各类建筑的建造和运营都消耗大量能源与自然资源。因此，世界各地的研究人员一直在寻找方法，让建筑更高效，并减少对高排放材料的依赖。
如今，一个由麻省理工学院课程开发的项目提出了一种高度节能的大型社区建筑设计，采用了世界上最古老的建筑材料之一。这座名为“Longhouse”的建筑将以普通木材制成的大型木构件层压在一起，类似于超大型胶合板。
该设计将于今年10月在缅因州大规格木材会议上展示。会议旨在探索这种材料的新用途；如果建筑规范允许，这种材料可用于建造安全、稳固的高层建筑。
约翰·克莱因是麻省理工学院建筑系的研究科学家，他曾执教“大规格木材设计”工作坊，并由此提出了这项新设计。他解释说：“在北美，我们拥有丰富的森林资源，其中许多林木已经过度生长。人们正在努力寻找可持续利用林产品的方法，森林也在积极进行疏伐，以防止森林火灾和甲虫侵害。”
克莱因说，人们往往认为木材适合用于只有几层高的建筑，却不适合大型建筑。但已有一些建筑商开始在更大的建筑中使用大规格木材产品（这个术语大致指尺寸远大于普通木材的木制品），包括最高达20层的中高层建筑。他说，最终采用这项技术建造更高的建筑也应当可行。美国规模最大的大规格木材建筑之一，是马萨诸塞大学阿默斯特分校新建的约翰·W·奥尔弗设计大楼，面积为82,000平方英尺。
人们听说这种建造方式时，最先提出的问题之一往往与火灾有关。这么高的木结构建筑真的安全吗？克莱因说，测试表明，大规格木材结构的耐火性能可与钢材相当，甚至更好。这是因为木材遇火时会自然形成一层炭化层，具有很强的隔热性，可在两个多小时内保护木材主体。相比之下，钢材受热软化并发生屈曲时，可能会突然失效。
克莱因解释说，想想把点燃的火柴扔到一堆木屑上，或扔到一根木头上，就能理解木材天然的耐火性。木屑会迅速燃烧起来，但火柴落到木头上只会闪烁几下便熄灭。木材主体越大，就越不容易被引燃。
该课程设计的建筑采用大型梁体，由多层木单板层压制成，这一工艺称为单板层积材（LVL）。材料制成的板材长50英尺、宽10英尺、厚度超过6英寸。板材经过裁切后用于制作一系列大型拱架，拱架高40英尺，至中央顶部，跨度达50英尺；拱架由三角形横截面的构件组成，以增强结构强度。将这些拱架组装起来，便可形成宽敞的封闭空间，无需内部结构支撑。褶皱式屋顶设计可容纳太阳能板和窗户，以实现自然采光和被动式太阳能供暖。
“通过构建三角形截面形成的结构高度，有助于我们实现公共空间所需的无柱大跨度，同时也为建筑内外赋予一种视觉语言，”参与设计团队的麻省理工学院建筑系研究生德米·方说。“每道拱架沿长度方向逐渐收窄又变宽，因为拱架各处承受的力并不相同。变化的截面高度既体现结构性能，也有助于节省材料。”
这些拱架将在工厂分段制造，然后运到现场用螺栓连接，组成完整建筑。克莱因说，由于建筑大部分采用预制构件，现场实际施工流程将大大简化。
克莱因说：“Longhouse是一座多功能建筑，旨在适应各种活动场景，包括共享办公、健身课程、社交聚会、展览、晚宴和讲座。”他补充说，这一设计延续了世界各地文化中此类公共建筑的悠久传统。
克莱因说，世界上大多数大型建筑都使用混凝土，而混凝土生产过程中烘烧石灰石会大量排放温室气体；采用大规格木材建造则有相反的效果。混凝土增加了全球温室气体负担，而木材实际上能减轻这一负担，因为树木生长时从空气中吸收的碳，基本上会在建筑的整个使用寿命期间被封存。他说：“这座建筑是一个碳汇。”
克莱因说，大规格木材用于大型建筑面临的一项障碍，是现行美国建筑规范限制结构木材的使用范围：住宅建筑最多五层，商业建筑最多六层。不过，欧洲、澳大利亚和加拿大近期建成了高得多的木结构建筑，其中包括不列颠哥伦比亚省一座18层的木结构建筑。他说，这些案例有助于证明此类建筑的安全性，并推动必要的规范修订。
美国林务局合作林业副主任史蒂夫·马歇尔并未参与该项目。他说：“Longhouse是一个极富创意、执行精美的范例，展现了大规格木材的设计潜力。”他补充说：“大规格木材有望成为美国建造方式的重要组成部分。它对我们居住、工作和休闲场所的可持续发展影响巨大。除了建筑中封存碳等广为人知的影响外，它还会带来社区效益，例如大幅减少施工期间的卡车交通。”
Longhouse设计由一支跨学科团队开发。团队成员来自麻省理工学院建筑系的4.S13课程“大规格木材设计”工作坊，该工作坊探索可持续建筑的未来。团队成员包括约翰·费克特尔、保罗·肖特、德米·方、安德鲁·布罗斯、李惠琳和亚历山大·博杜安-麦凯。项目得到建筑系、BuroHappold Engineering和Nova Concepts的支持。
