重型木材在北美地區建筑中的發展機遇與前景展望

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構產品，其主要特點是使用大幅面實木層積板材來整體構造墻體、樓板、樓蓋和屋蓋等木結構建筑構件。該類產品具有輕質高強、綠色環保、易于施工等優點，逐漸受到人們的關注，并開始代替鋼筋混凝土建筑和鋼結構建筑等傳統建筑形式。本文從產品優勢、應用機遇和前景展望等幾方面，對北美重型木材產品進行了介紹和分析，以期為木結構產業的發展提供一定的參考。

關鍵詞：重型木材;產品優勢;發展機遇;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構的木材產品，其主要特點是使用大幅面實木層積板材來整體構造墻體、樓板、樓蓋和屋蓋等木結構建筑構件。根據基材之間連接方式的不同，該類產品分為正交膠合木（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，見圖1。經過20多年的產品研發和技術革新，重型木材在歐洲已經得到了廣泛應用。近年來，由于各國建筑規范的修訂，使得重型木材在高層建筑中的應用成為了可能。由此，該類產品輕質高強、綠色環保、易于施工等優勢開始受到人們的關注，并開始代替鋼筋混凝土建筑和鋼結構建筑等傳統建筑形式。

重型木材自引入北美以來已經得到了長足的發展。但是受到之前木結構建筑規范樓層的限制，只有少數企業建立了標準的大幅面板材生產流水線。隨著相關規范標準的更新和技術水平的提高，北美重型木材行業已經開始進入高速發展階段。有專家預測，在未來15—25年內，重型木材將出現遠高于市場預期的發展，木結構建筑因其獨特的生態優勢和固碳能力將會迎來快速發展的階段。重型木材產品擺脫了傳統木結構建筑高度的限制，使中高層木結構建筑成為了可能，將成為木結構建筑行業新的發展方向。本文從產品優勢、應用機遇和前景展望等幾方面對北美重型木材產品進行了介紹和分析，以期為木結構產業的發展提供一些參考。

1重型木材的產品優勢

相對于鋼筋混凝土結構和傳統木結構形式，重型木結構主要有三方面優勢， 即結構優勢，生態優勢及美學優勢。這使得重型木材具有廣闊的應用前景。根據市場專家預測，在未來5到20年里，重型木材將在北美獲得一定的市場份額。

1.1結構優勢

鑒于木材良好的可加工性，使得重型木結構建筑非常適合工廠預制。這種現代化的制造生產方式極大地提高了CLT等重型木結構建筑現場的施工效率，減小了施工現場粉塵和噪音等污染。根據Fast+Epp結構工程公司的施工經驗，相比與傳統鋼筋混凝土建筑，大幅面重型木結構建筑可以節省約25%的施工時間、90%的運輸成本和75%的現場施工人員，參見圖2。對開發商們而言，減少施工時間就意味著降低成本。

另外，重型木結構建筑還有許多隱性結構優勢。例如，相比于傳統鋼筋混凝土建筑，木結構建筑具有更高的強重比，這使得建筑本身的自重大大降低。因此，重型木結構建筑對地基的要求相對較低，從而進一步減少了施工時間，降低了施工成本。圖3對比了重型木結構建筑與傳統混凝土建筑的施工時間。

1.2生態優勢

圖4表明，與混凝土、鋼材、陶瓷、磚石等傳統建筑材料相比，木質材料在減少碳排放方面具有先天的優勢。隨著各國政府和企業越來越重視聯合國提出的可持續發展目標，重型木材的使用將成為各國減少二氧化碳排放，實現碳減排戰略的重要手段。樹木在生長過程中會吸收大量的二氧化碳，因此，通過砍伐使用成熟木材，并進一步植樹造林，能夠將大量的碳固定在木材產品中，進而實現碳中和。

據華盛頓大學Bruce Lippke 教授預計，如果使用木質材料代替鋼結構，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，如果使用科學的方法對森林資源進行合理的砍伐和管理，避免森林退化和水土流失，且木結構建筑垃圾能夠得到有效合理的回收和重復利用，那么木材生長過程中從空氣中吸收的碳會在木結構建筑中得到有效的固定和儲存。

1.3美學優勢

在過去的20年里，由于奧地利、芬蘭和德國等歐洲國家的大力推廣，人們對木結構建筑的興趣得到了極大的提升。根據奧爾堡大學的Anne Bedjer教授分析，人們對于木結構的喜愛主要體現在兩方面：1）在現代生活方式下，人們熱衷于貼近自然;2）人們對日常生活的要求正在逐步提高。木結構的美學優勢就體現在它能夠同時滿足人們在這兩方面的需求。

在住宅建筑中，采用重型木材產品會使其建筑能夠從外觀上就與傳統建筑形式區分開來。另外，木材特有的暖色調，使得住宅只需要簡單的裝修就極具美感，這在無形中就增加了房屋的價值。對于商用建筑而言，大型企業會因為需要給員工提供舒適的辦公環境或宣傳公司的環保理念而采用重型木材產品。例如，沃爾瑪在美國阿肯色州的新園區將采用重型木材作為主要建筑材料。

另外，重型木結構建筑的美學優勢也使它在公共建筑方面的應用具有獨特的潛力。研究發現，在建筑中使用自然材料會對居住者的健康狀況產生積極影響。今年《國際木業》第3期中就有一篇關于“木結構建筑與健康生活環境”的文章，感興趣的讀者可以參考。這些特性使得重型木材產品在學校、醫院等公共建筑中具有很大的應用前景，參見圖5。

2重型木材的發展機遇

在未來15—25年內，重型木材將出現遠高于市場預期的發展。對于重型木材市場份額的增長，可以通過定向刨花板（OSB）產品在北美的發展歷程進行類比分析。上世紀70年代，OSB和木質工字梁引入北美，隨后這兩個產品便迅速得到了應用和推廣，并得到超過60%的市場份額，參見圖6。筆者認為，重型木材的發展將會遵循類似的發展歷程。唯一不同的是，重型木材可以替代一部分非木質建筑材料，從而獲得更為廣泛的應用。

在過去的5年里，隨著重型木結構建筑項目的逐年增加，重型木材行業已經開始進入快速發展時期。在接下來的幾年里，由于北美建筑規范的修訂，允許重型木材在中高層建筑中的使用，以及CLT等重型木材產能的增加，重型木結構建筑將迎來高速發展，參見圖7。

2.1住宅建筑

在住宅建筑市場，重型木材將主要應用在7層以上的木結構建筑中。這一趨勢主要是由于建筑規范的修訂更新推動的。2019年1月，國際標準委員會批準了將高層木結構建筑納入到2021年建筑規范中的建議。修改后的規范將允許18層以下的IV-A型高層木結構建筑應用到商業建筑和住宅建筑中去，參見表1。

根據美國CLT手冊中的介紹，輕型木結構建筑是最經濟的低層木結構形式，但隨著建筑高度的增加，CLT競爭力會相應增加。另外，在輕型木結構中，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層輕型木結構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增加120—250萬m3。

在美國，聯排公寓每年的建造數量約為27.5萬套，約占住宅建筑年建造數量的30%。而在加拿大，聯排公寓已經成為了住宅建筑發展的新趨勢。在過去的1年里，超過75%的新住宅建筑為聯排公寓。在過去的5年里，加拿大新建造了約14萬套聯排公寓。

2.2非住宅建筑

據筆者估計，重型木材在辦公寫字樓、學校以及醫院等非住宅建筑方面也會有廣闊的市場前景。由于之前工程木產品的局限性，這些非住宅建筑之前很少采用木結構體系。由于重型木材及其建筑結構體系克服了傳統木結構產品的局限，重型木材將在這些非住宅建筑中得到廣泛的應用。

2.2.1商業建筑

從圖10中可見，在過去的10年中，美國的商業建筑市場以11%的年增長率高速增長。盡管今年受新冠疫情影響，商業建筑市場出現了一定的萎縮，但從長期來看，商業建筑的市場規模是呈上升趨勢的。

在美國商業建筑中，辦公寫字樓所占的比例最大。由于具有施工簡單、舒適環保等優點，重型木材將成為辦公寫字樓建造的新選擇。事實上，在美國已經有包括沃爾瑪和微軟在內許多大型企業建成或計劃建造重型木結構寫字樓。

除寫字樓之外，重型木材也將會在不遠的將來搶占一部分公共停車場、商務酒店和零售商店等商業建筑的市場份額。在重型木材推廣之前，由于傳統木質材料的局限性，這些建筑大多采用鋼筋混凝土結構或者鋼結構。重型木材的出現打破了這些局限，使木結構在這些領域的應用成為可能。另外，木材獨特的天然性和舒適性會對消費者的選擇傾向產生積極影響。加拿大林產品創新研究院（FPInnovations）的一項調查表明，80%的消費者更傾向于去木質結構的店鋪中消費。因此，越來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

相對于商業建筑，公共建筑的市場規模已經基本穩定，參見圖13。2019年，美國公共建筑的市場規模為1390億美元，比商業建筑略高。與商業建筑不同的是，學校、醫療等公共建筑大多是由政府機構主導?，F階段，隨著各國政府越來越重視碳排放等環境問題，在新標準完全實施后，重型木結構建筑形式會在公共建筑中占有較高的比例。

3重型木材的前景展望

據預測，重型木材會在接下來的5年迎來高速發展期，主要基于以下3點原因：1）重型木材市場規模起點較低;2）建筑規范的調整有利于重型木材的應用與推廣;3）Katerra， Structurlam， Nordic Structures，Kalesnikoff和Element等5家公司已經開始投入到重型木材的生產。圖14對未來15年間CLT在北美的需求量變化趨勢進行了預測，表明了年需求量在穩步增長。

根據圖14對CLT需求量變化趨勢的預測結果，針葉材板材的需求量也會相應的增加。到2030年，北美針葉材板材的年需求量較2019年預計會增加5%左右。這在一定程度上也推動了整個木材行業發展。

重型木材在未來幾年會迎來高速發展，對北美投資者而言，現在應該是進入該行業的大好機會。筆者認為，最適合投資CLT等重型木材的是大型木材生產企業。他們具有上游木材加工產業能夠有效降低生產重型木材成本的潛力，從而使他們的產品更具競爭力。

據相關調查發現，CLT生產線的建造需要大量的投資。在北美地區，一條CLT生產流水線的平均建造成本為6500萬美元。即使是小型的生產線也需要3000～4000萬美元的投資，而一個標準化的大型CLT生產流水線則需要9000萬～1.3億美元的投資。就產能而言，其產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線比北美廠家更大，這意味著前期的總投資更高，但是其產能平均投資成本比小型生產線要低。另外，歐洲經驗表明，將重型木材生產企業建在鋸木廠附近能夠有效降低生產和運輸成本。這樣，其產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企業投資該行業的原因。

依據歐洲市場上類似產品的價格，預計CLT在北美的出售價格將穩定在每立方米650—700美元的范圍內。假設一條大型CLT生產線的產能為15萬m3/年，其一年的銷售額約為9800萬—1.05億美元。按照20%的毛利率計算，1年的利潤約為2000萬美元。按照上文中的計算，生產設備的產能平均投資成本約為650美元/m3，故其生產線總投資成本約為1億美元。因此，這樣一條CLT生產線將在5年內收回成本。

4小結

基于其在結構、生態和美學等方面的優勢，重型木材在北美地區具有廣闊的應用和發展前景。隨著相關建筑規范的修改，使得重型木材在高層建筑中的應用成為了可能。在未來5—20年里，重型木材行業將會進入高速發展時期，并取得一定的市場份額?；谄錆撛谑袌鲆幠?、投資成本和預期收益等方面的分析，筆者認為投資生產CLT等重型木材對北美大型木材生產企業來說是一個拓展集團業務、加速公司發展的良好契機。

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