現代木結構建筑的減排潛力
現代木結構產業化發展已30多年,質量水平和施工能力都有了很大提升。近5年木結構建筑總施工面積已經接近1500萬平方米,其中2023年建造量未達到前5年的平均值。雖然與鋼混、輕鋼結構建筑施工面積相差很大,但是其應用領域在不斷地拓展,亮點頻出,有些達到了世界級水平,大有未來木結構看中國之勢。比如,在學校建筑方面,有成都青白江小學、都江堰向峨小學等
案例;在橋梁方面,有濱州飛虹橋、胥江景觀橋等
案例;在城市展廳方面,有海口市民游客中心、曹妃甸國際生態城、弘陽都江府建筑藝術館、云山藝術館等案例;在寺廟建筑方面,有杭州香積寺、柳州開元寺、上海法華學問寺等案例;在酒店賓館方面,有天津悅海酒店、寧夏寶豐酒店等案例;在游樂設施方面,有天津歡樂谷、蕪湖方特歡樂世界等案例;在社區服務中心方面,有重慶龍湖長灘原麓社區中心、鄢陵建業君鄰大院時光館等案例;在公寓和辦公多高層方面,有寶源木業公寓樓、鼎馳辦公樓等案例;在交通樞紐方面,有嘉興銀杏天鵝湖第二車站等案例;在大跨度建筑方面,有成都農博園、太原植物園等案例;在體育場館方面,有上海崇明島游泳館、貴州榕江游泳館等案例;在鄉村建設、文旅項目等方面,有稻城亞丁村藍月山谷、崇州道明竹里、麗江美林水城等案例。
雙碳和存量背景下,未來建筑業發展的主要方向將是
綠色建筑增量和城市更新。木結構建筑在低層、多高層建筑中應用前景廣闊。木結構建筑作為一個碳儲存庫,在城市中的每一棟木結構建筑就是一棵“樹木”,成片木結構的社區就是城市中的一片“樹林”,一座木結構之城就是一大片“森林”。建造木結構建筑,不僅可以減少對礦石資源的過度開采,減少對生態環境的破壞,還可以提高建筑業的減排能力,增加木材產品的儲碳周期。
以一年建造2000萬平方米木結構建筑用于低能耗綠色建筑和城市更新目標為例。按照每平方米建筑0.3—0.5立方米用材量,這個建筑量大約需要600萬—1000萬立方米木材產品(不足2022年我國木材產量的1/10)。使用同樣面積的鋼混結構建筑,按多層框架結構計,當前平均耗材量(每平方米建筑用鋼量約30千克、水泥量約180千克),2000萬平方米鋼混建筑用鋼量60萬噸、水泥量360萬噸。相對來說,木結構建筑用金屬連接件數量較少,材料運輸產生的碳排放較小,都暫不作涵蓋。通過使用木結構建筑的建造策略,生產階段可以節約排放150—200萬噸二氧化碳。現代木結構建筑主墻體傳熱系數一般在0.2—1.0瓦/平方米·度,視墻體構造而異。對于普通鋼混結構建筑,假設在同等的窗墻面積比和圍護結構厚度情況下,同時在保障結構安全前提下允許盡可能增大保溫層厚度,再考慮冷熱橋效應,它墻體的傳熱系數與木結構墻體相比至少相差1—2倍。按照這種方式使用,保守估計在運行階段(50年)節約排放600—1000噸二氧化碳。全生命周期內2000萬平方米木結構建筑將至少減少排放750萬—1200萬噸二氧化碳,這是實實在在的減排效果。此外,這些木材產品至少可固定600萬—1000萬噸二氧化碳30年以上。這些減排和固定的二氧化碳量,大致相當于50萬畝以上森林生長50年吸收的二氧化碳量。
以木減鋼、以木減砼的林業方案
世界各國正努力促進木材在建筑中的應用,引導建筑朝著氣候友好、可持續發展和
碳中和的方向發展。日本2010年推出了《公共建筑等木材利用促進法》,鼓勵國家和地方在公共建筑中使用木結構,截至2020年日本木結構住宅已占住宅存量面積的67%左右;芬蘭到2025年之前公共建筑使用木結構建筑的比例達到45%,2020年芬蘭木結構市場份額已占28%;法國到2030年之前使用生物來源材料(以木材為主)的重大翻新或新建公共建筑項目比例至少達到25%,后又提議提高至50%;瑞典2023年起要求新建筑需提供整個生命周期隱含碳才可獲得建筑規劃許可,并將于2027年開始實施建筑隱含碳限值。
我國已經開始重視了這一發展領域,2021年國家林草局和發改委發布了《“十四五”林業草原保護發展規劃綱要》,明確指出要培育木竹結構建筑和木竹建材新興產業。國務院印發的《2030年前碳達峰行動方案的通知》強調,工業領域碳達峰需要優化產業結構,推動建材行業碳達峰,加強木竹建材等低碳建材產品研發應用。隨著我國雙碳戰略目標的出臺,以及在生態文明和綠色發展理念指導下,我國應充分發揮木結構建筑在節能降碳、節約資源、構建綠色生態人居環境等方面的重要作用,為建設低碳社會和人民的安居生活貢獻力量,以彰顯切實關注人民群眾的幸福感和獲得感的時代價值。
建議國家層面制訂我國結構材2025—2045年發展規劃,可按兩個階段分步實施。第一階段,建立以進口針葉材和國產結構用人造板為主的結構材原料供應體系。進口針葉材要保證600萬立方米進口量不降低,主要為俄羅斯樟子松,北美洲花旗松、云杉等,歐洲云杉、赤松等,以及澳洲輻射松,結合國內供應不斷優化進口材結構布局,倡導進口來自森林可持續經營的國家或地區。重點提高國產制造膠合結構材的裝備和工藝水平,產出質量穩定的結構材產品。目前,國產結構用人造板完全可以自給自足,比如桉木膠合板、楊木膠合板以及定向刨花板。SIP保溫板性能和產量也可滿足產業需求。第二階段,建立國產材為主、進口材為輔的結構材原料供應體系。各省對成熟林(包括過熟林)進行區域與整體性評估,針對生長量和覆蓋率等關鍵指標提出不降低森林蓄積量的更新規劃。第一期,針對落葉松、杉木制定“4050”采伐政策(即徑級40以上、樹齡50年以上),采伐強度結合森林經營計劃來確定,科學提出采伐指標、空間范圍以及補植計劃,在此基礎上不斷優化提出結構材目標樹森林經營理念和方法,形成300萬—400萬立方米的供應量;第二期,逐步調整采伐政策,擴大供應量,同時樹種擴增到更大范圍,比如馬尾松、云杉等,在此過程中還可以逐步探索研究森林結構、采伐等經營方式與森林防火、松材線蟲病等林業重大災害發生的關系難題。
林草領域內,在全國自然保護地特別是森林公園建設中,對于科學觀測站、管護房以及游客中心等基礎設施,提出木材使用最低限指標要求,最大化使用木材及木結構建筑,減少鋼筋、水泥等建筑材料的使用。制定林地資源利用的激勵政策,對于不在當年采伐范圍的林地,通過人工清理的方式把林下廢棄的樹枝、草葉等易燃物進行集中收置。在附近村鎮進行
試點,以枝丫材、間伐材、樹葉樹皮和秸稈等各類生物質材料為生產原材料,制造生態建材,應用于生態修復、園林道路、景觀等領域,實現保護地木材“不出地”的自產自用。生態建材制造裝備要偏向小型化、移動化、智能化,適宜村鎮推廣應用。對于自然保護地內部和周邊的村莊,按照合理規劃,保存地方傳統特色,結合鄉村振興,進行木結構建筑新建、復建或翻建等更新措施,建設可循環利用村莊
試點示范。
林草領域外,與住建部門合作,出臺木結構建筑專項發展規劃,具體到推廣領域、范圍及面積等,借鑒國際經驗制定低層、中小型公共建筑等適合場景和環境木材利用促進法案,推出從林到“林”計劃,讓從森林來的木材,再一次以建筑形式矗立在城市之中。在城市更新中特別是政府投資設施工程和建筑項目,特別是小建筑、大跨度單層建筑、低層或多層建筑的開放性空間,以及多層建筑的非結構性室內空間,可以優先使用木結構及組合/混合結構建筑,計入地區固
碳減排總量。引導當地打造木結構社區、木結構之城。通過上述政策措施,力爭在2030年碳達峰前現代木結構建筑年施工面積突破2000萬平方米,在2030—2045年年施工面積在此基礎上每年增長10%,達到5000萬平方米,形成木結構良性生態市場環境。2045年以后至碳中和前應繼續保持穩定增長,逐步形成中國特色建筑可持續發展格局。(周海賓)
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