風能建筑的杰作——巴林世貿(mào)中心

遼寧省凌海市工商局 ■ 徐艷文

巴林位于波斯灣西南部，介于卡塔爾和沙特阿拉伯之間。在巴林首都麥納麥建有兩座傳統(tǒng)阿拉伯“風塔”形狀的大廈，日夜俯瞰著阿拉伯灣，這就是巴林世貿(mào)中心，被稱為風能建筑的杰作。

巴林世貿(mào)中心耗資9600萬美元，總建筑面積120961m2，主體建筑是兩座高240m、50層的三角形塔樓，底部是一個三層基座。每一座塔樓都有34層的辦公空間和42層的觀景平臺。基座部分容納了酒店、商場、咖啡屋、飯館和健身俱樂部等服務設施。三層帶屋頂?shù)耐＼噲鲆苍O置在基座中，地下室則提供了更多的停車位。塔樓的外觀像一對彎曲的風帆?？吭陉懙厣希蚕袷莾蓧K破碎的藍色玻璃尖，優(yōu)雅地迎接著從海面上吹來的海風，超越時空，自成風范。

最令人矚目的是設計師在雙塔之間的第16層(61m)、25層(97m)和35層(133m)處分別設置了一座重達75t的跨越橋梁，3個直徑達29m的水平軸風力發(fā)電渦輪機和與其相連的發(fā)電機被固定在3座橋梁上。這一設計使世貿(mào)中心成為世界上首個可為自身持續(xù)提供可再生能源的摩天大樓。3臺風力發(fā)電機每年可提供電力120萬kWh，為世貿(mào)中心提供所需能量的11%～15%，相當于300個家庭一年的用電量。

其實當?shù)氐暮ｏL并不十分強勁，設計塔樓的英國阿特金斯公司巧妙地借助了空氣動力學原理加以彌補。大樓的橢圓形截面使它們中間區(qū)域的空間陡然變窄，構造成一個負壓區(qū)域，將塔間的風速提高了20%；而塔樓設計成風帆般的外形，起到了導風板作用，引導向陸地吹來的風通過兩塔之間。這樣的處理還使原本斜向的來風改變方向，沿著塔間的中線吹過去。

巴林世貿(mào)中心大廈2003年開始設計，2008年4月完工。主設計師是以設計摩天大樓而聞名的肖恩·奇拉(Shaun Killa)，他的夢想是讓節(jié)能建筑成為世界主流。如今巴林世貿(mào)中心落成，他說：“將節(jié)能環(huán)保技術融入現(xiàn)代建筑是最能激發(fā)我設計熱情的事業(yè)。我不是要把巴林世貿(mào)中心做成一個特例，而是要讓它成為一個概念的示范?！?/p>

肖恩·奇拉并不是第一個將風能引進建筑技術的人，卻是第一個成功實現(xiàn)摩天大樓與風能技術完美結合的人。他選擇巴林作為第一座風力大樓的建造地，于地利方面是多有考量的。麥納麥是巴林最大的城市，位于波斯灣中段。每天早上熱帶的太陽升起，麥納麥地區(qū)的熱空氣就開始受熱上升，形成大范圍的低氣壓區(qū)，將附近海面的冷空氣吸過來進行補充，便形成循環(huán)無窮的海風資源，市區(qū)內(nèi)每天超過60%的時間都有相當可觀的風在四處游走。奇拉選擇麥納麥作為風能建筑的實踐之地可謂慧眼獨具。

巴林世貿(mào)中心的設計圖樣是古典與現(xiàn)代結合的產(chǎn)物，借鑒了阿拉伯傳統(tǒng)建筑講究雙塔并立的基本外形，兩座風格明快的三角形建筑比肩，共舉三道風力發(fā)電機的橫梁，橫梁上依次安置3座風力機葉片，以最簡單直接的方式將雙塔融為一體。這種毫不花俏的手法，既彰顯了阿拉伯地區(qū)的傳統(tǒng)文化風格，又引入了現(xiàn)代建筑的節(jié)奏層次。

不過，將風力發(fā)電機與建筑本身結合起來是一種前所未有的設計理念，自然會遇到前所未有的設計與實施難度。首先是雙塔之間的風力發(fā)電機葉片設計遭遇挑戰(zhàn)。一般風力發(fā)電廠的葉片都是安置在直桿上，便于葉片持續(xù)保持迎風狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)面也可隨風向的偏轉(zhuǎn)進行適時轉(zhuǎn)向。而奇拉的設計采用橫梁托載方式，將旋轉(zhuǎn)葉片固定在水平位置上，不能隨風調(diào)節(jié)，意味著不能保證足夠時長的正面迎風狀態(tài)。第二個難題是在設計中將3個風力葉片從50層樓的高空依次擺放，3個風力葉片的位置處于不同的水平面。這種設計可保證世貿(mào)中心的建筑整體感，但三個風力葉片卻因此要分別面對不同高度氣流的風力。這對于建造廠商來說是無法接受的，因為3個風力葉片必須保持同一標準的旋轉(zhuǎn)速度，否則高層旋轉(zhuǎn)速度越快的葉片耗損速度也越快。

“既然葉片不能隨風轉(zhuǎn)動，為什么不讓把風抓過來？”奇拉開始在樓體設計上展開奇思妙想。首先他引入坡面流線型的三角大樓設計，這樣可以利用氣流原理，將更多高處的氣流引導向低處傳輸給低位的風力機使用。其次，奇拉在動力學工程師的幫助下，精確地模擬了氣流在雙塔之間的流程，驚喜地發(fā)現(xiàn)氣流通過擠壓之后，流向風力機的時候，風速竟然可以提高20%。更令人驚訝的是坡面流線型樓體設計帶來的捕風效果，即便是遇到45°斜角度吹來的風，氣流一旦與樓體相撞，路線也會變成S型，灌入雙塔之間，對風力機形成正面氣流沖擊，讓葉片保持一定的旋轉(zhuǎn)速度。

將巨大的風力機安裝在繁華的商業(yè)中心，安全問題是設計師最不能忽視的問題。巴林世貿(mào)中心的基座是一個大型的購物商城，商城上面則是高級商務寫字樓。直徑長達29m的3座風力葉片在高空旋轉(zhuǎn)，底下車水馬龍，人流不斷，一旦出現(xiàn)葉片意外折斷脫落情況，或者遭遇極端惡劣的狂風天氣，使橫梁不堪重負，危險之大，顯而易見。奇拉解決葉片折斷脫落問題的辦法是在每一個葉片內(nèi)都嵌套鋼筋鏈條。除此之外，奇拉也考慮到風力機一個最大的安全隱患——共振。為了避免共振，設計者制作了精密的模型，并模擬199種不同氣候的強度氣流，分別測算了在每一種氣候條件下葉片的震動頻率，建造出了震動頻率遠遠高于風力機的橫梁，最大程度地避免共振帶來的風險。

2008年11月，巴林世界貿(mào)易中心大廈榮獲芝加哥高層建筑和城市住區(qū)理事會評定的年度中東北非地區(qū)高層建筑最佳獎。