交叉层压木材是最先进的建筑材料

十月初一个阴天，建筑师Andrew Waugh在伦敦东区的一个不起眼的公寓楼基座旁踱步。Shoreditch在二战期间的轰炸中遭受了重创，“城市更新，多亏了德国空军，”Waugh说——随后几十年一直处于被忽视的衰败状态。然而，最近，这个社区又重新焕发了生机。首先是夜总会和科技初创公司，它们以租金低廉为诱饵，随之而来的是居民。建筑师、城市规划师和工程师也随之到来，其中许多人都会前来朝圣，拜访Waugh现在围绕着的这栋建筑。

从外面看，Waugh和他的合伙人Anthony Thistleton设计的这座九层建筑Stadthaus并没有什么特别之处。它灰白色的外墙几乎无缝地融入了伦敦阴沉的天空。Stadthaus出众之处在于其内部。地板、天花板、电梯井和楼梯间完全由木材制成，而不是钢筋和混凝土。

但不是一般的木材。这座建筑的强度和体量依赖于一种高度工程化的材料，称为交叉层压木材（CLT）。这些巨大的板材厚度可达半英尺。它们通过将相互垂直的平行木梁层堆叠在一起，然后将它们粘合在一起，从而制造出具有钢材般强度的材料。“这种结构比传统的木框架设计与预制混凝土有更多的共同点，”Thistleton说。许多工程师喜欢称之为“强化的胶合板”。

Stadthaus于2009年开业时，是当时世界上最高的现代木结构建筑。自那以后，CLT建筑如雨后春笋般涌现。Waugh Thistleton于2011年在Stadthaus附近建造了一座七层公寓楼，而在加拿大不列颠哥伦比亚省乔治王子城，一座90英尺高的木结构建筑正在建设中。2012年，Stadthaus的高度纪录被墨尔本一座名为Forté的10层公寓楼打破。

木材既是可再生资源，也是碳汇。

甚至更高的建筑也有计划。瑞典当局已批准在斯德哥尔摩建造一座34层木结构建筑，而温哥华建筑师Michael Green正在申请在其城市建造一座30层建筑。芝加哥的巨头建筑公司Skidmore, Owings & Merrill最近发布了一份可行性研究报告，旨在建造一座主要由交叉层压木材构成的42层建筑。不列颠哥伦比亚大学木结构设计与建造学教授Frank Lam说，建筑师们正在展开一场比赛，看谁能建造下一座最高的木结构高层建筑。

为何突然对木材产生兴趣？与钢材或混凝土相比，CLT（也称为结构木材）更便宜，更容易组装，而且由于木材的炭化特性，防火性更好。它也更可持续。木材像任何农作物一样是可再生的，并且是碳汇，即使在被制成木材后，它也能储存生长过程中吸收的二氧化碳。Waugh Thistleton估计，Stadthaus中的木材储存了186吨碳，而建造一座类似的传统建筑所需的钢材和混凝土在生产过程中会产生137吨二氧化碳。木材总共节省了323吨。

人口统计学家预测，36年后，全球城市人口将翻倍，这将增加对越来越高、越来越密集的城市建筑的需求。建筑师和建筑公司是用不可持续的材料（如钢材和混凝土）建造这些建筑，还是采用CLT等新材料，将对地球的健康产生巨大影响。换句话说，世界的城市未来可能就掌握在其最古老的建筑材料之中。

当大多数人想到木结构建筑时，他们会想到气球——或者更确切地说，是气球框架，这是19世纪中期引入的轻巧但坚固的住宅建筑系统，由细木梁构成（如此轻便，人们说它可能会飘走）。这种框架也被称为“芝加哥式建造”，因为芝加哥是它们首次流行的地方，建造起来既便宜又容易。但是，虽然它们足以支撑几层的住宅建筑，但气球框架在承受更大重量时会迅速弯曲。

到了19世纪末，随着城市开始向上而非仅仅向外发展，这成了一个问题。幸运的是，与此同时，工程师和建筑师们发现了如何利用钢材和混凝土建造高层建筑，这些建筑可以远高于最高的气球框架。1885年启用的芝加哥Home Insurance Building高138英尺，是第一座采用钢结构骨架的建筑，随后数千座建筑迅速跟进。

19世纪末和20世纪初，一系列可怕的城市大火席卷了巴尔的摩、芝加哥和旧金山等城市的木制房屋和公寓楼。这些灾难导致了严格的地方建筑规范，将住宅木结构建筑的高度限制在五层以下。这并没有给木材带来好运。

其余的就成了建筑史。20世纪，在世界各地的城市中兴起的摩天大楼森林几乎完全由钢材和混凝土构成。“有一段很长的时间，人们忘记了如何使用木材，”伦敦dRMM建筑公司合伙人Alex de Rijke说，该公司广泛从事结构木材设计。

然而，在过去的二十年里，建筑师和工程师们开始重新思考木材作为结构建筑材料的可能性。首先是技术本身。在20世纪90年代中期，奥地利政府资助了一个行业-学术联合研究项目，以开发更强的“工程木材”形式，以消化该国过剩的木材供应。其结果是CLT——一种轻质、极其坚固的材料，可以预制和定制切割。

CLT的简单之美在于其正交异性。普通木材在纹理方向上很强，但在横向方向上很弱。CLT的垂直层使其在两个方向上都具有强度。而且，由于它依靠小木梁层，通过使用通常会被锯木厂拒绝的形状不规则、带节疤的木材来减少浪费。

CLT的出现恰逢建筑业自身经历技术革命。过去，建筑师会手绘图纸并将其发送给工程师，工程师会将文件转换为每根木梁或钢板的规格。然后，组件会在锯木厂切割，并在现场逐件组装——这是一个昂贵、耗时且通常不精确的过程。

如今，这一切都通过计算机完成。建筑师使用3D AutoCAD软件设计建筑，程序会生成材料规格，并将其发送给机器人木材或钢材路由器，它们以毫米精度对面板进行加工。结果是一套建筑模块，一个小型的工人团队可以在几周内将其组装起来。Stadthaus的木结构部分仅用了27天，由四名工人每周工作三天完成，比同等的钢筋混凝土结构快了约30%。Waugh说，与其在现场从头开始建造，不如说这更像是组装一件家具。“说明书就像宜家一样，只是稍微直接一点，名字也更悦耳，”他说。

尽管CLT有诸多好处，但在最近之前，它一直很难推广。在2003年使用这种材料建造了一个小型艺术俱乐部后，Waugh和Thistleton花了数年时间试图说服更多客户使用它，但都失败了。“任何客户进来，我们都会提出木材方案，”Waugh说，“一小时后，木材方案往往就没了。”

这种阻力源于对木材作为建筑材料的固有看法：客户认为任何木结构都会像气球框架一样，存在结构弱点和易燃性。“我们发现这个过程有时令人沮丧，”Thistleton说。“我们发现的一件事是，人们无法区分结构木材和木框架。”

火灾当然是木结构建筑首先会想到的问题。然而，结构木材在火灾中的安全性实际上比钢材更高。厚木板的外层会炭化，从而保护内部的木材免受损坏。另一方面，金属会开始熔化。“钢材燃烧时，就像意大利面条一样，”APA——工程木材协会的技术服务总监B.J. Yeh说。

然而，开发商们正在慢慢接受，尤其是那些认识到CLT建筑经济效益的人。当全球项目管理和建筑公司Lend Lease的澳大利亚分公司开始设计墨尔本码头区10层公寓楼Forté时，他们的工程师并未考虑结构木材。“我们最初寻找的是一种能在相对糟糕的土壤条件下工作的轻质结构解决方案，”负责该公司木结构项目Andrew Nieland说。他们发现，CLT在财务上是最有意义的。“我们做了尽职调查，发现了工程木材，”Neiland说。根据Waugh Thistleton的研究，一般来说，CLT结构的成本比传统的钢筋混凝土结构低约15%。

租户们也开始接受。尽管有人担心一些人会因为住在木结构建筑中的安全问题而却步，但Forté却取得了巨大的商业成功，所有单元都已售罄。“它登上了中国的头条新闻，”Neiland说。“一位同事的母亲打来电话说：‘这是什么建筑？’”他表示，Lend Lease Australia将致力于在未来30%到50%的项目中使用CLT。

但木结构建筑转向的最大推动力是建筑师和开发商对他们行业对气候变化的贡献的日益认识。“我们的行业在对地球和人类健康的影响方面位居所有行业之首，”Waugh说。混凝土和钢材的生产和运输需要巨大的能源，每吨钢材或混凝土会产生超过一吨的二氧化碳。

另一方面，木材——即使是像CLT这样的工程木材，其切割和压制成型也需要额外的能源——对环境更为友好。根据倡导可持续木结构建筑的组织Wood for Good的数据，一吨砖的生产能耗是一吨锯木材的四倍；混凝土是五倍，钢材是24倍，铝材是126倍。木材的性能也更好：例如，它的保温性能是混凝土的五倍，是钢材的350倍。这意味着加热和冷却木结构建筑所需的能源更少。

当CLT用于建造高层建筑时，碳节约量可能非常巨大。Stadthaus中锁定的186吨碳足以抵消其20年的日常运营，这意味着在其生命的前二十年里，该建筑不是碳中和——它实际上是碳负的。Stadthaus不是产生温室气体，而是对抗它们。

虽然像Waugh Thistleton这样的公司专注于高层建筑的较低端，但其他公司正在设计高达40层或更高层的超高层建筑。最新的提案来自Skidmore, Owings & Merrill，该公司是1 World Trade Center和哈利法塔等世界最高摩天大楼背后的公司。该项目名为“Timber Tower Research Project”，将Skidmore于1966年设计的芝加哥42层Dewitt Chestnut公寓楼重新构想成一座主要由CLT建造的建筑。总的来说，拟建建筑约80%是木材，连接处使用钢材和混凝土以增加刚度。

到目前为止，这项研究仅仅是研究：一个思想实验。但像Skidmore这样的蓝筹公司拥抱高层木结构建筑，表明这项技术正从工程前沿迅速走向主流。

不太可能看到木结构建筑达到今天超级摩天大楼的高度。但这仍然留下了巨大的机会。即使在世界上最大的城市，只有少数建筑高于40层。“大量的市场都是可行的。纽约是一座高层建筑之城，但它并不那么高，”Skidmore研究的项目工程师William F. Baker说。“我们可以应对曼哈顿的大部分地区。”

这就把我们带回了Stadthaus。如果Shoreditch街角那座不起眼的建筑实际上能捕获数百吨碳，想象一下一个完全由Stadthaus组成的城市。曾经是温室气体主要来源的结构，现在反而可以从大气中清除它们。“木材是新的混凝土，”dRMM的de Rijke说。“混凝土是20世纪的材料。钢材是19世纪的材料。木材是21世纪的材料。”