风能建筑的杰作——巴林世贸中心

辽宁省凌海市工商局 ■ 徐艳文

巴林位于波斯湾西南部，介于卡塔尔和沙特阿拉伯之间。在巴林首都麦纳麦建有两座传统阿拉伯“风塔”形状的大厦，日夜俯瞰着阿拉伯湾，这就是巴林世贸中心，被称为风能建筑的杰作。

巴林世贸中心耗资9600万美元，总建筑面积120961m2，主体建筑是两座高240m、50层的三角形塔楼，底部是一个三层基座。每一座塔楼都有34层的办公空间和42层的观景平台。基座部分容纳了酒店、商场、咖啡屋、饭馆和健身俱乐部等服务设施。三层带屋顶的停车场也设置在基座中，地下室则提供了更多的停车位。塔楼的外观像一对弯曲的风帆停靠在陆地上，也像是两块破碎的蓝色玻璃尖，优雅地迎接着从海面上吹来的海风，超越时空，自成风范。

最令人瞩目的是设计师在双塔之间的第16层(61m)、25层(97m)和35层(133m)处分别设置了一座重达75t的跨越桥梁，3个直径达29m的水平轴风力发电涡轮机和与其相连的发电机被固定在3座桥梁上。这一设计使世贸中心成为世界上首个可为自身持续提供可再生能源的摩天大楼。3台风力发电机每年可提供电力120万kWh，为世贸中心提供所需能量的11%～15%，相当于300个家庭一年的用电量。

其实当地的海风并不十分强劲，设计塔楼的英国阿特金斯公司巧妙地借助了空气动力学原理加以弥补。大楼的椭圆形截面使它们中间区域的空间陡然变窄，构造成一个负压区域，将塔间的风速提高了20%；而塔楼设计成风帆般的外形，起到了导风板作用，引导向陆地吹来的风通过两塔之间。这样的处理还使原本斜向的来风改变方向，沿着塔间的中线吹过去。

巴林世贸中心大厦2003年开始设计，2008年4月完工。主设计师是以设计摩天大楼而闻名的肖恩·奇拉(Shaun Killa)，他的梦想是让节能建筑成为世界主流。如今巴林世贸中心落成，他说：“将节能环保技术融入现代建筑是最能激发我设计热情的事业。我不是要把巴林世贸中心做成一个特例，而是要让它成为一个概念的示范。”

肖恩·奇拉并不是第一个将风能引进建筑技术的人，却是第一个成功实现摩天大楼与风能技术完美结合的人。他选择巴林作为第一座风力大楼的建造地，于地利方面是多有考量的。麦纳麦是巴林最大的城市，位于波斯湾中段。每天早上热带的太阳升起，麦纳麦地区的热空气就开始受热上升，形成大范围的低气压区，将附近海面的冷空气吸过来进行补充，便形成循环无穷的海风资源，市区内每天超过60%的时间都有相当可观的风在四处游走。奇拉选择麦纳麦作为风能建筑的实践之地可谓慧眼独具。

巴林世贸中心的设计图样是古典与现代结合的产物，借鉴了阿拉伯传统建筑讲究双塔并立的基本外形，两座风格明快的三角形建筑比肩，共举三道风力发电机的横梁，横梁上依次安置3座风力机叶片，以最简单直接的方式将双塔融为一体。这种毫不花俏的手法，既彰显了阿拉伯地区的传统文化风格，又引入了现代建筑的节奏层次。

不过，将风力发电机与建筑本身结合起来是一种前所未有的设计理念，自然会遇到前所未有的设计与实施难度。首先是双塔之间的风力发电机叶片设计遭遇挑战。一般风力发电厂的叶片都是安置在直杆上，便于叶片持续保持迎风状态，旋转面也可随风向的偏转进行适时转向。而奇拉的设计采用横梁托载方式，将旋转叶片固定在水平位置上，不能随风调节，意味着不能保证足够时长的正面迎风状态。第二个难题是在设计中将3个风力叶片从50层楼的高空依次摆放，3个风力叶片的位置处于不同的水平面。这种设计可保证世贸中心的建筑整体感，但三个风力叶片却因此要分别面对不同高度气流的风力。这对于建造厂商来说是无法接受的，因为3个风力叶片必须保持同一标准的旋转速度，否则高层旋转速度越快的叶片耗损速度也越快。

“既然叶片不能随风转动，为什么不让把风抓过来？”奇拉开始在楼体设计上展开奇思妙想。首先他引入坡面流线型的三角大楼设计，这样可以利用气流原理，将更多高处的气流引导向低处传输给低位的风力机使用。其次，奇拉在动力学工程师的帮助下，精确地模拟了气流在双塔之间的流程，惊喜地发现气流通过挤压之后，流向风力机的时候，风速竟然可以提高20%。更令人惊讶的是坡面流线型楼体设计带来的捕风效果，即便是遇到45°斜角度吹来的风，气流一旦与楼体相撞，路线也会变成S型，灌入双塔之间，对风力机形成正面气流冲击，让叶片保持一定的旋转速度。

将巨大的风力机安装在繁华的商业中心，安全问题是设计师最不能忽视的问题。巴林世贸中心的基座是一个大型的购物商城，商城上面则是高级商务写字楼。直径长达29m的3座风力叶片在高空旋转，底下车水马龙，人流不断，一旦出现叶片意外折断脱落情况，或者遭遇极端恶劣的狂风天气，使横梁不堪重负，危险之大，显而易见。奇拉解决叶片折断脱落问题的办法是在每一个叶片内都嵌套钢筋链条。除此之外，奇拉也考虑到风力机一个最大的安全隐患——共振。为了避免共振，设计者制作了精密的模型，并模拟199种不同气候的强度气流，分别测算了在每一种气候条件下叶片的震动频率，建造出了震动频率远远高于风力机的横梁，最大程度地避免共振带来的风险。

2008年11月，巴林世界贸易中心大厦荣获芝加哥高层建筑和城市住区理事会评定的年度中东北非地区高层建筑最佳奖。