徐宇亮／成功大學建築學系助理教授，專長為永續低碳建築與跨領域整合。

 

✤ 木材是具備永續、可再生性的綠建材。樹木生長會吸收二氧化碳並以木材形式固碳，因此使用木材能 減少溫室氣體。

✤ 經濟性人工林能收穫木材且具商業價值，而維持伐採、疏伐、造林則可維持森林健康和生產力。

✤ 製程技術的進步使小徑木也有機會被應用於大型建築，集成步驟、自動化的製造和加工也讓木構造建 築有所突破。

 

隨著國際間對於 2050 年淨零碳排目標達成共識，淨零轉型已成為世界各國抵禦氣候變遷的首要目標。為實現此目標，各國都設定了國家自訂貢獻（nationally determined contribution, NDC）以減少溫室氣體排放，並承諾定期報告與更新目標進展。

溫室氣體的排放自工業革命以來持續地增加，使得地球的平均氣溫逐年上升，也導致了極端氣候、環境、生態系統的變化。而營建產業更是全球溫室氣體排放的主要元兇之一（約占 39％），甚至高於工業和運輸業的總和（圖一）。營建產業的碳排放除了包含建築物的建造、維運使用，還包含拆除等產業鏈的碳排放，也讓我們意識到恣意地消耗自然資源及使用大量的能源來生產建築材料，對環境來說既不永續也不友善。

 

▲圖一：全球產業碳排放占比。資料來源／UN Environment Programme and IEA. (2019). 2019 Global Status Report for Buildings and Construction.

 

永續的綠建材——木材

具備低碳、永續、可再生等條件的木材，無疑是營建產業面對減碳需求的機會。而木建築具備固碳的效益，且在建造上搭配能縮短施工時間的預製工法，有望成為國家淨零轉型上重要的策略拼圖。

木材是最古老的建築材料之一，數千年下來，有關木建築的知識和技術在世界各地廣泛流傳。木建築的發展不受文化、文明或地理限制，已發展出滿足在地需求的技術與方式。木材不僅加工容易，它的再生材料特性更是優於其他建材。在性能方面，木材還擁有更優異的強度／重量比（同樣的強度下，木材的重量只有混凝土的1/5；鋼的1/16 ）。

近年來，木材出現在許多大型及高層建築。因為在製程技術的突破，並透過集成（lamination） ^{註 1}  的技術，讓小斷面的木材也有機會被應用在大型建築的結構上；過去大斷面木材容易出現的強度不均勻等缺點，也能透過集成技術來分等及避免。加上自動化生產、數值加工機具的幫忙，在生產與加工的量能、速度、精密度，以及穩定程度上也都有別於過往。除此之外，創新的製程還能發展出強度表現更優異的木材產品——「工程木材」（engineered timber）。工程木材的出現，也開啟了新式木構造建築的篇章，以下將分別透過三個章節來介紹低碳建築的創新。

 

木材的固碳與永續循環

森林在自然界的碳循環中扮演著至關重要的角色，樹木通過行光合作用，吸收大氣中的二氧化碳並釋放氧氣。在此過程中，大氣中的碳被積累在樹木細胞中，並以木材的形式被固定下來。當我們選擇以木材作為建築材料使用時，這些碳就相當於被儲存在建築物中。因此，森林和木材的使用直接有助於緩解全球暖化（圖二）。

 

▲圖二：使用木材有助於緩解全球暖化。樹木行光合作用，吸收大氣中的二氧化碳、釋放氧氣，大氣中的碳便被積累在樹木的細胞中，並以木材的形式被固定下來。以木材作為建築材料使用時，這些碳就相當於被儲存在建築物中，有助於緩解全球暖化。資料來源／本文作者

 

其中，「造林」是永續森林管理的一大重點，當森林以永續的方式管理，不但可以確保樹木的健康，更能保護森林環境。而造林則是在伐木後重新在該地區種植新樹苗，不僅有助於伐採森林的恢復、維護生態系統的健康，而且還允許新生長的樹木持續固碳，使森林資源的永續利用成為可能。樹木在生長時，年輕時期的固碳能力最好，隨著樹木年齡的成熟，固碳的能力也會相對降低。因此在伐採、疏伐（thinning）後進行造林，將使整個森林年輕化，提高森林整體的固碳能力（圖三）。

 

▲圖三：木材與永續森林管理。資料來源／本文作者

 

經濟性人工林在永續的基礎下發展出來，而經濟性的人工林與保育取向的天然林必須分開來討論。經濟性人工林是為獲得經濟利益而大規模種植樹木，主要目標為生產可以收穫且具有商業價值的森林，例如木材生產、造紙、生物燃料或其他工業用途等。但在經濟效益外，必須正確地管理人造林才可以確保生態系統的穩定，也才能找到經濟與生態的平衡點，既滿足人類的需求又保護地球的生態。

臺灣得天獨厚的環境形成豐富的林相資源。因為海拔變化而呈現多樣的森林環境，提供生物良好的棲息環境，自然形成完整而豐富的林相。臺灣的森林覆蓋率超過 60％，是全球平均值的兩倍；森林每公頃的蓄積量（木材總量）達到 228 立方公尺（m3），更位居於亞洲地區國家之首。木材出口曾經是臺灣重要的經濟引擎，而臺灣的傳統木材產業基礎，在近 30 年的禁伐政策下，需要更積極地重新與國際接軌。隨著國際間對於永續觀念的普及，森林作為提供生物棲息、經濟、材料、能源、碳吸存角色的重要性只會愈來愈提升。

因此，若要開創符合在地性的創新思維，透過永續的林業經營、產業的轉型升級，以及相關法規的重新盤點修正，木材這個符合在地性和永續可再生的材料，才有機會成為臺灣在淨零轉型路徑上重要的戰略拼圖。

 

繼承工藝與技術的新式木構造建築

木構造建築的建造可借鏡過去的工藝與技術，位於日本三重縣的伊勢神宮可說是木建築工藝技術傳承的最好案例。伊勢神宮分為內宮及外宮，各自還分別有正宮、別宮等，共祭祀 125 位御神，占地面積更超過 5,400 公頃。伊勢神宮所在範圍多半為森林，其中一半為天然森林，另一半則是為了遷宮重建儀式所需材料而種植的人工林。每 20 年進行一次的遷宮儀式，已經延續了超過 1,300 年，而每一次的遷宮與重建過程中，除了確保讓神宮的建築維持在最完美的狀態之外，也蘊含著木建築工藝、技術的傳承，所有工法都會被原汁原味的保留下來。至於拆除下來的材料，也會轉供給其他社殿或是各地神宮來使用。此外，當地居民在遷宮的同時也會重新種下新的樹苗，使得遷宮儀式所需要的材料能夠生生不息的傳演下去。這樣的儀式及過程傳承的不僅僅是文化與傳統的技術工法，更樹立了伊勢神宮在日本人心目中的地位，也是永續循環的最好示範。

我們可以從木構造建築的材料選擇、細節處理上，探究出背後的技術及工藝內涵。就如同在東方傳統木建築中普遍出現，由柱、樑構成的框架系統在空間上所創造出的層次，以及與外部環境的豐富關係。對比在西方常見由柱、樑、板所構成的半木架系統，結構上可被替換的部件，呈現出不同的發展思維與樣貌。20 世紀末製程技術上的突破，也開啟了新式木構造建築的篇章。

過去在建造大型木建築所需要的材料，多半藉由砍伐大型的樹木才能取得，而透過集成技術，小徑木也有機會被應用在大型的木構造建築上。工程木材產品的出現，讓我們可以藉由科學的方法及試驗來討論木材這個在過去不容易掌握的自然材料，並透過工程木材組成的配置，創造出有別於傳統工藝技術美學的高性能木構造建築。例如透過集成的步驟來分散及篩選木材強度不均勻等天然情況；自動化的生產製造流程有效提升工程木材的生產速度和量能；在製造及加工尺寸上可因應需求設計規劃，而產生更大的彈性。在傳統木建築產業所傳承的工藝技術及匠師精神，在新式木構造建築中則轉以性能導向的技術美學所取而代之。

 

低碳建築與循環利用

木建築除了具有固碳的特性之外，在生產和加工過程中較低的能耗與碳排放，更可以作為低碳建築的代表。使用木材等自然建築材料作為建材，不僅在樹木生長過程中吸收大氣中的二氧化碳，作為建築材料使用時也可以持續把碳蓄存在建材中，進而延長將二氧化碳釋放回大氣的時間（圖四）。反觀鋼筋、混凝土結構、鋼結構等其他臺灣常見的建築構造，它們在生產過程皆必須消耗大量能源，導致碳排放量增加。特別是混凝土的生產過程，製造水泥產生的大量二氧化碳更是全球碳排的重要元兇；鋼材生產過程的高能耗也產生大量碳排。其他建材的碳排突顯了在建築中使用木材等自然材料對環境的助益，以及碳足跡較低的優勢，更是對環境較為友善的建築方式。

 

▲圖四：木材如何吸收、儲存二氧化碳。資料來源／本文作者

 

營建方面，木構造建築多採用乾式預製工法  ^{註 2} ，材料的生產、加工能在擁有完善設備的工廠完成，除了降低工安發生機率，在工地現場所造成的噪音、粉塵等汙染也大幅降低。在人力規模上，工地現場僅需少量的施工人員，以及使用手持機具即可完成施工，也能有效縮短工期、降低人力成本。在目前營建產業原物料上漲以及缺工的環境條件下，木構造建築的乾式預製工法，具備非常好的減碳優勢及市場競爭力。除此之外，木建築和木質空間帶給人們的感官體驗，例如視覺、觸覺、嗅覺上的溫潤質感，增添了木材的吸引力。這種對感官的訴求，結合循環利用的理念，進一步提升了木建築在永續發展中的地位。

臺灣的木材產業鏈在過去近 30 年的禁伐政策下大多已沒落及轉型，再加上國內在建築法規的相關規範，尚未因應國際上在木構造建築類型，高性能工程木材製品及技術上也尚未進行全面更新，以至於我們所能看到的新式木構造案例比較有限。透過推廣可回收和可再生的建築材料，有望實現建築業的綠色轉型，這不僅是對抗氣候變化的關鍵策略，也是對未來世代負責的行動。木建築具有多種作為永續綠建築的優勢，包括低碳排、可再生、優異的能耗表現。這些特性在緩解全球暖化和實現永續城市發展方面至關重要。期待在不久的將來，會看到更多使用木材作為永續低碳建築的應用，以及我們為全球永續所做的努力。

 

 註 1 ：集成在工程木材的製程上可分為：使用膠合劑的膠合集成，以及透過銷栓、卡扣、螺絲等物理方式的集成。膠合集成可以提供優異的性能，但膠合劑中添加的揮發性有機化合物（volatile organiccompounds, VOCs）會造成使用者健康上的疑慮；而非膠合的集成方式則可以減少對於健康以及環境的影響。在這兩種集成方法之間的選擇，取決於使用場域的具體需求，包括強度、成本、永續性和環境影響等考量。

 註 2 ：乾式預製工法在當代營建產業中逐漸成為一種趨勢。相較於使用混凝土需要在現場澆灌，木構造的構件大多能在工廠預先製作，然後再運輸到建築現場進行組裝。此工法的核心優勢在於高效率和品質控管。在工廠的條件環境下，建築元件可以在更短的時間內以更高的精確度和品質標準被製造出來，同時也大幅減少材料的浪費和由天氣因素引起的施工延誤。

 

 

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本文轉載、修改自《科學月刊》2024 年 3 月