迎接挑戰(zhàn)，暢想天空城鎮(zhèn)

江歡成

（上海江歡成建筑設(shè)計有限公司，上海 200070）

迎接挑戰(zhàn)，暢想天空城鎮(zhèn)

江歡成

（上海江歡成建筑設(shè)計有限公司，上海 200070）

安全、宜居和高效是高層和超高層建筑的三大突出問題，也是對設(shè)計師的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。針對這些問題，該文提出以修建天空城鎮(zhèn)為解決方案，即高層建筑多層化、縱向設(shè)施城市基礎(chǔ)設(shè)施化?；诖死砟?，高層建筑通過大平臺被水平分割為若干個疊放的多層建筑，平臺能外伸一定寬度，以阻斷火災(zāi)蔓延。若干座高層建筑形成一個建筑群，其中一座作為交通核，用于垂直運輸和水電風(fēng)的輸送，并且與諸如地鐵這樣的交通中心相連，避免過多核心筒的設(shè)置，最大程度實現(xiàn)了可用樓面面積的使用效率和交通網(wǎng)絡(luò)的良好組織。交通核、平臺和多層建筑的內(nèi)部交通相互配合，形成一張混合交通網(wǎng)。最后，我們以重慶來福士項目為例為天空城鎮(zhèn)設(shè)計了一個具體方案。

天空城鎮(zhèn)；高層建筑；縱向設(shè)施城市基礎(chǔ)設(shè)施化；交通核；交通網(wǎng)絡(luò)；巨型框架；巨型桁架；阻尼裝置

1 挑戰(zhàn)

國際會議“超高層建筑設(shè)計施工所面臨的挑戰(zhàn)”在重慶召開，這一主題讓我心潮澎湃，“挑戰(zhàn)”一詞激勵著我去積極面對！而得以參觀來福士項目尤其讓我興致盎然。

首先，我贊成興建高樓。因為這樣可以解決建設(shè)用地短缺的問題。相較而言，這比發(fā)展地下空間更便宜、更安全。當(dāng)然，也比占用耕地強多了。一言概之，這有益于國民經(jīng)濟和民生。

圖1 拔地而起的高層建筑群

然而，隨著大量高層建筑拔地而起，所帶來的問題也日趨嚴(yán)重。主要有以下三種：

一是安全問題。我們一直高度重視高層建筑的結(jié)構(gòu)安全，但實際情況是，高層建筑的火災(zāi)爆發(fā)更為嚴(yán)重，許多建筑物因此毀于一旦，比如中央電視臺文化中心、上海膠州路公寓樓和倫敦公寓樓等火災(zāi)，人民生命財產(chǎn)受到重大損失。太多血的教訓(xùn)了！

圖2 典型的建筑物火災(zāi)事故

二是舒適度低。高層建筑易引發(fā)孤獨感和社會壁壘。常見的電梯故障讓人在電梯里深感不安，而接二連三的翻修讓人在家也難以放松。

圖3 舒適度低

三是使用效率低。核心筒區(qū)域占了建筑面積的四分之一以上。電梯的使用效率低——人們在高峰時段排長隊等待，而在工作時間電梯經(jīng)常閑置。

圖4 低效問題

我認(rèn)為這三個問題是高層建筑設(shè)計師面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。相比我們正在研究的其他問題，如結(jié)構(gòu)的振動控制和結(jié)構(gòu)加速的限制，這三大問題顯得更為重要。

2 夢想

為了解決這些問題，設(shè)計人員做出過諸多努力，如設(shè)計連接橋，陽臺上栽培綠植等等，但這些僅僅是一些局部改進，或單純?yōu)榱撕每?。因此，要解決高層建筑的這些問題，有必要對建筑體系做一些巨大改變。那就是我一直夢想的“天空城鎮(zhèn)”。

圖5 設(shè)計師的嘗試

有很多人夢想過或夢想著建立“天空城鎮(zhèn)”。

早在2600年前，伊拉克便流傳著修建巴比倫空中花園的傳說——因為公主想念山村生活，國王便為她修建了一座空中花園。

圖6 巴比倫空中花園

（1）涪陵城市剖面圖

我曾在機緣巧合之下參觀了涪陵——一座位于重慶的城市，古代巴國的發(fā)源地（圖7）。我十分欽佩那里人們的智慧。他們沿著山坡修建了很多平臺，供人們休閑娛樂、閑話家常，生活在那里十分愜意。那種場景簡直堪稱現(xiàn)實版巴比倫空中花園！

圖7 山城涪陵

20世紀(jì)60年代，著名建筑師磯崎新(Arata Isozak)曾設(shè)想在密集的建筑物之間修建若干大柱子，并將這些柱子像枝葉一樣連成一片，從而形成天空城鎮(zhèn)。

圖8 磯崎新設(shè)計的天空城鎮(zhèn)

萬通集團、遠大集團等一批中國企業(yè)也曾為實現(xiàn)天空城鎮(zhèn)做出過巨大努力。然而，這些雄心皆已付諸東流，而且飽受非議。

圖9 修建“天空城鎮(zhèn)”嘗試

3 逐夢

冒著風(fēng)險，近年來我一直在中國宣講我的夢想。我提議以修建“天空城鎮(zhèn)”作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)對“國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略”的響應(yīng)。讓“天空城鎮(zhèn)”矗立于世這一夢想成真吧！我得到了很多積極的回應(yīng)，有人甚至說這是高層建筑的一次革命。

我的創(chuàng)新想法可以歸結(jié)為兩句話：第一，高層建筑多層化；第二，縱向設(shè)施城市基礎(chǔ)設(shè)施化?！岸鄬踊╩ulti-storised）”和“基礎(chǔ)設(shè)施化（municipal-infrastructurised）”，這兩個詞大概是我個人發(fā)明的吧。

首先，我希望可以通過大型平臺將高層建筑水平切割為若干個多層建筑，而天空花園則坐落于平臺之上。居住在多層建筑中的人們可以輕松上下平臺，欣賞花園或進行社區(qū)活動。平臺結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空間用于設(shè)置公共設(shè)施，如學(xué)校、醫(yī)院、俱樂部、科研院所、辦公室等，人們在附近生活和工作。平臺能延伸一定的寬度以阻止火勢蔓延。

其次，高層建筑連成一片形成建筑群。其中一座作為交通核，用于垂直運輸和水電風(fēng)輸送，并與諸如地鐵這樣的交通中心相連，這樣極大地免除了其他高層建筑核心筒的設(shè)置，從而最大程度實現(xiàn)了可用樓面面積的使用率和交通網(wǎng)絡(luò)的良好組織。眾所周知，城市道路繁忙、高效，而高層建筑也保有一定量的電梯和樓梯。這些設(shè)施也完全可以供人們通行之用。所有這些交通方式便形成了一張交通網(wǎng)絡(luò)。

圖10 天空城鎮(zhèn)概念圖

為了更好地表達我的設(shè)想，我畫了一些關(guān)于此創(chuàng)新的平面圖、截面圖和一些細節(jié)圖。如自平衡大電梯、天空起重機、直升機停機坪，以及高層風(fēng)能的利用，通過欄板進行光伏發(fā)電，使用吊板讓屋頂花園漂?。ǘ业醢灞戎敝阋耍?，采用支柱住宅將土地退還公眾、退還自然。

圖11 天空城鎮(zhèn)原理圖

2016年10 月底，此提議在廈門舉辦的“世界城市日”國際論壇和展覽會引起了人們的廣泛關(guān)注。

圖13 “世界城市日”上展出的天空城鎮(zhèn)模型

4 天空城鎮(zhèn)的結(jié)構(gòu)

由于高層建筑物的絕大部分核心筒被省去而濃縮為一個垂直的交通核，每一棟高層建筑的剛度便明顯減弱。所以，該建筑群的結(jié)構(gòu)體系必須異常宏大，就像一座太空橋。各座建筑都矗立于其中一個或幾個大柱子或橋墩之上，這個巨大的結(jié)構(gòu)體系就是由這些大柱子，橋墩和大平臺的鋼桁架組成的。這個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可以是一個大型框架，也可以是一個大型桁架，如果有阻尼裝置就再好不過了。作為大型結(jié)構(gòu)，平臺桁架的支撐不可移動，由溫度變化引起的內(nèi)力可以計算出來。溫度應(yīng)力不會很大，因為柱的剛度不是很大。

圖14 天空城鎮(zhèn)的結(jié)構(gòu)

該大型結(jié)構(gòu)的高度與寬度的比例不大，例如小于2∶1，因此整體穩(wěn)定性不成問題。

這個大型結(jié)構(gòu)需要多少費用？這是每個人都關(guān)心的一個問題。為了了解清楚，我假設(shè)了一個結(jié)構(gòu)，如圖15所示，這是一個16萬㎡的綜合體，占地面積為16000m2，占地面積比為10。它由五座高建筑物組成，高度為200m，間距為60m左右。結(jié)構(gòu)成本估約5000元/m2（樓層面積）。符合高層建筑鋼材量通常約150kg/m2的大概念，即結(jié)構(gòu)成本約為1500元/m2。在這個例子中，鋼的用量為500kg/m2，約為5000元/m2。大型結(jié)構(gòu)的成本肯定比普通的結(jié)構(gòu)要高，主要是由于平臺的跨度大、載重大。因此，有必要保持大平臺的大深-跨比，減輕平臺的載荷，特別是中跨的載荷。

圖15 為計算結(jié)構(gòu)成本的假定結(jié)構(gòu)

這樣看來，即使比普通結(jié)構(gòu)貴，巨型結(jié)構(gòu)似乎也相當(dāng)符合成本效益，因為它從天空借來了大量“土地”，在這個例子中大約是10萬㎡。由于土地是大城市中最珍貴的資源，每平方米的樓面高達數(shù)萬元，而整體結(jié)構(gòu)僅為數(shù)千元。所以，為什么不這樣做呢？而且這會為公眾和大自然退還很多土地。因此，只要政府給開發(fā)商一些補償，如每增1㎡的人造土地便獎勵1㎡的建筑面積，這樣開發(fā)商就會有熱情，那么天空城鎮(zhèn)就有望實現(xiàn)。我希望我的呼吁能得到政府和開發(fā)商的支持。

5 參考重慶來福士項目設(shè)計，勾勒天空城鎮(zhèn)

我想對Safdie Moshe先生表示祝賀，因為他在即將邁入80高齡的時候，仍出色地完成了重慶來福士項目。無巧不成書，我和Moshe先生同齡，我們都出生于1938年。我想以他的方案為例來呈現(xiàn)我的想法。

減少電梯數(shù)量和所有建筑物核心筒的占用面積，并在這些建筑物之間建立交通核。所有機械地板與大型桁架連接在一起，同時與交通核相連。交通核中的每副大電梯可以容納50人以上，也可以與不同尺寸的電梯組合，就像公共汽車和小巴士一樣。這些電梯只在平臺上停下，平臺上只允許行人或小型電池車停駐。平臺上的多層建筑使用少量小型電梯進行微循環(huán)。這樣，每個高層建筑的樓面面積就會減小，使用效率得到提高，房間朝向也會更好。草圖如下圖所示。

圖16 重慶來福士廣場

圖17 基于重慶來福士城的天空城鎮(zhèn)草圖

6 接受創(chuàng)新的挑戰(zhàn)

JAE公司嘗試將天空城鎮(zhèn)的設(shè)計應(yīng)用于我們最近正在開展的“上海真如城市副中心”項目。你可能會發(fā)現(xiàn)75%的土地成為了城市花園。

JAE公司的總經(jīng)理兼設(shè)計總監(jiān)姜春先生曾應(yīng)用這一設(shè)計理念為碧桂園公司提供設(shè)計方案，獲得了專家們的高度評價。他還于2016年在深圳高層建筑和城市住區(qū)理事會論壇發(fā)表演講。建筑的整體建筑效果完成得很好，但仍未淋漓盡致體現(xiàn)我的設(shè)計意圖。就功能點而言，再設(shè)置兩個平臺會更好，而且平臺也應(yīng)該延伸開來以阻止火勢蔓延，諸如此類。

圖18 傳統(tǒng)設(shè)計與天空城鎮(zhèn)設(shè)計對比圖

任何創(chuàng)新都會面臨許多新的挑戰(zhàn)，會產(chǎn)生一些需要進一步研究的問題，涉及心理學(xué)、社會學(xué)、城市規(guī)劃、建筑、結(jié)構(gòu)、水電風(fēng)、景觀設(shè)計、交通、消防、材料、節(jié)能、互聯(lián)網(wǎng)+、施工成本等等。我相信工程師將從這些挑戰(zhàn)中獲得無限樂趣！

Welcome the Challenges and Imaging the Sky Town

Safety,livability,and efficiency are the three prominent problems of tall buildings,which are also the severe challenges to designers.We proposed the idea of building sky town to solve these problems,which can be summarized in two sentences,one is tall building multi-storised,and another one is vertical facilities municipal-infrastructurised.The tall building can be horizontally cut into several large multi-storey buildings by some large platforms.The platform extends a certain width to block the fire from spreading.Tall buildings are connected together as a group.One of them is a traffic core,which is used for vertical transportation and MEP.It connects to metro etc.,while most of the other tall buildings'cores can be very much released,so as to achieve maximum efficiency of floor usable area and to give good traffic organization.By combining traffic core,platforms,and multi-storey buildings'inner traffic,a transportation network is formed.Finally,we refer to the plan of Raffles City Chongqing to make a sketch of sky town.

sky town;tall building multi-storised;vertical facilities municipal-infrastructurised;traffic core;transportation network;mega frame;mega truss;damping device

TU972

A

1671-9107（2017）11-0012-06

10.3969 ／j.issn.1671-9107.2017.11.012

2017-09-17

江歡成（1938-），男，廣東梅州人，中國工程院院士，上海東方明珠廣播電視塔總設(shè)計師，主要從事高層住宅結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計工作。

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅