事实证明，源于可持续管理森林的伐木木材产品是一种可再生的替代品，与使用大量化石燃料的材料相比，对环境的影响较小，而且使用大量化石燃料的材料的温室气体（GHG）排放量较高，加剧了气候变化。
此外，在光合作用下以及在树木生长过程中从大气中捕捉二氧化碳的潜力也为木制品生产提供了一个独特的机会，使其成为一种可以在生命周期内储存生物碳的材料。
简而言之，每两千克无水木材可估算出约一千克生物碳，约占其质量的50%，考虑到其中涉及的碳和氧的质量，这相当于从大气中储存了约3.67千克的二氧化碳。
除非碳通过燃烧和氧化作用释放出来，或者被生物制剂降解，否则这种状态会一直持续下去，主要以二氧化碳和甲烷的形式释放出来。
这种在大气中长期储存二氧化碳的潜力直接取决于是否能够确保任何木制品尽可能长时间地留在环境中，并防止意外或故意释放碳。
考虑到任何回收或改造过程都会损失一些材料，并在一定程度上释放出储存的碳，因此可以通过制造长效产品、重复使用以及在较小程度进行回收或改造以用于其他用途来实现这一目标。
因此，建筑中使用的木制品，尤其是结构性应用中使用的木制品，为建筑物提供了将大量生物碳储存数十年甚至数百年的潜力。
此外，木结构建筑的温室气体排放量较低，对环境的影响也较小，这为木业减少对环境的影响提供了巨大潜力。
目前，建筑业的温室气体排放量约占大气温室气体排放总量的37%。
此外，混凝土和钢材等传统建筑材料目前的温室气体排放量约占全球温室气体排放量的11%，这是由于它们的生产工艺和全球产量造成的，而在生产工艺中减少排放是非常困难的。
事实上，目前地球上大约70%的人为质量由混凝土和集料等材料构成，预计到2040年，混凝土本身的质量将超过整个地球的生物量。
此外，这些材料越来越稀缺，需要长途运输加工，因此开采过程中会产生排放并对环境造成影响。
森林资源的重要性
全球许多地区的森林资源丰富，通过重新造林和植树造林战略，森林资源还有进一步增长的潜力，为应对气候变化提供了更多机会。
对于将森林和木制品视为实现温室气体减排目标和满足原材料需求的战略资源的国家来说，这一点尤为重要。
此外，从可持续管理的森林中采伐的耐用木制品可以有效地帮助防止二氧化碳排放，即使这些产品来自较年轻的森林。
例如新种植的森林，如果在管理上注重更密集的种植计划和快速增长战略，就能比老森林更有效地捕获二氧化碳（CO2）。
虽然从整体上看，较老的森林捕获的CO2较少，但单棵成熟树木捕获的CO2比几棵年轻树木捕获的要多；更重要的是，它们储存CO2的时间可能更长，甚至可能早于工业革命时期。
因此，与砍伐幼林中的幼树相比，砍伐成熟森林中的老树会对CO2的释放产生更大的影响，而在幼林中，重新造林计划有助于捕获新的CO2。
同样，如果木制品用于建筑构件，其在建筑环境中的使用期限可能跨越环境中树木几个轮伐生长周期，那么最终任何二氧化碳的排放都可能得到补偿。
因此，理想的情况是，任何木制品的使用寿命都要超过树木捕获并储存生物源碳所需的时间。
此外，从这个角度来看，生长迅速并能捕获二氧化碳的森林（如再生周期仅为几十年的森林）比有几百年树龄的森林更有吸引力，因为后者的碳捕获再生速度较慢，其益处可能会被抵消。
在这种情况下，特定城市的城市环境中的木结构建筑就像一个生物碳库，随着时间的推移而持续存在，并根据建筑环境中木结构建筑构件的寿命而变化。
此外，新木结构建筑的融入有可能减少排放到大气中的碳，或增加城市碳储存。
再者，如果通过种植新树，其木材所吸收的碳超过了从原始树木采伐中获取的等量碳的替代率，那么这将为全球碳平衡带来长期益处。这不仅意味着生物源碳从森林转移到了城市，还创造了一个独立于原始森林蓄积量的碳储存库。
进行研究的原因、目标与方法
在这方面，以往的研究曾尝试使用各种方法对城市环境中的木材数量进行量化，但都遇到了限制研究结果的难题。
这些挑战大多与以下因素有关：有关建筑物所用材料的公共数据的可用性有限，因此很难大规模地表示材料数量并跟踪其随时间的变化；结果仅限于特定时间范围和空间限制下的特定建筑物类型；或使用需要从其他环境中推断的材料数量指标。
这些局限性突出表明，需要有方法来弥补城市木材使用量化方面的不足，并减少不确定性，尤其是在建筑材料及其环境影响数据有限的发展中国家。
本研究以圣地亚哥（智利首都）为案例，因为该市具有独特的城市特点，包括在建筑中越来越多地使用木材，以及作为一个发展中国家的首都，该市具有实现碳中和的宏伟目标。
通过对圣地亚哥的研究，本项研究得出了适用于其他面临类似限制的快速城市化地区的见解，为理解城市木材的环境潜力提供了可复制的框架。
圣地亚哥被视为“第二森林”，这一概念反映了一个前提，即城市木材结构可以复制自然生态系统的碳储存能力。
而且这一概念表明，如果城市环境的设计以木质建筑为重点，就有可能成为重要的碳汇，在减少排放的同时加强碳储存。
通过将城市设想为自然碳储存系统的人为延伸，本研究强调了城市规划模式转变的必要性，在这种转变后的模式下，建筑环境通过采伐的木材产品保留了原始森林的部分碳，同时允许新兴国家发展低排放建筑，从而为减缓气候变化做出了积极贡献。
此外，这一观点还强调了城市木材使用在减少对混凝土和钢材等碳密集型材料依赖方面的更广泛潜力。
再者，作为一个森林资源丰富的国家，智利依靠维护和扩大森林来抵消至少50%的温室气体排放量，并实现碳中和，这突出表明，需要有一个行业来推广长效、可再生的伐木产品，以促进可持续发展。
通过将这些原则纳入政策框架，智利等国可以制定有效的战略，在减少排放的同时加强碳储存。这种方法不仅将木材建筑定位为一种可持续的替代方案，而且也是到2050年实现碳中和的关键因素，并符合国家在《巴黎协定》中所做的承诺。
注：关于《巴黎协定》，它是全球195个国家在巴黎气候变化大会上通过，于美国纽约签署的气候变化协定，该协定为2020年后全球应对气候变化行动作出安排。《巴黎协定》的主要目标是将21世纪全球平均气温上升幅度控制在2摄氏度以内，并将全球气温上升控制在前工业化时期水平之上1.5摄氏度以内。
此次进行研究工作的主要目的是提出一种方法，用于量化城市建筑环境中木质建筑所储存的生物碳，尤其是在木质材料使用和碳储存数据有限或没有可用数据的情况下。
此外，进行研究的另一个目的是初步了解生物碳在智利圣地亚哥等发展中大城市的分布情况。
考虑到近几十年来生物碳的显著增长及其对新基础设施的迫切需求，本研究探讨了生物碳的时间行为，并确定了未来的研究方向，以改进对未来几年木材使用和生物碳储存的预测。
准确量化建筑环境中建筑物的木材数量是了解其范围和分布模式的关键。这需要考虑各种因素，如建筑系统、建筑类型和木材种类等。
此外，只有充分了解木结构建筑在空间和时间上的范围和变化，才能分析其在城市层面的潜在益处。
然而，确定建筑环境中有多少木材并不是一项简单的任务，而且并非所有国家都能轻易获得这方面的信息。获取这些数据的方法多种多样，包括：(i) 国家记录中的数据，如建筑许可证或房地产财产记录；(ii) 通过抽样调查做出的估计，如人口普查或抽样方法；(iii) 基于航空图像和模型估计的方法；以及 (iv) 森林生产和木制品销售的商业记录。
而本研究则利用国家房地产记录对建筑环境中的木材进行量化。以智利圣地亚哥 作为案例研究得益于智利国内税收署保存的税收记录，这些记录详细记载了用于房产税评估的建筑结构所使用的主要材料。
房地产记录所提供的数据及其在本研究中的用途，包含八份文件（时间跨度从2017年至2024年），这些文件涉及城市区域，重点是其地块和建筑信息。
智利房地产记录还提供了市级、街区级和房产级别的详细信息，全国范围内有超过八百万条记录。在本案例研究中，对组成圣地亚哥省或圣地亚哥市（智利人口最密集的城市地区）的32个市进行了分析。
为了本研究的目的，我们在圣地亚哥市和市级层面都展开了分析，并相应地对平方米数进行汇总，以了解木材及其相关生物源碳在城市环境中的分布情况。
历史、传统和现代建筑系统
由于智利房地产数据库中木质面积的记录指的是建筑总表面积，而非材料的体积或具体质量，因此需制定一种方法来量化每平方米木材的材料强度（MI）。
MI是一个指标，用于表示单位表面积或体积内各种材料的质量，通常用kg/m2或kg/m3表示。计算方法是将特定建筑材料的质量除以所测量项目的总表面积或内部体积，然后生成一套材料使用记录。
与容易翻新的产品相关的材料，如室内装饰物或覆盖物，相对来说更难以随着时间的推移进行评估，也更难以保持一致的记录。相反，结构材料随着时间的推移变化较小，并在建筑物的整个生命周期中保持不变。
由于对案例研究中的每一栋建筑的木材都进行MI分析是不切实际的，因此我们对不同类型的木质建筑系统提出了一个假定的MI。这可以通过确定与该国历史建筑时期相关的典型木质墙体和屋顶来实现。
针对这些结构元素中使用的木材，提出了最大和最小MI指标。考虑到结构元素随着时间的推移发生变化的可能性最小，而且智利房地产登记处主要记录承重墙结构及其修改情况，因此重点仍然放在这些方面。
在智利，锯木是建造此类建筑的主要材料，因此本研究只关注以锯木为基础的典型建筑系统。
集成材等工程木制品在20世纪最后10 年才获得显著的市场地位——据推测，第一个集成材结构出现于1969年，定向结构刨花板（OSB）产品出现于21世纪初，而交叉层压木材（CLT）等大宗木材产品直到20世纪20年代才开始使用。
虽然这些产品和建筑系统的MI值可能高于基于框架的系统，但它们并不常见，也不能代表该国历史上的木质建筑做法。
因此，为了评估案例研究中的木材管理信息系统，我们划分了三个历史时期：1900 年前的系统、20世纪的系统和2000年后的系统。
值得注意的是，虽然不动产登记册中的遗产建筑可以追溯到17世纪，但所记录的大部分建筑面积的时间都集中在20世纪下半叶和21世纪头几十年。
此外，圣地亚哥还有数量不详的历史悠久的木质建筑受到了火灾和地震的影响，或者干脆被砖石和钢筋混凝土结构所取代。
为便于分析房地产记录中大量的木质建筑，并得出建筑系统和不同历史时期具有代表性的木材使用量，特别定义了两种典型木墙和两种典型屋顶用于分析。
这些类型假设建筑高度不超过三层，这与智利国家统计局（INE）在其建筑许可记录中收集的数据一致。这样的研究方法也与芬兰及其他北欧国家的研究相一致，这些研究认为，在低层框架建筑中，几乎全部的木材材料强度（MI）都体现在墙体和屋顶结构上。
在墙壁方面，确定了长度为2400毫米的小墙壁和7200毫米的大墙壁，高度定为2400毫米。虽然历史建筑的天花板通常比20世纪下半叶和21世纪的建筑要高，但由于项目的不同而存在差异，因此无论历史时期如何，所有墙壁类型都采用了统一且更为保守的2400毫米高度。
此外，为了确定每平方米建筑结构中墙体的木材体积，我们还利用了平面图中的墙体密度数据。根据文献资料，木质结构的墙体密度应该在3%到6%之间，高于同等混凝土结构的墙体密度。
关于确定的屋顶类型，两种屋顶都是坡度为40%的坡屋顶。一种是使用较小体积的木材，跨度为3000毫米，长度为2400毫米；另一种是使用较大体积的木材，跨度为6000毫米，长度为4800毫米。
研究结果与结论
我们此次进行的研究的结果首先量化了案例研究中建筑物每平方米的木材使用量，并按历史时期分类生成了木材材料强度（MI）数据。
其次，将这些结果与房地产数据库进行交叉比对，以确定整个案例研究的平均值，并确定各研究城市的差异。
最后，经过统计整理呈现出生物碳储存和二氧化碳当量的结果，既有整个城市的汇总结果，也有各市的汇总结果。
根据研究计算，木材MI值从54.69千克/平方米到13.07千克/平方米不等，平均值为33.88千克/平方米，根据墙体和屋顶结构的变化，先前的研究已经确定了房屋的木材MI值在15千克/平方米到50千克/平方米之间。
此外，本次研究还展示了类似的墙面/屋顶木材使用比率。与此同时，针对全套木质材料的研究表明，在保持智利案例中确定的屋顶与墙壁比率的情况下，框架结构建筑的木材用量范围约为50千克/平方米。
从这个意义上说，一些案例研究中出现的数据上升变化，是因为这些分析不仅涵盖了结构元素。
然而，欧洲和亚洲的研究确定的木材平均MI值为37kg/m2，与本研究的结果几乎一致。
另一方面，人们发现，基于其他木材使用量高的建筑方法（如原木堆叠系统）建造的历史性住宅，其木材强度在瑞典住宅中平均可达135千克/平方米，在日本传统住宅中平均可达88千克/平方米。
不过，在智利的历史建筑中，由于在确定墙体类型时使用了定量材料的高度，木材用量可能会略有不足。
然而需要认识到，就智利历史建筑而言，由于在材料量化过程中所采用的高度是定量的，木材使用量可能会被略有低估。
这是因为对那个时代的工程项目进行的审查表明，历史建筑的高度要高于当代建筑的高度。
然而，由于这方面的变化很大，我们选择了与现代结构一致的保守高度。
关于城市环境中木结构建筑的量化问题，正如之前所提到的，必须做出若干假设，才能获得所提出的结果。
这可能会导致低估或高估。不过我们还进行了敏感性分析考虑了木材质量估算的最小和最大范围，从而解决了这一问题。
在这种情况下，研究具有代表性的结构元素和墙体密度因素是以往研究的一种替代方法，以往的研究使用的是具有代表性的建筑类型或随机样本。
然而，由于该方法只考虑了基本结构元素，而不是整个木结构，而且还低估了历史结构中的木材使用量，因此总体而言，这些结果相对于木材碳储存总量而言趋于保守。
关于案例研究的具体结果，值得注意的是，继前几年持续增长之后，2021年木材建筑出现下降。其他国家的整个建筑行业都出现了这种情况，新冠疫情（Covid-19）大流行和采取的相关限制措施可以来解释这一点。
此外，尽管2022年至2024年期间木结构建筑的增长明显复苏，但由于过去四年来智利当地建筑行业一直面临着投资问题和许可证办理官僚延误的危机，因此这种复苏幅度相当有限。
这清楚地表明了全球经济事件和当地条件如何影响木结构建筑的增长及其碳储存能力。
要了解木质建筑在建筑环境中储存碳和二氧化碳的潜力，必须将其与森林等其他碳汇进行比较。在这方面，智利的林地面积为1790万公顷，其中1480万公顷为原始森林，310万公顷为人工林。
根据智利国家碳清单，并采用了联合国政府间气候变化专门委员会（简称“IPCC”）的方法，在2013年至2021年最近八年的报告期内计算出平均值，即原生林每年平均封存约67474千吨二氧化碳，而人工林每年平均捕获约74935千吨二氧化碳。
注：联合国政府间气候变化专门委员会（全称“Intergovernmental Panel on Climate Change”，简称“IPCC”），是评估气候变化有关科学的联合国机构，是一个向联合国全体成员国家和地区开放的政府间机构，由世界气象组织（WMO）和联合国环境规划署（UNEP）于1988年创建。IPCC的主要任务是对气候变化科学知识的现状，气候变化对社会、经济的潜在影响以及如何适应和减缓气候变化的可能对策进行评估。同时，旨在为各级政府提供可用于制定气候政策的科学信息。
这意味着，原生林平均每年每公顷捕获5077千克二氧化碳，人工林平均每年每公顷捕获21440千克二氧化碳。然而，人工林捕获的大部分碳被认为会在以后的采伐过程中释放出来。相比之下，在八年的报告研究中，案例研究中的木质表面积每年储存了1002千克二氧化碳/公顷。
然而，在一些周边城市，这一数字每年每公顷可能会增加至7607千克二氧化碳，而在一些正在进行密集化建设的城市，由于低层木质建筑被更高的混凝土结构所取代，每年每公顷可能会排放多达3794千克二氧化碳。
这表明，在案例研究中，建筑环境中的木质建筑有可能每年保留与原生森林相当的二氧化碳量，尽管这一潜力可能会受到建筑趋势的显著影响。
尽管如此，圣地亚哥市通过其木质建筑和建筑中使用的木材产品，成功地保留了源自森林的大量生物碳。
我们的研究结果发现，在一些较年轻的城市，这些碳可能已经储存了几十年，而在圣地亚哥市中心，则储存了数百年。
此外，在智利，一些扩张中的城市的木质建筑建造速度表明，新建筑每年的二氧化碳储存量甚至可能超过原生林每公顷的二氧化碳捕获量。
这凸显了建造木质建筑的城市每年捕获二氧化碳从时间和数量层面上都具有潜力，在一定程度上也表明了这样的城市被视作“第二森林”在生物碳储存能力方面也具有潜力。
另一方面，本研究提出了一种量化建筑环境中木结构内生物源碳及储存二氧化碳量的方法。
它有效地评估了圣地亚哥市作为木材碳汇或被视为“第二森林”的潜力。
通过对房地产税数据库、建筑许可证、木材建筑类型和碳核算模型的分析，本研究对城市木材建筑中储存的碳进行了量化，揭示了在一些城市地区，其碳储存量可与本地森林生态系统相媲美。
此外，分析表明，城市扩张区域在建筑中往往会增加木材的使用，而进行垂直密集化建设的区域则往往会减少木材的使用。
这一发现对于建筑环境中的二氧化碳储存，以及使用木材以外的传统材料进行垂直密集化建设所产生的影响而言，意义重大。
再者，对建筑环境中储存的二氧化碳进行记录，不仅能提高人们对建筑碳减排潜力的认识，还能为开发相关工具及制定公共政策奠定基础，从而推广低排放、储存二氧化碳的建筑实践。
而且进行此类研究所生成的数据，对于创建鼓励木材建筑（尤其是高层建筑中的木材使用）的监管框架至关重要，进而加强城市的碳储存策略。
本研究提出的方法还能够用于推断其他城市的情况，适用于那些缺乏建筑环境中材料强度综合记录或木材使用数据的国家。
最后，建议今后的研究侧重于开发更准确的方法来量化和描述建筑环境中的生物碳储存，特别是在由于之前提到的局限性而不适合采用本次研究方法的地区。
此外，未来研究若能探究城市规划趋势如何影响建筑环境中木材内生物源碳的留存时间，以及研究高层木结构建筑的未来情景及其对城市生物源碳储量的潜在影响，将颇具价值。这对于将来应对气候变化挑战，助力木业的可持续发展而言，也将产生更加深远的积极影响。
