英国伦敦市中心规划中的80层木质摩天大楼

    道格拉斯冷杉（花旗松）堪称自然界的工程奇迹。只有几毫米长的死细胞组成了高达100米的树干。在狂风暴雨面前，它依旧可以岿然而立，并足以支撑自己160吨的庞大身躯。

    而要论比强度，冷杉木制成的木梁是钢筋的3.5倍。如果有足够的时间，一棵树可以吸收达自重一半的质量的碳，并化为己用。另外，冷杉木材则可以被雕刻成几乎任何形状。

    就在距离加拿大冷杉林不远的地方，一栋特殊的建筑悄然耸立。这是目前世界上最高的木制建筑，坐落于距离温哥华市中心几公里远的英属哥伦比亚大学校园内。

    建一座木高楼

    工人正在为这座18层的高楼完成最后的建造工序。这座楼四四方方，虽然其貌不扬，但这代表了建筑领域的一次飞跃：因易燃、脆弱、容易形变而退出的木材，重回建筑材料舞台。

    《科学》杂志报道称，世界各地的科学家和建筑师，正在努力将木材这一古老的建筑材料重新带入现代化城市中。而木材加工技术的革新与环保意识的增强，激励了这种理念，他们试着推动木制建筑的限高节节攀升以及木材应用范围不断扩大。

    “我们还处于初步尝试阶段，”温哥华的建筑师Michael Green说，“就目前看来，我挺享受这种类似120年前‘钢铁革命’时的感觉。”

    目前看来，温哥华的这座建筑在“世界最高木结构大楼”的宝座上坐不了多久。因为工程师们正在构思和设计高达80层的“木制摩天大楼”，那时，木质建筑就能与钢筋混凝土大厦并肩站立了。

    实验室研究让人们能窥见木材在21世纪城市中的应用潜力。科学家正在进行耐力测试，检验和更新木门、木墙、木梁、木天花板加工工艺。他们目标只有一个：让木材更安全，在跌倒的地方重新爬起来。

    2013年，Green设计的乔治王子城设计中心就是一座29米高的木质建筑，也是当时北美地区最高的现代木质建筑。之所以这个“最高”是带很多修饰词，是因为Green办公室不远处就有一座111岁的木质建筑，34米高。该建筑使用了大量冷杉木材。

    Green也承认：“我只是在努力达到几百年前的建筑水平，很难有成就感。”

    木质建筑的真正衰败起始于19世纪末，那时，人们开始建造摩天大楼。木材的缺点也被暴露无遗。木质细胞有点像海绵，在吸收和释放水分时会出现膨胀和收缩。与钢筋相比，木头脆弱、易折，形变完全无法预计，它会长蘑菇，还会燃烧。

    防火工程师及英国奥雅纳公司木建筑专家David Barber指出，在1851年和1906年的美国旧金山；1871年的芝加哥；1872年的波士顿：火焰在吞噬了无数房屋之后，也燃尽了木材作为现代大型建筑材料的最后一根稻草，并最终沦为郊区低层住宅的材料。

    然而，建造现代木质高建筑所用的多层复合板，与自然木材相去甚远。与树木粗削不同，它由不同层、纤维方向垂直的木料胶合而成。对于高建筑而言，一个重要的创新就是交叉复合木材（CLT）。

    各有利弊

    这种材料诞生于上世纪90年代的欧洲，相对于传统木料，它的强度更大，抗形变、组合使用效果更佳。CLT能在18米的跨度内保持坚挺。温哥华FPInnovations 实验室资深工程师Erol Karacabeyli提到， “CLT有点像触发器，”能让高层木质建筑一触即发。

    尽管CLT已经出现了1/4个世界，但高大的木制建筑才刚刚开始成型。美国农业部森林产品实验室建筑和火灾研究负责人Sam Zelinka指出，这也和当前环保热点及计算机技术进步密不可分。“木材代表了可持续性和绿色环保。”他说。

    树木可以固碳，吸收二氧化碳，释放氧气。然而，制作钢筋混凝土，则需要碳的燃烧，产生碳氧化物。来自新西兰坎特伯雷大学的一份报告表明，同样一座建筑，木质会比钢筋混凝土节省1/3的碳消耗。

    2014年，《可持续林业杂志》的一项调查发现，全球范围内，如果复合木板能取代钢铁，那么二氧化碳的排放将会减少15%~20%。“这很惊人。”来自耶鲁大学全球林业可持续研究所的报告主笔Chad Oliver如此评价。

    当然，质疑的声音也不少。美国伯灵顿市佛蒙特大学的William Keeton在2010年研究发现，在过去一个世纪里，在新英格兰，未开发的森林能比相同大小、被大面积开发的森林多储存了1/3的碳。他还警告说，

    目前木材和钢铁，决不能简单地一对一交换，例如，材料会影响设计，原本用钢铁能非常容易达到的设计，换成木材就可能困难得多。“木材不是万能的，”Keeton说。

    而且，木材的大量使用可能会对森林产生极大影响，Oliver 估计，将钢筋全部换成木材，可能需要消耗40%的每年生长的森林，这计划相当于目前木材砍伐量的3倍。“可能会给地球的森林系统，带来毁灭性的打击。”他说。

    木质环保革命将会到来

    但用木材盖高楼突然变成了一种竞赛。除了温哥华这幢学生宿舍外，在荷兰阿姆斯特丹，一幢21层的木制住宅楼也正在规划中，并将于2017年破土动工。今年4月，英国剑桥大学建筑师兼结构工程师Michael Ramage发布计划，称将在伦敦建造一座80层的木制摩天大楼。他预计这座高楼将在10年内建成，他正在和助手们讨论是否要在建筑中加入钢质连接器。

    当然，在北美许多地方，木头都不能通过当地的消防验收。温哥华的学生宿舍就是一个很好的例子，建造者必须要向政府申请特别豁免权。当然，他们也必须作一些额外安全措施，比如在木板层中隔入石膏层，一些建筑的内核也换成了其他材料。

    “除非这种设计最终被建筑规范允许，否则纯木建筑不可能推广开来。”来自温哥华一家咨询中心的工程师Eric Karsh说。

    实际上，与其说木制建筑现在正在被广泛接纳，倒不如说它们还处于实验阶段。目前，政府、科研机构和企业正在一丝不苟地对木质建筑进行测试，以便未来建筑规范能对其更“友好”。温哥华的木制学生宿舍表面将会布满各种位移传感器和湿度传感器，以便观察在400个学生入住以后，这座建筑是否可以经受住考验。

    与此同时，在美国加州大学圣地亚哥分校，科学家计划在2020年建造一座10层的木制建筑，并研究其防震特性。另外还有一组研究人员，正在研究木制建筑的防爆性。还有人计划模拟CLT公寓的内部燃烧情况。

    Barber还提到，对于消防工程师而言，把树枝易燃的概念，引申到巨大的木材上是没有任何根据的。巨大的木制结构，不仅承受火焰的能力不低，甚至在它真燃烧起来时，燃烧速度反而更容易判断。他指出，科学已经证明，这将有助于更好地设计逃生方案等。

    这些努力初见成效，在北美一些地方，建筑规范开始慢慢接受木质高楼。同时，一些美国建筑师个开发商则更进了一步。在耶鲁大学任教的建筑师Alan Organschi计划在纽黑文市市中心的4个街区建设6~8层不等的木质中高层楼楼群。

    “如果我们未来可以高效而稳健地建造8到10层高的木制建筑的话，就会具有深远的意义。至少，它能鼓励我们去思考如何将城市建造地更环保。”Organschi说。（张章编译）