversalTimberSlab 项目负责人，他指出：“成功的可行性测试标志着一个关键里程碑。该系统建立在现有木工行业的制造专业知识之上，一旦完成进一步开发，有望迅速应用于大型建筑项目。”
目前，德国巴登-符腾堡州 Oberkochen 镇已启动试点项目，计划建造一座名为“Zukunftsforum”的三层建筑，总面积达 1,400 平方米（15,000 平方英尺）。该建筑将采用“UniversalTimberSlab”技术，用于容纳展览、工作空间、制作车间及实验室等功能区域。
