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五大工程创新打造欧洲最高建筑——俄罗斯拉赫塔中心

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  工程师在设计摩天大楼时,往往会遇到“不可能完成的任务”。俄罗斯的拉赫塔中心,不仅是欧洲最高建筑,更是世界最北端的巨型摩天大楼。建造这样的建筑,需要真正有创造力的工程思维来克服建筑和环境方面的巨大挑战。

  

  莫斯科设计公司Gorproject设计了圣彼得堡芬兰湾畔这座高约462米、总面积约为40万平方米的混合用途大楼。这座摩天大楼是俄罗斯天然气巨头Gazprom的总部。Gorproject首席执行官Sergey Lakhman博士是一名工程师,也是俄罗斯建设部指定的荣誉建造师,过去15年来主要经营自己的设计和工程事业,专门从事高层建筑设计。

  Lakhman把拉赫塔中心称为“Gorproject众多建筑项目中最为复杂的一个”。其醒目地高耸于一座新型可持续的经济中心城市之上,不仅需要耐受欧洲最恶劣的气候,还要超越俄罗斯严格的能源和安全要求(并获得LEED白金认证),这无疑是一项大胆的工程壮举。下面让我们来看看Gorproject团队在设计和工程方面所面临的五大令人印象深刻的挑战。

  

  

  1、创建标志性建筑

  拉赫塔中心的有机形态由五个几乎扭转90度(每层0.82度)的侧翼形成,89层没有一层重复。这座适宜居住的大楼,其极其复杂的几何形状只能通过3D建模和建筑信息模型(BIM)软件处理。

  

  Gorproject总建筑师Philipp Nikandrov是圣彼得堡本地人,建筑设计的灵感源于这座城市历史悠久的塔尖和穹顶结构。Gorproject的另一螺旋式摩天大楼项目莫斯科标志性的“进化塔”,也出自Nikandrov的设计。借鉴那次的经验,他通过冷弯工艺实现同样的效果。由于钢化玻璃可以安全地弯曲到一定限度,幕墙嵌板在挤压成型时可以构成凸曲弧面,达到流畅的外观。Lakhman说:“冷弯的能耗远低于热弯,如此一来,也就降低了建筑施工过程的成本,提高了可持续性。”

  

  Gorproject设计团队采用参数建模的方法,优化了幕墙拼板过程,通过增加标准11平方米嵌板的使用数量,降低成本、减少安装失误。

  

  2、实现白金级可持续发展

  作为一家全球能源公司,Gazprom希望其总部能够为LEED可持续发展标准树立典范。Gorproject满足了能效、节水和回收利用方面的苛刻要求,最终为大楼赢得白金认证。

  

  拉赫塔中心的高效节能型设计,亮点在于先进的供暖、垃圾处理和照明系统,以及降低能耗的智能幕墙。在大楼内部,红外辐射器取代了传统的加热器,将大楼的机械、电气和管道设备所产生的多余热量引入供暖系统。

  雨水被回收用于灌溉,大楼使用气动真空式垃圾处理系统。计算机化的LED照明系统可最大限度地利用内外部光能。Lakhman说:“每个灯具每延米消耗的能量比白炽灯低10倍。”

  

  由于拉赫塔中心位处候鸟迁徒路线上,Gorproject在设计时还需考虑驱散鸟群,防止鸟群撞击反光幕墙。Lakhman说:“鸟类之所以通常会撞上摩天大楼的镜面玻璃窗,是因为在某种角度的时候,它们分不清天空及其在玻璃中的反射。我们提议采用少量的建筑照明,以免让鸟类眼花目眩。”

  3、抵抗恶劣气候

  拉赫塔中心为了外形与Gazprom徽标相似而设计的火焰状轮廓,掩饰了圣彼得堡每年有七个月温度接近冰点的气候。极度寒冷和潮湿的环境可使围绕着高约100米塔尖的云层在塔尖表面上凝结成冰,导致冰柱坠落的潜在危险。为防止过度结冰,设计团队提出了一种用辐射性网状金属板包覆塔尖区域的防冰系统。

  

  而夏日温度则超过21摄氏度,极端天气对节能供暖和制冷系统构成了重大挑战。大楼的双层通风幕墙配有自动百叶窗,可提供自然通风,防止层间天然缓冲区过热。在阳光明媚的冬日,缓冲区可利用温室效应减少热负荷。

  4、保证结构强度和安全性

  一座400多米高建筑的防火系统是非常复杂的,无论是结构支撑还是消防系统,每一部分都需经过设计和测试,符合严格的安全标准。拉赫塔中心可以承受4小时的火灾而不会发生结构性损坏,即使10个支柱倒塌,整座大楼也会挺立。

  该项目2011年开始兴建,此时已是发生911事件后十年。因此,大楼必须具备保障措施,确保楼内人员有时间撤离。Lakhman说:“我们需要问自己,假如发生这样的撞击,大楼到底有多安全,是否依然屹立不倒?”为了测试这一点,Gorproject创建了3D模型来模拟各种场景。

  

  为防止大楼渐坍,设计方案增强了冲击抗力。Lakhman说:“假如发生了撞击导致一个垂直载荷构件断裂,大楼一定要撑住。大楼可以大大地变形,甚至可能之后应当重建。但无论如何,楼内人员应当活下来,且要有时间撤离。”

  Gorproject规定采用钢管混凝土组合柱,其强度比传统柱高五倍,而且占地面积较小。结构钢形成了一种“吊床”,就算哪一层倒塌,上面和下面的楼层也会相安无事。

  

  拉赫塔中心的地基采用264个基桩打入地下约279米,并由15级网格中共约871万公斤的金属加固。15个稳定性周边柱将大楼的重量分散开来,即使顶部区域风速达到每小时近137千米,摩天大楼也依然稳固。为了不断检查垂直度,Lakhman和他的团队设计了一个前所未有的自动监控系统:在整座大楼内安装3000个传感器。

  

  5、平稳过渡到物业管理

  在整个项目生命周期中使用欧特克AutoCAD、Revit等2D和3D技术后,Gorproject将BIM模型移交给业主进行运作和维护。

  Lakhman说:“这个BIM模型是以LOD 400的发展程度开发的。BIM有助于避免安装过程的大量严重失误。我们在设计过程中不断地解决不同构件和系统之间的几何冲突。独特的建筑、结构和工程构件太多了,我们需要开发6000多个新的Revit系列。”

  

  这座大楼复杂的幕墙系统不能使用传统方法进行维护,因此Gorproject团队从头开始重新思考了相关概念。Lakhman说:“幕墙上有15个弧形‘花瓣’面,每一个都在两个垂直边上有独立的一对导轨。每个导轨都有一台电车在上面行驶,导轨之间设有固定的伸缩平台,以便补偿非平行度。”电车可以承载维修人员、重型设备和用于更换的幕墙嵌板(重量可达近817公斤)。

  

  最后,虽然拉赫塔中心的设计是一项巨大的挑战,但Gorproject团队就是为此应运而生的。Lakhman说:“当你执行这种以前从未有人完成过的雄心勃勃的任务时,你会停止反思自己徒劳无获的人生。正因如此,Gorproject总会尝试去创造可以成为生活一部分的项目,让我们历久弥新。”

  更多拉赫塔中心实景图

  

  

  

  

  

  

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