巴林世貿中心

巴林世貿中心，高度超過240m (787 ft) 、直入雲霄的兩棟50層大樓，屹立在波斯灣岸。這座獨特的建築有部分供電來自風力發電─對此種摩天大樓而言，實為革命性的設計。在這一個小時的節目裡，我們將探索這個概念背後的科學原理，看看工程師和施工團隊如何應付這么大膽的計畫。身處全球石油蘊藏最豐富的地區，工作人員把願景變成了真實，展望未來，採用再生能源，成就偉大工程。

基本介紹

• 中文名：巴林世貿中心
• 國家：美國
• 類別：記錄片
• 語言：英語

影片信息

【中文片名】國家地理 - 偉大工程巡禮：《巴林世貿中心》DVD中字

【英文片名】National Geographic - Megastructures: World Trade Centre Bahrain

【片　源】HDTV，1080i

【畫面尺寸】1024 x 576

【字　幕】簡體中文

基本概況：

施工時間：2004~2008.4.10

榮獲獎項：

1.2006“阿聯綠葉獎”頒發的“大型規劃中技術使用最佳”獎；

2.“阿拉伯建築世界”頒發的“可持續設計獎”。

概況：

巴林世界貿易中心(也稱巴林貿易中心或BWTC)是一座高240米（787英尺）、雙子塔結構的建築物。大樓位於巴林首都麥納麥的費薩爾國王大道，可以一覽無遺地欣賞巴林灣景色。這座樓高50層的建築聳立在King Faisal公路旁，與眾多的地標相鄰，如巴林金融港、巴林國家銀行、Abraj Al Lulu和著名景點珍珠塔等。建築物的高度在全國排名第二，僅次於巴林金融港中的巴林金融港塔。巴林世貿中心主體包括兩座50層的雙子塔，底部是一個三層的基座，其兩座三角形的大廈高度達240米。在兩座大廈之間設定了水平支持的3座直徑29米的風力渦輪。風帆一樣的樓體形成兩座樓之前的海風對流，加快了風速。風力渦輪預計能夠支持大廈所需用電的11%-15%。

綜合本地主要英文傳媒（2008年）11月27日訊息，巴林世界貿易中心大廈榮獲芝加哥高層建築和城市住區理事會（CHICAGO-BASED COUNCIL ON TALL BUILDING AND URBANHABITAT）評定的2008年度中東北非地區高層建築最佳獎。

巴林世貿中心是世界上首座將風力發動機組與大樓融為一體的摩天大樓。

設計師在雙塔之間16層（61m）、25層（97m）和35層（133m）處分別設定了一座重達75噸的跨越橋樑，三個直徑達29m的水平軸風力發電渦輪機（圖6-7）和與其相連的發電機被固定在這三座橋樑之上。完工時間為2008年4月。

巴林世貿中心耗資9600萬美元（耗資3500萬巴林第納爾，約7億元人民幣），總建築面積120961平方米，除設定有辦公空間和商務設施外，還有酒店、商場、咖啡屋、飯館和健身俱樂部，並設有1700個停車位。巴林世貿中心由兩座外觀完全相同的塔樓組成，雙子塔高240多米，共50層，平面為橢圓形，外形呈帆狀，線條流暢，具有強烈的視覺震撼力，深綠寶石色的玻璃和白色的外表皮使大廈與周邊沙漠景觀和海上風光融為一體。

更令人矚目的，是在50層、高240米的辦公塔樓之間安裝了3台水平軸發電風車，使世貿中心成為世界上首先為自身持續提供可再生能源的摩天大樓。這3台發電風車每年約能提供1200兆瓦時(120萬度)的電力，大約相當於300個家庭的用電量。

發電風車滿負荷時的轉子速度為每分鐘38轉，通過安置在引擎艙的一系列變速箱，讓發電機以每分鐘1500轉的轉速運行發電。設計的最佳發電狀態在風速15-20米/秒時，約為225千瓦。風機轉子的直徑為29米，是用50層玻璃纖維製成的。在風力強勁，或需要轉入停頓狀態時，翼片的頂端會向外推出，增加了轉子的總力矩，達到減速目的。風機能承受的最大風速是每秒80米，能經受4級颶風(風速每秒69米以上)。

解決難題

難題

首先是雙塔之間的風力發電機葉輪設計遭遇挑戰。一般風力發電廠的葉輪都是安置在直桿上，便於葉輪持續保持迎風狀態，旋轉面也可隨風向的偏轉進行適時轉向。而奇拉的設計採用橫樑托載方式，將旋轉葉輪固定在水平位置上，固定之後便不能再動，旋轉面自然也就休想隨風調節方向。不能隨風調節，也就意味著不能保證足夠時長的正面迎風狀態，相應的電能產量也會降低。

第二個難題是奇拉在設計中將三個風力葉輪從50層樓的高空依次擺放，三個風力葉輪的位置處於不同的水平面上。這種設計保證了世貿中心的建築整體感，避免雙塔之間過於空洞，失卻美感，但三個風力葉輪卻因此要分別面對不同高度氣流的風力。要知道，風速隨海拔高度逐漸增強，位置越高的葉輪旋轉理論上的運轉速度越快。這對於建造廠商來說是無法接受的，因為三個風力葉輪必須保持同一標準的旋轉速度，否則高層旋轉速度越快的葉輪耗損速度也越快。

解決辦法

首先是引入坡面流線型的三角大樓設計，這樣可以利用氣流原理，將更多高處的氣流引導向低處，同時降低高位風力機的御風強度，且將更多的風力傳輸給低位的風力機使用。經過精確的計算和氣流模擬，這套設計最終可以確保三座風力機保持大體相同的運轉速度，製造的電能也保持在同一標準內。

其次，在這個基礎上，奇拉還要尋找解決風向問題的方案。因為風力決定發電量，風力機若無法保持足夠時長的正面風力，便無法保證足夠的發電量供大廈使用。在動力學工程師的幫助下，奇拉精確地模擬了氣流在雙塔之間的流程，驚喜地發現氣流通過擠壓之後，流向風力機的時候，風速竟然可以提高20%。更令人驚訝的是奇拉的坡面流線型樓體設計帶來的捕風效果，即便是遇到45度斜角度吹來的風，氣流一旦與樓體相撞，路線也會變成S型，灌入雙塔之間，對風力機形成正面的氣流衝擊，讓葉輪保持旋轉速度。

經此實驗，奇拉更有理由相信地面建築完全能夠掌控風行走的方向，無論風從哪個方向吹過來，巴林世貿中心的兩座樓體都能將風進行引導利用，化作強度更高的風力來帶動風力機。

排除安全隱患將巨大的風力機安裝在市區內最繁華的商業中心地帶，安全問題是設計師最不能忽視的問題。巴林世貿中心的基座是一個大型的購物商城，商城上面則是高級商務寫字樓。直徑長達29米的三座風力葉輪在高空旋轉，底下車水馬龍，人流不斷，一旦出現葉片意外折斷脫落情況，或者遭遇極端惡劣的狂風天氣，使橫樑不堪重負，其危害之大，顯而易見。

解決葉片折斷脫落問題的最佳辦法是在每一個葉輪內都嵌套鋼筋鏈條，除此之外，奇拉的工程設計團隊考慮到風力機的一個最大的安全隱患：共振。

共振是指一個物理系統在其自然的振動頻率（所謂的共振頻率）下趨於從周圍環境而吸收更多能量的趨勢。重達11噸的風力葉輪平均每分鐘運轉38次，承載風力機的橫樑便同時產生相應的震動，假若橫樑與風力葉輪的震動頻率相同，可怕的共振作用就會產生。因為共振是作用體雙方互相累計增加的一個過程，一旦橫樑與風力機產生共振，二者的震動都會越演越烈，從輕微的晃動積累成為劇烈震動，直至橫樑斷裂。

為了避免共振，工程設計團隊製作了精密的模型，並模擬了199種不同氣候的強度氣流，分別測算了在每一種氣候條件下葉輪的震動頻率。在這個測算基礎之上，他們建造出了震動頻率遠遠高於風力機的橫樑，最大程度地避免共振帶來的風險。

解決了共振問題之後，在進行風洞測試的時候，工程師們又發現了另一個潛在的危機：氣流偏轉對風力葉輪的惡劣影響。這個情況是由氣流造成的，因為沖向風力葉輪的氣流有時候會突然加速或者更改流向，葉輪收到巨大的慣性影響，導致風力葉片發生偏轉，並極有可能擊中承載橫樑，後果不堪構想。

這也是風力發電廠經常需要考慮的問題，他們的解決慣例是讓風力葉輪的底座向後傾斜5度角，避免引異常氣流變化造成風力葉片與直桿支撐軸相撞。不過，問題到了巴林世貿中心的設計案例上，就變得不一樣了。因為這裡承載風力機的不是垂直軸，而是水平軸，且每一個葉片向後的偏離幅度都在1米以上。

這個問題雖然棘手，解決辦法卻非常巧妙。設計師經過仔細測量計算，最終決定改造橫樑的直線形狀，以水平軸上風力機的安裝位置為中心，橫樑兩側向後彎，形成一個V字形狀。這一改進讓風力葉片與橫樑之間的接觸距離拉開到1.7米，徹底擺脫了風力偏向可能帶來的葉片撞擊隱患。