重型木材在北美地区建筑中的发展机遇与前景展望

高子震 龚蒙

摘要：重型木材（Mass Timber Products）是一种新型的幅面较大的用于建筑的重型木结构产品，其主要特点是使用大幅面实木层积板材来整体构造墙体、楼板、楼盖和屋盖等木结构建筑构件。该类产品具有轻质高强、绿色环保、易于施工等优点，逐渐受到人们的关注，并开始代替钢筋混凝土建筑和钢结构建筑等传统建筑形式。本文从产品优势、应用机遇和前景展望等几方面，对北美重型木材产品进行了介绍和分析，以期为木结构产业的发展提供一定的参考。

关键词：重型木材;产品优势;发展机遇;前景展望

前言

重型木材（Mass Timber Products，MTP）是一种新型的用于建筑结构的木材产品，其主要特点是使用大幅面实木层积板材来整体构造墙体、楼板、楼盖和屋盖等木结构建筑构件。根据基材之间连接方式的不同，该类产品分为正交胶合木（Cross Laminated Timber，CLT）、层板胶合木（Glue Laminated Timber，GLT）、层板钉合木（Nail Laminated Timber，NLT）和层板销合木（Dowel Laminated Timber，DLT）4类，见图1。经过20多年的产品研发和技术革新，重型木材在欧洲已经得到了广泛应用。近年来，由于各国建筑规范的修订，使得重型木材在高层建筑中的应用成为了可能。由此，该类产品轻质高强、绿色环保、易于施工等优势开始受到人们的关注，并开始代替钢筋混凝土建筑和钢结构建筑等传统建筑形式。

重型木材自引入北美以来已经得到了长足的发展。但是受到之前木结构建筑规范楼层的限制，只有少数企业建立了标准的大幅面板材生产流水线。随着相关规范标准的更新和技术水平的提高，北美重型木材行業已经开始进入高速发展阶段。有专家预测，在未来15—25年内，重型木材将出现远高于市场预期的发展，木结构建筑因其独特的生态优势和固碳能力将会迎来快速发展的阶段。重型木材产品摆脱了传统木结构建筑高度的限制，使中高层木结构建筑成为了可能，将成为木结构建筑行业新的发展方向。本文从产品优势、应用机遇和前景展望等几方面对北美重型木材产品进行了介绍和分析，以期为木结构产业的发展提供一些参考。

1重型木材的产品优势

相对于钢筋混凝土结构和传统木结构形式，重型木结构主要有三方面优势， 即结构优势，生态优势及美学优势。这使得重型木材具有广阔的应用前景。根据市场专家预测，在未来5到20年里，重型木材将在北美获得一定的市场份额。

1.1结构优势

鉴于木材良好的可加工性，使得重型木结构建筑非常适合工厂预制。这种现代化的制造生产方式极大地提高了CLT等重型木结构建筑现场的施工效率，减小了施工现场粉尘和噪音等污染。根据Fast+Epp结构工程公司的施工经验，相比与传统钢筋混凝土建筑，大幅面重型木结构建筑可以节省约25%的施工时间、90%的运输成本和75%的现场施工人员，参见图2。对开发商们而言，减少施工时间就意味着降低成本。

另外，重型木结构建筑还有许多隐性结构优势。例如，相比于传统钢筋混凝土建筑，木结构建筑具有更高的强重比，这使得建筑本身的自重大大降低。因此，重型木结构建筑对地基的要求相对较低，从而进一步减少了施工时间，降低了施工成本。图3对比了重型木结构建筑与传统混凝土建筑的施工时间。

1.2生态优势

图4表明，与混凝土、钢材、陶瓷、砖石等传统建筑材料相比，木质材料在减少碳排放方面具有先天的优势。随着各国政府和企业越来越重视联合国提出的可持续发展目标，重型木材的使用将成为各国减少二氧化碳排放，实现碳减排战略的重要手段。树木在生长过程中会吸收大量的二氧化碳，因此，通过砍伐使用成熟木材，并进一步植树造林，能够将大量的碳固定在木材产品中，进而实现碳中和。

据华盛顿大学Bruce Lippke 教授预计，如果使用木质材料代替钢结构，每多使用1吨的木材，就可以减少近10吨的二氧化碳排放。另外，如果使用科学的方法对森林资源进行合理的砍伐和管理，避免森林退化和水土流失，且木结构建筑垃圾能够得到有效合理的回收和重复利用，那么木材生长过程中从空气中吸收的碳会在木结构建筑中得到有效的固定和储存。

1.3美学优势

在过去的20年里，由于奥地利、芬兰和德国等欧洲国家的大力推广，人们对木结构建筑的兴趣得到了极大的提升。根据奥尔堡大学的Anne Bedjer教授分析，人们对于木结构的喜爱主要体现在两方面：1）在现代生活方式下，人们热衷于贴近自然;2）人们对日常生活的要求正在逐步提高。木结构的美学优势就体现在它能够同时满足人们在这两方面的需求。

在住宅建筑中，采用重型木材产品会使其建筑能够从外观上就与传统建筑形式区分开来。另外，木材特有的暖色调，使得住宅只需要简单的装修就极具美感，这在无形中就增加了房屋的价值。对于商用建筑而言，大型企业会因为需要给员工提供舒适的办公环境或宣传公司的环保理念而采用重型木材产品。例如，沃尔玛在美国阿肯色州的新园区将采用重型木材作为主要建筑材料。

另外，重型木结构建筑的美学优势也使它在公共建筑方面的应用具有独特的潜力。研究发现，在建筑中使用自然材料会对居住者的健康状况产生积极影响。今年《国际木业》第3期中就有一篇关于“木结构建筑与健康生活环境”的文章，感兴趣的读者可以参考。这些特性使得重型木材产品在学校、医院等公共建筑中具有很大的应用前景，参见图5。

2重型木材的发展机遇

在未来15—25年内，重型木材将出现远高于市场预期的发展。对于重型木材市场份额的增长，可以通过定向刨花板（OSB）产品在北美的发展历程进行类比分析。上世纪70年代，OSB和木质工字梁引入北美，随后这两个产品便迅速得到了应用和推广，并得到超过60%的市场份额，参见图6。笔者认为，重型木材的发展将会遵循类似的发展历程。唯一不同的是，重型木材可以替代一部分非木质建筑材料，从而获得更为广泛的应用。

在过去的5年里，随着重型木结构建筑项目的逐年增加，重型木材行业已经开始进入快速发展时期。在接下来的几年里，由于北美建筑规范的修订，允许重型木材在中高层建筑中的使用，以及CLT等重型木材产能的增加，重型木结构建筑将迎来高速发展，参见图7。

2.1住宅建筑

在住宅建筑市场，重型木材将主要应用在7层以上的木结构建筑中。这一趋势主要是由于建筑规范的修订更新推动的。2019年1月，国际标准委员会批准了将高层木结构建筑纳入到2021年建筑规范中的建议。修改后的规范将允许18层以下的IV-A型高层木结构建筑应用到商业建筑和住宅建筑中去，参见表1。

根据美国CLT手册中的介绍，轻型木结构建筑是最经济的低层木结构形式，但隨着建筑高度的增加，CLT竞争力会相应增加。另外，在轻型木结构中，CLT等重型木材也可以作为电梯井的建造材料。如果所有4—6层轻型木结构建筑中的电梯井均采用CLT等重型木材，那么，重型木材在北美的年需求量将会增加120—250万m3。

在美国，联排公寓每年的建造数量约为27.5万套，约占住宅建筑年建造数量的30%。而在加拿大，联排公寓已经成为了住宅建筑发展的新趋势。在过去的1年里，超过75%的新住宅建筑为联排公寓。在过去的5年里，加拿大新建造了约14万套联排公寓。

2.2非住宅建筑

据笔者估计，重型木材在办公写字楼、学校以及医院等非住宅建筑方面也会有广阔的市场前景。由于之前工程木产品的局限性，这些非住宅建筑之前很少采用木结构体系。由于重型木材及其建筑结构体系克服了传统木结构产品的局限，重型木材将在这些非住宅建筑中得到广泛的应用。

2.2.1商业建筑

从图10中可见，在过去的10年中，美国的商业建筑市场以11%的年增长率高速增长。尽管今年受新冠疫情影响，商业建筑市场出现了一定的萎缩，但从长期来看，商业建筑的市场规模是呈上升趋势的。

在美国商业建筑中，办公写字楼所占的比例最大。由于具有施工简单、舒适环保等优点，重型木材将成为办公写字楼建造的新选择。事实上，在美国已经有包括沃尔玛和微软在内许多大型企业建成或计划建造重型木结构写字楼。

除写字楼之外，重型木材也将会在不远的将来抢占一部分公共停车场、商务酒店和零售商店等商业建筑的市场份额。在重型木材推广之前，由于传统木质材料的局限性，这些建筑大多采用钢筋混凝土结构或者钢结构。重型木材的出现打破了这些局限，使木结构在这些领域的应用成为可能。另外，木材独特的天然性和舒适性会对消费者的选择倾向产生积极影响。加拿大林产品创新研究院（FPInnovations）的一项调查表明，80%的消费者更倾向于去木质结构的店铺中消费。因此，越来越多的商家将重型木材作为建筑材料的第一选择。

2.2.2公共建筑

相对于商业建筑，公共建筑的市场规模已经基本稳定，参见图13。2019年，美国公共建筑的市场规模为1390亿美元，比商业建筑略高。与商业建筑不同的是，学校、医疗等公共建筑大多是由政府机构主导。现阶段，随着各国政府越来越重视碳排放等环境问题，在新标准完全实施后，重型木结构建筑形式会在公共建筑中占有较高的比例。

3重型木材的前景展望

据预测，重型木材会在接下来的5年迎来高速发展期，主要基于以下3点原因：1）重型木材市场规模起点较低;2）建筑规范的调整有利于重型木材的应用与推广;3）Katerra， Structurlam， Nordic Structures，Kalesnikoff和Element等5家公司已经开始投入到重型木材的生产。图14对未来15年间CLT在北美的需求量变化趋势进行了预测，表明了年需求量在稳步增长。

根据图14对CLT需求量变化趋势的预测结果，针叶材板材的需求量也会相应的增加。到2030年，北美针叶材板材的年需求量较2019年预计会增加5%左右。这在一定程度上也推动了整个木材行业发展。

重型木材在未来几年会迎来高速发展，对北美投资者而言，现在应该是进入该行业的大好机会。笔者认为，最适合投资CLT等重型木材的是大型木材生产企业。他们具有上游木材加工产业能够有效降低生产重型木材成本的潜力，从而使他们的产品更具竞争力。

据相关调查发现，CLT生产线的建造需要大量的投资。在北美地区，一条CLT生产流水线的平均建造成本为6500万美元。即使是小型的生产线也需要3000～4000万美元的投资，而一个标准化的大型CLT生产流水线则需要9000万～1.3亿美元的投资。就产能而言，其产能平均建造成本大约为750美元/m3。在欧洲，Stora Enso和Mayr Melnhof Holz等公司所建造的生产线比北美厂家更大，这意味着前期的总投资更高，但是其产能平均投资成本比小型生产线要低。另外，欧洲经验表明，将重型木材生产企业建在锯木厂附近能够有效降低生产和运输成本。这样，其产能平均成本能下降至650美元/m3。这也就是我们建议大型木材生产企业投资该行业的原因。

依据欧洲市场上类似产品的价格，预计CLT在北美的出售价格将稳定在每立方米650—700美元的范围内。假设一条大型CLT生产线的产能为15万m3/年，其一年的销售额约为9800万—1.05亿美元。按照20%的毛利率计算，1年的利润约为2000万美元。按照上文中的计算，生产设备的产能平均投资成本约为650美元/m3，故其生产线总投资成本约为1亿美元。因此，这样一条CLT生产线将在5年内收回成本。

4小结

基于其在结构、生态和美学等方面的优势，重型木材在北美地区具有广阔的应用和发展前景。随着相关建筑规范的修改，使得重型木材在高层建筑中的应用成为了可能。在未来5—20年里，重型木材行业将会进入高速发展时期，并取得一定的市场份额。基于其潜在市场规模、投资成本和预期收益等方面的分析，笔者认为投资生产CLT等重型木材对北美大型木材生产企业来说是一个拓展集团业务、加速公司发展的良好契机。

注：本文主要参考加拿大皇家银行2020年度股票研究报告《重型木材 – 2025展望》。