推進(jìn)木質(zhì)建筑與混凝土和鋼筋建筑競(jìng)爭(zhēng)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(gè)塔式結(jié)構(gòu)的建筑被包圍在一個(gè)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(dòng)。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(gè)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(jì)中心的基地,它還是未來(lái)木建筑的孵化器,是幫助應(yīng)對(duì)全球變暖行動(dòng)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(gè)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(chǎng)組裝。UNBC通過(guò)回避能源密集型的水泥和鋼筋總計(jì)少釋放400多噸CO2,而且該建筑還鎖住了不列顛哥倫比亞樹(shù)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(kāi)始意識(shí)到其阻遏全球變暖的潛力。據(jù)美國(guó)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(guò)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(shí)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(lái),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(shuō),“它可能是對(duì)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(gè)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(shí),他們想到的不是鋼筋和混凝土。像中國(guó)山西應(yīng)縣的僧侶建造佛宮寺釋迦塔時(shí)一樣,他們對(duì)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(qiáng)度和耐久性的證據(jù)。如果按公斤計(jì)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(yù)。
實(shí)際上,如果發(fā)生火災(zāi),木材會(huì)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(huì)以可預(yù)測(cè)的速度被燒成炭,而不會(huì)像鋼筋那樣熔化,或是像混凝土那樣變得脆弱。“它實(shí)際上能夠比鋼筋更好地經(jīng)受火災(zāi),但這一事實(shí)可能要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間才會(huì)讓人們認(rèn)識(shí)到?!盪NBC木材工程項(xiàng)目主任 Guido Wimmers說(shuō)。
一些觀點(diǎn)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(xiàng)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)。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(jiān)固且質(zhì)量輕、遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)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(jí)的切割,這加快了建筑速度并減少了浪費(fèi)。
Wimmers說(shuō),這項(xiàng)技術(shù)的最初目標(biāo)是更好地利用較次一級(jí)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(kāi)始重新發(fā)明。”他說(shuō)。隨后,由于歐洲國(guó)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(jì)樓房的氣候足跡,先進(jìn)木材技術(shù)市場(chǎng)隨之?dāng)U大。Wimmers推測(cè),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(gè)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(zhǎng)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(jiǎn)單地被燃燒獲取能量,那么這些樹(shù)在此之前吸收的CO2會(huì)被直接排放到大氣中去。重新生長(zhǎng)森林最終會(huì)將CO2撥離于空氣,因此碳中立木材能源的想法只是一個(gè)時(shí)間問(wèn)題。
另一個(gè)爭(zhēng)議點(diǎn)是:一些人爭(zhēng)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(shù)木的反常動(dòng)力。但這一論斷并不適用于木質(zhì)建筑?!皳碛袑?shí)木的事實(shí)意味著再讓CO2脫離大氣層?!監(jiān)liver說(shuō)。
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(jì)算了設(shè)計(jì)中心的環(huán)境影響之后,他們對(duì)每種材料的加工和運(yùn)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?yàn)槠渲欣玫幕茉吹牟町??!爱?dāng)你比較木質(zhì)建筑和混凝土建筑時(shí),每一次木質(zhì)建筑都會(huì)獲勝?!泵髂崽K達(dá)大學(xué)退休工程師Jim Bowyer說(shuō)。
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(guó)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(zhǎng)的游戲
目前,木結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)主要集中在歐洲和北美。Bowyer說(shuō),在美國(guó),超過(guò)80%的房屋已經(jīng)是基于木材建造的。然而,該國(guó)木材產(chǎn)業(yè)目前僅采伐年森林增長(zhǎng)率的1/3,仍有潛力擴(kuò)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(guó)木材理事會(huì)召集的一個(gè)專家評(píng)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(gè)煤炭火電廠的排放。與此相對(duì),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(xiàng)報(bào)告估計(jì),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(shí)的效應(yīng),這一運(yùn)動(dòng)必須擴(kuò)展到發(fā)展中國(guó)家,那里的森林管理仍然存在挑戰(zhàn)。熱帶雨林已經(jīng)因?yàn)槟静牟煞ザ宦訆Z,并因?yàn)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)被夷為平地。澳大利亞詹姆斯·庫(kù)克大學(xué)熱帶雨林生態(tài)學(xué)家William Laurance說(shuō):“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(duì)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(qiáng)政府治理并行,推進(jìn)木質(zhì)建筑有助發(fā)展中國(guó)家建立實(shí)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(zhǎng)棲息地和森林空曠地?!八鼞?yīng)該全部進(jìn)行事先計(jì)劃并保證透明化?!監(jiān)liver說(shuō),“這有點(diǎn)像‘烏托邦’,但我們總要做夢(mèng)?!?
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(shí)會(huì)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(zhǎng)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(duì)這座建筑的壽命并不擔(dān)心。他說(shuō),如果好好維護(hù),它沒(méi)有理由不會(huì)像古代佛塔那樣持久?!拔覀冃枰屵@樣的對(duì)話在全球范圍內(nèi)展開(kāi)?!盙reen說(shuō),“這是加速推進(jìn)木質(zhì)建筑與混凝土和鋼筋建筑競(jìng)爭(zhēng)力的唯一希望,后者已經(jīng)領(lǐng)先了150年?!?
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