01

楔子

今天我刷到了一個項目，準(zhǔn)確的說應(yīng)該叫做概念設(shè)計，是一棟摩天大樓倒懸在空中，這看上去非常的科幻， 項目名翻譯成中文叫做 “日行跡”塔。

摩天大樓漂浮在空中，這到底是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？

建筑師的腦洞是不是開的有點(diǎn)大了呢？

今天這篇文章就來聊聊這個概念設(shè)計，因為我也非常好奇！

02

項目初衷

這個叫做 Analemma Tower的概念，是由美國 紐約云端建筑工作室（Clouds Architecture Office）提出的。

據(jù)設(shè)計師Ostap Rudakevych介紹，為了應(yīng)對地球上日益加劇的 洪災(zāi)、地震和海嘯之苦，所以他想出了讓建筑脫離地球表面，懸掛在空中的方式。

這樣除了可以避險之外，還能讓 地球表面得以休養(yǎng)生息，大自然重新煥發(fā)生機(jī)。

初衷是挺好的，概念也是挺新穎的，那么將摩天大樓倒掛是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？

03

受力方式

之所以摩天大樓能漂浮在空中 ，據(jù)說該設(shè)計采用了一種被稱為“環(huán)球軌道支持系統(tǒng)”的創(chuàng)新技術(shù)。 簡單來說就是這樣的：

先在地球 上空約50000公里的軌道上 捕獲一顆小行星，然后將摩天大樓固定在 行星上。

這個構(gòu)想，聽起來就像兒時的夢想之光照進(jìn)了現(xiàn)實(shí)。小時候誰沒想過拿著傘或氣球飛上天呢？這簡直是如出一轍。（如下圖）

而建筑師提出這個概念，聽起來就和“把大象塞進(jìn)冰箱只需要三步”那么簡單。但實(shí)際上技術(shù)問題卻一點(diǎn)也不簡單。

問題一：怎么捕獲小行星？

美國宇航局在2021年進(jìn)行的小行星檢索任務(wù)中，證明捕獲和重新定位小行星的可行性。然而將足夠大的小行星精確安置到所需軌道，并保持其穩(wěn)定性，需要前所未有的推進(jìn)和控制技術(shù)。

問題二：怎么將摩天大樓掛在小行星上？

建筑師 Rudakevych的解決方案是這樣的：

一是采用分階段建造策略，先在地面將塔樓建造完成后再將其裝載到小行星上；

二是使用臨時轉(zhuǎn)換支撐結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行施工，通過逆做法流程解決懸掛結(jié)構(gòu)的施工難題；

三是利用磁懸浮電梯技術(shù)解決垂直交通問題，避免傳統(tǒng)電纜的長度限制；

四是應(yīng)用輕質(zhì)高性能材料如碳纖維和鋁材減輕結(jié)構(gòu)自重。

反正看的我是一團(tuán)霧水，根本沒解決問題?。?即使是采用裝配式技術(shù)，像搭積木一樣逐層掛上去，其實(shí)也沒那么容易，更不要說還有混凝土現(xiàn)場作業(yè)。

設(shè)計師還介紹說：懸掛塔樓用的是電纜，這得是什么樣的電纜才能掛得住幾十萬噸的重物??？

支撐塔身的電纜需要長達(dá)35754公里，且要承受極大的張力。目前已知的最強(qiáng)材料碳納米管如果長度達(dá)到6000公里，就會在自身重量下折斷。而項目所需的電纜強(qiáng)度需要比現(xiàn)有最強(qiáng)材料再強(qiáng)六倍，這意味著需要材料科學(xué)領(lǐng)域的突破性進(jìn)展。

另外，這個設(shè)想還有個知識點(diǎn)需要科普下，叫做日行跡。

日行跡（ Analemma ）

指每天同一時間記錄太陽位置在一年中形成的8字形軌跡。 是 由地球自轉(zhuǎn)軸傾斜（23.439°）、公轉(zhuǎn)軌道橢圓離心率及至點(diǎn)線與拱線交角共同作用所致。

問題三：國界問題怎么解決？

這也就意味著日行跡塔不是靜止的，而是在不停的沿著“8”字形軌跡運(yùn)行，這怎么施工啊？

另外，地球也不是一個統(tǒng)一的國家，日行跡塔運(yùn)行的過程中會穿越不同國家的領(lǐng)空，哪個國家能同意他這樣來去自由呢？

所以，以上這些關(guān)鍵問題如果無法解決，那么日行跡塔只能是“紙上談兵”。

04

復(fù)合樓

建筑師還設(shè)想這棟大樓是一座復(fù)合樓，涵蓋了信仰與祭祀?yún)^(qū)、住宅居住區(qū)、辦公商務(wù)區(qū)、商業(yè)與娛樂區(qū)等功能。

信仰與祭祀?yún)^(qū)（位于塔的最頂端）：

設(shè)計有若干大廳用于宗教禮拜和祭祀活動。這一區(qū)域之所以被安排在最高處，象征性地體現(xiàn)了“接近天堂”的理念。由于該高度的大氣環(huán)境極為惡劣，戶外接近真空且溫度低至攝氏零下40度，因此需要特殊的保護(hù)裝束才能進(jìn)入。

住宅居住區(qū)（大約向上2/3處）：

位于塔身中段，溫度環(huán)境相對適宜，設(shè)置了各種戶型的住宅單元，滿足長期居住的需求。磁懸浮電梯系統(tǒng)確保居民能夠在塔內(nèi)快速移動。

辦公商務(wù)區(qū)（塔的中下部）：

為企業(yè)和個人提供工作空間，具有標(biāo)準(zhǔn)化的樓層設(shè)計和靈活的分隔系統(tǒng)。

商業(yè)與娛樂區(qū)（塔的最下端）：

設(shè)置購物中心、餐飲和娛樂場所，形成活躍的公共空間。低層區(qū)域的商業(yè)功能不僅服務(wù)塔內(nèi)居民，也可能成為吸引地面游客的目的地。

Analemma塔的功能分區(qū)設(shè)計充分考慮了高度帶來的環(huán)境差異和使用需求，按照不同海拔高度進(jìn)行了精確劃分。但空中樓閣首先得有“樓閣”，才有必要劃分功能。

05

其他技術(shù)

除了解決受力和功能問題之外，這樣一棟建筑還面臨著諸多挑戰(zhàn)。

首先是能源問題，該怎么解決？

Analemma塔依賴地面顯然是不現(xiàn)實(shí)的，只能通過自給自足。

電力供應(yīng)主要來自太空太陽能發(fā)電，太陽能面板安裝在大氣擴(kuò)散層之上，可以持續(xù)暴露在陽光下，比傳統(tǒng)的光伏裝置效率更高。

水資源則采用半閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行過濾和再循環(huán)，通過從云和雨水中收集的冷凝水進(jìn)行補(bǔ)充。

但是污物處理和排放，可能只能留給大地母親了。

其次是人員、物資的交通問題，該怎么辦？

據(jù)建筑師介紹，塔樓自身是采用無電纜電磁電梯上下，這種技術(shù)的發(fā)展將打破由電梯電纜卷筒體積所施加的高度限制，使塔內(nèi)的垂直交通更加高效。

而地面和塔樓之間的交通，主要是靠大型無人機(jī)接送。對于冒險愛好者，甚至可以選擇跳傘方式。

然后是海拔帶來的問題，該怎么辦？

由于塔身不同部分所處的海拔高度差異巨大，大氣壓力、溫度和重力感知都會有顯著變化。

所以塔樓的窗戶大小和形狀也會隨高度變化而特別設(shè)計，以考慮壓力和溫度的差異。塔頂?shù)陌讜儠r間會比塔底多45分鐘，但由于接近真空和-40°C的低溫環(huán)境，居民在沒有防護(hù)服的情況下無法外出。

最后是大氣阻力與軌道穩(wěn)定性問題。

任何“在軌”物體，如果其很大部分懸掛在大氣層中，就很難保持穩(wěn)定軌道。

由于該建筑將以每小時數(shù)百公里的速度在其地球同步軌道的北部和南部界限之間移動，必將承受巨大的空氣阻力，這將逐漸減慢小行星的速度并使整個組件脫離軌道。這種影響只能通過持續(xù)噴射推力來抵消，需要大量的燃料供應(yīng)。

但是燃料從哪里來呢？水平推力怎么實(shí)現(xiàn)呢？

當(dāng)然，提出這個概念的建筑師也很樂觀，居然在哪里建設(shè)都想好了。

提案建議先在迪拜建造，因為迪拜擁有豐富的高層建筑經(jīng)驗，且建造成本僅為紐約的五分之一。

那中國作為基建狂魔，不是更便宜，更快嗎？

06

結(jié)束語

日行跡塔的概念非常大膽，不僅能解放地球的地表空間，更能讓住戶每天都在環(huán)游世界。

但是項目的實(shí)也現(xiàn)面臨著多重技術(shù)挑戰(zhàn)，需要前沿工程技術(shù)和大膽創(chuàng)新來支持。

人類一直夢想要征服太空，而上月球只是實(shí)現(xiàn)了第一步。日行跡塔的設(shè)想雖然大膽，說不定哪天就實(shí)現(xiàn)了呢？