东京金字塔城

作者:王受之      來源:王受之老師博客        編輯:齊季藝術與設計

2011年3月11日,我正在洛杉矶准备那天学院的课程资料,打开电视看新闻,CNN和BBC正在同时报导日本大地震的新闻,场面惊天动地,地震烈度达到9度,已经是樯倾楫摧、山崩地裂。镜头中的木结构民房在地震中好像树叶一样摇摆,在空地上的人群连站立都困难,而十秒钟后接踵而至的狂怒海啸狂扫本州东北部的滨海地区,海浪高达几十米,电视中看见的镜头,海啸所过之处,一扫而空,汽车、轮船好像玩具一样被抛上高层建筑的屋顶,建立在海滨的福岛核电站四个机组相继爆炸,末日景象。我虽然生活在洛杉矶这个地震带二十多年,也经历过几次7级地震,但是看见日本9级大地震和海啸的场面,感觉依然极为震撼,那一刻我真正对日本人的悲剧色彩有了很深刻的认识,这个民族多少个世纪以来都一直是建立在灾难的阴影下的。

日本其实是整个亚洲版块和太平洋版块交界互相隆挤而形成的一条山脊,太平洋版块在日本下面往亚洲版块下插进去,把日本隆起,两个大版块巨大无比,互相撞击的时候发生地震、岩浆爆发形成火山,全集中在日本。日本群岛地质的主要特点就是不稳定性。首先是因为日本群岛正好位于亚欧板块和太平洋板块交界处,在亚欧板块与太平洋板块碰撞、挤压之下,交界处的岩层便出现变形、断裂等运动,产生火山爆发现象与地震。日本每年平均有感地震1000次,仅东京的有感地震年均约40次。因此,日本是地震频繁发生的地带。

日本是个地震频繁的国家,人口多,领土狭小,常有“日本岛沉没”的说法,忧患意识很强,日本位于三个地壳板块交汇点上,地球的地震高危带刚好把日本从中间一切为二,因此日本是全球最容易发生地震的国家之一。几代日本建筑师、城市规划师都在考虑解决居住拥挤、抗震防灾的问题。日本现代建筑开创人之一的丹下健三早在1960年代就提出的“新陈代谢”派的主张,虽然丹下健三提交给国际现代建筑师联盟(The Congrès internationaux d'architecture moderne,简称为CIAM)的海洋城市(Marine City)方案并没有最后建成,但是他在1966年完成的都城(Miyakonojo)市政厅府是他的“新陈代谢”思想集中的体现,用构件方式建造大型建筑,解决空间拥挤、抗震的综合问题,在这个建筑上有初步的体现。日本现代建筑的一个重要的转折点是以大阪世博会为开始的,在大阪世博会以后,日本建筑设计的领导权基本就从丹下健三这一代先驱交到第二代建筑师的手里了,矶崎新(Arata Isozaki)、筱原和夫(Kazuo Shinohara )、黑川纪章(Kisho Kurukawa)这批人逐渐成了日本现代建筑的第二代主流。他们提出建立空中城市的构想,具体为东京设计新的空中城市,提出用树干、树枝概念,或者插头概念建造新型城市区。他们的思想影响了英国前卫设计小组“Archigram”,而丹下健三提出建造好像插头一样插入基座结构的单元建筑概念,被Archigram 小组在很多方案中反复使用。

东京是地球上人口密度最大的城市之一,为了解决未来人口居住问题,斯坦福大学的意大利建筑师丹特·比尼(Dante N. Bini)提出要在东京湾建一座史无前例的“超级金字塔”——可容纳约100万人同时居住。

东京湾长期以来就是日本建筑师考虑城市发展的方向,其实这个海湾条件不好,底部全是非常厚的淤泥,但是却是东京唯一可以发展的空间。早年新陈代谢派就提出建造模数城市,城市好像一棵棵树一样屹立在东京湾上,住宅、商铺都吊在钢筋混凝土构架上,这些构架内部就是人行道、“树干”内是电梯。这个概念没有做成,但是却启发了日本建筑师的发展思路,而斯坦福大学的比尼提出的金字塔城则进一步激发了日本建筑师概念发展,最终形成一个要真正实施建造的试验性城市概念。

这个方案是由日本清水工程公司 (Takenaka Corporation)根据比尼的概念,在1989年提交出来的,他们的方案是在东京湾上面修建一座金字塔形的透明的建筑——叫做“金字塔城”,这是一座自给自足的人工智能型生态城。这座史无前例的“超级金字塔”建造在东京湾,其外观呈金字塔形状,高度达到2,004米,总占地面积约8平方公里,基底周长为2,800米。整个“大金字塔”中一共包含了55个“小金字塔”,每个“小金字塔”的体积都足以与埃及的一些较小型的金字塔媲美。从清水公司提出的设计图看,这座“超级金字 塔”矗立在东京湾上,完全不占用宝贵的土地资源。按照规划,“超级金字塔”总共为8层,1至4层商住两用,5至8层为娱乐和公共设施,在金字塔中总建筑面积达到50平方公里,将建造24万套公寓、商业中心、广场、学校和医院,堪称一座功能齐全的“万能金字塔城”。建造在海洋和陆地交界的位置上,构架里面由数十幢100多层的摩天大厦组成城市建筑群,设计时提出人口是75万,后来估计可以最高可容纳100万名居民和工作人员。东京的金字塔城高达1.25里,因此这个“金字塔城”的总高为埃及的吉萨金字塔高度的12倍,它覆盖8-10平方公里的地面及海面,金字塔城外身为玻璃,其中住宅部分面积大概是1万2千亩,6000亩作商业用途,而4000亩用作酒店、休闲及学校建筑,而每座建筑物亦设有独立的能源供应。就像其它超级大楼一样,建造金字塔城的目的就是为了解决东京拥挤和环境破坏等问题。城内的气候将由太阳能和风力控制,从概念来看,是一个尽量做到低碳、低能耗的新城市。金字塔城是建立在东京湾上的一个中型城市,居民人口是75万人,而全部交通采用公共交通方式,整个城市里没有一部汽车。

在建筑规划上,需要更多研究的是一个如此庞大的城市的组织结构,东京金字塔城这个项目参考了美国规划家、建筑师保罗.索列里(Paolo Soleria)的提出的生态城(Arcology)和法国大师勒.柯布西埃(Le Corbusier)早年提出的放射型城市(Ville Radieuse.)的概念,进行综合评估,并且作为设计参考。

如果使用目前的建材来建造这个巨大的金字塔城,这座城市将其重无比,地基是承受不住的。因此清水公司提出采用超轻型、超强度的纳米碳管——一种用极细的碳纤维包裹而成的圆柱体,这座金字塔城的重量就能减轻100倍。不过,金字塔城的支柱仍然必须用特殊的混凝土打造,这样才能承受极限的重压。为了降低这个巨大无比的金字塔框架的重量,大部分构造用超强度的碳纤维材料制作,因为很大一部分是建造在东京湾上的,因此水下结构特别要坚实。清水公司提出的概念是采用水下础桩做支撑,水上金字塔结构框架则用中空的管道,内部55个小金字塔中间的摩天大楼则采用豆荚状结构形式为主。建筑材料要用强度高、重量轻、一定条件下可自我构建的复合炭素纳米管。

东京金字塔城有若干技术突破亮点,第一个就是金字塔构架里面的那些高达30层的大楼的设计,他们用底座支撑,通过轻型纳米碳管与金字塔城的外壳相连。这种构想并非空穴来风,是在1980年代一次旨在解决城市拥挤问题的建筑竞赛中已经有比较成熟的设计方案作为依据的。金字塔城里面包含了55个小金字塔,因此,大小金字塔的构造就形成许多节点,这些节点是交通、运输的关键所在,城市内的居民可通过自动人行道、无人驾驶舱和倾斜式电梯,自如地穿梭于城市的中空管道之中。城市的55个节点就是交通枢纽,并为城市提供结构上的支撑。因为建筑构造是金字塔形状的,因而电梯也就不是垂直的,而是倾斜的,倾斜式电梯,在城内的大多数地方都有“倾斜式电梯”在斜坡上运行。巨大的金字塔需要超强的结构支撑,因此,另外一个技术的亮点就是它的超级构架,计划是采用纳米碳管建成的超级构架,这些构架起着城市支柱的作用,其外表涂有一层光电膜,能把光能转化成电力。除了上面提到的潮汐发电技术之外,还有人考虑以海藻为能源的燃料电池获取电力。城市能源要做到完全自给自足。

这座城市没有汽车。居民可以搭乘个人快速交通舱,前往市内的大多数地方。设计中的交通舱这是一种无污染的交通工具,由电脑控制,能在四通八达的中空管道里穿梭自如。

这么大一个金字塔结构怎么施工呢?美国拉斯维加斯卢克索金字塔酒店已经建成上十年了,这个金字塔酒店在建造过程中积累了很多建造金字塔形建筑的经验,是东京金字塔可以借鉴的。而建筑用的智能机器人也会在建造的时候起到关键的作用,现在估计这个金字塔城的兴建期间应该是在2039-2049年这个时间段,从日本机器人技术发展来看,那个时期的建造机器人是可以创设合适物理条件的巨型机器蜘蛛,它可以吐丝般吐出高强、轻质的复合炭素纳米管。这些复合炭素纳米管是镂空金字塔城主体建筑的结构框架。

这个城市的设计很重要的是交通系统的建造,根据清水公司提出的计划,这个城市由地铁加上快速平面电梯,另外辅助小型个人运输舱组成,全部电力驱动。因此也就排除了私人小汽车的使用,做到完全依靠公共交通体系来实现交通运输。

能源是一个城市存活的关键,目前的规划,主要强调使用风能,但是东京湾朝东面,海浪很大,海潮起落都蕴藏着发电所需的动能。海浪发电技术目前比较发达的是挪威,日本也急起直追,希望能够通过研究把潮汐发电用到东京金字塔城的能源系统中去。

这一次大地震、大海啸之后,日本建筑界对东京金字塔城的抗震防灾正在进行新的评估,东京金字塔城采取镂空无玻璃幕墙结构,整个城是悬浮东京湾海面的,加上主要的建筑是悬垂式豆荚状摩天大楼,都可以有效的分散、弱化了冲击波对上层的建筑损害。和目前传统建筑比较,金字塔城高高在海平面上,结构稳固,应该是比较理想的抗震型的城市构造。

新型材料、潮汐发电、气压建筑学、人工智能、建筑防灾理念在这个金字塔城的设计中都起到很重要的作用。

我们知道日本人做事的计划性很强,清水公司在提出概念的时候,也提出实施计划,建造“超级金字塔”的工程总计分为3步。第一步是打地基,把36根巨型柱礅沉入东京湾,支撑着整个“金字塔城”。第二步就是一层一层地搭建“金字塔城”的外部骨架。整个“金字塔城”是由55个“小金字塔”由下至上“堆积”而成的,形成一个巨大的金字塔形结构。第三步是在“金字塔城”中每一个“小金字塔”的外部骨架中,打造一座摩天大楼。每座“小金字塔”内的摩天大楼有30层高,它的顶端和底部有钢筋水泥支持。人们住在里面,与住在地面上的公寓毫无区别。

解决多人出行问题是巨大挑战。在“金字塔城”中,每根管道的交接处就是一个“节点”,这数千个节点不仅成了城市交通网络的中转站,而且还为整个城市建筑的平衡提供结构上的有效支持。连接“金字塔城”的管道全部是中空的,因此这些管道就担当了街道、高速公路的角色。工业投影仪人们上班上学、购物休闲就全部在这些“通道”里面进行。

我每次去东京,从高空往下看,整个大东京地区都已经没有什么可以供开发的土地了,东京湾是东京这个拥挤的大城市中剩下的唯一可以开发的空间。“金字塔城”完全不占用宝贵的土地资源,日本建筑师们提出的这个新城是有着巨大的现实意义。“金字塔城”不但能够解决居住拥挤的问题,也能帮助日本抵御地震、海啸和火山爆发等自然灾害的侵袭的更大的困惑。

这个概念提出之后,有些人说这仅仅是梦想,从日本的技术条件、灾害严重的程度、国民素质三方面来看,估计他们是有可能完成这个理想的。日本在机器人技术方面遥遥领先世界各国的水平,这个国家也有建筑超大型建筑的丰富的经验,金字塔城悬浮在东京湾上,具有高抗震的优点,而取消汽车的公共系统,又符合能源发展的需要,这些元素,都造成这个概念有实现的可能性。

自此这个方案在1989年提出之后,已经吸引了世界各界的注意,1989年美国的CNN立刻制作了专门节目介绍这个方案,2003年美国的“发现”频道(Discovery Channel)有专题节目“极端工程”中(Extreme Engineering)专门介绍,2009年12月,迪拜的哈里发塔(Burj Khalifa)完工,高度达到828米,更加使得大家感觉工程技术上是没有困难的,真正需要考虑的困难不是技术,而是资金的投入。而黑川纪章等人早就从经济核算的角度来做过评估,认为金字塔城实现的可能性很高,原因是因为日本土地价格太昂贵,现在日本建筑开发项目,90%的费用都是土地费用,建筑本身的费用仅仅是10%而已,如果在东京湾建造这个城,土地费用占总比例很少一部分,大量的资金可以放在建筑技术上,是有很大的成功可能性的。

日本做事很低调,但是这个项目早已经进入各方面操作的阶段了,据说东京消防部门已经动用直升飞机来探讨一旦这个金字塔城内部有火灾的救火方式了。在东京郊外,也正在测试比目前高速电梯快一倍的新型电梯,倾斜电梯也在静悄悄的试验中了。

这个金字塔城的概念如果成功,不仅仅对日本,并且对很多缺乏发展空间的国家和地区都是福音,因为可以在海上建造如此庞大和完整的城市,对于土地资源的保护、能源的节约、环境的保护将都有很大的推动作用啊!

2012年1月11日