市面上用于建筑的材料很多，像鋼材、磚、混凝土等都是比較常見的材料。但從應對氣候變化的角度來看，木質結構建筑才是未來大勢所趨。木質結構能幫助我們從空氣中吸收碳，并將其儲存在我們的家里和辦公室里，這使得許多人相信木結構才是建筑的未來。
鋼筋混凝土帶來沉重環(huán)境負擔
英國作家蒂姆·斯梅德利（Tim Smedley）站在倫敦東部一個看似普通的辦公樓工地上。這座七層樓高的建筑大約完成了三分之二，基本結構和樓梯已經就位，抹灰和布線才剛剛開始。但當他四處走動時，有些不同的東西慢慢地呈現(xiàn)出來。
這個建筑工地既安靜又干凈，而且有股好聞的氣味飄蕩，那里堆放著大量的木材。與現(xiàn)在工地通常以混凝土為主材料不同，這里木頭才是“主角”。
建筑師安德魯·沃(Andrew Waugh)表示：“因為木結構建筑的重量只是混凝土建筑的20%，重力負荷大大降低。這意味著我們需要的地基更小，不再需要大量的混凝土地面。我們以木材為建筑核心，有木墻和木地板，所以我們把鋼材數(shù)量減少到最低限度。”
在大多數(shù)大型現(xiàn)代建筑中，鋼材通常用于形成主要的內部支撐或混凝土加固物。然而，在這座木結構建筑中，鋼材結構相對較少。剩下的部分可以像麥卡諾積木（Meccano）那樣固定，很容易在建筑物的使用壽命結束時(或期間)拆開。
從房屋到體育場館，我們對混凝土和鋼材的依賴帶來了沉重的環(huán)境代價，混凝土占全球二氧化碳排放量的4%到8%。它僅次于水，是地球上使用最廣泛的物質，約占所有采礦業(yè)的85%，甚至導致沙子都即將枯竭。在全球范圍內，每年澆筑的混凝土足以覆蓋整個英格蘭。
因此，像安德魯這樣的建筑師主張，重新將木材作為我們的主要建筑材料。優(yōu)良林場出產的木材實際上是在儲存碳而不是排放碳：隨著樹木的生長，它們從大氣中吸收大量二氧化碳。根據(jù)經驗，每立方米木材含有大約1噸二氧化碳，相當于350升汽油的排放量。
▲安德魯在倫敦達爾斯頓設計了這個10層樓的開發(fā)項目。正交膠合木(CLT）結構的重量只有同等混凝土建筑的五分之一
與制造過程增加的二氧化碳相比，木材從大氣中吸收的二氧化碳更多，而且通過取代混凝土或鋼鐵等碳密集型材料，它對降低二氧化碳的貢獻也增加了一倍。最近提交給報告發(fā)現(xiàn)：“木材被用作建筑材料既可儲存碳，又替代高碳水泥、磚和鋼鐵時，生物質能減少的溫室氣體水平最高?！?/p>
在英國每年新建的房屋中，有15%到28%使用的是木結構建筑，其結果是每年捕獲超過100萬噸的二氧化碳。報告的結論是，增加建筑用材量可能使這個數(shù)字增加兩倍。利用新的工程木材系統(tǒng)，例如正交膠合木(CLT），在商業(yè)和工業(yè)部門也可能節(jié)省同樣數(shù)額的開支。
新式工程木材或取代傳統(tǒng)材料
CLT是東倫敦建筑工地使用的主要材料。因為它被描述為“工程木材”，所以人們最初以為它類似于刨花板或膠合板。但實際上，CLT看起來就像普通的3米厚木板，上面布滿了打結孔和碎片。
巧妙之處在于，CLT木板被粘合成三層，三層相互垂直，從而變得更堅固。安德魯表示，這意味著CLT“不會彎曲，它具有兩個方向的整體強度。這樣的木墻支撐著上面的地板，其水平強度足以承載上面的荷載，就像長梁那樣，這改變了建筑行業(yè)?！?/p>
安德魯已經使用CLT技術超過10年，他相信這種材料可以實現(xiàn)任何混凝土和鋼鐵建筑的質量，甚至猶有過之。他說，CLT是上世紀90年代發(fā)明的，部分原因是為了應對“家具和造紙工業(yè)的消亡”。奧地利60%的土地是森林，他們需要找到新的銷售渠道，為此想出了CLT技術。
▲每立方米木材含有約1噸二氧化碳，相當于350升汽油的碳排放量
其他工程木材，如膠合板和中密度纖維板（MDF）含有10%左右的粘合劑(膠水)，通常是脲醛，在回收或焚燒過程中會產生有害化學物質。然而，CLT黏合劑含量低于1%，通常使用生物聚氨酯。木板在高溫和壓力下粘合起來，利用木材的濕氣熔化少量的粘合劑。無論是外觀、氣味還是觸感，都與純粹的木材毫無二致。
在奧地利，許多CLT工廠甚至使用可再生的生物質能來提供動力，這些生物質能來自于植物的下腳料、樹枝和細枝。有些工廠生產足夠的電力供應周圍的社區(qū)。
雖然CLT是在奧地利發(fā)明的，但安德魯所在的倫敦建筑事務所Waugh Thistleton是第一個使用它建造多層建筑的公司。默里格羅夫(Murray Grove)是一棟普通的九層公寓樓，外立面是灰色的，在2009年建成時，在奧地利引起了震驚和恐慌。
CLT只被用于建造“漂亮而簡單的兩層樓房屋”，而任何更高的房子都恢復到混凝土和鋼材結構。但對于默里格羅夫，一樓以上的整個結構都由CLT面板組成，包括所有的墻壁、樓板和電梯，就像蜂窩塊一樣。
該項目啟發(fā)了數(shù)百名建筑師使用CLT建造高樓，從加拿大溫哥華55米高的Brock Commons Tallwood House，到奧地利維也納目前正在建設的84米高、24層高HoHo Tower。
成熟樹木不吸收反而釋放碳
最近有人呼吁大規(guī)模植樹，以捕獲二氧化碳并遏制氣候變化。然而，雖然年輕的樹木可以有效吸收碳，但成熟的樹木并非如此。地球維持著平衡的碳循環(huán)：樹木(以及所有其他植物和動物)利用碳來生長，它們最終會衰老和死亡，然后再次釋放出碳。
當人類發(fā)現(xiàn)古代以煤和石油的形式儲存的碳能夠燃燒時，這種平衡就失去了作用。煤和石油是在以前的碳循環(huán)中被捕獲的，燃燒后產生的二氧化碳被釋放到大氣中，其速度遠遠超過目前的循環(huán)所能應對的速度。
▲年輕的樹木吸收二氧化碳，而年老的植物釋放的二氧化碳比吸收的要多
許多松樹森林，如歐洲云杉，需要大約80年達到成熟，在成長過程中不斷吸收碳。不過成年后，它們通過分解松針和樹枝釋放曾經吸收的碳。就像上世紀90年代奧地利的情況一樣，對紙張和木材的需求急劇下降，導致全球范圍內大片林場被廢棄。
這些樹木沒有回到原始的荒野，而是用酸性松針和枯枝覆蓋著森林的地面。例如，由于成熟樹木不再被積極砍伐，自2001年以來，加拿大的龐大森林實際排放的碳比它們吸收的要多。
可以說，碳封存的最佳形式是砍伐樹木，恢復我們可持續(xù)的、受到管理的森林，并將由此產生的木材用作建筑材料。經森林管理委員會(FSC)認證的管理森林通常每砍伐一棵樹就會種植兩到三棵樹，這意味著對木材的需求越多，森林覆蓋率和渴求二氧化碳的幼樹的生長就越快。
野生化和保護原始森林是必不可少的。但是，缺乏管理的單株植物對任何人都沒有幫助，而且滿是干松針的地面也是引發(fā)野火的主要原因，北美和世界上許多地方現(xiàn)在每年都會經歷這種情況。有秩序地砍伐森林會大大降低這種風險。
美國聯(lián)邦森林服務管理局的梅麗莎·詹金斯最近表示：“我們的森林有點兒過密：如果發(fā)生野火，森林可能會被迅速點燃，我們需要做出更多的努力滅火。如果我們可以構建市場對于這些木制品的需求，林場主將更有可能以可持續(xù)的方式管理林地。”她特別強調，CLT有可能幫助降低“野火風險，并支持農村經濟發(fā)展和就業(yè)”。
▲缺少管理的林地更容易發(fā)生森林火災
市場似乎也同意這一觀點。CLT技術登陸美國還不到五年，現(xiàn)在美國大陸幾乎每個州都有CLT項目。更重要的是，與目前全部CLT都需要進口的英國不同，美國正在投資國內CLT制造。
美國在蒙大拿州和俄勒岡州設有工廠，并計劃在緬因州、猶他州、伊利諾伊州、德克薩斯州、華盛頓州、阿拉巴馬州和阿肯色州開設更多工廠。亞馬遜在明尼阿波利斯新建的“技術中心”大樓是由釘層壓木材(類似CLT，但使用釘子而不是膠水)建成的。
使用木質材料的建筑也往往更快、更容易建造，因此減少了勞動力成本、運輸燃料和現(xiàn)場能源使用。基礎設施公司Aecom的董事艾莉森·沃林(Alison Wring)證實，利用CLT，約200套公寓的住宅小區(qū)只需16周時間即可建成，而使用混凝土框架建造至少需要26周時間。
同樣，建筑師安德魯說，他最近設計的、占地16000平方米的CLT大樓，僅框架就需要1000輛水泥卡車運送。為了交付所有木材料，他們需要92次交付。
其他國家也在轉向木材建筑。為CLT工廠生產印刷機的奧地利-斯洛文尼亞公司Ledinek Engineering的銷售工程師莫妮卡·萊本尼克（Monika lebeninik）的訂單顯示，其業(yè)務可以追溯到2013年。首先是來自奧地利和斯堪的納維亞的少量訂單。但從2017年起，日本、法國、澳大利亞、拉脫維亞和加拿大突然加入了這一行列。
萊本尼克解釋稱：“CLT的年度產能從25000立方米增至50000立方米?！睌?shù)據(jù)顯示，1000立方米的正交膠合木相當于500棵樹木提供的木材。因此，加工5萬立方米CLT的工廠每年要捕獲2.5萬棵樹木吸收的碳。
CLT抗震防火耐高溫
CLT甚至還有其他優(yōu)勢，使得這種材料對日本等國特別有吸引力，因為人們發(fā)現(xiàn)它在地震測試中表現(xiàn)良好。意大利和日本的聯(lián)合研究小組建造了一座七層高的CLT大樓，并在一個“振動臺”上進行了測試。
他們發(fā)現(xiàn)，它可以承受1995年日本神戶大地震的強度，那次地震摧毀了5萬多棟建筑。安德魯稱，由于機緣巧合，“作為馬歇爾計劃的一部分，美國人在日本種了很多樹，那是60多年前的事了，現(xiàn)在這些樹正走向成熟?！?/p>
更令人感到驚奇的是，CLT在火災中也表現(xiàn)得很好。它的設計能夠承受高達270攝氏度的高溫，然后才開始炭化。而且外部的炭化作用就像一層保護層，保護其內部木材的結構密度。相比之下，在相似的溫度下，混凝土會發(fā)生剝落和裂縫，鋼材也會失去強度。
然而，并不是每個人都相信建筑的未來是CLT。當被問及木材能否取代混凝土成為我們的主要建筑材料時，倫敦帝國理工學院材料資源工程學教授克里斯·奇斯曼(Chris Cheeseman)坦率回答稱：“不會，這是不可能的。你必須認識到混凝土的大量使用，以及混凝土對基礎設施和社會的巨大重要性。鑒于其功能性和堅固性，它是一種非常好的材料?！?/p>
▲用CLT建造的建筑物比混凝土建筑建造起來要快得多
還有一個關于“生命終結”的問題。只要建筑物屹立不倒，或者在其他建筑物中被重復使用，碳就會被困在木頭里?？墒侨绻癄€或者被燃燒為能源，那么所有儲存的碳就會被釋放出來。
特許工程師、建筑可持續(xù)發(fā)展顧問道格·金(Doug King)稱：“除非我們關注木質材料在使用壽命結束時的處理，否則無法保證整個循環(huán)過程對社會產生積極的效益?！?/p>
Arup公司2014年之前的研究工作估計，半數(shù)的建筑木材最終被填埋，36%被回收，剩下的14%被用作生物質能源。盡管存在這些問題，但安德魯仍然雄心勃勃。木質建筑的平均壽命是50到60年，他認為，對于建筑師和工程師來說，這意味著他們有足夠的時間來解決再利用和回收問題。將其轉化為生物炭可能是一種解決方案。安德魯?shù)慕ㄖ子诓鹦叮┳訉O后代重復使用。
從根本上講，安德魯和越來越多的國際建筑師相信，大規(guī)模采用CLT是對抗氣候變化的一個重要武器。他說：“這不是一種時尚，英國最大的商業(yè)開發(fā)商剛剛買下了這棟樓。對我來說，這就是你想要的，我想讓CLT成為主流，每個人都應該用它來建設?！?/p>
那么，讓我們重新回到最初的問題：我們是否可以真的將木材作為主要建筑材料？安德魯認為：“這不僅符合現(xiàn)實，而且是大勢所趨?！?/p>
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