超高层建筑的崛起

9/11 事件发生后不到 18 个月，贝克就回到了纽约——这次是为了讨论设计世界最高建筑。该公司赢得了合同；六年后，迪拜的哈利法塔高达 2,717 英尺，超过半英里高。

9/11 事件发生后的十年，摩天大楼的建设蓬勃发展，而不是建筑朴素的时代。在 9/11 事件发生前的 70 年里，最高建筑的纪录增长了 230 英尺。自那以后，它已经猛增了 1,234 英尺。而且，它有望在未来十年内再攀升得更高。如今最高的摩天大楼在各个方面都是全新的：新结构、新材料，采用新方法设计和测试。结果不仅是更高的建筑，而且是一种全新的建筑类别：超高层摩天大楼。

从技术上讲，根据高层建筑和城市人居委员会的定义，超高层建筑类别涵盖了任何高于 300 米（984 英尺）的建筑。其中包括 1,250 英尺高的帝国大厦，这是该术语发明前半个世纪的超高层建筑。两座世界贸易中心大厦于 1966 年开始建造，高度分别达到 1,368 英尺和 1,362 英尺。但直到过去 15 年间，建筑师和工程师才开始将超高层建筑视为一个独立的类别，它有自己的挑战和机遇。“当你的建筑规模超过世界贸易中心时，你必须改变你的基本思维过程，”贝克说。

贝克身材高大，教授风范十足，喜欢在餐巾纸背面画草图来阐述自己的观点。去年 10 月，我们在纽约洛克菲勒广场 30 号对面喝咖啡。这座 850 英尺高的标志性大厦于 1933 年落成，标志着超高层建筑建设的疯狂时代。之后，摩天大楼建设停止了。在接下来的 30 年里，钢架结构大厦（如洛克菲勒广场 30 号和帝国大厦）似乎就是建筑师所能建造的最高建筑。

这种情况在 20 世纪 60 年代中期开始发生变化，当时贝克在 SOM 的前任之一、工程师法兹鲁尔·汗 (Fazlur Khan) 引入了一种名为“管道”的新结构系统。汗用一系列沿建筑外部延伸的柱子取代了传统的内部钢架。这些柱子相互连接，并与建筑的核心相连，核心内设有电梯、楼梯和公用设施。这样，建筑最坚固的部分就在外部，可以最好地抵御风力——在 40 层楼以上，风力可能比重力更令人担忧。

地铁的出现引发了 20 世纪 60 和 70 年代高层建筑的激增，其中包括约翰汉考克中心、西尔斯大厦和世界贸易中心。但当贝克于 20 世纪 80 年代初加入 SOM 时，建筑师和工程师们又遇到了新的问题。地铁有一个很大的局限性：它可以建到建筑师想要的高度，但前提是底座也要相应增大。“如果高度增加一倍，宽度和深度也必须增加一倍，体积就会增加八倍，”贝克说。这对于超高层建筑来说是行不通的——150 层意味着数百万平方英尺的办公空间，其中大部分位于大楼深处，足以让投资者紧张地松开领带，寻找最近的出口。

20 世纪 90 年代中期，发生了两件事，它们帮助建筑师克服了建筑面积难题，这两件事对于超高层建筑革命的兴起都至关重要。第一件是经济问题。最高的摩天大楼过去主要包含办公空间。现在，超高层建筑是酒店、公寓、购物中心和餐馆的所在地。住宅和零售空间所需的楼板比办公室要窄，这使得建筑能够用相同数量的材料建得更高，同时还提供了多样化的房地产选择，使超高层建筑更容易填满。2000 年，全球 20 座最高建筑中只有 5 座是混合用途建筑；到 2020 年，只有 5 座不是。

向混合用途塔楼的转变促成了摩天大楼设计的第二次重大转变：放弃管道本身。1998 年，贝克和阿德里安·史密斯（SOM 建筑师，曾设计该公司许多最高项目，包括哈利法塔，后来离开公司创办了自己的公司）公布了芝加哥 7 South Dearborn 的规划。这座塔楼像超模一样纤薄：它将高 2000 英尺，仅占城市街区的四分之一。他们没有使用管道，而是使用了“斜拉桅杆”，其特点是中央核心被八根巨大的柱子紧紧包围，108 层混合用途空间中的顶部 60 层从这些柱子悬挑而出。

互联网泡沫的衰退阻碍了南迪尔伯恩 7 号的建设，但其创新方法启发了建筑师和工程师设计数十座“后管式”摩天大楼。贝克和史密斯再次联手设计哈利法塔，他们再次提出了一种全新的结构系统，即“支撑核心”。它包括一个中央六边形混凝土核心，他们在核心的三边放置了三角形支撑。想象一下一艘带有三个细长稳定翼的火箭飞船。

当然，仅仅设计一座高楼是不够的；建筑师和工程师还必须想出如何让人们在其中穿行。他们已经采用了空中大厅、双层电梯和所谓的目的地调度电梯等解决方案。然而，即使是最智能的电梯也只能以每分钟一公里的速度上升，而下降速度也只有这一速度的三分之二左右——否则大多数乘客的耳朵无法承受压力。

要想再建得更高，就需要对电梯本身进行彻底的重新思考。“如果真的要建得很高，就必须摆脱缆绳，”原世贸中心首席结构工程师莱斯利·罗伯逊 (Leslie Robertson) 说。他说，传统升降电梯的实际极限约为 1,500 英尺。“例如，你需要一辆电磁驱动的汽车。这肯定是未来的潮流。”

去年，一家名为 MagneMotion 的公司推出了一款无线电梯，由线性同步电机驱动，类似于一些火车上的磁悬浮电机。MagneMotion 的电梯是为美国海军开发的，旨在在船上运送弹药，但该公司表示，它可以轻松地将其改造为乘客电梯。

如今的超高层建筑在设计和构成上都有所不同。钢铁曾是高层建筑的首选材料，但工程师们已经开始抛弃钢铁，转而使用混凝土。Thornton Tomasetti 公司的结构工程师 Leonard Joseph 表示：“这种混凝土不是你祖父时代的水泥、石头和水。”相反，它涉及复杂的化学品和先进材料的配方，包括可以替代笨重钢筋的微纤维。

结构钢的抗压强度约为 250 兆帕；在 20 世纪 50 年代，最坚固的混凝土可以承受约 21 兆帕，将全混凝土结构限制在 20 层左右。如今最坚固的混凝土可承受 130 兆帕，而添加微纤维可使该数字几乎翻倍。另一个优势是混凝土结构的质量大于钢结构——因此混凝土塔可以比钢塔更薄，但仍然具有相同的抗风能力。与钢不同，混凝土不需要防火。

一些工程师开始转向混凝土，而另一些工程师则已经开始考虑使用碳纤维复合材料。碳纤维是一种轻质、超强的材料，也是赛车和喷气式飞机的结构材料。但科学家们需要解决一些重大挑战。碳纤维不仅价格昂贵，而且它的优势——轻便——也会让大楼里的任何人都感到不安。人们已经习惯了脚下坚固的混凝土和钢铁；而在碳纤维建筑中，他们会觉得自己走在鼓面上，在 1,500 英尺的高空，这种感觉令人不安。

随着建筑物越来越高，它们面临着一系列越来越复杂的力。在地面上，微风可能几乎感觉不到。在 100 层楼上，阵风可能达到每小时 40 英里。工程师们特别担心的是所谓的涡旋脱落：当风经过建筑物的尖锐边缘时，会产生涡流，以不可预测的方式拉动建筑物。

工程师模拟外力的能力也推动了建筑物的发展。直到 20 世纪 70 年代，工程师们还不得不对塔楼进行过度设计，使其具有冗余强度，因为在建筑物建成之前无法对其进行测试。大约在那个时候，工程师们开始对模型进行风洞测试。但直到快速、廉价的计算能力和 3D 打印出现后，设计公司才能够快速测试许多场景。

如今，风力工程公司可以在几个小时内制作出建筑物的多个 3D 模型，然后在专门的风洞中快速连续地进行测试。“他们一天可以测试 18 种变化，”贝克说。“这是漫长的一天，但仍然如此。”数百个传感器覆盖每个模型，每秒获取数百个压力读数，工程师随后将这些读数输入计算机模拟，以显示建筑物最薄弱的地方。在这个过程的最后，他们甚至重新创建了建筑物周围环境的比例模型：山丘、其他建筑物，甚至行人，所有这些都会形成复杂的风向。

风洞分析帮助工程师们开发出解决涡旋脱落问题的方法，比如在建筑的拐角处使用圆边和凹槽，以及阻尼器（类似于减震器），以减少塔楼在微风中移动的趋势。如果没有这些措施，许多超高层建筑就会剧烈摇晃；即使它们没有倒塌，也无法在里面工作。“你站在一根湿面条上，感觉非常难受，”约瑟夫说。

1906 年，摩天大楼时代刚刚开始不久，景观设计师 HA Caparn 称这种新型建筑是“对经济规律的反抗”。他说，建造如此高楼的唯一理由就是自负和金钱。一百多年后，批评者仍然持这种观点。他们说，超高层建筑集中在波斯湾和中国等地并非巧合。它们就像建筑温室里的花朵，在金钱和不良意识的人工气候中生长。

然而，超高层建筑并非是对经济的反抗，而是其最纯粹的表现。迪拜和上海不是古埃及或 17 世纪的法国，那里的君主可以随意建造金字塔或宫殿。决定超高层建筑是否建成的是市场，而不是人。

以哈利法塔为例。这座建筑本身就代表着宝贵的房地产。但其开发商伊玛尔地产 (Emaar Properties) 也将其打造成新商业和住宅区的核心，对能清晰看到摩天大楼的房产收取额外费用。即使哈利法塔未能盈利，伊玛尔地产也认为其存在将提升周边房产的价值，足以弥补差额。

除了房地产投资，还有一个更根本的因素推动了超高层建筑的扩张：人口结构。到 2050 年，世界人口将从今天的 70 亿增长到 90 亿。其中约 70% 的人口将居住在城市地区。

在 20 世纪的大部分时间里，发达国家和发展中国家的城市规划都是反城市的；工业城市的密集垂直性被认为是过去的事情。超高层建筑不仅代表着对这一愿景的拒绝，也代表着对一种新综合体的接受：垂直城市主义。

像哈利法塔和上海中心大厦这样的建筑通常被称为垂直城市，但它们却没有 19 世纪伦敦或纽约下东区的那种杂乱活力。在香港，高 1,588 英尺的环球贸易广场拥有自己的机场铁路；再加上大楼内的高端商场、办公空间和酒店，游客可以乘飞机抵达这座城市，在环球贸易广场度过数周时间——而不必呼吸当地的空气。

无论我们喜不喜欢，这都是超高层摩天大楼的前景。2017 年，由阿德里安·史密斯设计的沙特阿拉伯吉达王国塔将开放，预计高度为 3,280 英尺，取代哈利法塔成为世界最高建筑。我和贝克坐在洛克菲勒中心的咖啡馆里，问他王国塔的高度是否超过半英里，是否代表了人类设计的最高极限。他能做到，比如说，一英里吗？他想了一会儿。“当然，”他说。他只需要合适的客户。

克莱·赖森 (Clay Risen) 是《纽约时报》专栏的编辑。本文最初刊登在该杂志 2013 年 3 月刊上。