更现代更环保 木质摩天大楼闯入未来城市

计划中的80层木质摩天大楼位于英国伦敦市中心。资料来源:公共图书馆建筑

花旗松是一个自然工程奇迹。只有几毫米的死细胞组成了高达100米的树干。面对强风和暴雨，它仍然可以直立并支撑它160吨的身躯。

就比强度而言，杉木制成的木梁是钢筋的3.5倍。如果有足够的时间，一棵树可以吸收高达其自身重量一半的碳，并将其转化为自己的用途。此外，杉木可以雕刻成几乎任何形状。

离加拿大冷杉林不远，一座特殊的建筑静静地矗立着。这是目前世界上最高的木制建筑，位于不列颠哥伦比亚大学校园内，距离温哥华市区几公里。

建造一座高大的木制建筑

工人们正在完成这座18层高楼的最终施工过程。尽管这座建筑是方形的，也很丑陋，但它代表了建筑领域的一次飞跃:由于易燃、易碎和易变形而被收回的木材又回到了建筑材料的阶段。

《科学》杂志报道，来自世界各地的科学家和建筑师正试图将木材这种古老的建筑材料带回现代城市。然而，木材加工技术的创新和环保意识的增强激发了这一想法。他们试图推动木结构建筑的高度极限不断上升，木材的应用范围不断扩大。

温哥华建筑师米歇尔·格林说:“我们仍处于试验的初始阶段。”。“现在，我很享受这种感觉，类似于120年前的“钢铁革命”

目前，温哥华建筑似乎无法长久坐在“世界最高木结构建筑”的宝座上。因为工程师们正在规划和设计80层的“木制摩天大楼”，所以木制建筑可以和钢筋混凝土建筑并列。

实验室研究使人们能够看到木材在21世纪城市应用的潜力。科学家正在进行耐久性测试，以检查和更新木门、墙壁、横梁和天花板的加工技术。他们只有一个目标:让木头变得更安全，并在倒下的地方重新站起来。

2013年，格林设计的乔治王子设计中心是一座29米高的木结构建筑，也是当时北美最高的现代木结构建筑。这个“最高的”有许多修饰词的原因是，在离格林办公室不远的地方有一座111年历史的34米高的木制建筑。这座建筑使用了大量的杉木。

格林也承认:“我只是想达到几百年前的建筑水平，很难有成就感。”

木制建筑的真正衰落始于19世纪晚期，当时人们开始建造摩天大楼。木材的缺点也暴露了出来。木质细胞有点像海绵，在吸收和释放水分时会膨胀和收缩。与钢筋相比，木材易碎且易于折叠，其变形完全不可预测。它会长出蘑菇并燃烧。

Arup的消防工程师和木材建筑专家大卫·巴伯指出，1851年和1906年在美国旧金山；1871年的芝加哥；波士顿，1872年:在大火吞噬了无数房屋后，它们也烧掉了木材，作为现代大型建筑材料的最后一根稻草，并最终成为郊区低层住宅建筑的材料。

然而，现代高层木结构建筑中使用的多层复合板远非天然木材。不同于树木的粗伐，它是由不同层次的木材用垂直纤维方向胶合而成。对于高层建筑，一个重要的创新是交叉复合木材(CLT)。

每一种都有其优点和缺点。

这种材料诞生于20世纪90年代的欧洲。与传统木材相比，它具有更强的强度、更好的抗变形性和更好的综合使用效果。CLT能在18米的跨度内保持力量。范库弗峰创新实验室的高级工程师埃尔·卡拉卡贝伊里说，“CLT有点像一个触发器”，它能让高层木质建筑爆炸。

虽然CLT已经出现在世界四分之一的地方，但是高大的木制建筑才刚刚开始成形。美国农业部森林产品实验室建设和火灾研究主任萨姆·泽林卡指出，这也与当前环境保护的热点和计算机技术的进步密切相关。"木材代表可持续发展和环境保护."他说。

树木可以固定碳，吸收二氧化碳并释放氧气。然而，制造钢筋混凝土需要燃烧碳来产生碳氧化物。来自新西兰坎特伯雷大学的一份报告显示，在同一栋建筑中，木材比钢筋混凝土节省1/3的碳消耗。

2014年，《可持续林业杂志》的一项调查发现，如果复合木板可以取代钢材，全球二氧化碳排放量将减少15%~20%。“这太神奇了。”耶鲁大学全球林业可持续发展研究所报告的主要作者查德·奥利弗如是说。

当然，也有许多质疑的声音。美国佛蒙特大学伯灵顿分校的威廉·基顿在2010年的一项研究中发现，在过去的一个世纪里，新英格兰未开发的森林储存的碳比同样大小的已被广泛开发的森林多1/3。他还警告说，

目前，木材和钢不能简单地一个接一个地交换。例如，材料会影响设计。用钢加木头来代替一个容易实现的设计可能要困难得多。“木头不是一切，”基顿说。

此外，大量使用木材可能对森林有很大的影响。奥利弗估计，用木材替代所有钢筋可能会消耗每年40%的森林生长量，相当于目前砍伐木材量的3倍。"它可能会给地球的森林系统带来毁灭性的打击。"他说。

木材环境革命即将到来

但是用木头建造高楼突然变成了一种竞争。除了温哥华的学生宿舍，荷兰阿姆斯特丹的一栋21层木质住宅楼也在规划中，将于2017年破土动工。今年4月，英国剑桥大学的建筑师和结构工程师迈克尔·拉梅奇宣布计划在伦敦建造一座80层的木制摩天大楼。他预计这座高楼将在10年内完工，他正在和助手们讨论是否要在大楼上增加钢连接件。

当然，在北美的许多地方，木材不能通过当地的防火检查。温哥华的学生宿舍就是一个很好的例子。建筑商必须向*申请特殊豁免权。当然，他们还必须采取一些额外的安全措施，如在木质层中隔离石膏层，用其他材料替换一些建筑的内芯。

"除非建筑规范最终允许这种设计，否则纯木建筑就不能推广."温哥华一家咨询中心的工程师Eric Karsh说。

事实上，木质建筑还处于实验阶段，而不是现在被广泛接受。目前，*、科研机构和企业正在对木质建筑进行细致的测试，以使未来的建筑规范对它们更加“友好”。温哥华的木制学生宿舍将被各种位移传感器和湿度传感器覆盖，以观察该建筑在400名学生搬进来后能否经受住考验。

与此同时，在加州大学圣地亚哥分校，科学家计划在2020年建造一座10层的木结构建筑，并研究其抗震性能。另一组研究人员正在研究木制建筑的防爆性能。其他人计划模拟CLT公寓的内部燃烧。

巴伯还提到，消防工程师将易燃树枝的概念延伸到巨大的木头上是没有依据的。巨大的木质结构不仅能够承受火焰，而且即使燃烧，燃烧速度也更容易判断。他指出，科学已经证明，这将有助于更好地设计逃生计划等。

这些努力开始取得成果。在北美的一些地方，建筑规范正在慢慢接受木质高楼。与此同时，一些美国建筑师和开发商更进一步。艾伦·奥加纳希是一名在耶鲁大学任教的建筑师，他计划在纽黑文市中心的四个街区建造6-8层木质中高层建筑。

“如果我们今后能够高效、稳定地建造8至10层的木结构建筑，那将具有深远的意义。至少，它可以鼓励我们思考如何建设更加环保的城市。”奥加纳希说。(张张编)

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