转向低碳的木构高层建筑

本文刊载于《三联生活周刊》2020年第32期，原文标题《转向低碳的木构高层建筑》，严禁私自转载，侵权必究工程木材技术的发展释放出新的可能性，用木结构造高层建筑正在成为一种明显的趋势。
文/钟和晏图片版权/ (c)White Arkitekter为了欣赏海湾美景，瑞典南部小镇卡尔瑟姆的公共浴场被设计成对称的结构海星形状的海边泳池依山傍海的挪威卑尔根是一座水的城市，它常年多雨，有“雨城”之称，四周被七座高山环绕，又是通往峡湾的繁华港口，朦胧的雨雾、清澈的溪流、深蓝色的峡湾以及等待的大海，各种形式的水一年四季充溢着整座城市。
在卑尔根与水连绵不绝的故事中，最近，瑞典White Arkitekter建筑事务所又为它增加了新的章节——沿着北海入口Lungeg?rdsvann海湾大约1.5公里长的海滩公园，里面还有海星形状的海水泳池，预计在2023年之前完成。
卑尔根是挪威第二大城市，与芬兰赫尔辛基、俄罗斯圣彼得堡、阿拉斯加安克雷奇处于同一纬度上，由于海流加热的效应，海水并不是那么冰冷刺骨。
作为滨水区扩展计划的一部分，卑尔根市政府希望建造一个具有吸引力和包容性的公共空间，成为百年来这座城市最好的公园。
考虑到卑尔根天然海岸的地理条件，White Arkitekter设计了一条1500米长的海堤，来增强气候与环境的适应性。
事务所的首席建筑师尼尔斯·德布鲁因（Niels de Bruin）说：“就像中世纪的建筑师一样，我们把一堵墙作为公园的边界。
墙与海之间是郁郁葱葱的丘陵、草地和湿地，成为卑尔根市民体验水的场所。
”无论夏季还是冬季，斯堪的纳维亚人都喜欢桑拿浴，桑拿浴之后再落入湖泊或峡湾畅游，这种冷热交替的经历是生活乐趣之一。
过去几年，White Arkitekter在北欧完成过数个特殊的水边建筑，比如哥本哈根郊外的卡斯特鲁普（Kastrup）海水浴场：灰绿色的厄勒海上，一个椭圆形的木构建筑从左向右渐次抬升，直到最末端5米高的跳水台。
卡尔瑟姆公共浴场的中心是带露台的公共休息室圆形平台与一条木制桥墩相连，环圆形状也是出于避风的考虑。
如果从海滩一侧看去，它的轮廓会随着视点的移动而变化。
浴场是向所有人持久开放的公共设施，总共提供了870平方米的木制甲板。
一连串休憩长椅排列在围墙内侧，漫长的淡季和夜间还有照明确保游客的安全。
瑞典南部沿海小镇卡尔瑟姆（Karlshamn）也一样，虽然有海上沐浴的悠久传统，唯一缺少的是公共浴场。
2015年，市政府与当地赞助商邀请White Arkitekter为他们实现多年的愿望：一个可以全年享受海水浴的公共平台。
卡尔巴德胡斯（Kallbadhus）直译为“冷浴房”，为了最大限度地欣赏海湾美景，项目建筑师斯文·古斯塔夫森（Sven Gustafsson）把它设计成逐渐展开的折线形结构，细长的木柱支撑起一连串带尖角的对称体量，高出海平面三米，有点像偶然落在海边的不明飞行物。
卑尔根海滩公园中，三个漂浮结构的海水泳池组合出海星的形状冷浴房的对称结构中，中间是带露台的公共休息室，左右两侧分别是男女桑拿房，有楼梯延伸至冰冷的海水中。
这样，无论站在桑拿浴室、休息室还是日光浴平台上，海域群岛的苍茫景观都一览无余。
一座胶合木小桥把游客从海滩送往冷浴房入口，大门也是左右对称的样式，可以完全打开，也可以只开一条细缝。
卑尔根海滩公园的布局中，从城市、自然再到水中和水下生活，White Arkitekter以渐进手法把它分为不同区域：离城市最近的“城市海滩”，主要用于休闲和聚会，接着是一系列岛屿、桥梁和沐浴码头组成的体育活动场所，里面有三个漂浮的几何形海水池。
池边围绕着一些高耸的三角形体块，里面容纳桑拿浴室、野餐区和皮划艇租赁等设施。
德布鲁因说：“这些三角形体块模仿了周围群山的轮廓，另外，三角形的重心低，体积既简练又实用，尤其适合用于漂浮结构。
”三个海水池相互连通，组合出特别的海星形式。
需要的时候，海水池周围的浮桥也可以用作表演舞台，这样，海滩和附近的广场就变成了观众的看台。
为了改善地区水质，White Arkitekter还开发了一个自然水净化系统，提高水下环境中的生物多样性。
哥本哈根郊外的卡斯特鲁普海水浴场是一个椭圆形的木构建筑，环圆形状也是出于避风的考虑而设计世界最高的木构大厦虽然地点与规模不同，这三个海边浴场都是可以承受各种天气条件的零碳木构建筑。
White Arkitekter总部位于哥德堡，有900多名员工，每年把年营业额的10%指定用于它的研究实验室，希望建造对环境有积极影响的建筑，不仅仅保持中立，还要对生态系统有所贡献。
截至2019年末，White Arkitekter已经完成了30多个类似碳足迹为零的项目。
今年年初，它的首席执行官亚历山德拉·哈根（Alexandra Hagen）承诺，到2030年，事务所设计的每座建筑物都将实现碳中和。
“我们的目标是在每座建筑物的整个生命周期中，让材料和能源的二氧化碳排放量降至最低，使排放量与气候举措保持平衡。
”建筑业占全球总碳排放量的40%，用于产品和建筑的材料是主要原因。
从减少碳排放来说，木材可能是唯一能够真正起作用的材料，如果采用可持续的固碳方式，还能实现零碳和负碳。
所以，每次White Arkitekter开始新项目时，第一个问题总是：“我们可以用木头来建造吗？”瑞典本来就有“红房子、白窗框”木屋的居住传统，室内环境自然又舒适。
过去，瑞典不允许使用木材建造高于两层的楼房，禁令被解除之后，出现了木建筑的复兴与增长。
目前瑞典约有14%的木制住宅，未来几年，估计木建筑将占建造总数的25%。
它的常见反对意见来自火灾危险、噪音和潮湿等，然而，新的施工技术已经可以将这些不利因素降至最低。
瑞典北部谢莱夫特奥市的萨拉文化中心总高度76米，预计2021年建成之后，将成为世界上最高的木构建筑用木结构建造高层建筑也是一种明显的趋势，没有其他材料可以提供相似的强度、耐用性和轻量组合。
White Arkitekter曾经用一座木构塔楼，赢得了瑞典北部谢莱夫特奥市（Skellefte?）萨拉文化中心的国际竞赛。
总面积2.5万平方米、总高度76米，预计2021年文化中心建成之后，将成为世界上最高的木构建筑之一。
White Arkitekter的方案名为“并置”，大厦的最初三层同时容纳地区剧院、博物馆、画廊、城市图书馆等多种文化设施，上方有16层用作酒店。
木结构不仅能承受谢莱夫特奥市的恶劣天气，还能保持高能效。
谢莱夫特奥地区有着丰富的木结构建筑历史，工程木材技术的发展又释放出新的可能性。
胶合层压板是将不同木材层黏合在一起的一种坚固工程木材，项目主建筑师罗伯特·施密茨（Robert Schmitz）与结构工程师弗洛里安·科舍（Florian Kosche）合作，开发了两种使用胶合层压板（GLT）的混合结构系统，分别用于低层的文化设施和高层酒店。
低层文化设施部分，开放式大厅上方的桁架混合胶合层压板和钢材，21米长的木横梁跨越整个空间而无需支撑柱，垂直于横梁的木柱被钢桁架网格加固。
酒店部分采用了混凝土板加固的预制木材模块，能够重新分配高层建筑的负荷，增强结构稳定性，并改善地板之间的声学效果。
开放式布局结合包裹外立面的通透玻璃幕墙，让城市美景一览无余，而且向街上的行人揭示出文化中心内部的壮观木结构。
与胶合层压板相比，支撑强度更大的工程木材是正交胶合木（CLT/Cross-laminated Timber)，它是由云杉等木材胶粘的多层板材，每层相邻的木板相互垂直，可以用于墙壁、屋顶、天花板等，以及用作建筑物的支撑与围护结构。
从20世纪90年代开始，CLT技术最早在德国和奥地利开发和使用，如今被多个国家广泛使用。
CLT确实具有绿色可持续的优势，材料生产过程中不需要燃烧化石燃料，而且根据面板的厚度不同，达到很高的隔热性能，为良好的居住环境提供稳定的温度和湿度。
坚固的CLT木材可以承受重载荷，自身重量却比混凝土轻得多。
萨拉文化中心中使用的是胶合层压板，它的强度不如正交胶合木，所以White Arkitekter采用了与钢和混凝土混合的结构。
White Arkitekter为瑞典乌普萨拉市的街道创建了65米长的线性户外座椅完全自给自足的村庄正是使用CLT材料和技术，2018年，White Arkitekter在瑞典斯科夫德市（Sk?vde）提供了另一个当代木材建造艺术的实例。
两栋八层高的公寓楼，总共52个住宅单元，除了地基、地下室横梁、电梯井道和混凝土楼梯之外，完全由CLT木材建造的，包括庞大的结构及框架。
相比之下，公寓楼的重量只有相同体积的钢筋水泥楼房的三分之一。
住宅单元的面积从61平方米至104平方米，采用起居室与厨房共享的开放式空间，大尺寸的CLT云杉面板用于墙壁、地板和天花板，最长可达16米。
实木梁实现了伸展式阳台的结构，窗户设在边角处，就不需要其他的支柱了，木材良好的隔热性能减少了过热膨胀或冷凝现象。
公寓的外立面覆盖着棕黄的雪松木片，50厘米长、30厘米宽的木片用传统的木瓦重叠技术连接在一起。
雪松不仅色泽美丽，而且不需要维护。
这两栋公寓楼位于斯科夫德的弗罗塔里登区（Frostaliden），一个以木材为主要原料的新社区正在蓬勃发展。
当地政府决定以木材为主要材料，建造1200栋新房屋，提供给约4000名居民使用。
完成之后，那里将成为瑞典最大的木造行政区之一。
“我们很早就决定将木材作为弗罗塔里登区的建筑设计核心，正交胶合木预制组件在工厂完成，搭建地基之后直接在工地快速组装。
所以，一座由木材搭建的多层建筑可以在10周内竣工。
”弗罗塔里登区两栋公寓楼的主建筑师扬·拉尔森（Jan Larson）评价说。
ReGen村庄通过垂直农场、养鱼和农作物共生的复合养殖等新技术，来满足对生态食品生产的需求不仅如此，在White Arkitekter的参与下，瑞典可能成为第一个拥有自给自足循环社区的国家。
斯坦福大学的附属公司ReGen Villages选择White Akitekter作为瑞典的合作伙伴，在瑞典创建一个试点的ReGen生态社区。
ReGen Villages公司由硅谷企业家、斯坦福大学高级技术分析师詹姆斯·埃利希（James Ehrlich）创立，他以往的经验主要在视频游戏和娱乐技术领域。
如今，他更想设计有意义的世界，成为生态村中的特斯拉。
埃利希认为，持续的气候危机、人口增长和城市化以及住房短缺，这是如今必须面对的现实，在城市内外建立自给自足的循环社区，通过减轻中央基础设施的负担，减少城市和社区的脆弱性，也许它们可以成为可持续城市发展的重要因素。
他说过，“ReGen村庄不是星际迷航，我们应该一种更好的生活方式与大自然融为一体，在自然环境中，依赖与重要资源的联系而繁荣发展。
”过去四年中，ReGen Villages公司已经接触了瑞典多个市政府和土地所有者，预计今年能够启动试点项目。
一个ReGen村庄的面积约为25万平方米，其中建筑面积占25%，包括250?300套住房，其余部分用于不同的系统，例如农业和粮食生产、能源生产和水资源管理等。
White Arkitekter负责村庄的总体规划、住宅等节能建筑的设计。
家门口高产的有机食品生产，本地生产和存储的能源，全面的回收利用以及对气候有利的建筑，村庄建立在新的气候智能技术基础上，可以适应不同地点的特定条件。
社区的运营有它的核心原则——通过垂直农场、将养鱼和农作物共生的复合养殖等新技术，来满足对生态食品生产的需求。
混合可再生能源和存储，能源使用主要来自太阳能光伏板以及当地废物产生的沼气，水资源的收集、清洁和再利用。
社区里面不会有汽车，也没有预留车库和车道，运送居民的是出租车以及未来的无人驾驶汽车。
受电脑游戏启发，ReGen Villages公司基于AI技术和机器学习开发了一个Village OS操作系统，作为自然环境与经过优化组合的不同技术系统之间的桥梁。
这个系统使人联想到“智能家居”，从中央控制器来控制数个在线家庭设施。
Village OS以类似的方式使整个社区智能化，意味着所有邻域系统是以数字方式运行与平衡。
这样，当地合作社就可以用AI系统来管理整个社区的日常运营，监视农业、能源和水流量的使用。
静默的石墙/Arven fra Havet二战纪念馆新的“海洋遗产”二战纪念馆位于丹麦雷万根（Ryvangen）纪念公园中，朝向一望无垠的大海，二战期间，有2000多名服务于同盟国商船的丹麦水手牺牲，还有800多人丧生于诺曼底登陆战役中。
现在，纪念馆的一侧是墓地，周边有稠密的大树和灌木丛。
新的纪念馆呈长方形平面，对称的边界模仿了陵墓的造型，但是以更大的比例代表水手们的共同坟墓——也就是大海。
纪念馆就像一座立方体的纪念碑，静默的石墙悬停在水池上方，两条相交的轴线切入封闭的水池空间。
一条南北朝向，代表海上航行的重要方向，另一条连接哥本哈根和诺曼底的方向。
每条路径上都刻有口述历史的片段。
框架与层次/BratejordetSkole中学White Arkitekter把Bratejordet Skole中学的设计主旨定为“框架与层次”，学校位于距离挪威奥斯陆约20公里的工业小镇斯托蒙（Strommen），基于清晰的结构框架，空间阈值充当学校与社区之间以及学校不同部分之间的自然边界。
为了创造一个安静而且安全的教育与学习环境，四种不同空间完成从城镇到教室的过渡，它们分别是院子、平台、盒子和房间。
学校的总面积约7200平方米，环绕朝南的院子形成L形的平面，锯齿形轮廓的屋顶形成高天花板和宽敞的内部空间。
“院子”是从周围社区进入校园活动的转换区，两旁树木成荫，也是设有野餐长椅和阶梯式座椅的社交区域。
在比街道高出一米的基座上，下一层次“平台”就是学校的中央大厅，大片玻璃幕墙提供面向周围景观的视野，屋顶天窗引入充裕的自然光，大厅周围设置设计工坊、音乐工作室、图书馆和行政管理部门等。
“盒子”部分按不同年级划分为多个区域，包括教师办公室和休息区。
在那里，环境远不像中央大厅那样开放，视野被限定。
最后的层次“房间”就是教室单元，每一单元包含相邻的休息空间和学生储物柜。
为了让学生专注学习，教室围绕建筑物边缘面向东北和西北布置，减少了来自操场的干扰。