Sears tower (電梯篇)

今日來到Sears tower的最後一篇, 之前講過電梯槽設計可以說是摩天大廈設計中用最多時間的一部份, 為何?

原因是電梯的配合並不是一件容易的事情, 當設計大廈早期時, 機電工程師 /屋宇設備工程師會設算這大廈大約需要多少部電梯. 電梯的多少便當然取決於大廈的層數和面積, 另一點便是電梯的速度, 工程師會計算一部電梯需要停頓的層數, 並假設電梯會停頓的次數, 需要多少時間來跑完這座大廈.

在一般情況下, 工程師都希望把等電梯的時間控制在1分鐘之內, 有時會設定在2分鐘之內. 因此有部份電梯就只跑高層、有一些就只跑低層, 目的就是希望減少停頓的層數來控制等電梯的時間. 因為萬一停頓層數大多的話, 便需要更多的電梯來滿足需求, 但大多電梯除了減少實用面積之外, 當然還增加了成本. 請不要少看一部電梯的成本, 一部普通的電梯都需要過100萬元, 如果是高速電梯或觀光電梯就更不止這個數目.

所以, 建築師和工程師便盡量把電梯的數目調整至合理的水平, 亦盡量安排電梯的排法, 如果設計出來同一區電梯是需要4部電梯平排的話, 便很容易對用家錯失電梯, 又或者是3部、3部對排的話, 亦會對用家做成困擾. 所以,近年開始流行用電腦派梯的按制系統, 就好像太古坊一帶的商廈都是用這系統, 為的是希望集中同一層的用家在同一部電梯來減少停頓的層數, 藉此減少電梯的數目, 在理論上好像可行但好像不太受用家歡迎.

萬一在設計後期收到大租戶的要求, 希望在大廈加設獨立的電梯大堂並要求部份電梯為私用電梯的話, 就更是大災難. 聽起來好像很簡單, 但如果有關佈局並未附合大租戶的要求,  就差不多要重新排過所有的電梯並重新計算有關的時間, 雖然工程部萬不願意, 但租務部的一句話” 有錢的人是最大的” 便令所有人都投降.

講到電梯就必須要講消防梯, 消防梯的要求是需要在1分鐘之內能夠把消防員送至大廈所有層數之中的其中一層, 儘管如Sears tower 或上海國金的超級摩天大廈都有同樣的要求, 所以大關的電梯都很快. 在台北101大樓的電梯是每一分鐘行540m, 所以時速可達60km/hr. 大家可能以為60km/hr不是一個很大的速度, 普通在街上的汽車都不止這個速度, 不過大家要考慮一部電梯是在靜止的狀態下, 短時間加速至60km/hr, 亦在短時間之內減速至靜止狀態, 這並不是一件簡單的事情.

要做到這樣除了要強勁的馬達和減速器之外, 還需要人類能夠承受的壓力.

F (force力) = M (mass -質量 ) x A(acceleration- 加速度)

力量和加速度(或減速度) 成一個正比, 。情況有如一個人在車上, 短時間之內加速至一個高速,亦在短時間之內停車. 他便會在加速時先彈後至椅背, 然後再在停車時向前彈.

講完上升還未講下降, 如果急速下降的話, 就很可能坐跳樓機般下降, 現實情況下當然可以做到很高速的電梯 , 汽車的引擎都可以在幾十秒之內由零加速至100km/hr, 電梯當然可以, 只是Human comfort.

所以, 建築師很多工作的時間都用在安排電梯、走火梯和電線管道的位置, 當然是盡量用最少的地方便最好, 因為可以增加銷售面積.

講到底, 消防梯在那裡? 消防梯就是大廈的送貨梯, 所以通常安排在消防門之後, 目的是讓消防員在地達火場前還有一個安全的空間準備救人, 亦避免火焰沿電梯槽漫延至其他層數.

Sears tower (摩天大廈發源地篇)

           Mies van der rohe

今日繼續講有關摩天大廈的事情, 但繼續下去之前便一定需要提一位改變了世界的建築 - Mies van der rohe. 這位德國藉的建築師可以說是摩天大廈的始祖, 他對人類的貢獻絕不簡單, 我和你都是生活在他的設計模式下生活.

大家知道混凝土是受壓力強(good in compression), 但拉力弱( weak in extension), 所以需要配合鐵筋來加強拉力, 而奇妙地混凝土和鋼鐵的熱漲泠縮程度是完全一樣的, 因此混凝土和鋼鐵可以共同使用而沒有問題, 所以對工程界來說鐵筋和水泥是上帝給予人類的一份大禮物.

另一種常用的建築材料便是工字鐵, 工字鐵的受壓力和拉力都很強而且比混凝土輕一點, 所以巴黎鐵塔和東京鐵塔都是用工字鐵作為主要材料, 但壞處是耐火度低. 鋼鐵大約在600度左右,鋼的硬度便會減少一半. 但火場一般都會有1800度的高溫, 因此便需要加上一層混凝土作為保護, 因為混凝土要在2000度左右才會燒熔.

  

330, north wabash

Mies van der rohe對人類最大的貢獻便是自創了在摩天大廈中使用了鋼結構並配合混凝土作樓板和加強耐火度之用, 並且他應該是第一代建築師發明把電梯槽放在摩天大廈中間, 而由於電梯槽需要一定厚度的混凝土牆作耐火度的保護, 這樣500mm左右厚的混凝土牆亦同樣作為結構的主要部份, 而柱便放在四周來支撐樓板.

這一個模式在1948年左右由Mies van der rohe 發明之後, 一直沿用至今. 現在接近香港所有的商業大廈都是在這個模式下演進,  Sear tower 當然都在這個模式下發展下去. 由於Mies van der rohe所設計的商廈主要都在Chicago, 因此chicago便亦因此成為摩天大廈發源地.

至於Sears tower 的設計理念其實很簡單, 就是一個正方形的地盤分成9格, 然後逐一拉高某一個層數, 所以Sears tower的外形是好像一個正方盒組合而成的.

另外, 摩天大廈的其中一個最大的敵人便是風力, 在Chicago絕對不能少看這個因素, 因為chicago應該是世界上最大風力的一個城市, chicago亦有wind city的稱號, 而香港在風力方面亦不簡單, 在世界上絕對是前列的位置.

至於超級摩天大廈如何抵擋颱風和地震? 其實我在World trade centre已提及過, 今日再作補充,當大廈愈高所承受的風力就自然愈強, 因為:

Bending Moment(擺動幅度) = Force(力) x distance(距離/高度)

所以要避免大廈因過度擺動而斷裂的話, 便需要減少大廈擺動的幅度, 地震同樣是因為大廈擺動幅度過大而導致結構損毀, 所以最簡單解決的方法便是加強結構組件來減少擺動幅度.

                                    台北101大樓的 Damper

另外, 就當然是在屋頂上加Damper, Damper是一個大約數百噸重的混凝土塊, 四邊用彈簧連接,當大廈在搖動時Damper會移至另一方以減少震動的幅度如上圖示.

大家可以看到昨日的超級摩天大廈很多都是上細下大, 就是希望減少上層的體積來減少擺動的便幅度從而減少對結構和電梯上的要求. 因此香港應該很難出現過100層高的大廈, 因為香港的發展商認為高層的銷售面積比低層更高, 所以高層的出售面積應該盡量擴大, 所以香港的IFC、ICC、中環廣場都只是在高層作少少的修細, 務求令平衡美觀和銷售兩方面, 但這樣少少的修細就不知花了多少時間才可以說服發展商.

就因為發展商不願意做一座上細下大的摩天大廈, 亦不願意為結構作過多的投資所以香港應該不大可能出現超過100層的摩天大廈.

至於  Mies van der rohe的建築將來陸續作補充, 因為他的設計風格很傳奇, 他曾經設計過最不實用的大廈, 亦設計過最實用的大廈.

其實設計摩天大廈大約需要花近一半的時間在設計電梯槽, 為何? 明天分解.

Sears tower (鬥高篇)

Sears tower, Chicago

講了幾天日本是時候轉一轉話題, 其實大家可能發現自從年初一之後我都開始擴展我的話題,除了建築物本身之外, 還希望包含多一點文化和連帶建築的人和事, 務求豐富這個網頁的內容,亦希望為自己帶來一點新鮮感, 但始終不離本位, 今日正正經經講回建築主題.

今日終於可以理行承諾為AK 君講Sears tower, 講起sears tower就必須要講它的高度.這一座曾經是世界最高的建築物原來包含了不少故事.

首先, 就是它的高度, 現在世界最高的大廈應該算是在杜拜的Burj Dubai (160層 - 818m高), 其次便是上海的國際金融中心( 101層 – 492m高) , 之後便是台北的101大樓 (101層 – 448m高), 第四便是吉隆玻的Petronas Twin Towers (88層 - 378m高), 至於Sears tower 是(108層 - 442m高), 而已倒下的World trade centre 是 (110層417m高).

大家會否發現Sear tower 的高度是比第三便是吉隆玻的Petronas Twin Towers為高, 但為何前幾年為何全世界都說Petronas Twin Towers是全世界最高的大廈呢?

以上列出的高度是計算屋頂的高度, 但若果計算Architectural features 的話又好像Sear tower比Petronas Twin Towers為高, 原因就是Sears tower的頂部的兩支並不是避雷針, 而是當地電視台的發射天線, 所以有關高度不算入大樓的高度. 而101大樓的最高部份是暸望塔, 所以屋頂部份仍是以暸望塔為最終的計算, 但其實如果計算最高層的辦公室為標淮的話, Sears tower仍是擁有世界上最高的辦公室, 因為Burj Dubai和上海的國際金融中心還未正式入伙.

 

  

Burj Dubai                     上海國際金融中心                              台北101大樓

  

  

  

        Petronas Twin Towers,吉隆玻                  Worlds trade centre, NY

其實, 當上海的國際金融中心在規劃時是一心希望設計一座大樓可以完全打破Sear tower 的所有紀錄成為世界第一高樓, 但當中東決心一開始破一個無人能破的紀錄, 一建便要建比現在所有大樓高40%的超級摩天大廈,上海的國金的夢想只能成為世界第二高的大樓, 不過現在世界上包括上海、俄羅斯、芝加哥、紐約世貿遺址都將會不斷興建500 - 600m高的大樓, 所以上海國金的世界第二高大樓的美譽將會在不久的將來被人打破, 但可能由於金融風暴的關系, 有關新發展計劃將可能推遲, 而相關的名譽將可能保留多一點時間.

講到底世界各地的人都想盡辦法興建世界最高大樓為他們的夢想, 有時儘管客觀情況未能達到目的, 於是便在計算標淮來衝出重圍, 到底世界第一大樓的意義又在何處呢?

明天將講多一點關於這位于芝加哥的摩天大廈, 因為芝加哥可以說是摩天大廈的發源地, 明天繼續.

優秀建築系列—Fallingwater

今日介紹這一座住宅同樣是每一個建築系學生必讀的建築案例，在建築史上是極度有名的。

這座建築物並不是如早前介紹過的Villa savoye 般在建築物料和工程上有重大的突破，而是在建築設計理念上的重大的創舉。這建築物是建在1934-1937年，由美國大師—Frank Lloyd Wright設計的，這個時代很多的建築師都銳意打破舊有的設計傳統，不再規限自己的設計在黃金比和中軸線的方程式，相反是希望打破正方盒的建築。

Frank Lloyd Wright 今次可以說是完全放棄了正方盒式的設計，只利用橫、直的部件來組成不同的空間，各部件綜橫交錯形成不同重疊與不重疊的空間。

這住宅名叫Fallingwater，就當然是住宅的底部是有水流經的，當Frank Lloyd Wright去到這地方時，深深被該處的瀑布所感動，認為這建築物需要完全融入這個自然環境。他認為人不應只是藏在四方盒的建築物之內，相反建築物可以是一個媒界讓人類接觸自然。因此，這建築物設有非常之多的露台讓住客可以在不同的角度來接觸這個空間，室內的窗口更是因應不同環境的角度來設置的。外牆的物料更刻意使用和自然環境配合的物料，以石材為主調，好讓整個住宅完全融入自然之中。當然最厲害是可以在屋中不同角落聽到不同的瀑布聲。

唯一分別建築物與大自然的便是直線部份，因為在大自然是沒有直線的，除了太陽和月亮之外(包括其他星球)亦沒有圓形和單一的孤線。人體同樣亦沒有直線和單一孤線的，而人類亦根本不能隨手畫一條直線的。直線是人類發明的，因為這是數學上最容易計算的，之後的孤線便需要利用微積分來計算，但是如果要計算如人體般的不規則形狀，便異常繁雜。所以，人類在設計時是盡量使用直線和相關的幾何形狀來組合，因為方便計算。

Frank Lloyds Wright就巧妙地利用直線與大自然不同的道理，在顏色上把整座大廈融合在一起，但利用直線空間使其特出。

Frank Lloyds Wright 並不是唯一一個建築師利橫、直部件來組織空間，Fallingwater亦不是世界第一座利用planar 來設計的空間，但是要做到具實用和美觀兼備的，就絕非易事，最成功的案例就莫過於Fallingwater。

Frank Lloyds Wright晚年的作品和他早期的作品有具大的分別，他早期設計的都只是典型的美國平房，但是晚年便陸續開創新的建築潮流，他對建築界的貢獻絕對不下於Le Corbusier。

Le Corbusier 就是善用正方體再配合不同的形狀來組織空間，正所謂Cubic concept。這種設計方式深深地影響了貝聿銘、安藤忠雄、Kisho Kurokawa等建築師，他們都是利用基本幾何學來組織空間和外形，而Frank Lloyds Wright則是完全開創了另一個planar 的支流。

我知道今日把太多建築理論放在文中，對行外人來說可能是一頭霧水，但是相信大家都會欣賞這住宅的設計。

螺旋的空間 —紐約的Guggenheim Museum

首先，真的要對大家講一句對不起，因為這個週末搬家的關系，而新屋還未能連接上網，所以刊登這一篇的日子比原定計劃推遲了很多。

今日終於有機會安安定定坐下來，寫這一篇答應大家已久的文章。

在講Guggenheim Museum之前，先帶出一個很重要的話題。如果大家一直追看敝blog的話，大家可能發現我一直都是以一個模式來為大家解釋各種建築物。

我多數是先導出建築師面對的問題，然後是他的解決方法。

因為............ 所以............

因此，我介紹過的設計都是針對它的結果能否解決需要面對的問題，每一個設計重點都是有它的理由，我認為這樣比較理性和客觀。

但是，今日開始就為大家帶來幾座另類的建築物，這幾名建築師不是以解決問題為重點，而是純粹以藝術創作為出發，表達他們心中如何看這個世界，又或者如何看待一個設計。

紐約的Guggenheim Museum是美國大師Frank Lloyd Wright比較晚期的作品，當時他已經是78歲，理應只會做一些比較守舊的設計，但這一次他再打破了舊有的模式，包括他自己的成名絕技—Planar。早前我曾介紹過他的Falling water住宅，他是利用橫向和直向原素來製造出不同的空間，詳情：優秀建築系列—Fallingwater。

他今次再一次打破所有昔日的博物館的模式：

1)      他認為展覽空間不再是一層一層的，可以是垂直連貫。

2)      遊客不一定是要先進入一個展廳之後，再進入另一個展廳，遊客可以一口氣從地下的展廳跑進最高層的展廳。

3)      博物館的通道和展覽空間不一定是分開的，可以合一。

4)      遊客的視線和景深不一定只限於展廳之內，可以有多種的空間。

紐約的Guggenheim Museum的主要展廳是成一個螺旋的空間，旋轉的圓周是上一層比下一層逐漸放大。而行人通道亦成一個螺旋連貫了所有的層數，遊客可以從頂層一口氣跑至頂層，而展品是放在行人通道旁，所以這博物館的展覽空間和行人通道是連合在一起，而各層的展覽空間亦是連合在一起，這樣的空間組織在1943年是相當前衛。

至於陽光，除了從屋頂天井射進室內之外，還在每層的空間射進室內，所以博物館外表來看是一層一層圓型陀螺一樣。

另外，博物館除螺旋的空間之外，還在旁設有基本橫向性的展覽空間，這是用作放置大型展品之用。

我們大學時老師教授我們必須要與四週環境融洽，了解四週環境的情況。這博物館好像違反了這個原則，因為它是位於89街，鄰近中央公園，在紐約最美麗的空間旁一座建築物，在室內竟然完全看不到中央公園，但是從來都沒有人會從這角度來挑戰這設計。

下會講另一座很爭議性的Guggenheim Museum

官方網頁：http://www.guggenheim.org/

大鵬展趐的建築—Milwaukee Art Museum

當我還在倫敦工作時，很多香港的舊同事曾問我，歐洲的客戶是否給予建築師有很大的自由度，可以讓建築師隨心所欲地作自己的創作。實況又未必是如此，一般來說都是一些大師級的建築師樓才有能力與業主討價還價，不過綜觀而論歐洲的業主確實比香港的業主開放一點。

今日與大家討論的建築案例相信同樣是因為建築師是大師級的身份才可以說服業主接受這個設計，Milwaukee Art Museum是位于美國中北部密爾沃基灣旁的一座美術館，成立的原因就是因為市內欠缺大型的展覽場地，然後在2001年由西班牙建築師Santiago Calatrava 負責重建。現在新的美術館的設計理念其實很簡單，就是以一個大型的空間作為主入口，然後用一條鋼索橋連接主幹道和主入口。進入主入口之後，便是一個4-5層高的中庭，從中庭望出的自然全是密爾沃基灣的全景色。進入中庭之後，便會進入又長又闊的展覽空間，大跨度的空間則是靠每條像骨骼一樣的鋼結構來支撐。

整座博物館的最大賣點不是內部的展品或是內部的裝修，反而就是外牆上的隔陽板，這塊太陽板不是固定在外牆之上，而是可以旋轉的。當太陽光猛烈的時候，太陽板會降下來，務求減少陽光進入室內的強度，相反在陽光微弱或晚上時，太陽板便會升起讓更多的陽光可以進入室內，令室內的氣氛更好。當太陽板升降時，便有如大鵬展趐的建築物一樣。

Santiago Calatrava與Norman Foster的最大不同，就是他不會大力地使用電腦科技來完成設計。如果是Foster的話，他就必定會利用電腦來計算大廈的受熱程度，從而調節太陽板升降的角色，然後用熱能控制和採光控制作為他們的最大賣點。不過，Galatrava則比較浪漫，他多數是追求視覺上的震撼度，利用一些不同線條上的組合來建造一個很強透視度的空間，他一般的設計都會把視覺上的消失點設在很遠的地方，令室內空間的對比變得更強烈。另外，他的設計多數會如這座的博物館一樣，必定會在其中一個位置(多數是主入口) 處建造一個超乎人類比例的空間，讓感受到一個平常不會感受巨大的空間。

從這一個例子來看，建築師確實很需要名氣來支持他的設計，Calatrava如果不是有大師級的身份，又怎可能說服博物館來接受這個建設費和維修費同樣高昂的隔陽板。雖然這是整座博物館的最大賣點，但是成效始終成疑，所以要有新奇的創作，就不得不考慮自身的身份和地位。

建築師與建築師的火拼—Meyerson symphony hall

世間上有一句俗語：「一山不能藏二虎」，同樣地在一個工程內不可以有兩個主建築師。

在美國達拉斯的Meyerson symphony hall是由貝聿銘設計的，但大業主為了避免發生像紐約林肯中心的失敗例子(這音樂廳因音效其差的關系，而被迫把整個大樓拆毀重建) 。所以，在設計初期便同時招聘了音效建築師—Russell Johnson來參與設計，他是出身耶魯大學建築系的，之後再在音效設計方面處進修。今次他同樣是直接由大業主Meyerson招聘的，地位與貝聿銘同級，兩人都需要直接向大業主交代設計成果，這亦代表大業主不單只要求一座視覺上美麗的建築物，還要一座音效上出色的音樂廳。

Russell Johnson把演奏廳成又長又窄的長方盒，座位成典型的馬蹄型。為了做到出色的隔音效果，便用了雙層的混凝土作為屋頂的結構，這樣便可以防止飛機的噪音影響表演的效果。然後音樂廳的前廳則包圍了整個演奏廳，這樣便可以進一步提昇隔音的效果。

不過，貝聿銘又怎會滿足於一個四方盒的設計，他經常被人批評只會用三角形設計，今次他便會運用更多種不同的幾何圖案來設計，而且這個地盤亦未必適合用三角形，因此今次便用了圓形。另外，因為整個演奏廳和後台都設計成長方形，如果把兩部份垂直併起來便有如T字型，十分奇怪。因此貝聿銘刻意把演奏廳斜放在地盤之上，與後台成一個斜角，慶幸這只是演奏廳，不會有演員轉台、走位等工作，否則這樣斜放的安排必定為演員、工作人員帶來無限的不便。

貝聿銘特別地沒有只用一個圓形來設計，而是用了兩個圓形，大廳低層是一個大圓形、高處是一個小圓形，所以外立面上便形成一個好像圓椎體的形狀。在這項目不適合引用貝聿銘常用的中庭處理手法，但同樣保留了陽光的元素，讓圓椎體的部份全是玻璃，令陽光充滿了整個前廳的空間，更特別地由於前廳成一個雙層的圓形，所以當你不停地步進演奏廳時，人的視點亦同樣不斷地改變，再加上陽光在每天之內的變化，室內的空間亦隨之然地變化。

不過，問題就出現在演奏廳的室內設計之上，貝聿銘希望在舞台前安放兩枝大柱，用作加強視角上的效果，但Russell Johnson則認為這兩枝柱會制造不必要的回音反回舞台，因而反對，但最後貝聿銘勝。

另外，貝聿銘希望舞台上用地毯，讓人多一份溫暖的感覺，但由於地毯會吸走部份樂聲，所以Russell Johnson反對，這一次貝聿銘敗。

之後，Russell Johnson希望高座坐位的底部只是混凝土，天花完全沒有裝飾，盡量保留回音的效果，但是貝聿銘反對，最後便在混凝土上加了一層薄薄的膜來裝飾，但又不會破壞室內的音質，這一次貝聿銘勝。

最大的一爭論點，就是天花上的反音板，這塊反音板是幫助聲波傳至演奏廳的後端，所以相當重要，但是Russell Johnson的設計就有如一條從天花垂出來的舌頭一樣，貝聿銘更形容Russell Johnson為只有耳朵沒有眼睛，二人的紛爭不斷升溫。

無奈地由於Russell Johnson和貝聿銘的地位是相同的，二人的爭論不絕，本地的傳媒更形容為哈佛(貝聿銘)與耶魯(Russell Johnson)之爭，二人的爭吵更經常要大業主來平息，差一點兩人更幾乎同時被大業主開除。大業主Meyerson更坦言:  “I banged their heads together until I heard a sound I liked” (我把二人的頭都壓下來，直至我聽到滿意的答案) 。

最後，這塊反音板修改為可移動的用木和鋼做的反音板，事情才平息。

更大的問題是，貝聿銘希望在前廳和外牆用更高一級的石材—石灰石(Limestone) ，原來的設計只是用磚的，但是貝聿銘暗地裡把相關的圖紙畫成石灰石一樣，並不斷地遊說業主接受，因為在陽光下limestone更能帶出溫暖的感覺。原本業主已下定決心對貝聿銘說「不」，但當他看見透視圖和模型之後，便欣然被貝聿銘打動並簽下支票。

不過最大的問題，在1980年代出現了石油危機，令美國的物價大幅地提升，而這項目當時受到影響，而且貝聿銘不斷地提升對材料的要求，工程估價由原來的4千9百萬美元，大幅增至8千1百萬美元。

如果增幅不是這麼多的話，Meyerson都願意一人負擔這些額外的開支，但是超支實在太大，所以需要另尋辦法。在一般情況下，建築師都會因應預算的要求而修改設計，所謂「看錢吃飯」。不過，貝聿銘選擇的是幫助業主找尋新的投資者，逐一拜訪城中的富豪，逐一找到足夠的資金來興建這音樂廳。

最後工程順利完成，在開幕夜，傳媒繼續追問關於Russell Johnson和貝聿銘二人紛爭的問題，但貝聿銘回答說：為何你們只追問我們在項目中20%分歧的地方，為何不追問我們有80%相同的地方呢?

這一個大體的答案，令業主和一眾設計人員都愉快地過了一晚。

這個故事證明建築師除了要懂得設計外，還需要學懂更多的事情。