本文是一篇建筑学论文，本文以榆林堡传统民居建筑为例，首先从传统木构架基本形式、组合形式及其与墙体关系三个方面对传统木构架营造技艺进行调查研究，并聚焦到节点层面，分别依据功能（在木构架中的位置）和构造（自身构造形式）总结归纳传统榫卯的常见类型，并对其构造、性能特点作了简要分析。
第一章绪论
1.1研究背景
1.1.1传统民居建筑的荒废化
近二十年，我国城市化的比例从37.66%升到了2021年的64.72%[1]，城市人口急剧增长的同时，必然伴随着许多村落的迅速衰败。许多散布在边远或贫困地区的传统村落，自我发展条件和经济创新能力本身就很薄弱，产业缺失又造成一定程度的空心化现象，再加上大历史性老化，许多传统民居建筑都遭到不同程度的永久性破坏，有些甚至因年久失修而自然坍塌。同时，由于无法完全满足现代社会的生活功能需要，大多数居民对于改善人居环境的需求非常迫切，因而时常自行改建居所，但这样就使得传统村落中新建住宅与当地传统宅院、传统风貌不和谐的现象频频发生。
当下乡村旅游业的发展，许多传统民居宅院被改造成“民宿”、“农家乐”等，一定程度上促进了传统村落的有机更新。但有时过度的旅游发展也会对传统村落的保护产生负面影响。在不少以民俗风情游为主要卖点来发展的传统村落中，传统建筑及其环境或已改头换面，或荡然无存，而不适当的改扩建也使之更加缺乏历史价值。例如，有的传统村落总体布局与肌理尽管保留了下来，但建筑单体却损毁严重；有的是传统古建筑群虽然得以保留下来，但街巷布局却遭到破坏；再如，老街区内消防隐患增大、村落历史遗存损毁等，更是不胜枚举。
1.2研究对象与内容
在上述背景之下，本文主要以传统民居更新改造中榫卯技艺的传承与创新为导向，旨在探析古老的榫卯结构在当代数字建造技术快速发展下传承并创新的方式与方法。
1.2.1研究对象
（1）京郊传统木结构民居建筑
本文有关京郊传统木结构民居建筑的研究，研究对象主要是指延庆区榆林堡村落中现存的、还在影响着乡民实际日常生活且能够表现地域性生活状态的传统木结构民居建筑。“传统”是指当前所保留下来具有当地风貌特色且能完整反映居民生活状态的文化，“木结构民居建筑”指的是以木构架为主要承重结构的民居建筑，也是我国传统建筑营造的主要形式。
（2）榫卯结构
本研究聚焦在不使用金属连接件的现代榫卯结构，其“现代”语境是相对于传统榫卯结构而言的，模块化、规范化、机械化乃至数字化的生产与组装是现代榫卯构造的鲜明时代特征，构件的通用性是其独特优势。
圆榫圆卯是本文提出的全新概念，它并非等同于传统圆榫，而是对整体圆榫、单体圆销以及包含整体圆榫或单体圆销在内的复合榫的统称，是数字建造语境下对当代圆榫的集中概括。
1.2.2研究内容
研究以“传统民居更新中榫卯技艺的传承与创新”为导向，主要从传统民居建筑木构架中的榫卯、传统榫卯与圆榫圆卯的比较分析、圆榫圆卯的数控制作及性能优化、圆榫圆卯与传统木构架空间的耦合、传统民居更新中圆榫圆卯的应用设计五个方面进行论述、研究。
第二章京郊传统民居建筑木构架中的榫卯
2.1散落京郊的传统村落
2.1.1北京地区传统村落整体分布
北京是一个具有悠久历史和文化底蕴的城市，分布于各个区县的传统村落是其中的一个重要组成部分。相关资料显示[38]，北京现存80多个较为完好的古村落，其中门头沟地区有30多个，其余的主要分布在密云和延庆。截至目前，北京地区传统村落共有22个被列入中国传统村落名录，44个传统村落入选北京首批市级传统村落名单，散布10个区县44个村镇，主要集中在京郊山麓谷地，其中以门头沟区数量最多，如图2-1所示。
北京地区传统村落历史悠久且区位独特，具有丰富的文化内涵，是当地传统生活方式、民风民俗的载体，也是传统文化遗产保存、开发、利用等领域的重要研究内容。同时，北京是一座国际化大都市，是我国政治、经济、文化、科技创新的中心以及国际交流的枢纽。因此该地区的传统村落，在既有格局和全新需要之间的矛盾突出，更加具有代表性。
2.2京郊传统民居中的木构架类型
我国传统民居由于地域气候、自然资源、民俗人文等诸多方面的不同，产生了丰富多元的民居形式和异彩纷呈的建筑形态，是当今世界上独具特色的建筑系统，蕴含着中华文明的基因。其中，四合院是北京地区乃至华北地区的传统宅院形式，如图2-4（a）所示，其基本特征是按南北向主轴对称式布局房屋和庭院，通常坐北朝南，门通常开在东南角，门内设有影墙，可使外部行人无法洞察院内活动；正房一般设在中轴线上，为长者的起居室，侧面则是耳房和东西厢房，为晚辈起居之用，这样庄重的建筑格局，反映了古代当地居民正统、严肃的传统性格；宅院设计讲究保温性能与防寒避风，内部空间均被建筑和墙垣所环绕，建筑的墙体和屋顶均相当厚重。
而京郊传统村落受政治经济的影响，历史上常承担一重要的交通、防御功能，因此村落中的宅院型制、建筑风貌、营造技艺等除具备华北地区四合院共有特征之外，还表现出一些地域性特点，例如图2-4（b）所示位于延庆榆林堡的传统宅院，与城区北京四合院相比，其占地面积一般更大，但布局的精细化程度较低，基本不设耳房，取而代之的是正房和倒座一侧留出的过道。
抬梁式构架，顾名思义，其特点是在柱网顶部的水平铺作层上，沿着建筑的进深方向，由下至上依次叠架逐层缩短的梁，相邻两层梁间设短柱或木块，最上层梁中间设小柱或三角撑，最终形成形成顶部为三角形的一榀抬梁式木构架。相邻的两榀木构架之间，一般在各层梁的两端和最上层梁中间小柱上架设檩条，檩条间架椽，从而构成双坡顶建筑的结构骨架，使得屋面荷载可以依次通过椽、檩、梁、柱，最终传到基础（有铺作时，顶部荷载会经过它传到柱上）。
第三章从传统榫卯到圆榫圆卯..............................35
3.1传统建筑榫卯的构造类型及其特点...............................35
3.1.1榫卯类型..................................36
3.1.2构造特点.............................36
第四章圆榫圆卯的数控制作及性能优化......................55
4.1机械臂木构件加工平台...............................55
4.1.1机械臂作为数字建造工具的发展..............................55
4.1.2机械臂数控加工的优势与不足..........................57
第五章圆榫圆卯木构架与传统木构架的空间耦合...........................80
5.1圆榫圆卯木构架的当代实践...............................80
5.1.1 Tamedia新办公楼.....................................80
5.1.2斯沃琪-欧米茄园区....................................80
第六章榆林堡传统民居改造设计实践
6.1改造设计目的
6.1.1驿站文化的传承与创新
榆林堡是元代在大都城（今北京）设立的12个驿站之一，如图6-1所示，其一直沿用至清末，是北京地区现存最大古驿站遗址。承载着古代北京地区重要交通功能的“榆林堡驿站”，已经失去了其原本的使用价值，但无论是在文化层面对“驿站”历史记忆的留存，还是在居民生活现实层面对驿站建筑功能的再利用，“榆林堡驿站遗址”更新的必要性都是存在的，而“新的形式”也是本次设计所要探讨的主要问题之一。
另一方面，榆林堡地处北京市延庆区康庄镇远郊，据延庆县城12.6公里，西临康西草原、官厅湖，东靠八达岭，北望延庆冬奥村，周边风景秀丽，环境优美，有较大的旅游业发展潜力。
总结与不足
一、主要研究成果
本文以榆林堡传统民居建筑为例，首先从传统木构架基本形式、组合形式及其与墙体关系三个方面对传统木构架营造技艺进行调查研究，并聚焦到节点层面，分别依据功能（在木构架中的位置）和构造（自身构造形式）总结归纳传统榫卯的常见类型，并对其构造、性能特点作了简要分析。以此为基础，结合传统木作工具斫、锯、凿的加工特点和以电动机、旋转刀具应用为代表的现代木作工具的运动特点，阐释出传统榫卯节点与圆榫圆卯节点的相同点和异同点，论证了圆榫圆卯节点的当代合理性，进而基于圆榫圆卯构造，提出榫卯构造的简化设计方法与简化程度验证方法，并对圆榫圆卯实际应用可行性作出简要分析。在此过程中，还初步探索了重组竹构件——这一新型材料构件的数控加工及其装配工艺。
然而，即便是在数字建造飞速发展的背景下，圆榫圆卯依然容易出现旋转、拔榫的不利状况，在实际使用中是要尽量避免的。关于这一问题，本文以数字建造背景下的圆榫圆卯性能优化为导向，主要采取实物模型制作的研究方法，在对NAST机械臂平台数控加工木构件的灵活性、非线性以及批量化定制等功能进行实测，对该平台加工精度方面的缺点进行研究并提出优化方法的基础上，设计并进行了圆榫圆卯的性能试验，最终从初步选材、节点构造和构架设计三个层面提出圆榫圆卯的综合优化设计策略。
落实到木构架空间营造上，本文详细论述了圆榫圆卯全新木构架体系与京郊传统民居木构架体系，这两种一新一旧截然不同的结构体系，在空间形成上由间到屋，由屋到院，由院到组团乃至整个聚落之空间形成的耦合性、可行性与实践意义，从基本理念方面对传统建筑榫卯构造与当今建筑数字化智能化发展的递进基因作了更深入的探讨。最后在以榆林堡人和街更新为例的模拟应用设计中，进一步讨论了圆榫圆卯在京郊传统木结构民居更新中的实际应用方式。
参考文献（略）
