推進(jìn)木質(zhì)建筑與混凝土和鋼筋建筑競爭力緩解地球變暖

  加拿大古老的喬治王子伐木小鎮(zhèn)上的一座大樓分外顯眼。這個塔式結(jié)構(gòu)的建筑被包圍在一個光滑的玻璃外觀之內(nèi)，它比四周大多數(shù)建筑都高一些，發(fā)出的綠樅一樣溫暖的琥珀色光芒令人心動。這座8層30米高的建筑建成于2014年，幾乎全部使用木材，是全世界最高的現(xiàn)代化木結(jié)構(gòu)建筑之一。它不僅僅是一個建筑奇跡，作為北不列顛哥倫比亞大學(xué)（UNBC）木材創(chuàng)新和設(shè)計中心的基地，它還是未來木建筑的孵化器，是幫助應(yīng)對全球變暖行動的先驅(qū)。

  這座建筑由不列顛哥倫比亞政府擁有，它并不像一間小木屋，而是更像一個多層蛋糕。它將模板粘合并疊壓在一起，在工廠中進(jìn)行精確的激光切割，然后在現(xiàn)場組裝。UNBC通過回避能源密集型的水泥和鋼筋總計少釋放400多噸CO2，而且該建筑還鎖住了不列顛哥倫比亞樹木從大氣中吸收的1100噸CO2。整體上，這足以抵消160戶人家1年的碳排量。

  木質(zhì)建筑有著古老的根源，但直到20年前，科學(xué)家、工程師和建筑師才開始意識到其阻遏全球變暖的潛力。據(jù)美國康涅狄格州紐黑文耶魯大學(xué)森林生態(tài)學(xué)家Chad Oliver的研究，通過采用可持續(xù)方式管理森林中的木材替代混凝土和鋼筋，建筑行業(yè)可以抑制31%的全球碳排量。如果時間適宜，這樣的轉(zhuǎn)變可以幫助人類將CO2從大氣中捕集出來，從而逆轉(zhuǎn)氣候變化進(jìn)程。

  “這是膠合板的奇跡。”馬薩諸塞州伍茲霍爾研究中心生態(tài)學(xué)家Christopher Schwalm說，“它可能是對全球氣候變化謎題具有重要影響的一件事?！?

  木材技術(shù)

  14個世紀(jì)前，當(dāng)日本斑鳩町的佛教僧侶建造32米高的興旺律法學(xué)習(xí)寺院時，他們想到的不是鋼筋和混凝土。像中國山西應(yīng)縣的僧侶建造佛宮寺釋迦塔時一樣，他們對木質(zhì)結(jié)構(gòu)懷有極大信心。山西應(yīng)縣木塔建于1056年，拔地而起67米，巍巍然直入云霄。

  這些木塔至今仍然屹立，它們是木質(zhì)建筑強度和耐久性的證據(jù)。如果按公斤計算，木材比鋼筋和混凝土都更牢固，而且木質(zhì)建筑通?？梢愿玫爻惺艿卣?。但在現(xiàn)代滅火策略出現(xiàn)之前，由于倫敦、紐約和芝加哥等城市發(fā)生的災(zāi)難性大火，木建筑落下了不好的聲譽。

  實際上，如果發(fā)生火災(zāi)，木材會比現(xiàn)代建筑法典中更喜歡采用的非可燃性材料更好地維持其結(jié)構(gòu)的完整性。它會以可預(yù)測的速度被燒成炭，而不會像鋼筋那樣熔化，或是像混凝土那樣變得脆弱。“它實際上能夠比鋼筋更好地經(jīng)受火災(zāi)，但這一事實可能要花費很長時間才會讓人們認(rèn)識到?！盪NBC木材工程項目主任 Guido Wimmers說。

  一些觀點認(rèn)為，現(xiàn)代意義上的木質(zhì)建筑始于20年前奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué)的一項簡單實驗。研究人員將標(biāo)準(zhǔn)的木板垂直膠合在一起，他們發(fā)現(xiàn)改變其紋理可以有效改變?nèi)魏文景宓牟煌昝篮捅∪跆?。這一結(jié)果即“交叉復(fù)合木材”——這種結(jié)構(gòu)堅固且質(zhì)量輕、遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的膠合板。它可以根據(jù)需要決定其大小，并在工廠進(jìn)行亞毫米級的切割，這加快了建筑速度并減少了浪費。

  Wimmers說，這項技術(shù)的最初目標(biāo)是更好地利用較次一級的木材產(chǎn)品?！澳举|(zhì)建筑行業(yè)正在逐漸消失，所以人們開始重新發(fā)明?！彼f。隨后，由于歐洲國家采取了更嚴(yán)格的能源效率和溫室氣體排放管理規(guī)定，迫使建筑師減少其設(shè)計樓房的氣候足跡，先進(jìn)木材技術(shù)市場隨之?dāng)U大。Wimmers推測，在歐洲民用建筑中使用的木材已經(jīng)從上世紀(jì)90年代的5%~10%增加到約25%。

  跟蹤碳足跡

  木質(zhì)建筑的一個主要吸引力是其幫助阻遏全球變暖的潛力。Oliver的研究表明，人類每年僅采伐全球森林增長的20%左右，因此可以采伐更多木材且不減少森林中鎖定的整體碳量。如此采伐的最終氣候效應(yīng)取決于其最終用途。

  如果這些碳只是簡單地被燃燒獲取能量，那么這些樹在此之前吸收的CO2會被直接排放到大氣中去。重新生長森林最終會將CO2撥離于空氣，因此碳中立木材能源的想法只是一個時間問題。

  另一個爭議點是：一些人爭論歐洲現(xiàn)有政策夸大了木材燃料的氣候效益，并釀成了砍伐樹木的反常動力。但這一論斷并不適用于木質(zhì)建筑?！皳碛袑嵞镜氖聦嵰馕吨僮孋O2脫離大氣層?！監(jiān)liver說。

  除了木材中分離的碳，木結(jié)構(gòu)還提供了進(jìn)一步的節(jié)能減排。當(dāng)研究人員計算了設(shè)計中心的環(huán)境影響之后，他們對每種材料的加工和運輸做了解釋。整體而言，木建筑的碳排量相當(dāng)于同等規(guī)模混凝土建筑的12%，這主要是因為其中利用的化石能源的差異?！爱?dāng)你比較木質(zhì)建筑和混凝土建筑時，每一次木質(zhì)建筑都會獲勝?！泵髂崽K達(dá)大學(xué)退休工程師Jim Bowyer說。

  高層木質(zhì)建筑復(fù)興已經(jīng)在路上。挪威在2015年底建造了一座52.8米的塔式大樓，創(chuàng)下世界木建筑最高紀(jì)錄。但這一紀(jì)錄在2016年9月就被溫哥華不列顛哥倫比亞大學(xué)53米的學(xué)生宿舍打破。今年，奧地利維也納84米高的HoHo木樓將創(chuàng)下新紀(jì)錄，這座大樓包括旅館、公寓和辦公室。2016年，美國首座木建筑在明尼蘇達(dá)州明尼波利斯建成，而位于波特蘭、俄勒岡和紐約的其他木結(jié)構(gòu)建筑也相繼建造。

  漫長的游戲

  目前，木結(jié)構(gòu)運動主要集中在歐洲和北美。Bowyer說，在美國，超過80%的房屋已經(jīng)是基于木材建造的。然而，該國木材產(chǎn)業(yè)目前僅采伐年森林增長率的1/3，仍有潛力擴大中高層商業(yè)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中的木建筑，而不減少森林中封存的碳量。

  Bowyer正在帶領(lǐng)弗吉尼亞州利斯堡美國木材理事會召集的一個專家評估組，該專家組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)每年可使封存在建筑中的碳量約增加1倍，從而抵消其他9個煤炭火電廠的排放。與此相對，歐洲的建筑者仍然主要依賴混凝土和鋼筋：2010年芬蘭政府的一項報告估計，每年歐洲建筑領(lǐng)域如果多使用4%的木材，將能夠避免1.5億噸碳排量，這幾乎相當(dāng)于荷蘭1年的碳排量。

  為了在全球產(chǎn)生切實的效應(yīng)，這一運動必須擴展到發(fā)展中國家，那里的森林管理仍然存在挑戰(zhàn)。熱帶雨林已經(jīng)因為木材采伐而被掠奪，并因為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)被夷為平地。澳大利亞詹姆斯·庫克大學(xué)熱帶雨林生態(tài)學(xué)家William Laurance說：“我已經(jīng)看到了所謂的木材產(chǎn)品領(lǐng)域充斥的濫用，我對假設(shè)的全面解決方案持謹(jǐn)慎態(tài)度?！?

  Oliver則認(rèn)為，如果與加強政府治理并行，推進(jìn)木質(zhì)建筑有助發(fā)展中國家建立實際上保護(hù)森林的可持續(xù)產(chǎn)業(yè)。其中的挑戰(zhàn)是確保被管理的森林擁有關(guān)鍵的全套生態(tài)系統(tǒng)功能，包括原始的生長棲息地和森林空曠地?！八鼞?yīng)該全部進(jìn)行事先計劃并保證透明化?！監(jiān)liver說，“這有點像‘烏托邦’，但我們總要做夢。”

  隨著木材建筑的成熟，它將面臨最終的挑戰(zhàn)：當(dāng)一座大樓在退役或是被拆掉時會發(fā)生什么？木材倡議者正在推進(jìn)促進(jìn)循環(huán)利用和其他碳中立選擇的長期策略，但木建筑倡議者、喬治王子鎮(zhèn)木建筑建設(shè)者之一Michael Green對這座建筑的壽命并不擔(dān)心。他說，如果好好維護(hù)，它沒有理由不會像古代佛塔那樣持久?！拔覀冃枰屵@樣的對話在全球范圍內(nèi)展開?！盙reen說，“這是加速推進(jìn)木質(zhì)建筑與混凝土和鋼筋建筑競爭力的唯一希望，后者已經(jīng)領(lǐng)先了150年?！?