超大建筑狂想曲:迪拜塔

阿拉伯沙漠的沙尘中,耸立着全球最高的超大建筑.迪拜塔,这座高度将近半公里的天空之城是摩天大楼工程学上登峰造极的作品.这栋大楼之所以建成,全靠数项巧妙的重大科技创新.让我们在回顾历史的同时,重温那些令大楼节节高升的精彩发明.

阿拉伯沙漠里的超大建筑

全球最高的超大建筑在阿拉伯沙漠的沙尘中拔地而起.迪拜塔,这座高度将近半公里的天空之城,是摩天大楼工程学上登峰造极的作品,它的成功靠的是七项关键性的发明.

――我们即将回顾摩天大楼发展史上的七栋地标性建筑,这些建筑各自蕴含的重大科技革新,令工程师们不断向上攀升,造出越来越高的大楼.本期《环球地理》将为你揭晓这些大楼背后的精彩故事.

迪拜是全球发展最快的城市,大批起重机和劳工日夜无休,使这座城市逐渐成了全球仰望之地.这套伟大工程中最重要的一部分,正是全球第一高楼――迪拜塔.这栋大楼是一系列划时代工程学突破的最后一跃,想知道迪拜塔为何能盖这么高,我们就必须回顾摩天大楼的发展史.

第一次突破发生在19世纪,那栋大楼仅43米高,纽约公平人寿大楼的建筑商发觉,大楼要继续往上盖,必须设法帮助人们往上爬.摩天大楼的首要障碍是楼梯,人们不愿意爬太多层楼梯.老式办公大楼的楼梯很长,光线幽暗,人们最多只肯爬到二三楼.如果你是个律师,要接待客户,而事务所却在五楼,那客户可能走掉,因为他们不愿意爬那么高到你的事务所.

安电梯?但早期的电梯有个致命的缺陷,一旦绳索断裂下坠时势不可挡.不过佛蒙特州有个技工发明了一种装置,几乎可以立刻阻止电梯下降.1854年,以利沙奥的斯在纽约纽约世上示范了他的发明：他站在一座,只由一根绳索吊着的高台上.接着奥的斯告诉屏息以待的群众：“绳索即将切断.”――割绳表演结束时,据说他摘下了礼帽,向群众鞠躬道：“各位先生女士们,一切安全.”这是全球首座全自动安全电梯,也是一个简单却非常精巧的发明.作为关键元素的电梯绳索,由轿厢顶上,强有力的货车弹簧固定住.弹簧在轿厢两侧,与一对金属挂钩相连,挂钩会沿着导轨移动.导轨上有一排锯齿,绳索断裂时,会启动一系列连锁反应,弹簧松开,金属挂钩就会扣住锯齿,使轿厢扣紧,动弹不得.

这是真正的工程学突破.

摩天大楼的突破

电梯彻底改变了都市景观,而这改变就从纽约商业区一个忙碌的街角开始.这个角落是公平人寿保险公司的总部所在地,这大楼是第一栋装有电梯的办公大楼.

新建的公平人寿总部取代了原先的大楼,旧大楼其实并非我们所谓的摩天大楼,它既没有擦过天际,也不曾高耸入云,但却改变了办公大楼的全盘概念.在公平人寿大楼兴建以前,大厦的低楼层是最为抢手的,然而电梯却让房地产的经济学彻底翻转过来.

公平人寿大楼有七层半高,而迪拜塔则高达一百六十多层,这种高度当然需要把电梯科技发挥到最极致.迪拜塔建成后将容纳3.5万人,让相当于一座小镇的人口方便进出,――这是对电梯的终极挑战.为了应付如此庞大的人流,迪拜塔安装了53座电梯,其中一些时速甚至超过了35公里,50秒之内就能爬上120层.

安全电梯让摩天大楼摆脱了只能盖五层的限制,高层大楼突然成了一门大生意.当大楼接近80米高时,传统建材的牢固程度已不足以胜任了.要建成纽约87米高的傅勒熨斗大厦,摩天大楼还需要新的突破.

芝加哥的蒙纳德诺克大厦是摩天大楼界的活化石,它在1893年揭幕时是全球第一大办公大楼.不过16层楼的高度已到达石材建筑的极限,底部的墙壁必须厚达两米,才能支撑住蒙纳德诺克大厦的重量.这栋建筑物实在太沉重了,甚至开始下陷进了芝加哥松软的土壤里.加上石墙所需的厚度,会占去一楼几乎所有的空间,但若是浪费宝贵的空间,摩天大楼建筑师可就罪大恶极了,因此石材只能出局.可是现在的傅勒熨斗大厦,看起来明明是用石材打造的.但那只不过是一层表面,傅勒大厦外壳底下隐藏着的正是人类史上最重要的建筑发明.彭汉打造这栋大楼时,将钢柱和钢梁,固定成了一个钢骨架.钢材比石块坚固得多,骨架即使又轻又薄,也能支撑住整个结构的重量.大楼建成后立即反响惊人,熨斗大厦是第一栋象征纽约的摩天大楼.

炽热的沙漠骄阳把美丽的玻璃塔楼变成大烤炉,钢材的运用使摩天大楼攀升到空前的高度.联合国在设计纽约新总部时,面临着两难的处境.他们想用玻璃包覆大楼让室内尽可能地明亮,但又不想制造一栋39层的温室.

美国工程师威利斯卡里尔解决了制冷的问题.他发明了一种机器,可借由湿度的增加,使潮湿的热空气冷却、干燥.空调由此产生,它使兴建体积庞大的大楼成为可能.这样,大楼的利润也能最大化地实现,空调的发明使迪拜塔这样的摩天大楼,在酷热的环境下依然得以兴建.

地震的危机

摩天大楼还有下一个重大挑战要面对――地震.亚洲的繁荣经济体都想炫耀自己的财富,于是争相建造超高的摩天大楼,但亚洲的高楼破坏因素异常强大

因为这里地震频繁.

为了兴建509米的“台北101”大楼,摩天大楼建造技术还需再往前迈进一步.

1999年,全球第一高楼,“台北101”的建筑师,面临了一个问题：台北邻近全球最活跃的地震带――环太平洋火山带,这里每年大约发生两次地震.台北101会否遭遇地震根本不用猜测.地震其实比风厉害得多,风很少把大楼吹垮,可是地震摧毁大楼却很简单.亚当克鲁用地震模拟仪对大楼模型进行测试.通过实验发现,提高建筑物的弹性,反而能让它更加坚固.

“台北101”正竖起了36根坚固的钢管,这些钢管被灌入了混凝土以增加整座大楼的强度.巨柱在地震时能做到屹立不摇,而大楼的其他部分却弹性颇佳,可以随着外力侵袭而伸缩.工程进展到一半时,大自然的终极考验降临.2002年3月31日,台北发生地震,地震震垮了较小建筑物,但“台北101”依然挺立.

迪拜塔能经受住里氏6级的强大地震,凭的是巨大的钢筋混凝土骨架.但这里的工程师还有别的问题需要操心,让一栋超高大楼矗立在沙漠之上,必须采取一些特别的措施.迪拜塔地底的岩石很浅,质地非常脆弱,本身根本无法承载多少重量.工程师为此专门挖到地底50米的深度,那里的岩盘大得足以支撑起整座大楼,在迪拜塔工地钻50米深,已经到达旋转式钻孔设备在这一带钻掘的极限了.迪拜塔下方岩石脆弱,浸满了地下水.为了防止塌陷,工程师在钻孔时特意注入了聚合泥浆,把地下水和碎石推到洞壁上维持洞孔畅通.

摩天大楼里的避难所

人类利用巧思,让摩天大楼克服了种种自然力.可是,大楼建得越高,就会变得越脆弱,对恐怖主义的恐惧,使人们对应否继续建造摩天大楼产生疑问.最后一项技术大跃进,是要保证全球最高摩天大楼的租户安全.

2001年9月,是一个令人惊恐的日子,摩天大楼的丧钟似乎也因此敲响.

我认为没有哪个人敢说,自己能预见911事件的发生,那次事件基本上是把飞机当导弹撞进了大楼里.不过既然发生了,消防安全问题就必须解决短时间内清空整栋摩天大楼.

大楼越高,人们到达安全地点需要走的路就越多.在911事件当天,这种困难充分显现了出来.迪拜塔本身具备消防特质,因为混凝土骨干本来就防火.但它的预定高度却是双子星的近两倍,一旦发生突发状况,人们怎么逃出去呢?而迪拜塔有9个很特殊的房间,作为避难室之用.这些房间是由一层层强化混凝土和防火护墙板打造而成,避难室的墙壁能在火灾的高热中支撑两小时.这里有单独的空气供应,从防火管道直接通向房间,密封的防火门能阻止浓烟入侵.住户可以在避难室躲避火灾,直到紧急救难人员控制住火势再出来.

整座大楼每隔30层就设有1间避难室,应该能让全体住户都轻松抵达.避难室是一个很极端的解决方法,即使是全球最安全的场所,一旦浓烟阻挡住通道,一切就都成了枉然.不过有一种技术可以排除浓烟,迪拜塔设置了预警系统24小时守护大楼.一旦火灾触动了浓烟侦测器与热感应器,或洒水装置,高性能排风系统就会开始运行.

这种消防装置很适合21世纪的摩天大楼.等迪拜塔竣工之后,它将跃升为人类有史以来全球最高的建筑物,划时代的工程学奇迹,成就了迪拜塔这座终极摩天大楼.

所谓终极,一旦有后来居上者,也会被替代.