建造高耸入云的塔楼的想法
可以追溯到几千年前。在过去的一个世纪里，建筑师和工程师设计了看似不可能的建筑，高达四分之一英里——这既是对人类挑战极限需求的致敬，也是缓解拥挤城市拥堵的一种方式。但在恐怖分子驾驶两架被劫持的客机撞击纽约市最高的两座建筑（双子塔）后，世界各地的标志性摩天大楼突然被贴上了新的标签：目标。
这种转变激发了建造者们的新目标——创造世界上最安全的摩天大楼。在最近的悲剧发生后，建筑和结构工程领域的顶尖人才正在汇聚他们的专业知识，以找出建筑物如何能够承受最新形式的恐怖袭击。新型混凝土能否承受炸弹爆炸和喷气燃料大火的 2000 度高温？敏感的激光探测器能否使建筑物的应急人员在有毒化学物质到达建筑物之前就将其探测出来？是否有可能创建一个防火疏散系统，让位于高层的人们在建筑物中部起火时能够安全撤离？这些问题以及更多问题的答案可能很快就会出现在您附近的摩天大楼中。
摩天大楼的自我防御
建造者们正在探索新的方式，让
办公人员感到安全。选项包括在建筑物外墙上加装防护钢板、防爆逃生通道、供人们在火灾中等待的安全楼层，以及基于激光的
检测危险化学物质的设备。
1. 避难区：位于每隔 15 层的地方，这些钢筋混凝土掩体具有很高的耐热性。
2. 防爆电梯井：这将使消防员能够快速到达问题区域。
3. 加压楼梯间：位于建筑物混凝土核心筒内，这些防火楼梯间连接避难区，并提供无烟逃生通道。
4. 应急指挥中心：建筑物的安全设施位于大堂楼层上方，不易受汽车炸弹袭击的影响。
5. 混凝土核心筒：中央垂直的混凝土柱支撑着建筑物的重量，并为紧急楼梯和电梯提供了防火外壳。
混凝土包裹的钢柱：混凝土的耐热性将延缓火灾期间结构柱的熔化。
外层钢板：用钢板覆盖建筑物的混凝土外墙将有助于偏转高速撞击。
无线火灾报警器：每层楼的传感器独立连接到应急指挥中心。
毒品和爆炸物探测器：激光光谱仪持续分析空气样本，并向安保人员发出化学危险警报。
喷淋器：高科技喷淋器喷出细雾，可在不损坏敏感设备的情况下扑灭火灾。
合适的材料
尽管世界贸易中心塔楼最终倒塌，但它们都承受了巨大的撞击并屹立了更长的时间——这段时间让数千人得以逃生。
塔楼能够屹立不倒的部分原因在于其巨大的宽度，208 英尺。这种厚度意味着，即使在飞机撞入建筑物内部后，一些外围的钢柱仍然保持原位。严重损坏的塔楼顶部依靠这些剩余的柱子支撑。如果随后的火灾没有削弱这些柱子，建筑物今天很可能还屹立不倒。
“现在是时候让人们停止追问世界贸易中心出了什么问题，而是开始追问哪些方面做得对，”西雅图一家工程公司 Skilling Ward Magnusson Barkshire 的总裁兼高层建筑与城市人居委员会主席 Ron Klemencic 说。
但尽管世界贸易中心在遭受袭击时表现坚固，许多工程师认为仍有改进的空间。早在 20 世纪 70 年代初，当双子塔耸立在纽约市的天际线上时，任何高于 20 层的建筑主要都是由结构钢制成的。那时，即使是最坚固的混凝土也无法支撑比这更高的重量，更不用说高出地面 104 层的高楼大厦了。然而，如今，建筑商拥有比以前坚固 10 倍的混凝土——它的每一平方英寸在粉碎前都能承受 10,000 磅的压力。
创新的混凝土种类进一步提供了结构优势。例如，一种新型混凝土含有回收的不锈钢纤维。这些纤维增加了混凝土的强度和能量吸收能力。在建筑物发生毁灭性灾难的情况下，这种混凝土会以更大的块状粘合在一起。混凝土粘合得越好，就越不可能从结构上断裂并掉落到下方的行人身上。钢纤维混凝土最初是作为抗震技术而开发的，但它也可以防御飞机撞击产生的横向力。
混凝土比钢材耐高温得多；它也不那么有弹性，这使得它相对防爆。因此，工程师说，用混凝土包裹摩天大楼的钢梁将更好地保护建筑物的框架免受高温和爆炸的影响。
除了防火，混凝土还能提供稳定性。世界贸易中心塔楼的结构支撑来自其周边的钢柱，而许多工程师现在则赞成采用以混凝土核心筒为特色的摩天大楼设计，该核心筒贯穿建筑物的中心。这样的核心筒就像建筑物的脊梁，支撑着它的重量。它还可以作为一个安全的避难所，设计师可以在其中布置紧急逃生通道：防火电梯和楼梯间。
马来西亚的国油双塔就是一个很好的例子，这两座双子楼于 1998 年开放，高达 1,242 英尺，是世界上最高的建筑。每座塔楼都有一个直径 41 英尺的垂直内部核心筒，其中包含建筑物的出口通道，外围包裹着一个较小的混凝土圆筒。
任何记得幸存者从世界贸易中心楼梯间逃生、遇到疲惫的消防员向上攀爬的报道的人，都会理解防火紧急电梯的实用性，救援人员可以使用它。“建造防爆电梯井，以便紧急人员能够快速到达火灾现场的想法并不新鲜，”国家消防保护协会（负责制定摩天大楼的消防规范）的副总裁兼总工程师 Arthur E. Cote 说。然而，他表示，鉴于最近发生的事件，“我相信它会受到更多关注。”
与此同时，在加州大学伯克利分校，结构工程师 Abolhassan Astaneh-Asl 正在试验将半英寸厚的钢板螺栓固定在混凝土建筑的外墙上。尽管 Astaneh-Asl 的工作旨在减轻地震造成的损害，但许多工程师认为，这样的外墙本可以吸收最近飞机撞击产生的巨大能量，防止喷气燃料在大火中燃烧。
建造一个安全的结构和一个宜人的结构之间的平衡最好时总是很微妙的。建造一个安全的灯塔式的摩天大楼成本昂贵，而且往往会破坏优质房地产的吸引力。冗余的柱子会阻挡豪华的视野。“我们可以建造堡垒，”Klemencic 说，“但人们会愿意在里面工作吗？建筑商会愿意为此付费吗？我不确定。”
只需看看一座设计用于抵御波音 767 撞击的建筑——核电站——就能理解美学上的论点。然而，在当前的气候下，租户不太可能在没有某种安全保证的情况下签署高层公寓的租约。“商业世界将更认真地考虑这一点，”Klemencic 说，“而且，坦率地说，他们将开始利用安全来提升他们的营销地位。”
如何疏散人员
1993 年，当一辆卡车炸弹在世贸中心地下室爆炸时，爆炸导致位于地面层以下的建筑物的紧急行动中心的大部分电力中断。此后，安全中心被迁至更高的楼层——根据许多工程师的说法，这是一个明智之举，他们对大多数办公楼的安全总部都设在大堂这一事实感到遗憾。“你可以开车带着装满炸药的汽车撞进大堂，或者自杀式炸弹袭击者可以步行进去，”Klemencic 说。“如果你失去了指挥中心，你就失去了操作建筑和与人员沟通的能力。”
当然，前提是每个人都能听到你的声音。大多数警报和扬声器系统通过贯穿建筑物的电缆连接到紧急行动中心。火灾或其他灾难会切断这些电缆，导致指挥站与受影响区域以上的所有楼层失去联系。一些新建筑中已有的解决方案是为每层楼配备无线远程火灾报警器。该警报器有一个传感器，可向指挥中心提供两种信息：楼层是否有火灾，以及传感器是否工作正常。这些远程信号持续传输，因此任何中断都应立即做出响应。“这些设备非常先进，甚至可以减少误报的可能性，”Turner Construction 的电气工程师 Frank Carista 说。
万一人员无法撤离，其他措施也在探索中。在中国，“避难区”受到许多建筑商的欢迎。大约每隔 15 层，就会有一层或一部分由混凝土板建造的楼层，并指定为人员可以在其中等待火灾区域。这些区域配备了机械化通风系统，可以清除空气中的烟雾。它们还连接到加压楼梯间，以防人员需要逃离潜在的坍塌。“建造避难区的想法对残疾人或身体状况不好的人特别有帮助，”马里兰大学的消防工程师 James Milke 说。“步行八层楼的希望比步行四五十层楼要不那么令人畏惧。”
此外，高科技系统正在开发中，使安保人员能够在建筑受到计划攻击之前就将其检测出来。一种称为激光光谱仪的设备可以检测到建筑物一英里内的爆炸性化学品或毒气，具体取决于风向。它可以安装在一个伪装成传真机大小的盒子里，安装在建筑物的外墙上。
盒子内的泵会不断地吸入周围空气中的气体样本。这些样本被送入一个用红外激光照射的腔室。每种化学物质都具有独特的“指纹”，基于其分子在光吸收光谱中的行为方式。光谱仪的传感器设置为识别可疑化学物质的特定频率，包括最常用于炸弹的化学物质。如果检测到此类频率，警报将被触发，通知应急人员。
如果 1995 年俄克拉荷马城联邦大楼受到袭击时安装了激光光谱仪，该设备就能探测到蒂莫西·麦克维卡车炸弹中的氨化合物。“我们已经有一种设备，可以检测到比气味阈值低 100 倍的氨，”俄克拉荷马州诺曼市 Ekips Technologies 的总裁兼首席执行官 Patrick McCann 说。“我们很快就能制造出可以检测十几种或更多化学物质的激光探测器。”
重建的任务
世贸中心倒塌后几个小时内，就关于应该建造什么（如果建造的话）来取代世贸中心的辩论就开始了。一些人建议重建与原塔楼一模一样的复制品——向恐怖分子表明城市的精神 intact。另一些人则建议建造一个公园，作为对袭击受害者的纪念。世贸中心的现任经理 Larry Silverstein 建议建造一些新的东西：四座 50 层高的建筑群。这样的计划将证实“人多力量大”的老话。将建筑群围绕一个中央庭院排列，将保护朝内一侧免受飞机袭击——并将正面加固措施的成本减半。
但在此之前，必须完成从现场清除瓦砾的艰巨而危险的过程。就像玩一场生死攸关的积木游戏一样，清理人员小心翼翼地从双子塔下方的六层楼中移走扭曲的金属和瓦砾，希望他们的行动不会导致整个地基坍塌。
世贸中心双子塔下方的六层楼——其中包含商店、餐厅、停车场、地铁和 PATH 火车——被地下挡土墙包围。工程师称之为“浴缸”，该墙既能阻止周围的土壤，又能阻止距此仅几个街区外的哈德逊河的水流入。当世贸中心完好无损时，地下楼层的钢梁充当支撑，从内部支撑浴缸，使其保持直立。目前法医工程师正在询问的问题是，这些支撑的作用是否被填充浴缸的瓦砾所取代。如果是这样，那么清理工作可能会导致地下挡土墙坍塌——淹没现场并危及工人。
但 Mueser Rutledge Consulting Engineers 的 Dan Hahn 对此非常有信心，认为它基本完好。“我们会不断检查挡土墙的水位，”Hahn 说。他的公司是负责确定世界贸易中心地基稳定性的市任命特别工作组成员。“只要墙壁是干燥的，我们就没事。”
另一项挑战是贯穿世界贸易中心建筑群下方的火车隧道的损坏。科特兰特街站，IRT 地铁线上的一站，必须重建，1000 英尺的轨道也必须重建——这个过程可能需要数年时间。与此同时，连接曼哈顿下城与新泽西的 PATH 火车也遭到严重损坏。“由于破裂的水管和消防员软管喷出的水，PATH 隧道里到处都是水，一直流到新泽西，”Hahn 说。Mueser Rutledge 公司建造了两个直径 16 英尺的混凝土塞，以封堵 PATH 隧道并防止进一步的洪水。一旦调查完泄漏并抽走了多余的水，这些塞子将被移除，隧道重建工作也将开始。
鉴于袭击的性质，生物恐怖主义的威胁已经复苏。作为回应，联邦交通管理局正在开发所谓的城市化学品释放探测器，这些设备可以探测地下隧道中的火灾、烟雾、生物制剂和其他危险。在地铁站周围的隐蔽位置可以安装多达 10 个此类设备，以提醒车站人员潜在的危险。
但是，即使所有这些在建筑和交通方面的技术进步都得以实施，我们就能安全吗？混凝土核心筒、钢板外墙和炸弹探测器能阻止 9 月 11 日发生的悲剧吗？
理想情况下，我们永远不会知道，因为再也不会发生这样的袭击了。然而，国家消防保护协会的总工程师 Cote 说，这种希望并不能成为在安全措施上偷工减料的理由。据 Cote 说，公众对安全问题的关注度非常有限。在悲剧发生后，通常会有一系列改进措施，但很快，事件就会淡出人们的记忆，建筑商开始削减安全措施，抱怨成本太高。“可悲的是，”他说，“我们几乎所有强制消防规范等方面的进步都是在灾难之后发生的。”
瓦砾中的机器人
在世界贸易中心遭到袭击的 24 小时内，来自机器人辅助搜索与救援中心（CRASAR）的团队——一个由学术界、军事界和工业界的机器人专家组成的国家级团体——抵达了现场。
一支由南佛罗里达大学计算机科学家 Robin Murphy 领导的团队，将鞋盒大小的机器人装在背包里，爬上曾经矗立着双子塔的瓦砾堆。在八次尝试中有五次，机器人成功地爬入了残骸下方的空间。这些机器找到了五名遇难者的遗体。
机器人像微型坦克一样，依靠履带移动。所有机器人都可以通过无线电或电缆进行远程操作，但目标是开发能够自主探索的机器人——自己找到穿越瓦砾的道路。
除了寻找遇难者，机器人还可以绘制灾难区域地图并运送紧急物资。小型且可消耗的机器人可以被送入人们无法到达或过于不稳定的区域进行探索。即使是简单地爬到瓦砾堆顶上也可能很危险，因此 Murphy 正在开发她称之为“育儿袋”的团队：一个“母亲”机器人可以携带一个更小的“婴儿”机器人到瓦砾堆上，然后部署婴儿机器人搜查瓦砾下方。
机器人会取代人类救援人员吗？绝对不会。“机器人是为了做人类和狗做不到的事情，”Murphy 说。“真正的英雄仍然是消防员和救援人员。我们只是帮助他们的技术宅男。”
—保罗·贝克
良好的振动
世界贸易中心 4 号楼受损的残骸随着过往卡车和附近起重机的震动而摇晃，其地基也随之颤动。但得益于一种新型激光运动探测器，清理人员将在摇摇欲坠的建筑开始坍塌时得到充分的预警。
这种名为激光多普勒测速仪的设备最初是为了探测第三世界国家的地雷而制造的。但在 9 月 11 日晚上，美国陆军迅速将测速仪及其创造者 James Sabatier 送往曼哈顿下城的零点。
在正常情况下，建筑物可能会摇摆 25 微米——大约相当于一根头发的四分之一宽度。但在大量重型机械在周围清理瓦砾的情况下，Sabatier 记录到 4 号楼的振动幅度接近 300 微米——大约是三分之一毫米。幸运的是，这仍然不足以使建筑物倒塌，而且该地点的金属工人、垃圾搬运工和救援人员迄今为止都还没有撤离。
“需要几厘米的位移才会开始出现窗户掉落，”Sabatier 说，他是弗吉尼亚州贝尔沃堡美国陆军夜视电子传感器司令部的研究科学家。
Sabatier 的设备通过将激光束弹射到建筑物的外墙上工作。当建筑物摆动时，它会改变反射光束的频率，这就像火车汽笛声在经过车站时似乎会改变音调一样。传统的测量设备，如测量建筑物倾斜距离的经纬仪，精度可达几毫米。但 Sabatier 的探测器可以连续实时测量，精度高达百万分之一英寸。
—特雷弗·西姆
世界上最高的建筑
在卖座电影《偷天换日》中，一个令人窒息的场景是，演员凯瑟琳·泽塔-琼斯和肖恩·康纳利在离地 1000 英尺的两座塔楼之间攀爬。那个场景是虚构的，但它是在现实世界中世界上最高的建筑——马来西亚吉隆坡的国油双子塔拍摄的。
这两座双子塔于 1997 年初开放，融合了亚洲和西方的影响。建筑师 Cesar Pelli 的灵感来自伊斯兰艺术中的几何形状，其波浪形的外墙让人联想到蕾丝——尽管是玻璃和钢材制成的蕾丝。建造国油双子塔耗费了 36,910 吨钢材。这两座建筑共有 32,000 扇窗户；窗户清洁工需要一个月的时间才能将每座塔楼清洁一遍！
国油双子塔在 41 楼和 42 楼之间通过一座桥梁连接，高出地面 1,483 英尺，但只有 88 层。因此，尽管它们比芝加哥的西尔斯大厦高出 33 英尺，但西尔斯大厦仍然拥有最高的居住楼层（110 层）。建于 20 世纪 70 年代初的世界贸易中心，仅短暂地成为世界上最高的建筑——直到 1973 年西尔斯大厦建成。纽约的忠实拥护者坚持认为，当测量包括世贸中心的信号塔时，它仍然保持着世界最高建筑的地位。当然，现在这已经无关紧要了，而且如果计划于 2008 年在印度 Katangi 建造的印度中心塔楼（Center of India Tower）完工，所有其他类似的争论都将停止。它将高达 2,222 英尺。
—奥德·勒克鲁比耶
**机器人的视角
机器人技术与世界贸易中心**
作者：安吉拉·帕尔默
隶属于机器人辅助搜索与救援中心 (CRASAR) 的科学家
在 9 月 11 日恐怖袭击后立即将机器人带到了世界贸易中心现场。
机器人被派往瓦砾中搜寻幸存者和遗体。
CRASAR 的网站展示了机器人工作的静态图像和视频，
包括安装在机器人上的摄像头拍摄的“机器人视角”画面。
以下是一些例子。更多静态图片可在这里找到，*.mpg 电影
可在这里找到。
图像
一个机器人视角 onClick=”window.open(”,’popup1′,’height=440,width=500,scrollbars=no,resize=no’)”
target=”popup1″>进入一个管道（地板的水平支撑物之一）。
一个机器人视角 onClick=”window.open(”,’popup1′,’height=440,width=500,scrollbars=no,resize=no’)”
target=”popup1″>在管道内部。
一个机器人视角 looking onClick=”window.open(”,’popup1′,’height=440,width=500,scrollbars=no,resize=no’)”
target=”popup1″>出管道。这张照片来自这台机器人丢失前的最后一段视频。
查看 onClick=”window.open(”,’popup1′,’height=440,width=500,scrollbars=no,resize=no’)”
target=”popup1″>7 号楼在坍塌前。
一个机器人 onClick=”window.open(”,’popup1′,’height=440,width=500,scrollbars=no,resize=no’)”
target=”popup1″>视角，看向它即将进入的洞口。这段影片表明该区域对工人来说是不安全的。
一张关于 onClick=”window.open(”,’popup1′,’height=440,width=500,scrollbars=no,resize=no’)”
target=”popup1″>捕捉了大部分图像和视频的机器人。
电影（MPG）
target=”popup1″>机器人视角观察管道。这段特别的视频证明该区域对即将下放的工人来说是不安全的——机器人在 40 英尺后丢失。
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target=”popup1″>一个机器人视角，看向距离世界贸易中心约一个街区外的停车场。
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target=”popup1″>机器人视角，在寻找遇难者。机器人撞到下方的管道。
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target=”popup1″>机器人视角，在模拟中（在银行内）。
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target=”popup1″>机器人执行建筑物侦察。这些是较大的机器人（大部分镜头是由较小的机器人拍摄的）。
