交叉层积材（CLT）是20世纪90年代在欧洲开发的一种大规模木材产品。CLT这种工程木材料的特点是将横纹和竖纹交错排布的规格木材以粘胶树脂胶合在一起达到更佳的强度，这是一种用于构建房屋的新型木建筑材料。
欧洲CLT市场比美国更成熟，预计将持续稳定增长。据估计，2015年全球CLT产量约为100万立方米，主要在欧洲市场消费。
大约三分之一的欧洲CLT市场是住宅建设。尽管商业建筑市场日益扩大，但第二大CLT市场是“中型公共建筑”。
之后，美国对CLT展开了兴趣，有四家制造商近期开始生产相关板材，另外至少有三家制造商已经处于规划或建设阶段。
目前，关于美国是否会采用与欧洲相同水平的CLT，以及如果采用，具体采用的时间点是什么，存在着争论。在欧洲使用CLT一直是用于打造低层建筑（一般为6层或以下），但人们普遍认为，CLT在中高层建筑中的应用是具有替代钢材和混凝土的重要市场潜力的。
假设CLT只取代钢结构或混凝土结构，而不取代其他任何木结构，那么美国东北部、美国中北部和加拿大的CLT需求量估计为16990立方米。
假设CLT的使用比例占该地区所有新建住宅建筑材料的1%，无论建筑类型如何，CLT的需求量将增至50970立方米。有研究分析比较了一到四层建筑使用的CLT数量和五层以上结构的CLT使用数量。结果显示大多数一到四层的建筑（约83%的建筑）没有特别指定用材类型。
不过之前还有研究已经分析得出结论，投资CLT生产设备在木材利用、产出定向刨花板、生物质能发电和饰面板生产方面有很大的经济效益潜力。
因此，专业人士进行了关于CLT的需求调查，主要分析的地区分为两大板块，其一包括美国加利福尼亚州、德克萨斯州、东海岸和五大湖地区；其二，在美国西北地区选取了俄勒冈州、爱达荷州、华盛顿州和蒙大拿州作为调查对象。评估发现2015年这两大板块CLT的需求量分别为6万立方米和18万立方米，市场渗透率分别为5%和15%。
目前的CLT需求可以得到满足，但Clemans等专业人士指出，如果要满足未来的预测需求，俄勒冈州和华盛顿西南部将需要提高木材加工能力，因为俄勒冈州采伐木材的四分之三目前出口到州外，只有少部分的伐木是在当地消费的。关于这一现象对整个州的木材采伐量和价格的影响尚不确定。
扩大CLT应用范围的障碍之一是CLT被纳入当地建筑规范中，随着新规范的出现，对CLT的采用规定变得更加复杂。
自愿使用CLT产品标准ANSI/APA PRG 320-2018已经完成，其参考了2015年《国际建筑规范》（IBC 2015），它说明了使用CLT打造高达25.9米的建筑物时需要满足哪些要求，并参考PRG 320标准以及2015年国家设计规范（NDS 2015）的要求对CLT的设计进行了规范。
2018年，国际规范委员会投票建议允许在18层以下的建筑中使用大量木材产品，包括CLT。
这一决策变化将体现在2021年国际建筑规范中，但它并不意味着各州和城市将根据最新发布的建筑规范来指导其社区工作人员进行设计和施工。
总之，延迟采用新的规范文件可能会抑制CLT的使用。
不过值得庆幸的是，一些地方法规已经允许使用CLT建造更高的建筑，这一举措或将促使更多地方法规允许在传统混凝土和钢结构建筑中使用木材来建造。俄勒冈州是第一个将关于高层建筑（高达18层）可使用大量木材建造的内容纳入法规的地区。
在俄勒冈州于2018年对相关法规做出修改后，华盛顿随后修订了目前使用的规范（在2015年推出）和2018年的有关规定，新修订的规范已经计划于2020年7月通过，包括18层以下的大型木材建筑都能够使用木材来建造。
然而，该州决定，市政当局可以选择不修改这一规范，所以新修订的国际建筑规范的通过日期被推迟到2021年2月。实际上，原本对于CLT的应用而言确实迎来了转机，但由于部分州和市政府采用新法规的进展缓慢，这意味着在这些地方CLT的使用可能会被推迟，而且很难预测具体推延的时间是多久。
发布有关未来CLT市场发展方向良好的信息将有助于扩大这类产品的需求和供应。
因此，我们进行了这项研究，结合了人口因素，目的是证明CLT的开发价值和应用潜力，为推广CLT做铺垫。
这项研究基于美国西北部的详细数据，预测了北美西部对CLT及木材的需求。选择美国西北部地区作为这项研究工作的基础有三个原因：1）该地区处于美国CLT制造业的前沿；2）该地区的各州已采用了新修订的建筑规范，允许使用CLT设计高层建筑；3）可获得关于多户住宅以及商业建筑的详细数据。
需求的估算数据是基于多户住宅和商业建筑、使用CLT的结构建筑设计以及可适应不同市场的人口预测。
目前可供应的木材包括现有的大块板材（CLT和大块胶合板（MPP）），其产能充足，可满足当地区域对这类木材的需求。
我们进一步根据木材是否适合制造、是否符合建筑设计要求和现有的CLT产品标准（与预计的CLT需求进行比较）来细分这类木材的供应情况。
由此产生的数据能够为北美西部市场的需求及供应预测提供重要信息，减少了可能阻碍CLT行业扩张的不确定性。
CLT的需求情况
CLT原型建筑的要求
估算建筑物中的CLT使用量是基于一系列假设的CLT使用系数，即所需CLT体积（立方米）与建筑面积（平方米）的比率。在本研究中，Dolan等人详细阐述了建筑设计中建筑几何矩阵所需的CLT结构数量，建筑的占地面积为93至9290平方米，高度为1至20层。
每个原型建筑的设计中其所有楼层和屋顶都使用了CLT。此外，对于12层或12层以下的建筑，根据华盛顿州西雅图的具体位置要求，采用CLT剪力墙来抵抗其需要承受的地震荷载。
而对于13层或13层以上的建筑物，则采用混凝土芯来抗衡侧向力。由于传统的轻型框架结构成本较低，隔墙中的CLT使用情况将不被计入。
CLT使用系数计算公式为每个原型建筑所需的CLT数量除以建筑总面积，得出建筑中每平方米建筑面积的CLT使用体积。
在本文中，CLT使用系数被列为单位面积所需的CLT总量（单位为立方米/平方米），其中有些是需要计算出细分系数被用于量化每种CLT厚度（5层、7层或9层）。估算得出所有建筑中地板和屋顶的CLT厚度为5层。这一估算结果为后续CLT的需求预测提供了重要基础。
对于3-12层楼高的建筑物，墙壁需要使用7层厚和9层厚的CLT相结合。对于一层和两层建筑，剪切力由5层厚的CLT来抗衡。原型建筑矩阵的CLT使用系数如图表1所示，图表1说明了使用CLT最多的建筑原型有哪些，生产商的目标市场可能是7-12层建筑。
使用CLT数量最少的是13层以上的建筑，因为这些建筑只使用结构性隔板，不会将侧向力施加到地基上。
在本文中，研究者选择的建筑类型包括：大、中、小型办公楼、教育建筑[分为K-12学校（从幼儿园到12年级教育的基础教育阶段）和大学教育楼]、装配厂房、其他医疗建筑和医院大楼（可概括为研究者选定的七大建筑类型项目7PP）。这些建筑类型加起来占美国西北部新建商业建筑的54%。
之后的研究工作还包括审查未列入的建筑分类，以确定木材与CLT额外的潜在市场和相应的需求增长情况。
每种建筑类型所需的CLT数量是通过将相应原型建筑的CLT使用系数应用于每个州每种建筑类型的平均新面积后计算得出的。
当然，首先需要计算出每个商业建筑类别的CLT使用系数。对于小型办公室（单层办公室的面积达到465平方米的办公楼），其CLT使用系数是两个符合该标准的原型建筑的使用系数平均值。表格1罗列了不同建筑类型各种楼层建筑的CLT使用系数。
北美西部CLT的需求情况
由于北美西部具有木材消费能力的基础，我们将分析的地理范围从美国西北部扩展到北美西部，所以我们计算了西北部的人均木材使用需求，然后将其应用于区域人口预测。
在县级地区我们获得了西北各州的人口以及未来的预测数据，并且将2030年的人口价值用于需求预测。爱达荷州的数据没有超过2025年；因此，所提供的数据与目标年份呈线性关系。表格2中报告了2030年人口价值和24%低层多户住房市场对CLT的需求情况。
将CLT需求量除以2030年总人口数量，即为人均CLT使用系数。表格2列出了四个州和美国西北地区的人口数量和人均CLT使用系数。
据推测，在人口较多的地区，CLT的需求量更大。因此，到了2030年人口不足5万人的所有县级地区都被排除在需求预测范围之外。
在俄勒冈州和华盛顿州，超过90%的人口居住在人口数量超过5万的县级地区。蒙大拿州和爱达荷州是农村人口较多的州，其人口在5万以上的县占总人口的比例要小得多，分别为62%和73%。CLT的需求调查任务仅分配给满足人口最低要求的县，这意味着每个州的CLT使用需求量会有所减少。
通过上文提到的研究者选择的七大建筑类型的相关信息，已经能够计算出CLT人均使用系数，不过并不适用于所有位置，美国西北部生产的CLT不太可能全部留在该地区。因此，我们对美国西部县级地区2030年的人口情况进行了预测，调查的地点包括落基山脉和落基山脉以西的任何属于美国的州。
顺着美国各州沿线，在估算北美西部地区CLT需求时，也纳入了位于加拿大的不列颠哥伦比亚省、亚伯达省和萨斯喀彻温省的人口数据（以地区来细分）。
同样的，被估算需求量的县或地区的人口数量到2030年也至少要有5万人。随后使用美国西北部的平均CLT人均使用系数来估计整个北美西部地区的潜在CLT需求。
值得注意的是，该系数是以满足西雅图建筑规范的CLT建筑设计为基础的，同时也适用于上述提到的美国西北部七大建筑类型项目。此外，在主要研究区域之外，大范围使用CLT的情况不太可能会出现。
对于美国西北部以外地区的需求量估计只停留在推测阶段，但北美西部潜在的CLT需求规模已经得出。
CLT的供应情况
与调查需求一样，这里通过自上而下的严密算法来考察CLT的供应问题，从现有的大块面板（单块面积较大的板材）生产设备情况入手，探索全产能下可达到的供应数量。了解了现有木材生产设备的数据之后，可以得出供应数据，而这些木材生产设备产出的产品可分为适合制成CLT的木材等级和不适合制成CLT的木材等级。
现有的CLT产能
美国西北部和加拿大西南部现有的CLT生产设备情况已包含在供需讨论中。结合当地企业新闻稿和与企业代表的沟通内容，确定了当前区域生产商的产能。
这些数据对于产量和达到报告产量所需的工作轮班次数有着不同程度的详细说明。所提供的数据被标准化，以代表两个生产水平：两班制和三班制的工作时间制度。关于基线，除非另有规定，否则所有报告中的产量均在两班制的生产制度下得到。
在没有生产时间制度的相关信息情况下，公司报告的木材产出数量都被假定为两班制的情况下，因为这是个人最常见的工作执行时间表。此外，所有产量均四舍五入至1000立方米/年。
美国西北部有四个CLT生产设备，目前在加拿大不列颠哥伦比亚省新增了CLT产能；而位于美国俄勒冈州的Freres Lumber公司开发了大块胶合板（MASS Plywood Panel，MPP）及其生产设备，也即将共同参与市场竞争。
美国的SmartLam North 公司拥有两台可正常运行的CLT生产设备。第一台位于哥伦比亚福尔斯，据报道，它的年产能达到70000立方米，预计在两班制的生产制度下即可完成生产。第二台位于亚拉巴马州的多森地区，由于距离北美西部市场较远，因此本分析中省略了该工厂的产能情况。【注：美国SmartLam公司(SmartLam,LLC)是美国首家交叉层积材(CLT)产品获得SFI2015-2019产销监管链标准认证的公司】
位于俄勒冈州里德尔的DR Johnson Wood Innovations工厂的产能约为28000立方米/年；另外美国Katerra工厂位于华盛顿州斯波坎山谷，产能为185000立方米/年，大部分产品预计将撤离美国西北部地区，用于Katerra的建筑工作。
Vaagen木材企业的CLT工厂位于华盛顿州科尔维尔，其大块木材的生产能力约为25000立方米/年。Vaagen根据将来的订单走势预计，企业70%的产品将是CLT，也就是说该CLT产能为18000立方米/年。
据报道，位于加拿大不列颠哥伦比亚省彭蒂克顿的Sturcturlam工厂和位于美国蒙大拿州的SmartLam工厂的产能相同，为70000立方米/年（假设生产制度为两班制）。Kalesnikoff工厂也位于不列颠哥伦比亚省，每年可生产50000立方米的大块木材。
产品划分将根据订单而异，但根据现实情况估计CLT的产能为35000立方米/年。CLT在两班制的生产制度下总产能接近40.6万立方米/年，如果现有工厂选择三班制，产能将增至60多万立方米/年。
上文提到，Freres Lumber公司生产的大块胶合板（MPP）将直接与CLT互相竞争。CLT已通过木材质量规范要求，可用于建设18层楼高的建筑。Freres位于俄勒冈州，将争夺本文评估的CLT市场份额，产能为96000立方米。
然而，MPP与纯木材不会构成竞争关系，因为它是由饰面板制造而成。MPP对饰面板之类的产品所造成的影响不在本文分析的范围之内。
木材的供应情况
Latta等研究者提供了西北部木材工厂的数据库。在这项研究中，他们对每家工厂进行了审查，以确保其具备木材生产设备：它要有一定的规模（简易的小型锯木厂和专业生产商需排除在外），可操作，能够加工软木，有一个干燥窑。
在排除掉不符合CLT木材制造要求的设备后，研究区域仍保留了81个设备。
在不列颠哥伦比亚省和亚伯达省发现了52家符合要求的工厂。此外，位于俄勒冈州南部的DR Johnson工厂理论上可以从加利福尼亚州的北部购买木材，该地区有7家工厂符合条件。对于来自美国西北部以外地区的木材，采用的量化计算方法一样。
在确定每个生产工厂可供购买的每种物种的数量后，再按木材划分等级分配生产数量目标。原型建筑的设计构造采用了来自Structurlam的Crosslam® CLT，由云杉松木（SPF）制成。
对原型建筑的属性控制方案为顺纹平行压缩；美国花旗松和加拿大的铁杉—冷杉都具有优异的顺纹平行压缩设计值，因此它们被认可为能够用于生产CLT的树种。
尽管在一个工厂分拣木材增加了调查的复杂性，但这是非常符合现实的操作过程，最终能够切实满足数量需求；作者不想通过单一的物种来做出任何假设。
顺纹平行压缩需要考虑木材等级，选择单一宽度以简化材料处理过程。
此外，我们估算了每个木材加工厂在满足本次研究规范的前提下的木材年产量。然而，我们了解到根据采伐的原木类型，每家工厂每年需切割的物种种类不同，板材的尺寸和木材等级也会出现相应的变化，因此，报告中的生产数量仅为估算的数值。
讨论
对CLT的需求，以及这种需求增长的速度，将决定了CLT产品是否能够在美国市场取得成功。CLT不太可能百分之百地占领本文确定的潜在市场；然而，通过扩大能够使用CLT施工的建筑类型，CLT的需求值可能会得到提高。
虽然开发商有需求就能够保证产品生产能力，但除非制造商进入市场并建立可靠的供应链，否则这种需求也不太可能增长。当然，需求的过度饱还可能是由于生产时一次启动的设备过多造成的。
如果生产设备在早期阶段因需求不足放置过久最后失灵，即使后续市场对产品的需求超过产能，也可能会阻碍产品的供应增加。这种风险可以通过垂直整合公司工厂来缓解，合并后的企业会为了满足自身的发展要求而增加生产。
北美西部的CLT需求情况
根据研究结果发现，预计到2030年CLT的平均市场占有率为24%。将该市场占有率应用于2015年至2035年美国西北部的平均新建建筑需求推测数据，可以得出北美西部的平均人均CLT使用系数（如图表2所示）。
随后，再计算出CLT需求的预测数据，它可被用于确定CLT现有供应情况与平均需求之间的差异性，以及了解不同区域内木材供应的充足性。
需求量是随着人口中心而变化的，受主要城市中心主导需求的影响。但需要注意的是，除了温哥华、不列颠哥伦比亚、西雅图、华盛顿和俄勒冈州波特兰市周边地区，我们预测到的大部分CLT使用需求都来源于CLT生产区域之外。
在这些“新开发”的市场，现有的生产设备要在未来几年内满负荷运转才能满足建筑用材的需要。此外，由于CLT的新需求不在CLT的生产地区，就需要将CLT运输至建设工作地点而花费成本，且随着距离变长，运输成本也会相应增加，这导致使用CLT的成本增加或利润率有所降低。
还有一点，这些新增的市场想要获得建筑规范的认可将需要付出一定程度的时间和努力。最具潜力的西部市场是加利福尼亚州，其人口约为2019年整个美国西北地区人口的两倍。
虽然加利福尼亚州是一个关键的市场，但它还没有采用2021年国际建筑新规范，这就导致CLT的使用只能在本地建筑规范的决策下实现。
CLT的需求增长将随着市场扩大的时间而有所不同。Beyeareuther等研究者将提出的市场扩散模型与美国西北部非低层多户住宅情景下的人均CLT使用系数相结合。这一系数是根据原型建筑、研究者选定的西北部七大建筑类型的新建筑数据，以及北美西部人口预计数量计算得出的（如图表3所示）。
尽管目前得出的CLT需求量数字很低，但到2030年，产品需求将相当可观。如果以除研究假设以外的任何低层多户住宅市场或商业建筑为开发目标，CLT的使用需求量将更大。
北美西部CLT的供应情况
研究发现制造商供应的大块板材数量高于2027年之前CLT和MPP的预测需求量（没有使用两班制的生产制度，应用的建筑类型为低层多户住宅）。
将时间延长至2029年实行三班制的工作制度后，在该情景下如果低层多户住宅的需求量占到三分之一，则一年前的产能能满足市场对大块板材的需求（在2026年实行两班制，在2028年实行三班制）。
上文提到美国西北部和不列颠哥伦比亚省的CLT与MPP需要在CLT生产区域以外的地方销售，这基于当地现有的生产设备能够成功运行。被称为“高科技建筑公司”的Katerra是一家经过垂直整合的企业，它满足这点要求，其工厂生产的产品就可以在西北地区以外的地方供内部使用。
然而，需要避免增加运输成本，所以确保加利福尼亚市场的安全稳定至关重要。图表4所示的地图说明了加利福尼亚州县级地区的CLT需求以及每个生产设备的位置。
深灰色的区域代表了加州县级地区的需求中心，加州南部的需求值最高。紧接着加州需求中心之后的是凤凰城、拉斯维加斯、西雅图和不列颠哥伦比亚省的温哥华。
Beyeareuther等人将CLT以进入各类市场的不同预期速度进行了细分。应用于墙体的时间预计将比应用于地板和屋顶隔板要慢，所以我们将该需求与当前相对应的供应时间线进一步向后移动。
如果CLT长期没有被应用于低层多户住宅，在墙壁中使用CLT的情况不被考虑在内，那么每年的需求量会下降19%。Beyeareuther 和Ganguly 等研究者均得出结果：2035年美国西北部市场CLT的需求量为18.7万立方米，这是基于需新建设多户住宅和办公楼的情况下，且CLT的使用系数未知。
根据目前的研究工作可预测到，基本上在同一地区内CLT的需求量大约为21.8万立方米，较为乐观，而且市场将扩大，但在未来6年或更长的时间内，CLT的供应量还是不足的。当然，我们承认CLT可用于本分析中未包括的应用方案和地理位置，但其中一些生产设备仍处于启动过程中，不太可能出现高产量。
结论
我们通过美国西北部的数据，提出了一种基于多户住宅和商业建筑设计的交叉层积材（CLT）需求量化方法。然后将这一方法应用于北美西部，以证明CLT的市场需求以及其市场占有率为24%。将该估算出来的需求与当前CLT制造能力和木材供应情况进行了比较，结论如下：
在北美西部地区，新建多户住宅和商业建筑时需要使用到CLT，该市场的人口数量和CLT占有率有所减少，我们设计了相应的原型建筑，估计当地CLT需求量为80万至100万立方米/年。
预计到2030年，每年的CLT需求将会增长，需求中心的变化紧跟人口密度，所以我们发现美国加利福尼亚州的CLT需求量较高。
在2030年之前，区域木材使用量占所有尺寸等级合适的、能够适用于生产CLT的木材的10%，而且无需增加额外的生产设备或新增木材产能，但这可能会影响木材价格。由此产生的影响涉及其他领域，将有待于进行额外的研究。
现有的CLT加上MPP（均属于大块木材）的生产设备，至少在2026年之前能够满足甚至超过北美西部的生产需求。有供应过剩的可能性，那么需要将生产时间制度调整为两班制甚至再减少设备运行时间。把CLT运输至落基山脉以西的地方，向本研究中没有提及的地区出售CLT，或许可以应对供应过剩的问题。
本文提出的量化CLT需求的方法可应用于研究区域以外的地方，设计原型建筑后进行预测，了解调查地区的人口数量以及现有的木材生产量等相关数据，有助于研究的顺利进行。为了获得最大精度，每个位置都需要计算特定的CLT使用系数，以确保能够满足当地建筑规范以及横向负荷要求。
接下来需要对多种情况下的CLT供应、CLT需求以及木材供应范围进行量化分析，这样才能够得出逻辑严谨的研究结果。
