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技术,改变超高层世界的现在和未来


​​​​​Jll摩天大楼的科技革命

在接下来的六年间,全球超过600米的超高层建筑数量将达到目前的四倍,“登高”竞赛正在激烈上演。等到位于沙特阿拉伯的吉达塔(Jeddah Tower)2018年开业时,将以1000米的高度再次刷新纪录,成为新的世界最高楼。这个纪录是否会再度被打破?建筑的高度极限在哪里?专家没有给出答案。

但很多限制因素却是实际存在的,如眩晕、电梯技术和施工限制等。世界高层都市建筑学会(CTBUH)委员兼英国分会会长 Steve Watts表示:“当发生紧急状况时,如何将人群第一时间从超高层建筑中撤离,可能是我们面临的最大挑战。”

除此之外,他不认为还有什么技术问题是无法攻克的:“如果建筑能够达到足够的宽度,那就再无任何限制。”当然,在现实情况中,土地供应短缺就是最主要的限制,尤其是对一些相对较老的城市而言。以迪拜哈利法塔(Burj Khalifa)为例,120英亩的占地面积相当于五分之一个伦敦金融城(又称平方英里)。

欧洲城市有望“长高”

曾几何时,美国是超级摩天大楼的绝对垄断者,但现在,中东和亚洲地区已迅速崛起并取而代之。全球最高的十栋建筑,美国如今仅占一席——纽约​世贸中心一号大楼。而到了2021年,当中国、马来西亚、迪拜及其它国家的所有拟建摩天大楼项目全部竣工,这栋541米建筑的世界排名就将从第4位跌至第23位。

与中东地区和中国的新兴城市相比,伦敦中心地区以及其它欧美城市的建筑法规要求更为严苛。以伦敦为例,仅仅是关于“采光权”的法规就严格限制了高层建筑的开发,更不用提其它名目繁多的法规,如英国民航局要求限制建筑高度在300米内。

在CTBUH最新公布的世界最高的100座建筑名单中,高309米的伦敦碎片大厦是欧洲的唯一入选。仲量联行英国项目管理部总监Nick Clare表示期待看到欧洲各个城市的天际线发生变化,尤其是英国首都。“城市密度的加大意味着高层建筑的数量将会增加。伦敦未来不得不变得越来越密,否则就只能将房子建到城市绿化带上了。而伦敦一些地区的密度确实可以进一步加大,此外还有一些可再开发的地块。”

Watts对此表示认同。他认为,今后高层建筑的设计重点将从打造引人注目的高层建筑外观,转向提供舒适灵活和与众不同的内部空间。“人们更关注的是高层建筑的用途。建筑在概念设计阶段就需要考虑到租户的各种需求。”

这种更为务实的做法也已延伸到解决建筑维护中产生的各种问题。以往在高层建筑设计时常被忽视的领域,如窗户保洁和其它维护问题,现在也得到了重视。最近的趋势是采用通风外墙,便于到达较高的楼层。

摩天大楼的技术革命

工程师和其他领域的专家正在逐步攻克许多技术难题。例如,吉达塔将创造电梯技术的奇迹,使用碳纤维取代钢索来减轻电梯负荷,在高度和速度方面较之此前的电梯实现尽可能大的提升。Clare表示,电梯技术是一个“至关重要的”因素。他援引了帝国大厦的例子:“当时不得不更换了轿厢,原因就是钢索无法进一步伸展。”当时帝国大厦以381米的高度成为世界第一高楼,但每部电梯的运行极限仅为整栋楼的三分之一。另一个取得重大突破的领域是巨型减震器——置于上层楼面内的抗震装置。当摩天大楼遇到强风时会产生晃动从而导致许多人出现恶心呕吐不适,而平衡物的置入就是为了消除这种影响。放置于世界第5高楼台北101大楼(508米高)第87层、宽5.5米的减震器是截至2015年末全球最重的减震器,重量达到728吨。去年八月,时速高达每小时100英里的苏迪罗台风肆虐台湾,该减震器整整移动了一米,是该大楼11年历史中移动距离最大的一次。

当今世界第一高楼、高828米的迪拜哈利法塔则依靠其不断收缩变化的外形来破坏强风对大楼的影响力,而非利用减震器。高632米的上海中心则是通过安装重达1000吨、世界首创的阻尼器来实现这一目标。

建筑外观在摩天大楼的设计中也发挥着巨大作用。上海中心120度螺旋上升收分的外形设计,为大楼降低了近四分之一的风荷载。负责上海中心建筑设计的美国Gensler建筑设计事务所指出,“这种最佳的旋转角度,可以最大限度降低风载荷。”而负责吉达塔建筑设计的Smith Gill建筑设计事务所则表示,吉达塔的设计也是“一个流线型的外观,有助于降低由于风旋涡脱落导致的结构载荷”。

Watts表示,抗风技术是摩天大楼建设中的一个重要研究领域。从一级方程式赛车运动衍伸出来的技术“使我们得以从风力学的角度了解不同的建筑物之间是如何相互作用的” ,并且对不同的建筑外观如何与风力发生相互作用开展精准的模拟。

目前,有关高层建筑是否确实物有所值仍无定论。这是因为,在这些高层建筑的上层楼面,减震器、电梯和其它结构组件会占据极大比例的空间。不过Watts认为,突破性材料的运用未来将改变这一切。

石墨烯——超薄超强的碳片——是一种可能,并可能从根本上改变摩天大楼的建造成本结构。Watts表示:“可能是石墨烯,也可能是其它材料。可能是五年内,也可能是25年。但技术的进步终将在某一时刻推动摩天大楼的设计和建造发生决定性的变革。”​

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