欧洲最高建筑“拉赫塔中心” | 创新设计与工程挑战

工程师在设计摩天大楼时，往往会遇到“不可能完成的任务”。

俄罗斯的拉赫塔中心，不仅是欧洲最高建筑，更是世界最北端的巨型摩天大楼。

建造这样的建筑，需要真正有创造力的工程思维来克服建筑和环境方面的巨大挑战。

莫斯科设计公司 Gorproject 设计了圣彼得堡芬兰湾畔这座高约 462 米、总面积约为 40 万平方米的混合用途大楼。

这座摩天大楼是俄罗斯天然气巨头 Gazprom 的总部。

Gorproject 首席执行官 Sergey Lakhman 博士是一名工程师，也是俄罗斯建设部指定的荣誉建造师，过去 15 年来主要经营自己的设计和工程事业，专门从事高层建筑设计。

Lakhman 把拉赫塔中心称为“Gorproject 众多建筑项目中最为复杂的一个”。其醒目地高耸于一座新型可持续的经济中心城市之上，不仅需要耐受欧洲最恶劣的气候，还要超越俄罗斯严格的能源和安全要求（并获得 LEED 白金认证），这无疑是一项大胆的工程壮举。下面让我们来看看 Gorproject 团队在设计和工程方面所面临的五大令人印象深刻的挑战。

1,创建标志性建筑

拉赫塔中心的有机形态由五个几乎扭转 90 度（每层 0.82 度）的侧翼形成，89 层没有一层重复。这座适宜居住的大楼，其极其复杂的几何形状只能通过 3D 建模和建筑信息模型（BIM）软件处理。

Gorproject 总建筑师 Philipp Nikandrov 是圣彼得堡本地人，建筑设计的灵感源于这座城市历史悠久的塔尖和穹顶结构。

Gorproject 的另一螺旋式摩天大楼项目莫斯科标志性的“进化塔”，也出自 Nikandrov 的设计。

借鉴那次的经验，他通过冷弯工艺实现同样的效果。

由于钢化玻璃可以安全地弯曲到一定限度，幕墙嵌板在挤压成型时可以构成凸曲弧面，达到流畅的外观。

Lakhman 说：“冷弯的能耗远低于热弯，如此一来，也就降低了建筑施工过程的成本，提高了可持续性。

Gorproject 设计团队采用参数建模的方法，优化了幕墙拼板过程，通过增加标准 11 平方米嵌板的使用数量，降低成本、减少安装失误。

2,实现白金级可持续发展

作为一家全球能源公司，Gazprom 希望其总部能够为 LEED 可持续发展标准树立典范。Gorproject 满足了能效、节水和回收利用方面的苛刻要求，最终为大楼赢得白金认证。

拉赫塔中心的高效节能型设计，亮点在于先进的供暖、垃圾处理和照明系统，以及降低能耗的智能幕墙。在大楼内部，红外辐射器取代了传统的加热器，将大楼的机械、电气和管道设备所产生的多余热量引入供暖系统。

雨水被回收用于灌溉，大楼使用气动真空式垃圾处理系统。计算机化的 LED 照明系统可最大限度地利用内外部光能。Lakhman 说：“每个灯具每延米消耗的能量比白炽灯低 10 倍。”

由于拉赫塔中心位处候鸟迁徒路线上，Gorproject 在设计时还需考虑驱散鸟群，防止鸟群撞击反光幕墙。

Lakhman 说：“鸟类之所以通常会撞上摩天大楼的镜面玻璃窗，是因为在某种角度的时候，它们分不清天空及其在玻璃中的反射。我们提议采用少量的建筑照明，以免让鸟类眼花目眩。

3、抵抗恶劣气候

拉赫塔中心为了外形与 Gazprom 徽标相似而设计的火焰状轮廓，掩饰了圣彼得堡每年有七个月温度接近冰点的气候。极度寒冷和潮湿的环境可使围绕着高约 100 米塔尖的云层在塔尖表面上凝结成冰，导致冰柱坠落的潜在危险。为防止过度结冰，设计团队提出了一种用辐射性网状金属板包覆塔尖区域的防冰系统。

而夏日温度则超过 21 摄氏度，极端天气对节能供暖和制冷系统构成了重大挑战。大楼的双层通风幕墙配有自动百叶窗，可提供自然通风，防止层间天然缓冲区过热。在阳光明媚的冬日，缓冲区可利用温室效应减少热负荷。

4、保证结构强度和安全性

一座 400 多米高建筑的防火系统是非常复杂的，无论是结构支撑还是消防系统，每一部分都需经过设计和测试，符合严格的安全标准。拉赫塔中心可以承受 4 小时的火灾而不会发生结构性损坏，即使 10 个支柱倒塌，整座大楼也会挺立。

该项目 2011 年开始兴建，此时已是发生 911 事件后十年。因此，大楼必须具备保障措施，确保楼内人员有时间撤离。Lakhman 说：“我们需要问自己，假如发生这样的撞击，大楼到底有多安全，是否依然屹立不倒？”为了测试这一点，Gorproject 创建了 3D 模型来模拟各种场景。

为防止大楼渐坍，设计方案增强了冲击抗力。

Lakhman 说：“假如发生了撞击导致一个垂直载荷构件断裂，大楼一定要撑住。

大楼可以大大地变形，甚至可能之后应当重建。

但无论如何，楼内人员应当活下来，且要有时间撤离。

Gorproject 规定采用钢管混凝土组合柱，其强度比传统柱高五倍，而且占地面积较小。结构钢形成了一种“吊床”，就算哪一层倒塌，上面和下面的楼层也会相安无事。

拉赫塔中心的地基采用 264 个基桩打入地下约 279 米，并由 15 级网格中共约 871 万公斤的金属加固。

15 个稳定性周边柱将大楼的重量分散开来，即使顶部区域风速达到每小时近 137 千米，摩天大楼也依然稳固。

为了不断检查垂直度，Lakhman 和他的团队设计了一个前所未有的自动监控系统：在整座大楼内安装 3000 个传感器。

5,平稳过渡到物业管理

在整个项目生命周期中使用欧特克 AutoCAD、Revit 等 2D 和 3D 技术后，Gorproject 将 BIM 模型移交给业主进行运作和维护。

Lakhman 说：“这个 BIM 模型是以 LOD 400 的发展程度开发的。BIM 有助于避免安装过程的大量严重失误。我们在设计过程中不断地解决不同构件和系统之间的几何冲突。独特的建筑、结构和工程构件太多了，我们需要开发 6000 多个新的 Revit 系列。”

这座大楼复杂的幕墙系统不能使用传统方法进行维护，因此 Gorproject 团队从头开始重新思考了相关概念。Lakhman 说：“幕墙上有 15 个弧形‘花瓣’面，每一个都在两个垂直边上有独立的一对导轨。每个导轨都有一台电车在上面行驶，导轨之间设有固定的伸缩平台，以便补偿非平行度。”电车可以承载维修人员、重型设备和用于更换的幕墙嵌板（重量可达近 817 公斤）。

最后，虽然拉赫塔中心的设计是一项巨大的挑战，但 Gorproject 团队就是为此应运而生的。Lakhman 说：“当你执行这种以前从未有人完成过的雄心勃勃的任务时，你会停止反思自己徒劳无获的人生。正因如此，Gorproject 总会尝试去创造可以成为生活一部分的项目，让我们历久弥新。”更多拉赫塔中心实景图

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