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把森林设计成建筑

什么样的建筑类型和木材技术最适合支持社会和环境的可持续发展?

众所周知,建筑环境和混凝土行业排放的温室气体约占全球总量的40%。重新思考我们建筑的紧迫性显而易见,但改变全球的做法并非易事。向大规模木材设计过渡的趋势正逐渐得到推广,并受到人们的欢迎,但无数的挑战依然存在。

什么样的建筑类型和木材技术最适合支持社会和环境的可持续发展?全球供应链如何影响工程木材的碳成本?我们应该采用什么样的森林管理技术?

1923年,华盛顿州塔科马市申请了第一项专利,概述了将小块软木粘合在一起的概念。制造复合木材的目的是“生产一种新的制造品,适用于许多原始木材无法使用的商业用途,其特性使其优于其他现有物质”。将木材粘合在一起使复合木材比直接从原木上切割下来的传统形式的木材(如规格材或重型木材)更加坚固。

在过去的100年中,工程木材逐渐得到推广。自20世纪90年代以来,它逐渐成为环保建筑的代表。由于它可以取代地球上一些最具破坏性且无处不在的材料,工程木材有望减少城市的碳足迹。但与此同时,它也带来了一系列独特的挑战。如果要让工程木材成为应对气候变化的新方法,就必须更加仔细地考虑这些挑战。

工程木材具有非采掘性的潜力,但并非必然如此。

无论何种材料,所有建筑都具有破坏性和恢复性两种效果。建筑总是需要将物质从一个地方提取、移动和转换到另一个地方。通常情况下,这种移动会恶化一个地方的环境,改善另一个地方的生活质量。

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为了用混凝土和钢材等矿物材料建造建筑物的主体结构,地质构造被粉碎成粉尘、液化,然后重新形成人类居住的环境。这种建筑方式在短期内造福了部分人类,但如果要避免灭绝,就不能再继续下去了。

地质构造不会轻易自我更新,经过数百万年形成的矿物质数量有限。它们死气沉沉,经久耐用,这些特点使它们易于建造,不会随季节变化而变化,不会分解,可以被磨碎,倒入筒仓和卡车,可以无限期地储存。

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矿物是从充满生机的地下岩床中挖掘出来的。混凝土的组成部分——沙子、石灰、硅石、氧化铝、氧化镁、三氧化硫、碱、氧化铁和硫酸钙,都是在世界各地不同的地方开采出来的,其影响从根本上改变了生态系统。

将这些成分混合在一起后,在高温下煮成一种叫做熟料的泥浆,这一过程需要大量能源才能完成。这种能源需要燃料,燃料燃烧时会向大气排放二氧化碳和其他温室气体。工业用热,即制造混凝土和钢材等材料所需的燃料燃烧,产生的温室气体排放量相当于全球汽车排放量的两倍。

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工程木材等植物基材料与矿物基材料有一些相似之处:它们都会导致动物和植物栖息地变成人类栖息地。任何一种材料的开采都会造成危害,如果不重新种植树木,工程木材就有可能造成森林砍伐;如果移植的物种破坏了生态系统,工程木材就有可能造成破坏。

但相似之处似乎也仅止于此。树木带来了矿物所不具备的一系列复杂性和机遇。它们是有生命的,需要时间生长,并且以令人惊讶的方式生长。树木会对天气、季节和灾难性事件做出反应,它们会分解。有些树木很敏感,有些则很坚强。

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人们发现,树木之间会建立社会联系,有些森林具有人的法律地位。它们有新陈代谢,树木可以无限繁殖,树木从地球上采伐下来后,必须按照标准化的形状、尺寸和等级进行商品化处理,才能在全球范围内流通。像规格材这样的标准尝试对材料的化学状况及其可用性的可预测性水平进行核算,而这种可预测性是由人类在采掘、运输和制造过程中的努力所产生的。

2020年5月至2021年5月,在新冠疫情的第一年,木材期货价格翻了五番,消费者感到震惊。整个供应链及其参与景观都面临着生命危险,而木材的高价格也反映了这种风险。在大多数情况下,全球商品化成功地掩盖了获取材料所需的努力以及将其转化为标准化形式所冒的风险。但在危机时期,这些困难变得更加明显。一时间,消费者被要求在“这里”为“别处”的损害付出更多的代价。全球经济中由于对环境或工人的保护较少,较低的价格往往反映了较高的损害程度。

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反之,较高的价格通常意味着更多的保护。通过这种经济来补贴对环境和人类造成的损害,这就是全球变暖可以被每一个消费者延续下去的原因。疫情经济就是一个例子,说明物质价格如何能够反映出对环境和工人的保护。

联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)成立于1988年,是当今负责了解经济、生态和政策如何对地球产生破坏性或恢复性影响的国际机构。每隔六七年,IPCC就会发布一份关于人类引起的气候变化的分析报告。2022年4月,即疫情发生两年后,IPCC发布了第六次评估报告。他们发出了与之前出版物类似的警告,但提高了风险,报告称,按照目前实施的政策,不可能将升温幅度保持在1.5˚C以下。

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大卫·华莱士·韦尔斯(David Wallace-Wells)在《不适宜居住的地球:气候变暖后的生活》(The Unhabitable Earth: Life After Warming)一书中,汇集了有关海平面上升、破坏性森林火灾日益增多、粮食基础设施岌岌可危等问题的科学报告,全面阐述了每升高一度气候变暖可能带来的未来。

升温两度意味着地球冰层完全崩塌,迈阿密、达卡、上海和香港将在2100年前被淹没,4亿人失去淡水,赤道上的主要城市将无法生存,印度的热浪将是2019年的32倍,持续时间将是2019年的5倍,热死的人数将是2019年的93倍。

气温升高三度,欧洲将长期处于干旱状态。地中海地区被野火烧毁的面积将增加一倍,美国将增加六倍,从2021年的七百万英亩增加到四千两百万英亩。

如果气温升高四度,仅拉丁美洲就会增加800万例登革热病例,全球粮食短缺,与高温相关的死亡人数将增加9%。洪水造成的损失在孟加拉国将增加30倍,在印度将增加20倍,在英国将增加60倍。

气候造成的损失很可能超过600万亿美元,是目前人类财富的两倍多。这些变化可能会在我们有生之年发生,使未来几十年成为我们人类历史的焦点。

政府间气候变化专门委员会认为,需要进行“深入、快速和持续”的变革。有鉴于此,建筑工程应该减少,浪费也应该减少。但联合国预测,建筑量将以前所未有的速度继续扩大。随着世界各地人口的增长,对基础设施和改善生活环境的需求不断增加,据估计,在未来40年里,每个月都将建造相当于一级城市的建筑。建筑环境的材料和能源消耗约占全球温室气体排放量的一半。建造城市的材料来自景观,因此这两个领域都需要重新设计。

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实现这一改变的方法之一就是使用大量木材进行建造。使用不会分解或有社会关系的材料似乎比处理变化无常的木材简单得多,但从长远来看,我们对不可再生资源的依赖正在吞噬我们的地球。

在大量使用木材之前,将木材和混凝土相提并论是一件很奇怪的事情。随着时间的推移,这两种材料分别得到了磨练,应用领域也截然不同。

混凝土和规格材在建筑规范、规模经济、施工效率和地区知识的压力下得到了优化,同时也符合现代生活的审美观。木结构建筑使独户住宅成为可能,而混凝土和钢结构摩天大楼则使全世界大规模城市化成为可能。

这使得人们认为,只有混凝土和钢材才能实现城市密度,一种通过集中资源(如公共交通)减少人均二氧化碳排放量的人类居住形式。但是,如果使用高能耗材料建造城市,就会与这一目标背道而驰。工程木材将木材这种曾经用于低密度环境的材料转变为适合城市生活的材料,工程木材是第一种以植物为基础的结构材料,可以取代支撑高密度环境的一些污染最严重的材料。而且,工程木材可以在我们有生之年再生。

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人们担心砍伐树木会减少从大气中捕获的二氧化碳量,这种担心并非毫无根据,而是被误导了。简单地说,树木通常会重新生长,重新种植时,幼树也会吸收二氧化碳。

长期确保森林质量是一个更具挑战性的问题。世界上是否有足够的树木来支撑未来用大量木材建造的城市?设计森林以保持生物多样性、提供栖息地并在大型木材建筑内捕获和储存二氧化碳是可能的,但实现这一点需要努力、专业知识、协调和技术。

这也解释了为什么将森林和城市环境中的活动作为一个碳循环来衡量是至关重要的。如果不采用工程木材,继续浇筑混凝土,就会产生不必要的排放,由森林来吸收。如果采用大规模用材,森林需要吸收的排放量就会减少,同时会有更多的年轻树木来完成这项工作。

纵观历史,专业林学家和生态学家塑造和诠释了森林,以平衡栖息地、木材和恢复力的方式设计森林,但我们以前从未在有机材料制成的高耸城市中生活过,这需要新层面的合作。

当政府间气候变化专门委员会的报告指出,要想在本世纪末将全球变暖控制在1.5˚C以下的几率保持在50%,全球二氧化碳排放量必须在十年内减半,在2050年代达到净零排放,并在此后达到净负值时,继续像往常一样生活就会出现极大的问题。彻底改写城市环境的制造方式是一个机遇,也是当务之急。

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