高度赋予安全感

张晓虹/ 文

上海城市规划展示馆内,解说员站在一个巨大的上海规划模型盘旁,向游客详细讲解上海未来的城市图景。当讲解到最具上海象征意义的陆家嘴地区时,灯光突然一下熄灭了,一束强光柱集中在陆家嘴模型上。“这其中最高的建筑,就是上海环球金融中心……”在中国第一高楼金茂大厦旁,耸立着一幢更加高大的白色建筑模型——上海环球金融中心。这座设计高度为492 米的大楼建成后,不但成为中国大陆的第一高楼,更是世界第一高楼,无疑会是未来上海的新符号。这是2002 年人们对还未建成的上海环球金融中心的期待,而如今15 年一晃而过,如今的金融中心已然成为上海标志性建筑,是外地游客来上海的必玩项目之一,它是如何做到稳稳屹立,高耸入云?它内部的防火防灾系统又有何独到之处,本文将为读者一一揭秘。

抗震中枢——核心筒

上海环球金融中心是以日本的森大厦株式会社(MoriBuildingCorporation)为中心,联合日本、美国等40 多家企业投资兴建的项目。1997 年初开工后,因受亚洲金融危机影响,工程曾一度停工。2003 年2 月工程复工。
为了使上海环球金融中心拥有非同一般的抗地震抗强风的能力,中美日三方的设计师们动足了脑筋。上海环球金融中心的“骨架”非同一般,韧性极强的钢构件和高强度的混凝土制作而成的巨型柱、桁架、斜撑组成了它的外部结构,在内部,钢筋混凝土核心筒则扮演着“人体脊椎”的角色,内外结构由以核心筒为中心的伸臂桁架连接起来。另外,建造者们在大楼的基础部位设置了由外周墙和核心墙组成的井字形“基础墙”“基础地板”以及打入地下深达78 米的2200 根钢管地下桩基,从而保证了大楼由内而外相互支撑,上密下牢的稳定体系。
马步扎得如此稳当,上海环球金融中心的抗震能力已经远远超出了上海普通建筑的7 级抗震标准,在对1:50 的上海环球金融中心模型进行加震实验后,上海环球金融中心的测试结果非常惊人,它可以抵御烈度8-9 级地震。另外,对于周期性比较长的地震,上海环球金融中心内有专门安装的摆式探测装置来应付,当探测器探测到地震的周期会较长时,会“命令”电梯紧急停止在最近的楼层,以不变应万变,从而更安全地疏散电梯内的人员。

纵向交通——“全能型”疏散电梯

为了满足上海环球金融中心内人员运输的要求,楼内共设有91 台电梯,其中2 台采用了第二代可调节式双层轿厢电梯,可以满足大楼不同层高的停靠要求。采用此类电梯,不仅提高了早高峰时段的电梯运能,还充分利用了电梯井槽,节省了核心筒的面积。
高层建筑消防电梯是消防人员进行灭火救援行动的重要工具,一般客梯由于没有防火、防水、防烟功能,按照国家标准《高层民用建筑设计防火规范》的规定,火灾时必须停止运行,不能用于火灾情况下人员疏散。然而,上海环球金融中心层数多、建筑高、人员密集,虽然已经设置了29 部疏散楼梯,但仅靠有限的疏散楼梯进行垂直疏散,需要很长的时间。因此除去正常运送乘客的电梯,塔楼还配置了13 台疏散电梯,疏散电梯参照消防电梯设计制造,并具有防烟、两路供电等特殊功能。上海环球金融中心内最快的电梯速度达10 米/ 秒,是世界上最快的双层轿厢式电梯。从地下1 层到95 层只需1 分钟左右。另外,塔楼内还装备了能把车运送到高层区的电梯。
值得注意的是,国际STEPs 专业软件在对上海环球金融中心的一次模拟疏散计算结果表明,仅使用塔楼11 部消防疏散楼梯进行疏散时,整栋大楼的疏散时间为128 分钟,而利用电梯疏散人员时,疏散时间可减少至101 分钟。STEPs 在上海环球金融中心的实验给世界各国超高层建筑疏散路径的设计都带来了很好的借鉴。

避难层、避难区、避难间和避难广场等,是火灾时人员逃避烟气和火焰威胁的安全场所,主要为老幼体弱病残等行动不便的人员提供暂时避难栖生之处,并为正常人员垂直疏散过程提供一个喘息的机会。

空中堡垒——避难广场层

超高层建筑的避难设施除了防烟楼梯间及其前室外,还包括避难层、避难区、避难间和避难广场等,是火灾时人员逃避烟气和火焰威胁的安全场所,主要为老幼体弱病残等行动不便的人员提供暂时避难栖生之处,并为正常人员垂直疏散过程提供一个喘息的机会。在上海环球金融中心内,从6 楼开始,每隔 12 个楼层(6、18、30、42、54、66、78、89 层)共8 个楼面都建造了一个防火用的“避难广场层”来应对突发事件,一旦楼内某楼层的温度超标,距离该楼层最近的避难层室外的空气加压防燃系统便会自动打开,利用空气压力形成的无形屏障,防止烟雾流入避难广场层。在火情发生时,大楼不同楼层上的工作人员及观光人员只需被带领或根据标志找到离自己最近的疏散楼梯,就能快速地通向避难层,上海环球金融中心内的安全管理人员会根据火情的不同状况进行避难疏散引导。能够通过大楼紧急广播进行疏散指引,必要时可以转派工作人员对滞留于避难层里的人员实施有条不紊地疏散,直至安全到达地面。

防风神器——阻尼器

上海环球金融中心不仅在消防安全上力求做到尽善尽美,同时在防灾的其他方面也都考虑周到。不少人也许并不十分清楚,高层建筑在遭遇强风吹袭时,或多或少会有一定的摇晃。为了保障在遭遇强风时大楼内部人员工作生活的安全与舒适性,上海环球金融中心的90 层上(395 米处)被安置了两台防风阻尼器。该装置的工作原理是,使用传感器探测强风时建筑物的摇晃程度,通过计算机控制装置内部用钢索悬吊的重约150 吨的配重物体锥子进行反向运动,以抑制建筑物由于强风引起的摇晃。
说得通俗一点,就是当大楼朝一边摇晃时,阻尼器会向相反方向移动,从而平衡整个大楼的重心,减小它的摆动幅度。在竣工后的测试中,当大楼加速度达到1cm/S2 以上时,阻尼器开始自动止振。在中国大陆,上海环球金融中心是第一个安装防风阻尼器的建筑。
受地心吸引力的影响,人类总是觉得靠近大地有种“脚踏实地”的感觉,才有安全感,而处于空中的高楼则会有一种不稳定的感觉,加上高层建筑物本身就会有一定的摆动性,如果对此比较敏感的人再加上一些老人的传统观念,更容易使之产生一种忐忑不安的心理影响。在上海环球金融中心的超高度之下,人们难免会产生害怕不安的心情,然而在这高度之中随处可见的安全细节却给予人们无限安全感。

(本文图片由上海环球金融中心提供。)