人类建筑的高度极限究竟是多少？
最近，根据英国《建筑师杂志》报道，福斯特建筑事务所正在为沙特阿拉伯设计一座2000米高的摩天大楼，如果设计能够交付，那么这座楼将刷新目前世界建筑高度之最，将是目前世界第一高楼——高828米的迪拜哈利法塔高度的两倍多。
沙特2000米塔楼高度示意图（图源：《建筑师杂志》architectsjournal）
人们对摩天大楼总是有一种特殊的情愫。
摩天大楼定义着城市的天际线，让我们对于天空的高度充满憧憬，人们总是期盼着能打破极限，创造新的高度。
人类建筑高度的极限到底是多少？
想要建造一座超高摩天大楼，又需要解决哪些问题呢？
01
延续了100多年的摩天大楼狂想曲
1871年，美国芝加哥发生了一起持续了整整三天的严重火灾，导致近300人死亡，约10万人无家可归，17000千多栋建筑付之一炬。
火灾带来巨大的损失，灾后重建却成为当时建筑师们的机遇，如何在有限的土地面积内建造尽可能多的商业空间，唯一的方法就是向上，把楼建得尽可能高。
更为坚固的钢铁代替木材、石材成为建筑的首选材料，“摩天大楼”这个物种诞生了。
1927年科幻电影《大都会》剧照（图源：豆瓣）
在世界上建成的第一批摩天大楼之中，路易斯·沙利文（Louis Sullivan）与合作伙伴丹克马尔·阿德勒（Wainwright Building）设计的温赖特大楼（Wainwright Building）被认为是现代摩天大楼设计最具影响力的原型。
这座大楼在美学上体现了沙利文高层建筑的理论，其基础、轴线和阁楼的三方组合，都以古典柱网结构为基础。施工系统则是以钢框架为基础，是首次成功应用钢框架施工的建筑。
Wainwright Building（图源：Archdaily）
建筑师威廉·范·艾伦（William Van Alen）设计的克莱斯勒大厦，建于1926—1931年间，克莱斯勒大厦318.9米高，有77层，是全球第一座将不锈钢建材运用在外观的建筑，这座摩天大楼改变了纽约的天际线。
金属尖顶高耸入云，克莱斯勒大厦是那个飞速发展时代的缩影。
克莱斯勒大厦（图源：pixabay）
1956年，89岁的建筑大师弗兰克 · 劳埃德 · 赖特（ Frank Lloyd Wright ）展示了他所设计的“世界上最高的摩天大楼”方案，这座高楼足有1609米，有528层，计划容纳13万人入住。
这样的计划在当年看来无疑是一种狂想，当时的技术根本无法实现，坐电梯上去需要几个小时，而且大楼的根基也会被楼自身的重量压得粉碎。
赖特摩天大楼方案（图源：Frank Lloyd Wright Foundation）
20世纪上半叶，苏联还设计了一个高达415米，整体高度超过当时世界上所有建筑的苏维埃宫殿方案，高与神圣是衡量一切的标准，这个方案在当时自然也不可能实现。
苏维埃宫殿（The Palace of the Soviets）方案图（图源：维基百科）
20世纪70年代，SOM建筑设计事务所的建筑师法茲勒 · 汗（Fazlur Khan），发现以“筒体”和“束筒”结构体系设计建造摩天大楼，可以大大减少结构构件尺寸、材料用量及结构自重，这种结构对抗侧向风荷载也非常有效。
它的最大特点是在建筑内部有一个核心筒，一般被设计成电梯井、楼梯、通风井等，周围是封闭空间。
采用筒体结构的西尔斯大厦（Sears Tower），SOM设计（图源：Archdaily）
而在筒体结构发明之后，几乎所有的超高层建筑都采用了这种结构，钢筋混凝土核心筒加外围钢结构，成为后来超高层建筑的基本结构形式。
纽约世界贸易中心双子塔、上海环球金融中心、哈利法塔等，采用的都是这种结构。
纽约世界贸易中心双子塔（图源：Archdaily）
世界第一高楼哈利法塔始建于2004年，2010年完工，直到今天仍是世界最高的建筑，大楼由SOM建筑事务所设计，由三星物产承建，楼层总数162层，造价15亿美元。
目前的世界第一高楼，高828米的迪拜哈利法塔（图源：SOM）
02
2024年，城市天际线仍在被突破
每一座摩天大楼，都是一个梦想的起点。2024年的城市天际线，仍在不断地被丰富中。
2024年1月10日，马来西亚国家元首阿都拉为位于马来西亚吉隆坡市中心的默迪卡118（Merdeka 118）大楼主持开幕仪式，该大楼高679米，正式超越上海中心大厦（高632米），成为世界第二高建筑。
大楼由Fender Katsalidis建筑事务所设计，三角形切面玻璃外墙的设计灵感，来自马来西亚本土艺术中的图案。
马来西亚默迪卡118大楼（图源：Fender Katsalidis）
迪拜近日也迎来了一座新地标项目，One Za'abeel综合体，是目前世界上最长的悬臂摩天大楼。
A塔高300米，将设有办公室和酒店，B塔高235米，主要是住宅单元，其中最引人注目的是连接两座大楼的世界最长悬臂“The Link”。
迪拜One Za'abeel综合体效果图（图源：Archdaily）
浙江在建的“宁波中心大厦”也让人很期待，大楼高409米，地下三层，地上80层。塔楼的形态犹如一朵含苞待放的莲花，从水中缓缓升起。
宁波中心大厦效果图（图源：SOM）
03
确保安全，摩天大楼要克服哪些技术难题？
摩天大楼的设计，总是与尖端、前卫的技术联系在一起的，建筑不仅仅是自由的艺术表达，更应该是现实中可以落地，并能确保安全的方案。
摩天大楼的建造，第一个要克服的问题是“自重”，也就是建筑的下层必须能够支撑上层的重量。因此高层建筑物长期以来遵循着“金字塔”式的设计，越靠近顶部的楼层，就越轻越小。
（图源：unsplash）
地面也必须能够支撑建筑物，否则最终高楼会像比萨斜塔一样倾斜。
许多摩天大楼会选择建在基岩之上，把钢筋混凝土的基础打在基岩上，这样可以保障整个大楼的稳固。
但是基岩并不是随处可见的，比如哈利法塔，迪拜当地的地质都是脆弱的砂岩，为了支撑大楼约50万吨的总重量，192根长度超过50米的钢筋混凝土桩被埋在哈利法塔下，这些桩让哈利法塔能够很好地伫立在松软的地基之上。
迪拜哈利法塔（图源：unsplash）
摩天大楼需要克服的第二个问题是“风载荷”，大楼必须能够抵御强风。
很多超高层的摩天大楼都有着“奇形怪状”的外观，其实这些大楼的标志性外观，首要功能都是抗风。
诺曼·福斯特设计的瑞士再保险塔，高179.8米，绰号“小黄瓜”。建筑通过圆锥造型和精确旋转穿过建筑底板的结构性斜肋构架营造螺旋上升感，扭曲的斜交网格构件的效果属性，结合塔的曲率，以增加静态物体的旋转和动感，大幅降低了建筑的风载荷。
瑞士再保险塔（图源：pixabay）
顶端开洞也是一招，最典型的是被网友称作“开瓶器”的上海环球金融中心，直接在建筑顶端开个洞，让强风能穿过去。
上海环球金融中心（图源：KPF）
中国第一高楼，632米高的上海中心大厦，采用了弯曲的立面和螺旋形的独特造型，与相同高度的矩形建筑相比，可以降低24％的结构风荷载。
上海中心大厦（图源：pixabay）
除了这些造型上的设计，还有一个稳固摩天大楼的方法，那就是调谐质量阻尼器，它一般会被安装在超过300米的建筑上。当大楼晃动时，这个悬挂在楼体内部的重物会通过摆动把能量传递给下方的阻尼杆，进而抵消风的影响。
上海第一高楼上海中心大厦，安装了一个我国自主研发的电涡流摆式调谐质量阻尼器——“上海慧眼”，它被安装在大厦的126层，由吊索、质量块、阻尼系统和主体结构保护系统四个部分组成，重达1000多吨，正是它让上海中心大厦在多次大风中稳如泰山。
上海中心大厦的“上海慧眼”（纪录片《大国建造》截图）
建造摩天大楼，需要考虑的方面还有很多。
比如总平面布局要加大防火间距，处理严重的日照干扰，为大量集中的人口疏散和停放车辆安排通道和场地。在符合功能要求的基础上将多层重复的建筑平面布局标准化，以满足主体结构、设备管线、电气配线分区、防火疏散等竖向设计技术的要求。合理布置竖向交通中心，保证使用效率和防火安全，等等。
（图源：unsplash）
04
我们还该不该继续建造摩天大楼？
在寸土寸金的大都市，摩天大楼起到了节约土地面积的作用，它带来了更高的经济利益，也成为超级大都市最好的名片。
（图源：pixabay）
2022年9月，CTBUH发布了全球“拥有最多摩天高楼的城市”排行榜，中华人民共和国香港特别行政区，以646座超150米的建筑数量排名第一
但是，凡事有利就有弊。摩天大楼存在很多潜在风险，空置率、建设资金压力、后期管理维护成本、消防安全等皆是值得关注的因素。
摩天大楼的这些缺点，可以说与今天所提倡的绿色城市、宜居城市的目标完全相背离。
经济学界还有一个很有名的学说，叫作“劳伦斯魔咒”，指的是摩天大楼的兴建，通常都是经济衰退到来的前兆。
学者劳伦斯这样解释这个理论：盖摩天大楼的时候经济通常处在市场泡沫期。但当摩天大楼盖好时，经济高峰就过了，进入了衰退期。
美国的世界贸易中心双子塔建成后，正好碰上了1973年的全球石油危机，在2009年，哈利法塔封顶后，迪拜也立刻爆发了严重的债务危机。
电影《摩天营救》剧照（图源：豆瓣）
2020年以来，我国四次提到限高的政策。
2022年7月更是明确提出，把超大体量公众建筑、超高层建筑和重点地段建筑作为城市重大建筑项目进行管理，严格限制新建250米以上建筑，不得新建500米以上超高层建筑。
（图源：unsplash）
为了减少浪费，保护环境，今天的摩天大楼采取了不少可持续措施。
上海中心大厦，建筑覆盖透明的“第二层皮肤”，封闭的通风中庭通过调节空隙内温度节省能量，外立面有270台风力涡轮机提供外部照明用电。上海中心以创新方法融入可持续性原则，获得白金级LEED认证，成为超高层可持续建筑发展的典范。
上海中心大厦（图源：pixabay）
摩天大楼也在寻找材料上的突破。
让·努维尔设计的法国第二高楼，220米高的HEKLA大厦以铝作为材料。 铝作为一种轻量级材料，配合简单的压铸工艺便能使其能够符合各种形状，几乎适用于任何外墙设计。它还能很好地应对来自内部结构和外部的压力，如突变的温度和地震造成的震动。
HEKLA大厦效果图（图源：让努维尔事务所）
即使是看起来不太可能被用作巨型建筑主要结构的木材，也因交错层压木结构的应用而焕发新生，具有了与钢铁相当的强度。日本计划在东京市中心，建一座350米的大楼W350，一共有50层，建筑的90%是由木质材料构成的，要把木结构摩天大楼推向一个新的高度。
W350效果图（图源：Archdaily）
结语
在许多人眼里，现代化的摩天大楼以及巨大的建筑意味着缺乏美感、与传统割裂、千篇一律
日本建筑师隈研吾在《新建筑入门》中说：“史前巨石的出现就如同原罪，让形态的意识控制了无数建筑家，时至今日仍桎梏着建筑师们的头脑。”
如今，突飞猛进的建造技术早已让人类建造超高摩天大楼的梦想照进现实，但当摩天大楼成为权利和财富的象征时，大家只是争着在“谁最高”上钻牛角尖，一味追求虚荣，恐怕只会带来更多的资源浪费和安全问题。
建筑归根到底，还是要回归到以人为本。
（图源：pixabay）
参考资料
《深圳摩天大厦近200座，如何保障超高层建筑安全？专家这样说》（《深圳特区报》，作者：秦绮蔚， 通讯员：郑艺）
《叫停超级摩天大楼》（《南风窗》2021年15期，作者：南风窗高级记者 胡万程）
《我们能建多高？未来的摩天大楼建筑材料和方法》（Archdaily，译者：ADA.D）
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