淺看超高建築／專訪張朋千建築師
陸家嘴金融園區；攝影／王進坤
超高層是建築學中的一門專業，對筆者來說更像是建築設計的升級版，因為它涉及的層面不但廣且深，在完成後也多成為該地區的地標建築及象徵，常成為人們茶餘飯後的談資。但超高層建築從規劃到最後完工，必須歷經各項政府嚴格的審查，其運用的建築技術也多為業界一時之選，因此除建築師之外，還需要各個設備系統的頂尖顧問加入，來共同組成設計團隊，除專業的團隊之外，核心的還是要有非常「有力、有資源」的業主才能克服。
而這樣昂貴的建築物為何會出現？其設計關鍵在哪裡？未來的趨勢又是如何？此次邀請到曾任職美國SOM建築師事務所，並經手設計過諸多超高層建築的張朋千建築師來為我們解答。
高層建築的源起關鍵？
張：關鍵在於垂直升降系統「電梯」的發明，因電梯就如同高層建築的動脈，能將人如同血液般輸送到各個樓層之中。而超高層建築又因為其驚人的高度，更需要電梯能快速而舒適的將人運送到各個樓層，因此電梯對超高層建築的發展具有關鍵影響。
其實1852年電梯被發明後，是不被社會大眾所信任的，因擔心電梯的安全性，為克服這個問題電梯的發明者奧提斯（Elisha Graves Otis，1811-1861）於1854年紐約水晶宮展覽會上，他刻意站在載有木箱、大桶和其它貨物的電梯平台上，當平台升至圍觀者都能看到的高度後，他命令員工砍斷電梯繩纜，結果纜繩斷裂後電梯制動爪立即伸入平台兩側的鋸齒狀的鐵條內，使平台安全地停在原地，讓原本驚恐他會跌落的觀眾鬆一口氣，才開始相信電梯是安全的，而順利推展了電梯事業。
奧提斯於1854年紐約水晶宮展示其發明之安全電梯；圖片出處／維基百科
為何美國芝加哥是高層建築的起源地？
張：這來自於1871年時10月發生的大火，為何會這麼嚴重，是有其原因的。芝加哥（Chicago）地名是從美國原住民印地安人口稱的臭洋蔥地（Chicagua）而來，因這個地區屬於沼澤地本就是易燃的地質。芝加哥在十九世紀之前，是美國中西部的小鎮，1837年時人口僅有4,000人，但芝加哥因位於東西部交通要道上，因此當開始開拓西部後使城市快速發展，在短短五十餘年成長250倍，於1890年時人口已增長至100萬人。而人口急速增加使建築需求暴增，城市土地供不應求。加上原是西部小鎮，開發前並未做如此多人口的都市規劃，因此街道狹窄，房舍彼鄰而居，且房舍多採用木頭建造，又加上土質屬於易燃的沼澤地，因此當1871年10月8日發生火災後一發不可收拾，使大火延燒至10月10日撲滅時，奪走了大約300人的生命，摧毀了大約3.5平方英里（9平方公里）的大約17,450座建築物，並造成2億美元的損失。大約三分之一的城市處於廢墟之中。
大火後芝加哥一片廢墟極需快速重建，市政府引進當時最新的規劃思維，來為龐大的都市人口重新制定都市計畫，而為滿足大量的使用人口需求，芝加哥引進新的建造技術「柱梁式結構系統」及鐵、鋼筋、混凝土等新建造材料，使建築能快速興建完工外，更能蓋高層的建築解決都市土地不足的問題，並滿足城市大量人口的需求。因為大量的興建跟改造促使芝加哥成為現代高層建築的發源地，更產生了美國最早的建築學派─芝加哥學派（Chicago School），開始從城市規劃、工業化的角度、經濟、社會的整體角度來思考城市跟人民的需求。
1871年芝加哥大火後的都市樣貌；圖片出處／維基百科
超高層建築的定義？及基地配套設施？
張：其實並未有明確的規範，業界的共識是超過一百米高的建築就屬於超高層建築，而超高層建築因為自身的體量大，在都市計畫中需預先做衝擊評估及規範，包括基地周邊的街道尺度、綠地留設等，來消化超高層建築對周邊環境的衝擊。中國最知名的超高層建築區是上海浦東的陸家嘴，當時屬於上海新開發的地區，因此在都市計畫中已明訂規範超高層建築的基地，就是今日熟知的金茂大廈（1999年，高420.5米）、上海環球金融中心（2008年，高492米）及上海中心大廈（2016，高632米）三棟。
左至右分別為上海環球金融中心、金茂大廈、上海中心大廈；攝影／王進坤
超高層建築的設計核心？
張：超高層建築設計主要分為三個部分，分別是外牆、核心筒及地下室，其中地下室是最容易被忽略卻相當重要的，因為相關的城市設施管道都是從地下室進入，並透過核心筒往上送，其面積也影響到各層使用空間的多寡，因此錙銖必較，每一分一厘都需嚴謹考慮來使空間更有效率。而外牆則與建築師想表達的設計概念有關，也是建築跟環境氣候接觸的表皮層因而非常重要，故此三者為超高層建築設計的骨幹。方案一般還是先依照建築師提出的設計概念開始，經過對建築表皮層的研究後，再往下發展內部核心筒跟基礎地下室。建築師的設計概念則來自業主的需求，跟建築未來的使用目的，比如是酒店？寫字樓？或是複合式需求等，再從中延伸發展。
超高層是建築中一門獨特的專業，普通事務所要接觸到此類型的開發案並不容易，加上涉及的各專業龐雜且難度高，會需要不同的專業加入設計團隊以便諮詢，過去在美國SOM事務所工作時，負責專案的建築師在構思概念的同時已與專業團隊討論，在跟業主需求整合完成提出具體的方案後，才與業主進行提報，形成的方案還要進行各項試驗，比如外牆的安全試驗、風洞測試等，當都通過測試後才會開始興建。雖然超高層建築相較其他建築，受到結構和相關技術的限制非常多，設計上的自由度也低，但因為是地標型建築，完成時的成就感及隨之而來的名氣也是極大，因此仍是不少建築人追求的夢想。
上海環球金融中心結構分析圖；圖片出處／入江三宅建築師事務所
除電梯外超高層建築還有哪些重要設備系統？
張：還包括結構系統、空調系統、電力系統、水系統、消防系統、燈光系統、帷幕牆系統等等，當這些系統的技術跟設備不斷革新，超高層建築才能夠不斷的往上突破。而結構系統也非常關鍵，因結構就如同人的骨架，要長高首先就是要站的穩。結構上超高層建築主要抵抗的是「地震」跟「風力」，其中又以風影響較大，因為地震的頻率是受地層質地影響，如岩盤跟沙盤的地層就會不同，岩盤速度快而沙盤慢，建築受地震影響倒塌的原因在於地震震動頻率跟建築擺動速度一致時，但超高層建築的高度很高，且結構採用鋼骨系統較軟，因此當底下地盤在搖晃時，上層的搖晃較慢因此會彼此抵消，加上超高層建築系統的頂層多有設計制震系統（阻尼器），因此地震的危害影響較低。風力則不同於地震，推力（風）是一陣一陣的推往建築體，很容易與建築產生共振，若抵抗不住時建築就容易破壞，因此超高層建築在設計方案時會需做風洞測試來計算空氣流經物體所產生的氣動效應。
建築風洞測試；圖片出處／清水建設
再來是消防逃生系統，要讓建築中的使用者順利逃生，需要有嚴謹的防火區劃，並因應使用需求（酒店、辦公、住宅）而有不同的規範，防火區劃並從傳統的平面分割，進化為樓層分段處理。過去電梯是不能用作為逃生使用的，但世界第一高樓杜拜的哈裡發塔（Burj Khalifa）因為實在太高（823米），考慮將電梯納入為逃生用的動線，快速疏散民眾到避難區域。除了這幾個系統外，擦窗系統的設計也很重要，尤其現在對建築外型十分講究，外型不會只是簡單的方體，因此擦窗機該如何清洗斜面玻璃，及擦窗完畢後如何收納到頂層等。
高層建築擦窗機；圖片出處／Facade Access Technologies
超高層建築的新技術或概念？
張：今日超高層建築的技術突破主要在於建築節能上，如最新完工的上海中心大廈其設計概念是一頭盤旋上升的巨龍，因此設計有兩層的外牆螺旋往上，這個除為了造型外，在冬天能加熱兩層牆中間的空氣，使室內溫度保持?溫，夏天時則能隔絕外部熱能，透過調節中間層的溫度來達到建築的節能效果。杜拜的哈裡發塔因基地環境氣候屬於炎熱乾燥型，為降低耗能有效利用地球隨著平均每上升100米，氣溫約下降0.6℃的特性，直接從建築最高處抽冷空氣使用，因此比從地面抽取的溫度直接降近五度，同時還能透過空調設備擷取露水，不但降低空調設備的耗能，並能供給辦公樓的用水，在節能的同時也說明超高層建築跟自然及人為環境的關係密不可分。
上海中心大廈的雙層外牆；攝影／王進坤
上海中心大廈的雙層外牆隔出的休憩空間；攝影／王進坤
除了技術發明外，建築法規是影響超高層建築的另外一個重要原因，以中國第一棟超高層的金茂大廈為例，以前的防火規範較鬆，使其酒店區能有超高的挑空中庭設計，但經後來研究發現，這樣的設計若發生火災將會產生煙囪效應，使火燒更為猛烈而難以撲滅，目前法規已經不允許這樣連續的內部中庭。
金茂大廈的連續內部中庭；攝影／王進坤
超高層建築存在的意義？今日是否仍需要呢？
張：超高層建築存在的合理性，是在於該地區的土地取得不易，又有非常大的使用需求，才需將建築拉高到超高層。而大量使用需求的主要原因，則在於交通問題上，比如人必需都到這個地點上班或消費，但今日網路科技發展快速，消費的零售產業已從集中的百貨業模式，發展到網路電商平台，於網上購物下單後，貨品會直接快遞送家，工作也能透過新技術而無須聚在同一空間工作（如美國IBM公司很早就推動在家上班）。未來進入建築的方式，不一定局限於地面層或是二三樓的天橋，甚至透過可以飛行的汽車，直接進入任一樓層，在這些前提下，未來土地的需求跟限制不一定如今日這麼大，因此超高層建築存在的實際需求合理性也就消失。
但超高層建築未來還是會繼續存在的，會轉變為彰顯業主要的特殊價值而存在，再來才是使用需求，因此建築要多高，造型要長成怎樣，會是取決於業主的意志，而非實際的需求。由於超高層建築對周邊環境影響極大，因此在審查時的範圍及嚴謹程度遠高於一般建築，不會是單一部門即可拍板，會由政府官員、相關環境影響評估單位共同組成審查委員會，在審查委員多且複雜，再加上超高層建築投資金額龐大，難有單一業主可以出資全部，因此除非是國家出資，不然多會是整合多個投資商共同出資組成，在這樣多重的因素下，要完成超高層建築的難度其實不在建築設計跟興建上，而在於業主本身的力量必須要很強，才能夠一一克服這些難關。
張朋千建築師作品「馬尼拉綜合體O-MEGA」；圖片提供／張朋千建築師事務所
達人簡介
張朋千建築師
台灣出生，畢業于公立成功大學建築系，於該校先後取得學士及碩士學位，後前往美國進修取得伊利諾理工學院建築碩士。先後任職於台灣?芷孫建築師事務所、美國MW Zander芝加哥任建築師、美國SOM芝加哥任資深項目建築師，並於美國KDG任職期間擔任上海設計總監，後於2010年創立張朋千建築師事務所。張朋千為台灣註冊建築師、美國威斯康辛州註冊建築師、芝加哥註冊建築師、LEED 綠建築認證師，同時為台灣建築學會會員、美國建築師協會會員。
並擁有二十年以上專業經驗的規劃、設計和執行，專案包含商業綜合體、超高層、大型公共和生態建築項目。專長在精緻及複雜的設施，剖析業主問題，融合綜合建築設計和工程技術而得的解決方案，來服務高標準客戶。同時透過研究分析將可持續發展戰略結合於項目中，他創新性的設計使得眾多項目完成並得到設計獎項。
官方網站：http://www.pengarch.com/about/
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圖片提供：張朋千建築師事務所、網路蒐集
採訪、撰稿：王進坤
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