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2013年6月16日

砌積木的大廈—Tamedia new office building
















認起當初入行時,老師傅經常教導我們,我們在建屋,不是在砌積木,工作要認真一點。真是意想不到十多年後的今日,日本建築師Shigeru Ban(坂茂) 竟然可以研製出如研積木般的建築設計。

在瑞士蘇黎世的Tamedia電台總部便利用了砌積木的技術來興建,首先整座大廈都是木結構的,但是每一個部件都是獨立的部件,然後套在一起並形成大廈的結構。每條柱之上都有一個圓洞,圓洞之間可容許圓形的橫樑來穿過,但是這些圓樑並不是受力的樑,這些圓樑只是用作穩定柱與柱之間的位置。

圓樑更重要的功能便是讓受力的樑能套在柱之上,每個受力樑的形狀好像是中國古代的「月樑」,「月樑」是唐代斗拱建築中常見的部件。今次坂茂則把這種新型「月樑」改由側套,而非傳統斗拱建築中的上套,這種組合方式確實有如小孩砌積木一樣。
這種結構方式在理論層面確實非常簡單,簡單如小孩們都能明白,但是若在實際層面上來考慮,則有很多因素。第一:木結構本身就有自己最大的弱點,就是耐火度,木材相對混凝土是易燃的,就算使用上階的木材的耐火度可能會提高,而且可以滿足消防處的要求。(一般情況,耐火度最少要有2小時,但很多國家都要求有3小時耐火度的要求。)

不過,就算結構本身滿足到防火度的要求,但是接合點則是關鍵,因為整個建築物的結構部件是相互緊扣在一起,因此如果局部結構萬一因火災時脫下來,便可能做成大規模的倒塌。為避免這情況的出現,所以受力的柱不是全直的,柱身部份是有凹位,所以受力的橫樑可以局部套在柱身之上,以減少依靠圓樑來連接各部件。

至於建築設計,這樣的結構能否為這建築物帶來任何特別的效果呢? 根據它的外立面設計都只是普通的玻璃幕牆,所以在建築外型上是沒有很特別的效果,但是在環保的層面上則有不同的效果。這建築物徐了是全木結構之外,還可以說是木預制件的建築,因此可以避免在地盤施工時對四周環境所做成的污染,而木材本身是天然的材料,在生產時所制造出的二氧化炭確實會比鋼和混凝土的少很多。


從這個設計中,很難說是一個非常成功的設計,因為在建築型態的層面都是相當簡單,但是在結構設計上確實是一個很新穎的構想,這一點亦反映了坂茂的強項,他一直都很精於結構上的設計,特別是木與再造紙,所以他的設計往往是充份讓結構展現出來的。

2013年6月3日

光與影匯合的教堂—Cathedral of Evry








既然寫了《建築遊記》這麼多年,是時侯開始寫多一些別的建築師的作品,今日所介紹的建築師的建築師是來自瑞士的Mario Botta. 他曾經在建築大師—Le Corbusier Louis kahn處工作,而他的設計特色是很喜歡使用圓形,而且很善於處理陽光與空間的關系。另外,他設計的手法與其他的建築師有一點不同,他不會因應建築物的外形來作為一個設計的出發點,亦不會以人流動線作為首要考慮。

他主要是以主空間作為一個設計的核心,以今次介紹的例子為例,他設計的重點是由教堂的主禮堂作為設計的原點,主禮堂設在整座圓形建築的核心,四周的通道則設在圓形的外圍,在通道的外圍便是主入口和其它附助設施,所以可以說是整個建築物的空間是由部的核心空間,一層一層向外推展出去的。

為了使主禮堂進一步突顯其重要性,整個建築物是由兩層牆來組成的,內圍的牆自然是包圍主禮堂, 外圍的牆自然是建築物的外牆,雙層牆的做法除了讓主禮堂在視覺上與外界完全分開,亦為教堂提供理想的隔音效果,而室內的空心磚牆亦有助隔聲。

這建築物以圓形作為一個基礎的元素,是因為主禮堂之上有一個圓形的天窗,當陽光以不同的角度射進室內時,陽光的投影會在室內造成不同一投影,換句話說室內的效果是根據不同時侯的陽光倒影來造成。因此,圓形便自然是一個最理想的形狀來體驗這種效果,簡單來說圓形的主禮堂便是一個巨型的時鐘,亦自然是體驗「天人合一」的空間。這種設計在香港或新加坡等地方就自然不合適,因為如此巨型的天窗當然會在夏天時帶來太過猛烈的陽光,使主禮堂變成一個大火爐一樣,但是在法國的北部就完全不同,從南方陽光所帶來的溫暖是可遇不可求的恩物。


這一種與陽光結合的設計方法其實是源自歌德式教堂的設計基礎,歌德式教堂的本堂是容許陽光通過畫上聖經故事的玻璃照射在本堂之上,而陽光會因應不同的時侯而在室內空間做出不同的效果,今次所介紹的教堂其實可以說是歐式教堂的進化版。













































































































































































2013年5月30日

黑鑽石的代價—皇家丹麥圖書館(The extension of the royal library of Denmark)








黑鑽石的代價—皇家丹麥圖書館(The extension of the royal library of Denmark)

每一個國家或者城市都有它的國立圖書館,圖書館的地點和位置則視乎當時國家的政策。不過在一般情況而言,大部份的政府都會願意花錢在歌劇院之上,而非圖書館。悉尼歌劇院、北京大劇院、廣州大劇院都是當地的一級建築、連香港的文化中心都比香港中央圖書館設在更重要的地段。

不過,皇家丹麥圖書館則有一點與別不同,這建築物是位于丹麥首府—歌本哈根的市中心並且鄰近市內最重要的河流,地位固然與別不同。這建築物的地位雖然超然,但是設計則相當簡單。整個建築物成一個黑色的長方盒,外形上為了追求鑽石的效果,所以外牆不是垂直的,這便有如一個鑽石切割面一樣。
不過,這個像鑽石一樣的建築物很難滿足200,000本藏書和一個600座位的演講廳的空間需求,因此便在旁邊加設了一些低層的收藏館以彌補藏書量的需求,而又不需提高建築物7層高的規模。

圖畫館的中央部份為7層樓高的入口大堂,為了營造一個與別不同的效果,大堂部份使用了清玻璃,而非外牆所用的黑玻璃。另外,在中央大堂部份的兩邊牆壁都是白色的,而且是彎彎曲曲的,這與黑鑽石的外牆形成強烈的對比。
不過,要建造這個中庭則需附出不少代價,因為這個大堂的樓高7層,並附有天窗讓陽光可以照射下來。另在向海的一邊為單層的清玻璃並附以點玻結構來支撐,這個細部可以讓讀者盡覽四周的河境,但是這個中庭由於沒有用雙層的中空玻璃,所以保溫或隔熱程度都一般,正所謂冬不暖、夏不涼。

在丹麥這種北方的國家其實是很不適宜使用單片玻璃來作大型中庭,因為這個設計消耗熱能很大,據我所知,如在德國就接近一定要使用雙層玻璃才能滿足節能規范的要求。除了不環保之外,而且都很容易使讀者感到寒冷,但是為了保留原創的效果,便唯有作出這樣的抉擇。

講至這裡,其實我想大家明白一件事情,做每一個設計決定時,便需要作出某程度的取捨。而建築物唯一部份的細節往往成為一個建築物成功的關鍵,若以這個設計為例,如果中庭為了要考慮保溫的因素,便需要放棄單層玻璃的中庭,取而代之是需要配置窗框的雙層中空玻璃,不過便犧牲了這個通透的中庭。


圖書館的網址:


2013年5月18日

英倫之障—Thames barrier













不經不覺已離開倫敦3年,每當我看到電視上關於倫敦的畫面都會勾起無限的懷念。倫敦市內有很多世界著名的地標,不過倫敦永遠的地標就一定是泰吾士河,但是大家又有沒有想過泰吾士河是可能會泛濫的,到底倫敦市政府是如何保護這個大約1000多萬的人口的城市呢?

在泰吾士河的東邊的一個小城市silvertown, 有一個著名的水利工程Thames barrier,它是用作防止泰吾士河泛濫而設的。
倫敦市內的水浸問題主要成因有二:
第一:海水從英倫海峽一方沿泰吾士河流入至倫敦市內
第二:泰吾士河的排水量不足以排出倫敦市內的雨水。

Thames barrier的設計是在泰吾士河上設立一道屏障,萬一英倫海峽一方的水位太高時,Thames barrier便關起來,並把海水阻截在倫敦Zone3以外的區域。再當海水回落至合適的水平後,再重新打開閘口,讓船隻可重新進出泰吾士河。不過,儘管閘外的水位回復至正常的水平,但是總會可能與閘內的水位有所距離,因此如果一時間全開閘的話,便很可能會一瞬間大幅度地提高閘內的水位,因此Thames barrier的設計成半圓形。
當正常時,半圓形的閘便平放,讓船隻可以自由出入。當需要關閘時,半圓形的閘便轉至垂直的方向,這便造成一道接近20m高的屏障來阻檔洪水。當洪水過去後,半圓形的閘便轉至最高處只留下細少的閘口,讓閘內外的水位慢慢回復至相約的水平。

為了減輕關閘時的耗能和關閘所需的時間,因此Thames barrier由一道閘分拆成7道閘,每一道閘約為30m長,而這個闊度亦足夠讓一般的大船通過。再者,這7段的閘口可以按情況分階段來控制海水回進市內的河道。

其實設計Thames barrier雖然不是簡單,但是一項很直接了當的工程,不過設計師Rendel, Palmer and Tritton不單考慮了工程上的要求,還考慮了美學上的要求。他們把推動閘門的馬達裝飾成像田螺一樣的小屋,在外表上完全不似重工業的建築,現實地很多人從外貌都不知道這些建築物的功能。另外,由於用上了鈦金屬的物料來裝飾,這不單可以美化馬達的外表,還可以減輕清潔的工作,因為鈦金屬是一種不容易藏污垢的物料,並且從北岸Thames barrier公園遠望這個英倫之障,又確實有如泰吾士河上的巨型雕塑。


F1方程式改變了世界的東西



今日小弟遊覽過英國的科學館,無意中看到一個關於F1方程式賽車的展覽,發現原來很多因為F1方程式而研發出來的科技,很多都應用在現實生活之上。
醫療
對我而言,方程式賽車最好看的地方是維修站換輪胎的一刻,看見一隊工程人員可以在4-5秒之內更換4條輪胎、甚至加油,這確實是絕對的精彩的表現。這樣出色的表現就自然是需要良好的管理和團隊精神,而這樣的管理模式慢慢開始被應用在醫療隊之上。在Great Ormond street hospital,便開始邀請了車隊的管理人員來訓練器官移植醫療隊的人員,讓他們在有限的時間完成複雜和無誤差的手術,令病人的存活率大大提高。
BabyPod II
賽車就自然會發生意外,對車手的急救就自然是關鍵,而從F1研發出來的運送傷者的床現在開始應用在運送危急嬰兒之上,為傷重的嬰兒帶來最大的保護,這個產品名叫BabyPod II
病人感應器
F1賽車比賽的勝負往往在乎百萬分之一秒,所以每部汽車都設有200多個感應器,每秒鐘作150,000次感應量度,這些數據並用來調節車身的設定和車手訓練之用。這種高速和遠距離的感應技術亦應用在醫學之上。醫生可以把感應器安裝在高危病人身上,並把病人身體每分每秒的反應傳送至電腦,用來研究病人對藥物和手術的反應,從而作出適當的調整。
懸掛系統—槓杆
人造關節
車輪與車身之間懸掛系統就絕對是車身設計的精要所在,因為這部份是最容易受到撞擊、受力最大,而且關乎汽車的安全性和操控性的部件,所以這部份的設計就有如人體的關節部份。因此,這些技術現在便應用在人造肢體和人造關節的技術之上。

建築
炭纖維樓梯
現在的F1賽車全部都是用炭纖維,所以他們不斷地改良炭纖維的質素,不單要又輕、又硬之外,還需要防熱並且需要很平滑,避免因不平滑的表面而增加了風阻(特別是定風翼部份),從而減慢了車速。
從這些研究得知的數據開發了新一代的炭纖維並應用在建築和室內設計之上,例如炭纖維的餐桌、椅子,甚至樓梯。因為引擎和排氣管所發出的高溫會影響炭纖維的硬度,所以他們研發了把放在炭纖維之上已隔絕高溫,情況便有如太空船的表面一樣,所以將來是可以用炭纖維來興建樓梯,甚至消防梯和結構部份。

太空科技
炭纖維板
為確保車手的安全,F1賽車就必定會在撞擊有詳細的研究,在車頭的保險桿(Bumper) 更是精要之所在,因此F1工程師開始和太空工程師研究如何利用這種科技在人造衛星之上。在2006年,英國科學家開始研究制造一個名為Hinade的人造衛星,這衛星會設有長距離的望遠鏡是用來了解太陽對地球氣候的影響,由於這衛星需要應付很極端的環境,所以便借用F1賽車的物料技術來提高人造衛星的安全性。
F1賽車就自然具備最高效能的汽車駒動引擎,而這樣的科技亦用在未來登陸火車的太空車之上,雖然太空是真空的,不可能用汽油引擎,但相關的駒動技術亦會應用在靠太陽能發電的太空車之上。

環保
當汽車在減速時,引擎轉動的能源是完全浪費的,所以如果把這些能源儲下來便可以用在汽車加速之上,這樣便可以減少引擎對汽油的需求,亦無疑減少在比賽中補油的時間,甚至可以縮細油箱務求減輕賽車的重量。F1賽車高效能的引擎技術亦當然會陸續應用普通的家用車之上,務求制作出更環保和高效能的引擎,以減少廢氣的排放。
現在研究指出,如果把這些浪費的能源儲下來,便可以儲下最多600kJ的能源,並可以使汽車由0km/hr加速至76km/hr而不用任何汽油,總體而言可以減少31的汽油。
高效益的太陽能發電機扇
為了減少維修和更換的程序,F1賽車在制作和維修上都研發了簡易的制作和更換炭纖維組件的技術。之後,Nottingham University亦把這技術應用在生產和維修炭纖維風力發電機之上,務求降低生產成本和維修時間,並利用高效能的炭纖維技術來提高風力發電機的能源效益。
汽車

油箱蓋
F1賽車需要在8秒之內完全入滿一個油箱,而且不可以有一滴汽油漏出,否則在高溫的引擎之上便會發生火警,所以油箱和油箱蓋都是經過特別的設計。這技術亦開始應用在飛機和軍車之上,因為軍車隨時會在很遙遠的地方執行任務,所以高效能和無浪費的油箱是必須的。
輪胎測試機
F1 賽車對輪胎的要求就自然高,每個輪胎都需要測試氣壓才可以使用,所以快速測試輪胎的技術亦應運而生,這科技亦自然會用在家用車、自行車和飛機輪胎之上。

工業
由於F1賽車在炭纖維和輪胎技術上的突破,工程師亦把相關的技術應用傷建人仕的輪椅之上,務求減少輪椅的重量和提高它的操控性。
F1賽車是會記錄每分每秒的數據,並把相關的資料用簡單的儀器板來顯示給車手,這樣的科技亦應用在自行車之上,把自行車手的表現記錄在後輪的記憶體之中,比賽之後的數據便會放在電腦作分析,而車手的即時表現亦會簡單地列在自行車的手柄上,一目了然。
F1賽車的輸油管是需要應付高溫和高壓力的,就算萬一發生車禍,油管都不會爆裂而導致大型的火災,以確保車手的安全,這技術亦陸續應用在英國的輸油、輸天然氣等高危的管道之上,以確保大眾的安全。
另外,F1賽車的設計是盡量減少車手身體上的負荷,所以坐位的設計亦當然經過精心的安排和對人體工學的分析。這些數據亦陸續應用在坐椅設計,務求讓心理病、精神病人、頭等航機倉的乘客可以有最舒適的體會。
再者,車手穿著的鞋是經過防滑設計,是為加強車手對加速 / 減速器的感應,這亦自然應用作工業用的防滑保護鞋之中。

當我看完整個展覽之後,真是想不到原來F1賽車的技術是如此先進,並且可以有如此廣泛的用途。

乘電梯到太空


世界有超過100億的人口,但到現在為止曾經上過太空的人應該不超過100人,首先因為太空船的燃料費驚人,而且當太空船離開地球時,太空人雖然承受3-5倍的地深吸力,並且當太空船穿過大氣層時,人體會受到很大的震動,所以能夠上太空的人實在少之有少。
不過,近年有很多人研究太空旅行團,當中最有名的就是維珍集團的主席—Richard Branson,他的理念都是設計一些低廉的太空船,讓普通人都可以一嘗太空旅遊的滋味。另外,日本亦出現了一個名為「Japan Space Elevator Association(宇宙太空電梯協會,它們銳意建造一部可以通往太空的電梯,這樣旅客便可以簡單地乘坐這部電梯到達太空,而且由於電梯已是室內密封的空間,旅客便不需要穿上太空衣到達太空,並且不需要承受穿過大氣層的壓力,亦不用需要承受超過3-5倍地深吸力的壓力,所以一般體質的人仕都可以上太空。
但是如何建造一座22,000里的電梯呢結構又如何承擔呢?
現在世界最高的大樓—哈拉法塔都只是840m高,結構部件已是異常巨大,而且做價驚人。如果要做22,000里高的建築物又談何容易呢? 甚至可以說是不可能。
但日本的一眾工程師想出一個絕妙的方法,就是利用超級鋼纜把電梯的基坐來連接人造衛星,這樣結構部件便會成拉力(extension) 而不是受壓(compression) 。簡單一點來說,就好像一個鏈球運動員一樣,他用力把鏈球不斷地根據自己的重心而旋轉,這樣連結的鋼纜便成拉力,這便是物理學上所說的Circular motion (圓周運動) 
在這樣的情況,人造衛星就是重量(比喻作鏈球) ,基坐就比喻作運動員的重心。只要當造衛星以均速圍繞地球旋轉,即是旋轉的速度與地球自轉的速度相同,這樣造衛星便可以以同一角度來與地球連接,而鋼纜都不會因此而變得彎曲,無論地球發生海嘯、颱風都不會影響鋼纜的角度,因為它的角度是在乎人造衛星與地球之間的角度,除非地球出現大地震/地殼移動,否則鋼纜的角度是不變的。電梯便可以根據這角度來運送旅客至太空。
現在的挑戰是如何制造一條比鋼強180的納米炭纖維的鋼管,現在這電梯需要的納米炭纖維鋼管都要比現存的強4倍。所以現在由日本大學的教授來研究這物料,而整個研究項目可達至600億港元,現在整個研究項目不是由日本政府全資研究,反而是由多個財團合資發展。
不過,奇怪的是就算可以帶來大量的旅客都未必可以收回600多億的投資成本,這項目到底為何可以吸引如此多的財團來參與投資呢?
這電梯不單可以把人送到太空,還可以把垃圾/高污染的廢物送至外太空,這樣便可以解決地球過多垃圾的問題。
另外,如果要把人造衛星的轉速調至與地球自轉相同的話,人造衛星的就必須要在地球赤道之上,所以赤道之上的空間同樣是地球資源的一部份,但是由於現在聯合國沒有權力控制/管理太空的資源,因此各國都不斷盡快放出人造衛星來霸佔赤道之上的空間,而這部電梯將可以有助已佔領太空的國家進一步統戰太空。
最重要的一點,現在月球上其中一種的礦石擁有helium-3,這
是高效能的能源,現在研究發現只要25噸的礦石(一艘穿梭機的份量)便足以整個美國使用一年。如果這部電梯可以連接到月球的話,便可以定時派人/機械人到月球開採礦石,不用使用穿梭機這般高風險和高成本的方法來開採,這電梯的出現便可以為自身的國家/地球帶來源源不絕的能源和無限的財富,甚至可以控制未來的世界。
關於Japan Space Elevator Association
關於月球能源: