挺身而出

建造一座塔的想法
触摸天空的历史可以追溯到数千年前。在过去的一个世纪里，建筑师和工程师们设计出了看似不可能的四分之一英里高的建筑——这是人类挑战极限的需要的体现，也是缓解拥挤城市拥堵的一种方式。但在 9 月 11 日恐怖分子劫持两架客机撞向纽约市最高的建筑，将双子塔夷为平地后，世界各地的标志性摩天大楼突然被贴上了一个新标签：目标。

这种转变激励着建筑商树立新的目标——建造世界上最安全的高层建筑。在最近的悲剧发生后，建筑和结构工程领域最聪明的人才正在汇集他们的专业知识，以找出建筑物如何经受住最新形式的恐怖主义袭击。新型混凝土能经受住炸弹爆炸和 2,000 度高温的喷气燃料火灾吗？灵敏的激光探测器能否使大楼的应急人员在有毒化学药剂到达大楼之前就找到它们？是否有可能创建一个防火疏散系统，当大楼中部着火时，使顶层的人们能够下降到安全的地方？这些问题和其他许多问题的答案可能很快就会出现在您附近的摩天大楼上。

摩天大楼自卫

建筑商正在探索新方法
让办公室工作人员感到安全。选项包括建筑外墙上的防护钢板、防爆逃生路线、人们可以等待火灾熄灭的安全地板，以及基于激光的
可以识别危险化学品的设备。

1. 避难区：这些避难所每隔 15 层设置一个，采用混凝土加固，具有很强的耐热性。

2.防弹电梯井：这将使消防员能够快速到达问题区域。

3. 加压楼梯间：这些防火楼梯间位于建筑物的混凝土核心内，连接至避难区并提供无烟逃生路线。

4. 紧急指挥中心：该建筑的安全设施位于大厅上方的楼层，该楼层不太容易受到汽车炸弹的袭击。

5. 混凝土芯：中央垂直混凝土柱支撑建筑物的重量，并为紧急楼梯和电梯提供防火外壳。

混凝土包裹钢柱：混凝土的耐热性将延缓火灾期间结构柱的熔化。

外部钢板：用钢板覆盖建筑物的混凝土外墙将有助于偏转高速撞击。

无线火灾报警器：每层楼的传感器独立连接到应急指挥中心。

毒物和爆炸物探测器：激光光谱仪持续分析空气样本并向安保人员发出化学危险警报。

喷水灭火器：高科技喷水灭火器喷出的水雾可以灭火，而不会损坏敏感设备。

正确的东西

虽然世贸中心双子塔最终倒塌，但它们都承受住了巨大的冲击并屹立了一个多小时——这段时间让数千人得以逃到安全地带。
塔楼之所以能屹立不倒，部分原因在于其巨大的宽度，高达 208 英尺。这样的宽度意味着，即使喷气机进入大楼内部，一些外部钢柱仍能保持原位。塔顶严重受损，只能依靠这些剩余的柱子支撑。如果随后发生的火灾没有削弱这些柱子，这些建筑很可能今天还能屹立不倒。

西雅图工程公司 Skilling Ward Magnusson Barkshire 总裁兼高层建筑和城市人居委员会主席 Ron Klemencic 表示：“人们现在不应该再问世贸中心哪里出了问题，而应该开始思考哪里做对了。”

尽管世贸中心的坚固性受到质疑，但许多工程师认为它还有改进的空间。20 世纪 70 年代初，当双子塔矗立在纽约市天际线的顶端时，任何超过 20 层楼高的建筑主要都是由结构钢制成的。当时，即使是最坚固的混凝土也无法支撑任何更高的建筑的重量，更不用说 104 层高的摩天大楼了。然而，如今，建筑商可以使用比它坚固 10 倍的混凝土——每平方英寸可以承受 10,000 磅的压力，否则会坍塌。

创新型混凝土具有更多结构优势。例如，一种新型混凝土含有再生不锈钢纤维。这些纤维增加了混凝土的强度和吸收能量的能力。如果发生建筑物震裂灾难，这种混凝土会以更大的块状粘结在一起。混凝土粘结得越好，从结构上脱落并砸到下面的行人的可能性就越小。钢丝网混凝土是一种防震技术，但它也可以抵御飞机坠毁的侧向力。

混凝土比钢材更耐高温，但柔韧性较差，因此相对而言具有防爆性能。因此，工程师们表示，用混凝土包裹摩天大楼的钢梁可以更好地保护建筑框架免受高温和爆炸的伤害。

除了防火之外，混凝土还能提供稳定性。虽然世贸中心大楼的结构支撑来自其周围的钢柱，但现在许多工程师都支持摩天大楼蓝图，其特点是沿大楼中心延伸混凝土核心筒。这种核心筒充当大楼的脊柱，支撑大楼的重量。它还可以充当安全避难所，设计师可以在其中设置紧急逃生路线：防火电梯和楼梯间。
马来西亚的双子塔就是一个典型的例子，这座双子塔于 1998 年启用，高 1,242 英尺，是世界上最高的建筑。每座塔都有一个直径 41 英尺的垂直内核，里面设有大楼的出口路线，内核包裹在一个较小的混凝土圆柱体上。

任何记得读过幸存者从世贸中心楼梯间逃生，却遇到精疲力竭的消防员上楼的叙述的人，都会明白消防应急电梯的用处，救援人员可以使用这种电梯。“建造防爆电梯井，以便救援人员能够迅速到达火灾现场，这个想法并不新鲜，”负责制定摩天大楼消防规范的国家消防协会高级副总裁兼总工程师亚瑟·科特 (Arthur E. Cote) 说。不过，鉴于最近发生的事件，他说：“我相信它会受到更多的关注。”

与此同时，在加州大学伯克利分校，结构工程师阿布哈桑·阿斯塔内-阿斯尔正在试验将半英寸厚的钢板用螺栓固定在混凝土建筑的外墙上。尽管阿斯塔内-阿斯尔的工作旨在减轻地震破坏，但许多工程师认为，这样的外墙可以吸收最近飞机坠毁的巨大能量，防止飞机燃油在建筑内部燃烧。

建造安全的建筑和吸引人的建筑之间的平衡总是很微妙的。建造一座象征安全的摩天大楼不仅成本高昂，而且往往会破坏黄金地段的吸引力。多余的柱子遮挡了奢华的视野。“我们可以建造堡垒，”克莱门西克说，“但人们会愿意在里面工作吗？建筑商会愿意为它们付钱吗？我不太确定。”

只要看一下设计用于承受 767 坠毁的建筑物（核电站），就能理解美学论点。然而，在当今的环境下，租户不太可能在没有保证建筑物尽可能安全的前提下签订高层租赁合同。“商业界将更加认真地考虑这个问题，”克莱门西克说，“坦率地说，他们将开始利用安全性来提升自己的营销地位。”

撤离人员

1993 年，在一次恐怖袭击中，一辆卡车炸弹在世贸中心地下室爆炸，爆炸导致大楼紧急行动中心的大部分电力中断，该中心位于一楼。此后，安全中心被迁往更高的楼层——许多工程师认为这是一个明智的举措，他们对大多数办公楼的安全总部设在大厅感到遗憾。“你可以开着一辆装满炸药的汽车冲进大厅，或者一个自杀式炸弹袭击者可以走进来，”克莱门西克说。“如果你失去了指挥中心，你就失去了操作大楼和与人沟通的能力。”

当然，前提是每个人都能听到你的声音。大多数警报和扬声器系统通过垂直穿过大楼的电缆与紧急行动中心相连。火灾或其他灾难可能会切断这些电缆，导致指挥站与关注区域上方的所有楼层失去联系。一些新建筑中已经采用的解决方案是在每个楼层配备无线远程火灾警报系统。警报器有一个传感器，可向指挥中心提供两种信息：楼层是否着火，以及传感器是否正常工作。这些远程信号会连续传输，因此任何中断都会触发立即响应。“这些设备非常精密，它们甚至可以减少误报的可能性，”特纳建筑公司的电气工程师弗兰克·卡里斯塔说。

如果人们无法逃生，人们正在研究其他措施。在中国，“避难区”受到许多建筑商的欢迎。每隔 15 层楼左右，就会用混凝土板建造一层或一部分楼层，作为居住者可以等待火灾熄灭的地方。这些区域配备了机械通风系统，可以清除空气中的烟雾。它们还与加压楼梯间相连，以防人们需要逃离潜在的坍塌。“建造避难区的想法对残疾人或身体状况不佳的人特别有帮助，”马里兰大学消防工程师詹姆斯·米尔克 (James Milke) 说。“走八层楼比走四十或五十层楼要轻松得多。”

此外，高科技系统正在研发中，可以让安保人员在袭击发生之前就发现有预谋的袭击。一种名为激光光谱仪的设备可以根据风向嗅出建筑物一英里范围内的爆炸性化学物质或毒气。它可以放在一个传真机大小的无害盒子里，安装在建筑物的外墙上。

盒子内的泵不断从周围空气中吸入气体样本。这些样本被送入一个腔室，在那里暴露在红外激光下。每种化学物质都拥有独特的指纹，这是基于其分子在光吸收光谱上的行为方式。光谱仪的传感器被设置为识别可疑化学物质的特定频率，包括炸弹中最常用的化学物质。如果检测到这样的频率，就会触发警报，提醒应急人员。

如果在 1995 年俄克拉荷马城遭受袭击的联邦大楼安装了激光光谱仪，该设备将能够检测出蒂莫西·麦克维卡车炸弹中的氨化合物。“我们已经有了一种可以检测出气味阈值以下 100 倍的氨的设备，”俄克拉荷马州诺曼市 Ekips Technologies 总裁兼首席执行官帕特里克·麦肯说。“我们很快就能制造出可以检测十几种或更多化学物质的激光探测器。”

重建的任务

倒塌发生数小时后，人们开始争论应该建什么来取代世贸中心。有人建议重建原塔楼的复制品，向恐怖分子发出信号，表明这座城市的精神完好无损。还有人建议建一座公园，纪念袭击的遇难者。世贸中心现任经理拉里·西尔弗斯坦建议建造一座新建筑：四座 50 层高的建筑群。这样的计划将证实那句老话：人多力量大。将建筑群集中在中央庭院周围，可以保护建筑朝内的侧面免受飞机袭击，并将外墙加固措施的成本降低一半。

但在任何计划付诸实施之前，必须先完成清理现场废墟的艰苦而危险的过程。就像生死攸关的积木游戏中的玩家一样，清理工人正在小心翼翼地从塔楼下方的六层楼中清除扭曲的金属和碎片，希望他们的行动不会导致整个地基倒塌。

双子塔的六层楼内设有商店和餐厅、停车场、地铁和 PATH 列车，四周环绕着一道地下挡土墙。工程师们称其为“浴缸”，挡土墙阻挡了周围的土壤以及哈德逊河的水，而哈德逊河就在几个街区之外流淌。当世贸中心完好无损时，地下楼层的钢梁充当了支柱，从内部支撑着浴缸，使其保持直立。法医工程师现在提出的问题是，这些支柱的作用是否已被充满浴缸的碎石所取代。如果是这样，那么清理工作最终可能会导致地下挡土墙倒塌——淹没现场并危及工人安全。

但 Mueser Rutledge 咨询工程师公司的 Dan Hahn 确信它基本上完好无损。“我们不断检查挡土墙是否有水，”Hahn 说道，他的公司是市政府任命的特别工作组的成员，负责确定世贸中心地基的稳定性。“只要墙是干的，我们就没问题。”

另一个挑战是世贸中心大楼下方的火车隧道遭到破坏。IRT 地铁线上的 Cortlandt Street 站必须重建，1000 英尺的轨道也必须重建——这个过程可能需要数年时间。与此同时，连接曼哈顿下城和新泽西州的 PATH 列车也遭到严重损坏。“由于水管破裂和消防员水管中的水，PATH 地铁管路中的水一直流到新泽西州，”哈恩说。穆瑟·拉特利奇 (Mueser Rutledge) 建造了两个直径为 16 英尺的混凝土塞，以密封 PATH 隧道并防止进一步的洪水泛滥。一旦泄漏被调查出来并将多余的水抽出，塞子将被移除并开始隧道重建。

鉴于袭击的性质，生物恐怖主义的威胁再次出现。为了应对这一威胁，联邦交通管理局正在开发所谓的城市化学释放探测器，这种设备可以探测地下隧道内的火灾、烟雾、生物制剂和其他危险。地铁站周围可以放置多达 10 个这样的设备，以提醒车站工作人员注意潜在的危险。

但即使建筑和交通领域实现了所有这些技术进步，我们真的安全吗？混凝土核心筒、钢板外墙和炸弹探测器能阻止 9·11 惨剧发生吗？

理想情况下，我们永远不会知道，因为再也不会发生这样的袭击。然而，美国国家消防协会首席工程师科特说，这种希望并不是在安全措施上吝啬的理由。科特说，公众对安全问题的关注时间非常有限。悲剧发生后，通常会出现一系列改进，但很快人们就会淡忘这件事，建筑商开始削减安全措施，抱怨成本太高。“可悲的是，”他说，“我们在强制性消防法规等方面取得的几乎所有进步都是在灾难发生后取得的。”

废墟中的机器人

在世贸中心遭受袭击后的 24 小时内，由全国学术、军事和工业机器人专家组成的机器人辅助搜索和救援中心的团队抵达现场。

一支由南佛罗里达大学计算机科学家罗宾·墨菲领导的团队将鞋盒大小的机器人放在背包里，爬上曾经矗立着双子塔的废墟。机器人在八次尝试中五次成功爬进废墟下方的空间。这些机器找到了五名遇难者的尸体。

这些机器人像微型坦克一样，依靠履带移动。所有机器人都通过无线电或电缆系绳进行远程操控，但目标是开发能够自主探索的机器人——在废墟中找到自己的出路。

除了定位受害者，机器人还可以绘制灾区地图并运送应急物资。机器人体积小巧，消耗性强，可以派往人类无法到达或太不稳定而无法安全探索的区域。即使是爬上瓦砾堆这样的简单动作也可能很危险，因此墨菲正在开发她所谓的“有袋动物”团队：一个“妈妈”机器人，它可以把一个较小的“宝宝”带到瓦砾堆上，然后派出宝宝在废墟下进行搜索。

机器人会取代人类救援人员吗？当然不会。“机器人的目的是做人和狗做不到的事情，”墨菲说。“真正的英雄仍然是消防员和救援人员。我们只是帮助他们的技术极客。”

—保罗·贝克

良好的振动

世贸中心 4 号楼残骸摇晃不已，因为路过的卡车和附近的起重机会震动其地基。但多亏有了新型激光运动探测器，如果这栋破损的大楼开始倒塌，清理人员就能得到充分的警告。

这种被称为激光多普勒测速仪的设备最初是为了探测第三世界国家的地雷而发明的。但在 9 月 11 日晚，美国陆军匆忙将测速仪及其发明者詹姆斯·萨巴蒂尔带到了曼哈顿下城的原爆点。

在正常情况下，该建筑的摇晃幅度可能为 25 微米，约为人类头发宽度的四分之一。但在重型机械队清理四周瓦砾的情况下，萨巴蒂尔记录到 4 号楼的摇晃幅度接近 300 微米，约为三分之一毫米。值得庆幸的是，这还不足以推倒建筑物，到目前为止，现场的金属工人、垃圾车司机和救援人员均未撤离。

弗吉尼亚州贝尔沃堡美国陆军夜视电子传感器理事会的研究科学家萨巴蒂尔说：“只要位移几厘米，窗户就会开始掉落。”

萨巴蒂尔的装置通过让激光束从建筑物的正面反射而工作。当建筑物摇晃时，反射光束的频率会发生变化，就像火车经过车站时汽笛的音调会发生变化一样。传统的测量设备，如测量建筑物倾斜程度的经纬仪，精确到几毫米。但萨巴蒂尔的探测器可以进行连续实时测量，精确到几百万分之一英寸。

—特雷弗·蒂姆

世界最高建筑

在轰动一时的电影大片《偷天陷阱》中，有一个令人屏息的场景，演员凯瑟琳·泽塔-琼斯和肖恩·康纳利在两座高楼之间攀爬，距离地面 1,000 英尺。这个场景是幻想出来的，但它是在现实生活中世界上最高的建筑：马来西亚吉隆坡的双子塔拍摄的。

这座双子塔于 1997 年初投入使用，体现了亚洲和西方的影响。建筑师 Cesar Pelli 的灵感来自伊斯兰艺术中的几何形状，扇形立面让人联想到蕾丝——尽管蕾丝是由玻璃和钢铁制成的。建造双子塔耗费了 36,910 吨钢铁。两座大楼之间共有 32,000 扇窗户；窗户清洁工需要整整一个月才能清洗完每座塔一次！

双子塔由 41 层和 42 层之间的一座桥连接，高 1,483 英尺，但只有 88 层。因此，尽管双子塔比芝加哥的西尔斯大厦高出 33 英尺，但西尔斯大厦仍可称得上是最高的楼层（110 层）。建于 20 世纪 70 年代初的世界贸易中心曾短暂地成为世界最高建筑，直到 1973 年西尔斯大厦建成。然而，纽约的拥护者坚持认为，当测量中包括世贸中心的天线时，它仍然保持着世界最高建筑的地位。当然，现在这已经是没有实际意义的问题了，如果计划在印度加丹吉建造的印度中心大厦在 2008 年按计划建成，所有其他此类争论都应该会暂时停止。它将有 2,222 英尺高。

—奥德·勒克鲁比尔

**机器人视角

机器人和世界贸易中心**

作者：Angela Palmer

机器人辅助搜索和救援中心 (CRASAR) 的科学家
在“9·11”恐怖袭击发生后，立即将机器人带到了世贸中心遗址。

机器人被派往废墟中搜寻幸存者和遗体。

CRASAR 的网站展示了机器人工作时的静态图像和视频，
包括安装在机器人上的摄像头拍摄的“机器人视角”镜头
本身。以下是几个示例。更多静态图像可在此处查看，*.mpg 电影
可以在这里找到。

图片

机器人视图 onClick=”window.open(”,'popup1′,'height=440,width=500,scrollbars=no,resize=no')”
target=”popup1″>进入管道（地板的水平支撑之一）。

机器人视图 onClick=”window.open(”,'popup1′,'height=440,width=500,scrollbars=no,resize=no')”
target=”popup1″>在管道内。

机器人视图 onClick=”window.open(”,'popup1′,'height=440,width=500,scrollbars=no,resize=no')”
target=”popup1″>从管道中出来。这张照片来自这个机器人失踪前拍摄的最后一段视频。

看一下 onClick=”window.open(”,'popup1′,'height=440,width=500,scrollbars=no,resize=no')”
target=”popup1″>倒塌前的 7 号楼。

机器人 onClick=”window.open(”,'popup1′,'height=440,width=500,scrollbars=no,resize=no')”
target=”popup1″>查看它进入的洞口。该影片显示该区域不适合工人进入。

一张 onClick=”window.open(”,'popup1′,'height=440,width=500,scrollbars=no,resize=no')” 的图片
target=”popup1″>捕获大部分图像和视频的机器人之一。

电影 (MPG)

target=”popup1″>机器人观察管道。这段视频证明，该区域对于即将被放下的工人来说并不安全——机器人在 40 英尺后就丢失了。

onClick=”window.open(”,'popup1′,'height=300,width=320,scrollbars=no,resize=no')”
target=”popup1″>距离世界贸易中心约一个街区的停车场的机器人视图。

onClick=”window.open(”,'popup1′,'height=300,width=320,scrollbars=no,resize=no')”
target=”popup1″>寻找受害者的机器人视图。机器人撞入底部的管道。

onClick=”window.open(”,'popup1′,'height=300,width=320,scrollbars=no,resize=no')”
target=”popup1″>模拟期间的机器人视图（银行内部）。

onClick=”window.open(”,'popup1′,'height=300,width=320,scrollbars=no,resize=no')”
target=”popup1″>机器人正在执行建筑物侦察任务。这些是体型较大的机器人（大部分镜头是由体型较小的机器人拍摄的）。