Tag: 電梯

乘電梯到太空

世界有超過100億的人口,但到現在為止曾經上過太空的人應該不超過100人,首先因為太空船的燃料費驚人,而且當太空船離開地球時,太空人雖然承受3-5倍的地深吸力,並且當太空船穿過大氣層時,人體會受到很大的震動,所以能夠上太空的人實在少之有少。
不過,近年有很多人研究太空旅行團,當中最有名的就是維珍集團的主席─Richard Branson,他的理念都是設計一些低廉的太空船,讓普通人都可以一嚐太空旅遊的滋味。另外,日本亦出現了一個名為「Japan Space Elevator Association」(宇宙太空電梯協會) ,它們銳意建造一部可以通往太空的電梯,這樣旅客便可以簡單地乘坐這部電梯到達太空,而且由於電梯已是室內密封的空間,旅客便不需要穿上太空衣到達太空,並且不需要承受穿過大氣層的壓力,亦不用需要承受超過3-5倍地深吸力的壓力,所以一般體質的人仕都可以上太空。
但是如何建造一座22,000裡的電梯呢? 結構又如何承擔呢?
現在世界最高的大樓─哈拉法塔都只是840m高,結構部件已是異常巨大,而且做價驚人。如果要做22,000里高的建築物又談何容易呢? 甚至可以說是不可能。

但是日本的一眾工程師想出一個絕妙的方法,就是利用超級鋼纜把電梯的基坐來連接人造衛星,這樣結構部件便會成拉力(extension) 而不是受壓(compression) 。簡單一點來說,就好像一個鏈球運動員一樣,他用力把鏈球不斷地根據自己的重心而旋轉,這樣連結的鋼纜便成拉力,這便是物理學上所說的Circular motion (圓周運動) 。
在這樣的情況,人造衛星就是重量(比喻作鏈球) ,基坐就比喻作運動員的重心。只要當人造衛星以均速圍繞地球旋轉,即是旋轉的速度與地球自轉的速度相同,這樣人造衛星便可以以同一角度來與地球連接,而鋼纜都不會因此而變得彎曲,無論地球發生海嘯、颱風都不會影響鋼纜的角度,因為它的角度是在乎人造衛星與地球之間的角度,除非地球出現大地震/地殼移動,否則鋼纜的角度是不變的。電梯便可以根據這角度來運送旅客至太空。
現在的挑戰是如何製造一條比鋼強180的納米炭纖維的鋼管,現在這電梯需要的納米炭纖維鋼管都要比現存的強4倍。所以現在由日本大學的教授來研究這物料,而整個研究項目可達至600億港元,現在整個研究項目不是由日本政府全資研究,反而是由多個財團合資發展。
不過,奇怪的是就算可以帶來大量的旅客都未必可以收回600多億的投資成本,這項目到底為何可以吸引如此多的財團來參與投資呢?
這電梯不單可以把人送到太空,還可以把垃圾/高污染的廢物送至外太空,這樣便可以解決地球過多垃圾的問題。
另外,如果要把人造衛星的轉速調至與地球自轉相同的話,人造衛星的就必須要在地球赤道之上,所以赤道之上的空間同樣是地球資源的一部分,但是由於現在聯合國沒有權力控制/管理太空的資源,因此各國都不斷盡快放出人造衛星來霸占赤道之上的空間,而這部電梯將可以有助已佔領太空的國家進一步統戰太空。
最重要的一點,現在月球上其中一種的礦石擁有helium-3,這是高效能的能源,現在研究發現只要25噸的礦石(一艘穿梭機的份量)便足以整個美國使用一年。如果這部電梯可以連接到月球的話,便可以定時派人/機械人到月球開採礦石,不用使用穿梭機這般高風險和高成本的方法來開採,這電梯的出現便可以為自身的國家/地球帶來源源不絕的能源和無限的財富,甚至可以控制未來的世界。

關於哈拉發塔:
http://blog.sina.com.cn/s/blog_60a67d9e0100hwx2.html

關於Japan Space Elevator Association
http://jsea.jp/en/
關於月球能源:
http://www.abc.net.au/news/newsitems/200411/s1252715.htm




世界第一高樓─哈利法塔 (Burj Khalifa)

上一會介紹了一座840m高的垂直都市,今會便是為大家介紹現時世界上最高的大廈─哈利法塔,它的總高度是828m,總共160層高,並擁有以下的世界紀錄。
世界最高的大廈
世界最高的結構
世界最高的單一結構
世界最多層數的大廈
世界最高的電梯
世界最快的電梯
世界最高的燎望台
世界最高的游泳池
世界最高的清真寺
混凝土泵至最高層數的世界紀錄

哈利法塔雖然都達到了800m以上,但是基本的設計如普通大廈沒有很大的分別,只是一座超巨型的綜合性大樓,人類都需要不時離開這座大廈才可以生活。不像Millennium Tower一樣,銳意改變人類生活的模式,讓一個城市必需的部分都放在一座大廈之內,讓人類只需在一座大廈之內便可以生活。話雖如此,哈利法塔確實為垂直都市作了重要的一步。
結構
在哈利法塔建造之前,很少人都會研究中東800m以上的風力,更何況世界第二高的結構─Warsaw radio mast都只是646m,加拿大的CN tower 都只是553m,因此在興建時曾放出汽球來蒐集數據,而這實驗對整個設計作了重要的改變。
一般的大廈是只會進行5次以內的風洞測試,但哈利法塔的情況實在太特殊,工程師作了40次風洞測試來了解風力對結構的影響,才能進一步確認結構上的安全。為了穩定整個結構,整座大樓上細、下大,這樣可以令大廈在強風吹襲之下,擺動情況可以減少。但其實這是最不合受乎經濟效益的做法,因為大廈的層數是愈高愈貴。而且無論層數的高低,都需要一它數目的消防梯、電梯、機房和洗手間,所以如果高層的空間太少的話,實用率會很低,而很難收回成本,因此香港的摩天大廈的頂層只會比低層略為細少一點,極少數的例子如中銀大廈一樣,高層只是低層的4分之1的面積。
平面
一般的多層商業大廈都會把電梯放在中央,辦公空間則盡量四四方方,只有少數的例子如中環廣場、中銀大廈(三角形平面)和合和中心(圓形平面)。再者,務求使室內空間變得實用,四邊的空間都會盡量連接,這使每層辦公室有更大的靈活度來調整的大少。
但是在哈利法塔的例子中則是Y型的平面,Y型平面的多層大廈在香港是很常見的類型,但都只限於政府房屋,因為在政府每層單位的大少已決定了,單位是不會組合或分隔,所以Y型的平面是完全沒有問題。
這大廈建築師─SOM選擇的Y型的平面的原因是希望這大廈的單位可以盡覽波斯灣的景色,每個單位都有自己的景觀,而且在結構上亦相對地穩定。不過對哈利法塔的情況來說,就好像不太適合,因為這大廈除了包括酒店、豪宅之外,還在高層設有辦公室、健身室、會議室、清真寺等,所以Y型的平面好像未能滿足橫向空間的需求和應有的靈活度。
而且可能這大廈在結構上有很大的要求,在每一個房間之間由很粗的結構牆來分隔,這代表每個單位的間格已經定下來,如果將來由住宅改變作商業用途的可能性很低。
但是,哈利法塔有12層是酒店、70層是住宅、其餘大部分是辦公室。從這樣的比例來說,很令人懷疑此項目的招租和銷售情況,何時才能在杜拜消化這樣大的一級豪宅供應呢?
消防/電梯
萬一發生火警,根本不可能要求住客跑160層樓梯才逃至地下,所以在每隔25層便有一個逃生層讓住客逃至該層來等待消防的救援。
由於這大廈都是採用一般處理手法,所以當火警時,電梯會自動回到首層,務求不會再有新增的人仕進入大廈,而且亦避免火頭可以通過電梯糟漫延至其他層數,情況就有如香港最慘烈的火災─嘉利大廈一樣。
至於消防員則是從首層進入消防梯(通常是用作送貨梯) ,然後通往各層。而消防梯的要求多數是需要1分鐘之內能夠通往各層,所以哈利法塔的消防梯是全世界最高速─時速64km/hr。其實時速64km/hr是一個很低的速度,一般在街上的車都能夠達到這個速度,但是要在1分鐘內由靜止加速至64km/hr,然後再急速地減速至0km/hr。在短時間有如此急速的改變,對人體的壓力其實一點也不小。
哈利法塔預計同一時間會有35,000人同一時間使用,所以工程師早期是希望是使用3層電梯,但最後都只是使用雙層電梯。雙層電梯就是兩層的電梯在同一時間行走,住客可以同時在1樓和2樓進入電梯,並通往其他層數。 (香港新鴻基大廈便是使用雙層電梯。)
哈利法塔為了減少電梯佔用的面積,都自然有轉電梯的需要,但是為了滿足載客量,這大廈都需要設備57部電梯。




Sears tower (電梯篇)

qlFk6IXvaswFKguifCYExA

 

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.