重型木材在北美地區(qū)建筑中的發(fā)展機(jī)遇與前景展望

高子震 龔蒙

摘要：重型木材（Mass Timber Products）是一種新型的幅面較大的用于建筑的重型木結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，其主要特點(diǎn)是使用大幅面實(shí)木層積板材來(lái)整體構(gòu)造墻體、樓板、樓蓋和屋蓋等木結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件。該類產(chǎn)品具有輕質(zhì)高強(qiáng)、綠色環(huán)保、易于施工等優(yōu)點(diǎn)，逐漸受到人們的關(guān)注，并開始代替鋼筋混凝土建筑和鋼結(jié)構(gòu)建筑等傳統(tǒng)建筑形式。本文從產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用機(jī)遇和前景展望等幾方面，對(duì)北美重型木材產(chǎn)品進(jìn)行了介紹和分析，以期為木結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：重型木材;產(chǎn)品優(yōu)勢(shì);發(fā)展機(jī)遇;前景展望

前言

重型木材（Mass Timber Products，MTP）是一種新型的用于建筑結(jié)構(gòu)的木材產(chǎn)品，其主要特點(diǎn)是使用大幅面實(shí)木層積板材來(lái)整體構(gòu)造墻體、樓板、樓蓋和屋蓋等木結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件。根據(jù)基材之間連接方式的不同，該類產(chǎn)品分為正交膠合木（Cross Laminated Timber，CLT）、層板膠合木（Glue Laminated Timber，GLT）、層板釘合木（Nail Laminated Timber，NLT）和層板銷合木（Dowel Laminated Timber，DLT）4類，見(jiàn)圖1。經(jīng)過(guò)20多年的產(chǎn)品研發(fā)和技術(shù)革新，重型木材在歐洲已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，由于各國(guó)建筑規(guī)范的修訂，使得重型木材在高層建筑中的應(yīng)用成為了可能。由此，該類產(chǎn)品輕質(zhì)高強(qiáng)、綠色環(huán)保、易于施工等優(yōu)勢(shì)開始受到人們的關(guān)注，并開始代替鋼筋混凝土建筑和鋼結(jié)構(gòu)建筑等傳統(tǒng)建筑形式。

重型木材自引入北美以來(lái)已經(jīng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。但是受到之前木結(jié)構(gòu)建筑規(guī)范樓層的限制，只有少數(shù)企業(yè)建立了標(biāo)準(zhǔn)的大幅面板材生產(chǎn)流水線。隨著相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的更新和技術(shù)水平的提高，北美重型木材行業(yè)已經(jīng)開始進(jìn)入高速發(fā)展階段。有專家預(yù)測(cè)，在未來(lái)15—25年內(nèi)，重型木材將出現(xiàn)遠(yuǎn)高于市場(chǎng)預(yù)期的發(fā)展，木結(jié)構(gòu)建筑因其獨(dú)特的生態(tài)優(yōu)勢(shì)和固碳能力將會(huì)迎來(lái)快速發(fā)展的階段。重型木材產(chǎn)品擺脫了傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑高度的限制，使中高層木結(jié)構(gòu)建筑成為了可能，將成為木結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)新的發(fā)展方向。本文從產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用機(jī)遇和前景展望等幾方面對(duì)北美重型木材產(chǎn)品進(jìn)行了介紹和分析，以期為木結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供一些參考。

1重型木材的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

相對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)形式，重型木結(jié)構(gòu)主要有三方面優(yōu)勢(shì)， 即結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，生態(tài)優(yōu)勢(shì)及美學(xué)優(yōu)勢(shì)。這使得重型木材具有廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)市場(chǎng)專家預(yù)測(cè)，在未來(lái)5到20年里，重型木材將在北美獲得一定的市場(chǎng)份額。

1.1結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)

鑒于木材良好的可加工性，使得重型木結(jié)構(gòu)建筑非常適合工廠預(yù)制。這種現(xiàn)代化的制造生產(chǎn)方式極大地提高了CLT等重型木結(jié)構(gòu)建筑現(xiàn)場(chǎng)的施工效率，減小了施工現(xiàn)場(chǎng)粉塵和噪音等污染。根據(jù)Fast+Epp結(jié)構(gòu)工程公司的施工經(jīng)驗(yàn)，相比與傳統(tǒng)鋼筋混凝土建筑，大幅面重型木結(jié)構(gòu)建筑可以節(jié)省約25%的施工時(shí)間、90%的運(yùn)輸成本和75%的現(xiàn)場(chǎng)施工人員，參見(jiàn)圖2。對(duì)開發(fā)商們而言，減少施工時(shí)間就意味著降低成本。

另外，重型木結(jié)構(gòu)建筑還有許多隱性結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。例如，相比于傳統(tǒng)鋼筋混凝土建筑，木結(jié)構(gòu)建筑具有更高的強(qiáng)重比，這使得建筑本身的自重大大降低。因此，重型木結(jié)構(gòu)建筑對(duì)地基的要求相對(duì)較低，從而進(jìn)一步減少了施工時(shí)間，降低了施工成本。圖3對(duì)比了重型木結(jié)構(gòu)建筑與傳統(tǒng)混凝土建筑的施工時(shí)間。

1.2生態(tài)優(yōu)勢(shì)

圖4表明，與混凝土、鋼材、陶瓷、磚石等傳統(tǒng)建筑材料相比，木質(zhì)材料在減少碳排放方面具有先天的優(yōu)勢(shì)。隨著各國(guó)政府和企業(yè)越來(lái)越重視聯(lián)合國(guó)提出的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，重型木材的使用將成為各國(guó)減少二氧化碳排放，實(shí)現(xiàn)碳減排戰(zhàn)略的重要手段。樹木在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)吸收大量的二氧化碳，因此，通過(guò)砍伐使用成熟木材，并進(jìn)一步植樹造林，能夠?qū)⒋罅康奶脊潭ㄔ谀静漠a(chǎn)品中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)碳中和。

據(jù)華盛頓大學(xué)Bruce Lippke 教授預(yù)計(jì)，如果使用木質(zhì)材料代替鋼結(jié)構(gòu)，每多使用1噸的木材，就可以減少近10噸的二氧化碳排放。另外，如果使用科學(xué)的方法對(duì)森林資源進(jìn)行合理的砍伐和管理，避免森林退化和水土流失，且木結(jié)構(gòu)建筑垃圾能夠得到有效合理的回收和重復(fù)利用，那么木材生長(zhǎng)過(guò)程中從空氣中吸收的碳會(huì)在木結(jié)構(gòu)建筑中得到有效的固定和儲(chǔ)存。

1.3美學(xué)優(yōu)勢(shì)

在過(guò)去的20年里，由于奧地利、芬蘭和德國(guó)等歐洲國(guó)家的大力推廣，人們對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑的興趣得到了極大的提升。根據(jù)奧爾堡大學(xué)的Anne Bedjer教授分析，人們對(duì)于木結(jié)構(gòu)的喜愛(ài)主要體現(xiàn)在兩方面：1）在現(xiàn)代生活方式下，人們熱衷于貼近自然;2）人們對(duì)日常生活的要求正在逐步提高。木結(jié)構(gòu)的美學(xué)優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)在它能夠同時(shí)滿足人們?cè)谶@兩方面的需求。

在住宅建筑中，采用重型木材產(chǎn)品會(huì)使其建筑能夠從外觀上就與傳統(tǒng)建筑形式區(qū)分開來(lái)。另外，木材特有的暖色調(diào)，使得住宅只需要簡(jiǎn)單的裝修就極具美感，這在無(wú)形中就增加了房屋的價(jià)值。對(duì)于商用建筑而言，大型企業(yè)會(huì)因?yàn)樾枰o員工提供舒適的辦公環(huán)境或宣傳公司的環(huán)保理念而采用重型木材產(chǎn)品。例如，沃爾瑪在美國(guó)阿肯色州的新園區(qū)將采用重型木材作為主要建筑材料。

另外，重型木結(jié)構(gòu)建筑的美學(xué)優(yōu)勢(shì)也使它在公共建筑方面的應(yīng)用具有獨(dú)特的潛力。研究發(fā)現(xiàn)，在建筑中使用自然材料會(huì)對(duì)居住者的健康狀況產(chǎn)生積極影響。今年《國(guó)際木業(yè)》第3期中就有一篇關(guān)于“木結(jié)構(gòu)建筑與健康生活環(huán)境”的文章，感興趣的讀者可以參考。這些特性使得重型木材產(chǎn)品在學(xué)校、醫(yī)院等公共建筑中具有很大的應(yīng)用前景，參見(jiàn)圖5。

2重型木材的發(fā)展機(jī)遇

在未來(lái)15—25年內(nèi)，重型木材將出現(xiàn)遠(yuǎn)高于市場(chǎng)預(yù)期的發(fā)展。對(duì)于重型木材市場(chǎng)份額的增長(zhǎng)，可以通過(guò)定向刨花板（OSB）產(chǎn)品在北美的發(fā)展歷程進(jìn)行類比分析。上世紀(jì)70年代，OSB和木質(zhì)工字梁引入北美，隨后這兩個(gè)產(chǎn)品便迅速得到了應(yīng)用和推廣，并得到超過(guò)60%的市場(chǎng)份額，參見(jiàn)圖6。筆者認(rèn)為，重型木材的發(fā)展將會(huì)遵循類似的發(fā)展歷程。唯一不同的是，重型木材可以替代一部分非木質(zhì)建筑材料，從而獲得更為廣泛的應(yīng)用。

在過(guò)去的5年里，隨著重型木結(jié)構(gòu)建筑項(xiàng)目的逐年增加，重型木材行業(yè)已經(jīng)開始進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。在接下來(lái)的幾年里，由于北美建筑規(guī)范的修訂，允許重型木材在中高層建筑中的使用，以及CLT等重型木材產(chǎn)能的增加，重型木結(jié)構(gòu)建筑將迎來(lái)高速發(fā)展，參見(jiàn)圖7。

2.1住宅建筑

在住宅建筑市場(chǎng)，重型木材將主要應(yīng)用在7層以上的木結(jié)構(gòu)建筑中。這一趨勢(shì)主要是由于建筑規(guī)范的修訂更新推動(dòng)的。2019年1月，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)批準(zhǔn)了將高層木結(jié)構(gòu)建筑納入到2021年建筑規(guī)范中的建議。修改后的規(guī)范將允許18層以下的IV-A型高層木結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用到商業(yè)建筑和住宅建筑中去，參見(jiàn)表1。

根據(jù)美國(guó)CLT手冊(cè)中的介紹，輕型木結(jié)構(gòu)建筑是最經(jīng)濟(jì)的低層木結(jié)構(gòu)形式，但隨著建筑高度的增加，CLT競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)相應(yīng)增加。另外，在輕型木結(jié)構(gòu)中，CLT等重型木材也可以作為電梯井的建造材料。如果所有4—6層輕型木結(jié)構(gòu)建筑中的電梯井均采用CLT等重型木材，那么，重型木材在北美的年需求量將會(huì)增加120—250萬(wàn)m3。

在美國(guó)，聯(lián)排公寓每年的建造數(shù)量約為27.5萬(wàn)套，約占住宅建筑年建造數(shù)量的30%。而在加拿大，聯(lián)排公寓已經(jīng)成為了住宅建筑發(fā)展的新趨勢(shì)。在過(guò)去的1年里，超過(guò)75%的新住宅建筑為聯(lián)排公寓。在過(guò)去的5年里，加拿大新建造了約14萬(wàn)套聯(lián)排公寓。

2.2非住宅建筑

據(jù)筆者估計(jì)，重型木材在辦公寫字樓、學(xué)校以及醫(yī)院等非住宅建筑方面也會(huì)有廣闊的市場(chǎng)前景。由于之前工程木產(chǎn)品的局限性，這些非住宅建筑之前很少采用木結(jié)構(gòu)體系。由于重型木材及其建筑結(jié)構(gòu)體系克服了傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的局限，重型木材將在這些非住宅建筑中得到廣泛的應(yīng)用。

2.2.1商業(yè)建筑

從圖10中可見(jiàn)，在過(guò)去的10年中，美國(guó)的商業(yè)建筑市場(chǎng)以11%的年增長(zhǎng)率高速增長(zhǎng)。盡管今年受新冠疫情影響，商業(yè)建筑市場(chǎng)出現(xiàn)了一定的萎縮，但從長(zhǎng)期來(lái)看，商業(yè)建筑的市場(chǎng)規(guī)模是呈上升趨勢(shì)的。

在美國(guó)商業(yè)建筑中，辦公寫字樓所占的比例最大。由于具有施工簡(jiǎn)單、舒適環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，重型木材將成為辦公寫字樓建造的新選擇。事實(shí)上，在美國(guó)已經(jīng)有包括沃爾瑪和微軟在內(nèi)許多大型企業(yè)建成或計(jì)劃建造重型木結(jié)構(gòu)寫字樓。

除寫字樓之外，重型木材也將會(huì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)?yè)屨家徊糠止餐＼噲?chǎng)、商務(wù)酒店和零售商店等商業(yè)建筑的市場(chǎng)份額。在重型木材推廣之前，由于傳統(tǒng)木質(zhì)材料的局限性，這些建筑大多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或者鋼結(jié)構(gòu)。重型木材的出現(xiàn)打破了這些局限，使木結(jié)構(gòu)在這些領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。另外，木材獨(dú)特的天然性和舒適性會(huì)對(duì)消費(fèi)者的選擇傾向產(chǎn)生積極影響。加拿大林產(chǎn)品創(chuàng)新研究院（FPInnovations）的一項(xiàng)調(diào)查表明，80%的消費(fèi)者更傾向于去木質(zhì)結(jié)構(gòu)的店鋪中消費(fèi)。因此，越來(lái)越多的商家將重型木材作為建筑材料的第一選擇。

2.2.2公共建筑

相對(duì)于商業(yè)建筑，公共建筑的市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)基本穩(wěn)定，參見(jiàn)圖13。2019年，美國(guó)公共建筑的市場(chǎng)規(guī)模為1390億美元，比商業(yè)建筑略高。與商業(yè)建筑不同的是，學(xué)校、醫(yī)療等公共建筑大多是由政府機(jī)構(gòu)主導(dǎo)?，F(xiàn)階段，隨著各國(guó)政府越來(lái)越重視碳排放等環(huán)境問(wèn)題，在新標(biāo)準(zhǔn)完全實(shí)施后，重型木結(jié)構(gòu)建筑形式會(huì)在公共建筑中占有較高的比例。

3重型木材的前景展望

據(jù)預(yù)測(cè)，重型木材會(huì)在接下來(lái)的5年迎來(lái)高速發(fā)展期，主要基于以下3點(diǎn)原因：1）重型木材市場(chǎng)規(guī)模起點(diǎn)較低;2）建筑規(guī)范的調(diào)整有利于重型木材的應(yīng)用與推廣;3）Katerra， Structurlam， Nordic Structures，Kalesnikoff和Element等5家公司已經(jīng)開始投入到重型木材的生產(chǎn)。圖14對(duì)未來(lái)15年間CLT在北美的需求量變化趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，表明了年需求量在穩(wěn)步增長(zhǎng)。

根據(jù)圖14對(duì)CLT需求量變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)結(jié)果，針葉材板材的需求量也會(huì)相應(yīng)的增加。到2030年，北美針葉材板材的年需求量較2019年預(yù)計(jì)會(huì)增加5%左右。這在一定程度上也推動(dòng)了整個(gè)木材行業(yè)發(fā)展。

重型木材在未來(lái)幾年會(huì)迎來(lái)高速發(fā)展，對(duì)北美投資者而言，現(xiàn)在應(yīng)該是進(jìn)入該行業(yè)的大好機(jī)會(huì)。筆者認(rèn)為，最適合投資CLT等重型木材的是大型木材生產(chǎn)企業(yè)。他們具有上游木材加工產(chǎn)業(yè)能夠有效降低生產(chǎn)重型木材成本的潛力，從而使他們的產(chǎn)品更具競(jìng)爭(zhēng)力。

據(jù)相關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，CLT生產(chǎn)線的建造需要大量的投資。在北美地區(qū)，一條CLT生產(chǎn)流水線的平均建造成本為6500萬(wàn)美元。即使是小型的生產(chǎn)線也需要3000～4000萬(wàn)美元的投資，而一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的大型CLT生產(chǎn)流水線則需要9000萬(wàn)～1.3億美元的投資。就產(chǎn)能而言，其產(chǎn)能平均建造成本大約為750美元/m3。在歐洲，Stora Enso和Mayr Melnhof Holz等公司所建造的生產(chǎn)線比北美廠家更大，這意味著前期的總投資更高，但是其產(chǎn)能平均投資成本比小型生產(chǎn)線要低。另外，歐洲經(jīng)驗(yàn)表明，將重型木材生產(chǎn)企業(yè)建在鋸木廠附近能夠有效降低生產(chǎn)和運(yùn)輸成本。這樣，其產(chǎn)能平均成本能下降至650美元/m3。這也就是我們建議大型木材生產(chǎn)企業(yè)投資該行業(yè)的原因。

依據(jù)歐洲市場(chǎng)上類似產(chǎn)品的價(jià)格，預(yù)計(jì)CLT在北美的出售價(jià)格將穩(wěn)定在每立方米650—700美元的范圍內(nèi)。假設(shè)一條大型CLT生產(chǎn)線的產(chǎn)能為15萬(wàn)m3/年，其一年的銷售額約為9800萬(wàn)—1.05億美元。按照20%的毛利率計(jì)算，1年的利潤(rùn)約為2000萬(wàn)美元。按照上文中的計(jì)算，生產(chǎn)設(shè)備的產(chǎn)能平均投資成本約為650美元/m3，故其生產(chǎn)線總投資成本約為1億美元。因此，這樣一條CLT生產(chǎn)線將在5年內(nèi)收回成本。

4小結(jié)

基于其在結(jié)構(gòu)、生態(tài)和美學(xué)等方面的優(yōu)勢(shì)，重型木材在北美地區(qū)具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。隨著相關(guān)建筑規(guī)范的修改，使得重型木材在高層建筑中的應(yīng)用成為了可能。在未來(lái)5—20年里，重型木材行業(yè)將會(huì)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期，并取得一定的市場(chǎng)份額。基于其潛在市場(chǎng)規(guī)模、投資成本和預(yù)期收益等方面的分析，筆者認(rèn)為投資生產(chǎn)CLT等重型木材對(duì)北美大型木材生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)拓展集團(tuán)業(yè)務(wù)、加速公司發(fā)展的良好契機(jī)。

注：本文主要參考加拿大皇家銀行2020年度股票研究報(bào)告《重型木材 – 2025展望》。