英國倫敦市中心規劃中的80層木質摩天大樓

    道格拉斯冷杉（花旗松）堪稱自然界的工程奇跡。只有幾毫米長的死細胞組成了高達100米的樹干。在狂風暴雨面前，它依舊可以巋然而立，并足以支撐自己160噸的龐大身軀。

    而要論比強度，冷杉木制成的木梁是鋼筋的3.5倍。如果有足夠的時間，一棵樹可以吸收達自重一半的質量的碳，并化為己用。另外，冷杉木材則可以被雕刻成幾乎任何形狀。

    就在距離加拿大冷杉林不遠的地方，一棟特殊的建筑悄然聳立。這是目前世界上最高的木制建筑，坐落于距離溫哥華市中心幾公里遠的英屬哥倫比亞大學校園內。

    建一座木高樓

    工人正在為這座18層的高樓完成最后的建造工序。這座樓四四方方，雖然其貌不揚，但這代表了建筑領域的一次飛躍：因易燃、脆弱、容易形變而退出的木材，重回建筑材料舞臺。

    《科學》雜志報道稱，世界各地的科學家和建筑師，正在努力將木材這一古老的建筑材料重新帶入現代化城市中。而木材加工技術的革新與環保意識的增強，激勵了這種理念，他們試著推動木制建筑的限高節節攀升以及木材應用范圍不斷擴大。

    “我們還處于初步嘗試階段，”溫哥華的建筑師Michael Green說，“就目前看來，我挺享受這種類似120年前‘鋼鐵革命’時的感覺。”

    目前看來，溫哥華的這座建筑在“世界最高木結構大樓”的寶座上坐不了多久。因為工程師們正在構思和設計高達80層的“木制摩天大樓”，那時，木質建筑就能與鋼筋混凝土大廈并肩站立了。

    實驗室研究讓人們能窺見木材在21世紀城市中的應用潛力。科學家正在進行耐力測試，檢驗和更新木門、木墻、木梁、木天花板加工工藝。他們目標只有一個：讓木材更安全，在跌倒的地方重新爬起來。

    2013年，Green設計的喬治王子城設計中心就是一座29米高的木質建筑，也是當時北美地區最高的現代木質建筑。之所以這個“最高”是帶很多修飾詞，是因為Green辦公室不遠處就有一座111歲的木質建筑，34米高。該建筑使用了大量冷杉木材。

    Green也承認：“我只是在努力達到幾百年前的建筑水平，很難有成就感。”

    木質建筑的真正衰敗起始于19世紀末，那時，人們開始建造摩天大樓。木材的缺點也被暴露無遺。木質細胞有點像海綿，在吸收和釋放水分時會出現膨脹和收縮。與鋼筋相比，木頭脆弱、易折，形變完全無法預計，它會長蘑菇，還會燃燒。

    防火工程師及英國奧雅納公司木建筑專家David Barber指出，在1851年和1906年的美國舊金山；1871年的芝加哥；1872年的波士頓：火焰在吞噬了無數房屋之后，也燃盡了木材作為現代大型建筑材料的最后一根稻草，并最終淪為郊區低層住宅的材料。

    然而，建造現代木質高建筑所用的多層復合板，與自然木材相去甚遠。與樹木粗削不同，它由不同層、纖維方向垂直的木料膠合而成。對于高建筑而言，一個重要的創新就是交叉復合木材（CLT）。

    各有利弊

    這種材料誕生于上世紀90年代的歐洲，相對于傳統木料，它的強度更大，抗形變、組合使用效果更佳。CLT能在18米的跨度內保持堅挺。溫哥華FPInnovations 實驗室資深工程師Erol Karacabeyli提到， “CLT有點像觸發器，”能讓高層木質建筑一觸即發。

    盡管CLT已經出現了1/4個世界，但高大的木制建筑才剛剛開始成型。美國農業部森林產品實驗室建筑和火災研究負責人Sam Zelinka指出，這也和當前環保熱點及計算機技術進步密不可分。“木材代表了可持續性和綠色環保。”他說。

    樹木可以固碳，吸收二氧化碳，釋放氧氣。然而，制作鋼筋混凝土，則需要碳的燃燒，產生碳氧化物。來自新西蘭坎特伯雷大學的一份報告表明，同樣一座建筑，木質會比鋼筋混凝土節省1/3的碳消耗。

    2014年，《可持續林業雜志》的一項調查發現，全球范圍內，如果復合木板能取代鋼鐵，那么二氧化碳的排放將會減少15%~20%。“這很驚人。”來自耶魯大學全球林業可持續研究所的報告主筆Chad Oliver如此評價。

    當然，質疑的聲音也不少。美國伯靈頓市佛蒙特大學的William Keeton在2010年研究發現，在過去一個世紀里，在新英格蘭，未開發的森林能比相同大小、被大面積開發的森林多儲存了1/3的碳。他還警告說，

    目前木材和鋼鐵，決不能簡單地一對一交換，例如，材料會影響設計，原本用鋼鐵能非常容易達到的設計，換成木材就可能困難得多。“木材不是萬能的，”Keeton說。

    而且，木材的大量使用可能會對森林產生極大影響，Oliver 估計，將鋼筋全部換成木材，可能需要消耗40%的每年生長的森林，這計劃相當于目前木材砍伐量的3倍。“可能會給地球的森林系統，帶來毀滅性的打擊。”他說。

    木質環保革命將會到來

    但用木材蓋高樓突然變成了一種競賽。除了溫哥華這幢學生宿舍外，在荷蘭阿姆斯特丹，一幢21層的木制住宅樓也正在規劃中，并將于2017年破土動工。今年4月，英國劍橋大學建筑師兼結構工程師Michael Ramage發布計劃，稱將在倫敦建造一座80層的木制摩天大樓。他預計這座高樓將在10年內建成，他正在和助手們討論是否要在建筑中加入鋼質連接器。

    當然，在北美許多地方，木頭都不能通過當地的消防驗收。溫哥華的學生宿舍就是一個很好的例子，建造者必須要向政府申請特別豁免權。當然，他們也必須作一些額外安全措施，比如在木板層中隔入石膏層，一些建筑的內核也換成了其他材料。

    “除非這種設計最終被建筑規范允許，否則純木建筑不可能推廣開來。”來自溫哥華一家咨詢中心的工程師Eric Karsh說。

    實際上，與其說木制建筑現在正在被廣泛接納，倒不如說它們還處于實驗階段。目前，政府、科研機構和企業正在一絲不茍地對木質建筑進行測試，以便未來建筑規范能對其更“友好”。溫哥華的木制學生宿舍表面將會布滿各種位移傳感器和濕度傳感器，以便觀察在400個學生入住以后，這座建筑是否可以經受住考驗。

    與此同時，在美國加州大學圣地亞哥分校，科學家計劃在2020年建造一座10層的木制建筑，并研究其防震特性。另外還有一組研究人員，正在研究木制建筑的防爆性。還有人計劃模擬CLT公寓的內部燃燒情況。

    Barber還提到，對于消防工程師而言，把樹枝易燃的概念，引申到巨大的木材上是沒有任何根據的。巨大的木制結構，不僅承受火焰的能力不低，甚至在它真燃燒起來時，燃燒速度反而更容易判斷。他指出，科學已經證明，這將有助于更好地設計逃生方案等。

    這些努力初見成效，在北美一些地方，建筑規范開始慢慢接受木質高樓。同時，一些美國建筑師個開發商則更進了一步。在耶魯大學任教的建筑師Alan Organschi計劃在紐黑文市市中心的4個街區建設6~8層不等的木質中高層樓樓群。

    “如果我們未來可以高效而穩健地建造8到10層高的木制建筑的話，就會具有深遠的意義。至少，它能鼓勵我們去思考如何將城市建造地更環保。”Organschi說。（張章編譯）