他们会建多高？ - 大众科学

2001年9月，纽约开发商唐纳德·特朗普梦想着建造世界最高的摩天大楼，一座2000英尺（约609米）的巨塔，将记录从马来西亚夺回美国，尽管这一记录的产生伴随着争议，因为马来西亚的双子塔（Petronas Towers）已经取代了之前的记录保持者。特朗普的团队在芝加哥与传奇公司Skidmore, Owings and Merrill的建筑师会面，该公司曾设计了芝加哥宏伟的约翰·汉考克中心（John Hancock Center），其特色是桥梁般的外部钢制肋骨，以及在1996年被双子塔超越的西尔斯大厦（Sears Tower）。特朗普及其合作者设想的建筑将令这些建筑都相形见绌：200层高，直插云霄。

然后，消息传来。在芝加哥会议期间，有人打开了电视。一架飞机撞上了纽约的世界贸易中心。“我们看着另一架飞机撞来，然后不得不疏散我们的建筑，”建筑师阿德里安·史密斯（Adrian Smith）回忆道。“后来，特朗普的人打电话来说，他们不想再建最高的建筑了。他们不想成为目标。”

如果你相信那些悲观的猜测，那么9月11日标志着一个建筑时代的结束。“摩天大楼在各地都受到了打击，”全球最大的建筑公司之一Kohn Pedersen Fox Associates (KPF) 的总裁尤金·科恩（Eugene Kohn）叹息道。世贸中心的批评者指出，80层以上的建筑无论如何都无法在经济上证明其合理性。而且，如何能保证住户免受毁灭性袭击的安全？正如结构工程师罗恩·克莱门西克（Ron Klemencic）所指出的：“美国可能需要几代人的时间才能重回摩天大楼时代。”

没那么快。

已经有人在谈论美国重新夺回桂冠，在曼哈顿的几个近期世贸中心遗址提案中都包含了世界级的塔楼和结构。诚然，当地经济、场地使用问题以及无疑是恐惧，意味着这些塔楼不太可能像提议的那样高。但无论如何，美国并不是这场竞赛的发生地。双子塔不是偶然的；它标志着新一轮的繁荣。如果说20世纪30年代以宏伟的克莱斯勒大厦（Chrysler Building）和帝国大厦（Empire State Building）为标志，20世纪70年代以务实的西尔斯大厦和世贸中心为标志，那么这10到15年——从20世纪90年代中期到2010年左右——则标志着远东时代。世界上10座最高的建筑中有7座在90年代末竣工；前10名中有8座位于亚洲；吉隆坡将在今年晚些时候将“最高”的头衔传给台北，而台北很可能在本十年晚些时候传给上海。香港、首尔和东京也在竞赛之列。目前没有迹象表明恐怖主义，即使是巴厘岛事件之后，会减缓这一趋势；一些设计师声称，亚洲的塔楼比世贸中心更安全。

为什么会有这场竞赛？坦率地说，今天的亚洲，就像70年前的纽约一样，没有什么比一个巨大、嗯，直立的象征更能说明问题了。竞争国家和公司不遗余力地展示它们是高科技强国。“高度作为技术实力的体现，与文化抱负息息相关，”KPF的建筑师埃里克·霍维勒（Eric Howeler）说，该公司正在设计一座108层高的联合广场（Union Square），霍维勒称其将在2007年竣工时成为世界最高。“这适用于像钢材或混凝土这样的相对低技术的基础建筑结构，一直到起重、减震、标识、照明等高技术项目。”因此，建筑师在101层高建筑的顶部安装一个800吨重的阻尼球，以抵消台风地区风引起的摆动。
加压和双层电梯解决了快速输送大量人群的问题。冷阴极灯具和光纤被集成到幕墙中，将建筑物变成技术的广告牌。材料和建筑策略也很多，以加速施工过程。

西萨·佩里（Cesar Pelli）设计的双子塔证实了工程和高层建筑建造对亚洲抱负的重要性。佩里设计的位于吉隆坡的混凝土火箭形双塔通过一座不寻常的空中桥梁相连，是回应新加坡在半岛地区主导地位的壮丽之举。“那些建筑让马来西亚名声鹊起，”科恩说。其影响巨大：这些塔楼迅速成为一座城市的标志，而这座城市在此之前一直以殖民时代的低矮建筑为特色。更令人称道的是，被公认为高度申报仲裁者的世界高层建筑与城市人居委员会（CTBUH）裁定，双子塔高1483英尺（约452米），超越了西尔斯大厦（1450英尺，约442米），成为世界最高。这是一个有争议的决定，因为如果查看比例图，就很清楚西尔斯大厦顶层住户的工作高度远高于双子塔。“问题一直是，什么构成了一座高层建筑，”委员会主席克莱门西克说，委员会决定高度从地面到建筑的最高点计算。桅杆和天线被忽略，但双子塔顶部的尖顶是可以的。“我们认为，如果这个特征是设计不可分割的一部分，就应该包含在内，”克莱门西克说。“看看克莱斯勒大厦，去掉那个尖顶，它就不是克莱斯勒大厦了。”

中国和台湾的敌对情绪比马来西亚和新加坡更为严重，因此很难相信即将完工的台北101大楼能长久保持“最高”的头衔。上海已经拥有了1380英尺（约420米）的茂名大厦，这是世界第四大建筑（将双子塔算作一、二名），也是中国最高的建筑。KPF设计的、位于茂名大厦旁边（的上海环球金融中心）将更高。目前只有地基桩已打好；1997年亚洲金融危机后，建设停滞。科恩说，该项目已经重启，经过重新设计后将超越台北101。“高多少？‘科恩说：“那是个秘密，但我保证它将是最高的。”它将面临激烈的竞争：1月份，一个由跨国公司组成的团体宣布，他们计划在2007年前，在首尔的一个已在进行的项目中增加一座1772英尺（约540米）高的塔楼。

这就引出了一个问题：建筑能有多高？答案是：没有结构上的限制。现代建筑基本上是轻薄的幕墙，悬挂在高应力钢材或混凝土材料的骨架上。柱子将重量转移到地下结构，尽管它们看起来庞大，但实际上是相对低密度的结构。根据全球结构工程公司奥雅纳（Arup）香港办事处总监克雷格·吉本斯（Craig Gibbons）的说法，“我们现在就可以建造一座一公里高的建筑，毫无疑问。200层，甚至300层都是可能的，因为我们可以利用更轻、高强度的材料。”风荷载挑战需要技术，但“让一栋建筑屹立不倒，无论高度如何，都相对简单。”

一个尚未解决的挑战是如何将更大、更重的建筑材料运送到超高层建筑所需的高度。吉本斯说，目前的起重机和施工电梯技术无法胜任这项工作。“我们说的是截面尺寸为4米x4米，就像一个小房间一样大的柱子。而且长度跨越多层。当你考虑吊起这些大块部件，然后将它们组装起来时，我们需要起重技术和起重机的进步。”

克莱门西克呼应了关于超高层建筑的普遍观点：“限制更多在于财务和实际层面，如何在如此高的高度上移动人员。超过80层后，用于垂直交通（如电梯）所需的面积与可出租面积的比例就变得不可行了。”

但这并不是一个固定的等式。材料和电梯的进步使得高层建筑更加高效。上海的茂名大厦，顶部是世界最高的酒店，使用高速电梯，速度约为每秒30英尺（约9米）；更快的电梯减少了对更多电梯井的需求。可以采用双层电梯，堆叠在同一个井道中，从而提高楼层空间的利用率。同时，材料也变得更坚固、更轻。

更快速凝固的混凝土配比消除了钢材的优势（钢制骨架比笨重的混凝土占用更少的楼层空间，钢结构建筑的建造速度更快，尽管它们需要防火处理）。复合式结构，例如用混凝土包裹的钢制骨架，兼具效率、强度和防火性。

如果结构上没有限制，那么安全上有没有限制？台风、地震、恐怖袭击——以及由此引发的火灾——在亚洲都是真实存在的风险。

减轻位移是所有高层建筑设计中的基本挑战。早期的高层建筑为了抵抗风力而设计得非常坚固，但很久以前，这种方法已经转向使用具有弹性的建筑，并整合了调谐主动式和钟摆式阻尼器，以帮助吸收和抵消风力或地震力。波士顿的约翰·汉考克大厦使用一块巨大的混凝土块漂浮在油床上；计算机控制的液压系统推动它来抵消建筑物的摆动。悉尼的奇夫利大厦（Chifley Tower）使用了“一个由钢丝悬挂的巨大混凝土块的钟摆，”克莱门西克说。“这非常壮观。”台北101大楼将拥有世界上最大的被动式调谐质量阻尼器，一个重800吨、直径18英尺（约5.5米）的球体，从92层向外摆动，供餐厅顾客观赏。

火灾可能比冲击和摇摆是一个更棘手的问题：正是火灾导致了世贸中心的倒塌，而不是喷气式飞机的撞击。KPF的建筑师埃里克·霍维勒认为，一些亚洲国家在建筑规范和技术策略方面可能领先于西方。其基本建造方式与20世纪60年代世贸中心的建造方式截然不同。纽约的塔楼是钢结构笼子，楼板悬挂在梁上，事后调查表明，撞击时钢材上的防火材料脱落，使梁直接暴露在熔化的高温下，可能加速了倒塌。钢-混凝土复合式塔楼可能更安全。

每25层，香港的建筑必须有一个避难层——它是空的，并且设计用来抵抗烟雾聚集。许多楼梯间都进行了加压。

中庭尺寸受到限制。高层建筑屋顶的水箱有时被设计成允许水晃动，兼具风阻尼器的作用。在许多亚洲城市，都要求设有专用的消防电梯。“在香港，它们必须在极短的时间内到达建筑物的任何一层，因此它们被设计成子弹状以减小阻力，并且行驶速度高达每秒9米，”霍维勒说。

“所有这些，”他补充说，“在9/11之前就已经存在了。9/11之后，进行了大量的研究，以确定是否需要进行更改。”很少有改变被确定，但应对火灾的工程技术在不断发展。KPF因9月11日世贸中心令人心悸的经历所引发的疏散担忧，决定为其计划中的联合广场项目增加第五个楼梯间。起初，公司考虑过简单地拓宽楼梯间，但意识到“一个更宽的楼梯只有在其显著增宽的情况下才有帮助，比如说，增加一个肩宽的宽度。”所以，五个狭窄的楼梯间比四个被拓宽得不够多的楼梯间要好。

自9/11以来，西萨·佩里一直被不断询问关于双子塔安全性的问题，他直言不讳地相信其混凝土结构能够承受一架巨型喷气式飞机的撞击。他指出连接两栋建筑的空中桥梁是一个额外的优势：“在那座桥梁可以在发生如此灾难的情况下，让人们从一座塔楼转移到另一座塔楼。”
霍维勒同意亚洲塔楼的建造比30年前的世贸中心更安全，但他警告说，恐怖主义的本质很难防范。“恐怖主义的形式似乎比应对它们的建筑手段演变和变异得更快。”

超高层塔楼的想法，远高于现有任何建筑，长久以来一直吸引着建筑师和城市规划师。1956年，弗兰克·劳埃德·赖特（Frank Lloyd Wright）——他在20世纪30年代曾批评摩天大楼并预言人们将逃离垂直城市——设计了伊利诺伊塔（Illinois Tower），一座高达一英里（约1609米）、共528层、可容纳10万人的建筑。

他说，在技术上是可行的，但存在电梯问题。最近，东京曾考虑过“天空之城1000”（Sky City 1000，3281英尺，或1000米）和名为“母亲”（Mother，4333英尺）的建筑计划。诺曼·福斯特爵士（Sir Norman Foster）绘制了一对千禧塔（Millennium Towers）草图：高2755英尺（约839米）的东京版本和高2952英尺（约896米）的上海版本。（福斯特提出的纽约世贸中心遗址的塔楼，他说将是“最高、最强、最环保、最安全”的建筑。）由Cervera & Pioz and Partners公司提出的上海和香港的Bionic Towers（仿生塔）设想，各包含一座300层高的中央摩天大楼，周围环绕着一簇小型建筑，形成一个自给自足的城市，拥有商店、公寓、电影院和10万人的工作空间。这是为了应对未来的“超级人口”问题。据中国媒体报道，成本将是天文数字——超过140亿美元。纯属幻想？“我们正在考虑，”一位上海官员在我最近访问他的规划办公室时告诉我。

“但是谁想住在一座高一英里的建筑里呢？”伊利诺伊大学建筑学教授、著作《摩天大楼的艺术》（Art of the Skyscraper）的作者米尔·阿里（Mir M. Ali）问道。他指出了如此摩天大楼令人幽闭的社会条件，以及当人literally身处云端时，视野的乐趣也随之减弱。他认为，21世纪更现实的高度是150层左右，2000英尺（约609米）。

佩里这样的建筑师已经设计了这样的塔楼。SOM的史密斯和KPF的科恩也是如此。这三者都曾为芝加哥设计。佩里说：“人类对建造大东西有着执念。这是人性的一部分。这就是为什么高耸的电视塔不那么重要。当我们看到建筑里有人，并知道那里有眼睛时，就产生了情感联系。高耸的东西有力量。”

**罗恩·格拉克曼（Ron Gluckman）为《时代》、《新闻周刊》和《旅游休闲》撰稿，已在亚洲居住了13年。他热爱高层建筑，但害怕高度。
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