[设计艺术] 哪些建筑看似简单，却极具设计难度？

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[设计艺术]哪些建筑看似简单，却极具设计难度？

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哪些建筑看似简单，却极具设计难度？
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建筑设计
哪些建筑看似简单，却极具设计难度？

前言：苹果零售店和大尺寸玻璃
我看到已经有人写了超高层的回答，过去两年也陆陆续续地写了不少超高层建筑的内容，就不再重复了。这里重提一个15年在知乎就被讨论过的问题：
装潢什么的就不多嘴了，过往的回答已经非常全面。我就讲讲从2006年到如今苹果在玻璃上下的功夫。

2006年苹果旗舰店地结构玻璃已经十分惊艳了。图源：https://aehistory.wordpress.com/2006/10/09/apple-store-fifth-avenue-new-york-city/
在近二十年前，玻璃已经是很常见的建筑材料，但大块的玻璃，甚至自身起到结构作用的玻璃就不常见了。
这种不常见源于玻璃材料本身尺寸和厚度的限制，以及其易碎的特性。[1]
典型的标准玻璃面板为2440*3660mm，玻璃厂家能生产更大的面板，例如4580*3300mm、4880*3300mm。对于特殊场景，尤其是汽车4S店、酒店大堂，尺寸超过5000mm，需要专门定制生产。
由于玻璃是易碎材料，超长玻璃意味着玻璃更容易损坏或破碎，无论是在物流、搬运、加工过程中，这都会导致价格上涨。
全玻璃立面采用超长玻璃面板，意味着玻璃不能悬挂，只能安装在地面上，依靠玻璃本身承受自重，以及巨大的风荷载。玻璃越长，风险越大，玻璃破碎会造成灾难，特别是在市中心地区。为确保玻璃安全，必须将玻璃制成多层SGP夹层玻璃。
苹果的每一个专卖店都寄托了对玻璃这种材质的执念，最贵重的就是这些看似简单却实则昂贵的玻璃幕墙。可以说大尺寸的玻璃幕墙一直以来就代表着苹果在线下的“脸面”。[2]
苹果专卖店的玻璃有多贵？
2007年，北京苹果专卖店建成，单片玻璃价格为30000美元/片。谢天谢地，玻璃是中国制造的，如果是德国或日本制造的玻璃，价格会高出2-3倍。
纽约第五大道旗舰店使用的玻璃从 90 片更换为仅 15 片，成本为 670 万美元。单片玻璃价格为 45 万美元。
Apple 聘请了英国玻璃抛光公司 Glass Polish Ltd. 来维护玻璃。该公司表示，有时苹果会把工作交给他们，甚至不问价钱，只要他们时刻处于完美状态即可。

https://9to5mac.com/wp-content/uploads/sites/6/2018/12/New-Forums.jpg?quality=82&strip=all
大块的玻璃随便搭配点什么都很容易出片，比如18年在意大利米兰开幕的Apple Piazza Liberty，就是在玻璃和喷泉两个常见的事物基础上玩出了花活儿：[3]

https://9to5mac.com/wp-content/uploads/sites/6/2018/12/ApplePiazzaLiberty.jpg?quality=82&strip=all
某种意义上来说苹果门店的风格很好地代表了这个公司对产品的态度：简约且极致，成本什么的都得往后靠。
第五大道旗舰店：结构玻璃的初战告捷
回到2006年，当苹果在纽约第五大道上开出旗舰店时，尽管设计团队在玻璃的透明度和色彩上力求完美，奈何当时夹层玻璃的尺寸限制迫使其使用更多的玻璃肋来进行分割，在视觉上略显冗余。[4]
第五大道 Apple Store 标志性的 90 镶板 32 英尺（约合9.7米）结构玻璃立方体旨在提升 Apple 的零售品牌，并已获得史蒂夫乔布斯的专利。立方体是零售空间的入口，游客可以从下方的圆形全玻璃楼梯或电梯上下来。店内采用了当时只有德国Seele GmbH & Co. 才能生产的世界上最坚固等级的结构玻璃。在设计过程中，使用了有限元分析软件来测试垂直和水平载荷导致的结构中存在的应力和变形。分析侧重于边缘和拐角处的最薄弱点，垂直鳍片的使用在一定程度上缓解了这些薄弱点。
直到2011年翻新的时候，苹果才有机会使用更先进的制造技术下所支持的更大块玻璃来减轻这种观感。下图就是第五大道旗舰店翻新前后的对比：

https://www.mornglass.com/oversized-laminated-glass-applied-in-apple-store.html
这背后离不开结构设计公司Eckersley O’Callaghan[5]和玻璃加工商 Seele Sedak[6]，以及苹果长期的合作设计方Foster+Partners[7]。这三家公司十几年来支持了苹果从第五大道旗舰店到苹果新总部建设中的玻璃研发和细节迭代。(需要注意的是2006版本的建筑设计来自Bohlin Cywinski Jackson）[8]
一次跨越：从直面到弧面
2010年7月开业的上海浦东Apple Store采用了更大胆的圆柱状全玻璃幕墙的设计。组成这个圆柱体的是巨大的单片玻璃板，玻璃板之间只有金属制成的连接接头。

https://www.mornglass.com/oversized-laminated-glass-applied-in-apple-store.html
当时传统的玻璃层压技术不足以制造出能够承受大跨度支撑载荷和力的结构要求的面板。于是苹果采用独特的玻璃翅片和横梁以及集成的金属配件来完成这一挑战，将配件直接层压到玻璃本身增加了组合面板的结构刚度，并提供了更容易的构建。[9]
随后在2011年苹果就这一成果申请了“玻璃建筑面板及其制造的建筑”专利（Glass Building Panel And Building Made Therefrom）并且获得了批准。[10]

https://patentimages.storage.googleapis.com/fb/c0/d5/e165165c18356d/US20120090251A1.pdf
苹果的这项专利不仅涵盖了圆柱体的设计，还涵盖了用于竖立这种结构的玻璃类型和施工方法。该专利的关键是中央圆柱形支撑，由弧形玻璃制成，通过一组玻璃梁连接到外部玻璃面板。最后，多个面板组成的玻璃屋顶由许多从结构顶部延伸到地板的玻璃翅片支撑。
弧形玻璃幕墙的究极形态
苹果对于玻璃的执念当然不会就此完结。
2017年完工2018年正式启用的苹果新总部Apple Park就是这一执念的延续。
园区里的史蒂夫·乔布斯剧院（Steve Jobs Theater）在相对小一些的尺度展示了惊人的弧形玻璃幕墙：[11]
一个透镜状的屋顶轻轻地坐落在一个 22 英尺（6.6 米）高、135 英尺（41.1 米）直径的透明玻璃圆柱体上。它是世界上最大的碳纤维屋顶，重 80.7 吨（73.2 公吨），仅由四层玻璃构成结构支撑。它由 44 个相同的径向面板组成，这些面板在现场组装，并通过一次升降机小心地吊装到完成的玻璃圆柱体上。建筑内的所有管线，如电线管和喷水管，都无形地集成在曲面玻璃面板之间的薄硅胶接头中。它是世界上最大的仅由玻璃支撑的结构。

https://www.ibtimes.co.in/can-apple-stop-its-employees-smacking-into-glass-walls-its-new-hq-760954

https://www.fosterandpartners.com/projects/steve-jobs-theater

https://www.eocengineers.com/projects/steve-jobs-theater-293/
而在苹果总部大楼，整个弧形玻璃幕墙所围合的外围周长接近1英里（实际0.916英里）约合1.5公里。虽然由于建筑层数的缘故，弧形幕墙不得不在高度上被更小的层高所分割，但其围合周长所带来的误差问题依旧是工程学上的一大挑战。

https://whenmathhappens.com/2019/12/07/apple-park/
乔布斯剧院在这个庞然大物面前小的像是一个微缩景观，不信看看下图中大圆环和右下角小圆的对比：

https://www.businessinsider.com/apple-park-spaceship-campus-headquarters-explained-2017-9#dont-think-of-me-as-the-client-think-of-me-as-part-of-your-team-jobs-told-the-architects-who-worked-on-the-project-9
而为了让这个庞然大物的玻璃幕墙有类似的效果，Foster + Partners 与德国玻璃制造商seele（Apple 的长期合作伙伴）及其子公司sedak合作，专门制造了巨大的弧形玻璃面板。[12]
为了制造玻璃面板，sedak 制造了 872 块由两块玻璃板构成的冷弯层压板。该组合物采用该公司标志性的安全玻璃制成，可降低玻璃破裂时受伤的风险，增加夹层板的剩余承重能力，同时为建筑物隔热。
外围玻璃幕墙：

https://techcrunch.com/wp-content/uploads/2017/02/apple-park-photo-1-building-trees.jpg?w=1390&crop=1
内侧玻璃幕墙：

照片由 Dan Winters/ WIRED拍摄
这种玻璃面板的制造方式大概印证了《邪不压正》里的一句台词:“就是为了这碟醋，特意包了这顿饺子”：
为了为 Apple 的新园区打造窗户，sedak 选择在完全层压之前将窗格冷弯成玻璃层压板，从而在高压灭菌或加热到钢化玻璃后弯曲每个面板的单独形状。他们必须开发一种全新的机器来锻造这些面板，因为他们 246 英尺长的熔炉一次只能加工一块平板玻璃。而专门为这个项目设计的新机器，现在可以在一轮加热中堆叠五个面板。

上面显示的机器一次只能处理一个窗格超过 14 小时；图片来自AppleInsider

新机器可以一次处理五块面板

图片来自 sedak由此产生的外窗板，其中最大的一块长约 47 英尺(1.2米），高 10 英尺(0.25米），将使该项目成为全球知名的大板窗制造先例。排列在建筑物中央庭院的内部面板仅略小一些，为 36 英尺乘 10 英尺。更重要的是，这些面板由 seele 和 sedak 专门为 Apple 开发，公差仅为 0.8 毫米，对于这种规模的建筑元素而言，精度水平无与伦比。

3 吨重的窗户通过一个 69 英尺长的Cimolai 机械手被吸到建筑物的框架上，机械手抓住每个面板并在紧固过程中将其提升到位；图片来自AppleInsider

Apple Park 玻璃幕墙的剖面图；图片来自RIBA 期刊总结
最大的难度也许不在于技术，而是这种几乎不考虑成本问题的勇气。这个世界上绝大多数工程学难题在足够的资金面前都不是问题，难的反而是在有限的预算内去取得最佳的平衡。在这一点上苹果从来都不值得称道，因为它不怎么在乎成本。
不过反过来看，偶尔出现的氪金玩家一旦取得成功甚至能小小地推动一下某个细分领域的发展，不信你看看友商的专卖店是不是也开始爱用大块玻璃了？

https://www.mornglass.com/oversized-laminated-glass-applied-in-apple-store.html

http://www.linkshop.com/news/2019428088.shtml
一条不寻常的路，走的人多了，也就显得平常了起来。
参考^Why the glass is so expensive? https://www.mornglass.com/oversized-laminated-glass-applied-in-apple-store.html^Oversized laminated glass applied in Apple store https://www.mornglass.com/oversized-laminated-glass-applied-in-apple-store.html^Apple Piazza Liberty by Foster + Partners https://www.architectmagazine.com/project-gallery/apple-piazza-liberty_o^2006: Apple Store, New York City – Structural Glass https://aehistory.wordpress.com/2006/10/09/apple-store-fifth-avenue-new-york-city/^Eckersley O'Callaghan https://www.eocengineers.com/^Seele Sedak https://www.sedak.com/en/^Foster+Partners https://www.fosterandpartners.com/^Bohlin Cywinski Jackson https://www.bcj.com/^Apple successfully patents Shanghai Apple Store's glass cylinder entryway https://appleinsider.com/articles/13/10/01/apple-successfully-patents-shanghai-apple-stores-glass-cylinder-entryway^Glass Building Panel And Building Made Therefrom - US20120090251A1 https://patentimages.storage.googleapis.com/fb/c0/d5/e165165c18356d/US20120090251A1.pdf^https://www.fosterandpartners.com/projects/steve-jobs-theater^How the World’s Largest Curved Windows Were Forged for Apple HQ https://architizer.com/blog/inspiration/stories/architectural-details-apple-park-windows/

现有的几个回答大多提到了高层建筑、大面积单块玻璃、甚至所有现代建筑，他们确实都极具难度，可以说每一个应用到的技术都是建筑发展史上的里程碑。
不过... 似乎也不见得“看似简单”？:D
我想将建筑结合环境工程，提供一个新的视角。
【一朵云，飘浮在玻璃盒子中间，高度不变】

方盒子建筑，每块玻璃面积小，结合钢横梁竖柱，简单。
不定形云朵，司空见惯天上飘，本质是凝结小水滴，实在不行冬天张嘴哈口气，简单。
云朵飘浮在盒子内某个固定高度，好像也简单 ... 吗？
童话故事可以直接把云摘下来装到盒子里，简单浪漫。
现实的做法也许只能在靠近地面的高度制造一朵云，并且不让它飘动，理性严谨。
在对流层(海拔12km)以下，空气越贴近地面温度越高，密度越低(越轻)，所形成的云团会不断向上飘。
如何将其固定在一个靠近地面的高度上，是一个关键问题。
为了解决这个问题，有两个团队进行了不同路线的尝试。
机械路线：

朦胧屋 Blur Building(效果图) ，2002年瑞士世博会，纳沙泰尔湖畔馆(Lake Neuchatel)，Diller Scofidio + Renfro (DS+R 设计事务所)
DS+R事务所，用钢管支架纵横交错，在湖面上搭建了一个椭圆体装置，并且在这些管线上布置了3万个以上的高压喷雾水嘴。

湖面上的椭圆体钢架水管构筑物

高压喷雾水嘴，流量大时容易形成液态滴水
设计师预想，当椭圆体上的所有水嘴同时喷雾，就能水汽就能沿着构筑物的形态，描出一朵云来（如上述效果图），并且一直保持在构筑物的范围附近。
实际运行中，云汽确实主要分布在构筑物周围，但喷雾流量大小非常难把控：
流量小了，云中的构筑物杆件很显眼，藏不住人造斧凿感，少了仙气；

流量大了，水滴颗粒也更大，容易形成滴露，水汽下沉，既破坏云的形态完整感，又容易打湿路面和衣衫，十分影响近距离参观体验。

近距离参观不得不穿雨衣
并且喷雾装置的耗水量大，只能在临水地段直抽直用。

直接喷雾的朴素机械做法，引发大量液态滴水，并耗费巨大用水量，难以迁移复制到室内环境。
2. 相变路线：
另一个团队，利用并优化完善现实中云层生成的原理，使形成的人造云以小分子水为主，避免了滴水和耗水量大的问题。
先来看看云的自然生成原理
富含气态水的热空气向上升，遇到高空的冷空气，水气饱和凝结并析出大量小水滴/小冰晶（相变），形成飘浮的可见聚合物，即为云。

实验云装置 Constructing Atmospheres, 德国法兰克福照明与建筑展 2002, Transsolar Climate Engineering
Transsolar气候工程设计团队，借鉴云层自然生成的原理，将室内空气分为三层：
最顶层：温度最高，湿度较低，为干热空气；中间层：温度适中，湿度最大，为饱和云层；最底层：温度最低，湿度较低，为干冷空气；

热空气浮在最顶层，冷空气沉在最底层，这两个层面比较好理解。
中间层湿度大，遇到冷空气，相变形成飘浮水滴。
反直觉的是，中间富水层的密度要比底层干冷空气的还要低。而最顶层的热干空气密度最低，使中间层被上下两层不同密度的空气“两面夹击”，由此可以一直悬浮在一个固定的高度。
同一气压下的气体分子摩尔体积相同，水分子摩尔质量为18，空气平均摩尔质量为29，空气中的水分子多，自然密度就低。下雨前的气压低也是空气密度变小的一个佐证。

Transsolar，实验云装置的各层空气出风口布置示意图
后来，近藤哲雄(Tetsuo Kondo)建筑设计事务所发现了Transsloar的这项技能，邀请他们合作参加2010年威尼斯建筑双年展。

云景 Couldscape，威尼斯建筑双年展 2010，Transsolar & 近藤哲雄(Tetsuo Kondo)建筑设计事务所
这次，室内的云就不仅仅是悬在空中，只可远观的了。
近藤让云层飘浮的位置固定在一座废弃兵工厂的旋转楼梯的中段，让人可以亲身体验云下、云中、云上三种不同的感受。

由于云层中的水汽控制在由气态刚好相变为液态的临界点，分子颗粒细小轻柔，不会形成下落的水滴，人在其中也基本不会有衣服被打湿的情况。

依靠对不同出风口位置、风速、性能的精细化设置，三段空气稳定分层，边界清晰。
再往后，近藤事务所不满足于近距离看云，又联合Transsolar在日本的东京当代艺术博物馆，以几乎同样的手法制作了一朵云。
只不过这次云朵被装在了一个玻璃盒子里，可以让人真切地从远处看到云层飘浮在近地面的状态，同时又能近距离体验穿越云层的感受。

云景 Couldscape，东京当代艺术博物馆 2013，Transsolar & 近藤哲雄(Tetsuo Kondo)建筑设计事务所
之后，卡地亚发现了Transsolar和近藤的玻璃盒子，委派品牌专属调香师玛蒂尔德· 劳伦 (Mathilde Laurent)与其合作，迭代出新的云景 —— OSNI谜样香氛体。
调香师为云朵配置了一定浓度比例的香氛，让原本无色无味的云朵，多了一层嗅觉维度的感知。
飘浮在几个不同的文化场景中，更增添了优雅高贵的气质（此处可有广告位）。

OSNI 谜样香氛体， Unidentified Scented Object，2017，塞纳河东京宫

OSNI 谜样香氛体， Unidentified Scented Object，2019，阿布扎比卢浮宫
Transsolar的造云路线，云层稳定、清晰、不费水，在室内场景可以自由迁移复制。
看似简单的玻璃云装置，也要经过多年的打磨迭代，才形成既可远观又可近赏，激发视觉、嗅觉、味觉、触觉等全方位的感知，在云朵下、中、上层，获得不同温度、湿度、气味等多样化的体验。
除了技术方面的难题，还有“不愿想”，和“想不到”的问题：
当我提到类似的作品时，常有人说“这不是建筑”、“这是暖通的事，跟建筑师无关”，自我设限得厉害。
他们常常抱怨甲方干涉设计，束缚创意，可真要来点什么新东西的时候，又习惯于自己日常图纸间的一亩三分地，不愿意有更多的“份外之事”。
要这样的话，柯布就继续雕刻他的手表，安藤就继续他的拳击赛，库哈斯继续他的记者生涯，现代建筑什么时候来临都未尝可知了。
我们没有必要固步自封，不说建筑是一个包罗万象的专业吗？所有的新发明新技术新材料，都应该是我们的武器。
另外，建筑师常喜欢引用老子的“当其无，有室之用”，建筑是设计“有”，也是设计“无”。
这个“无”是什么都没有吗？有没有可能是原来我们认知有限，看不见而已？
那里有声、光、风，有温度、湿度、水气，还有非常多元且丰富的元素，值得我们去探索，去创造，去形成新的建筑语汇。

在视觉效果上达到极简的建筑，大概率包含了众多复杂的细节设计。玻璃是许多极简建筑惯用的材料，苹果与福斯特事务所合作的系列Apple Store以及Apple Park是耳熟能详的典范，其中乔布斯剧院将玻璃维护同时还作为承托屋顶的结构，可以说是用玻璃打造极简建筑风格巅峰造极的例子。看到有答主已经就这一话题作出了十分详实的回答，那我就后退一步，分享一些生活中更“日常”的玻璃案例——高层建筑玻璃幕墙立面的特殊设计。

乔布斯剧院
所谓幕墙是指建筑外墙不承重的围护部分，常见类型包括玻璃、金属板材等。玻璃幕墙立面的呈现效果有云泥之别，特别是在城市高层建筑上更显差异，这点各位应该都有所体会。在视觉效果上达到简约舒适的玻璃幕墙立面，往往不容易被人发现气窗的存在，从而带来简约舒适的视觉效果。要达到这一点并不容易，这种“简单”背后蕴含着建筑设计的巧思，也包含着建筑师对设计规范的回应。

优秀的玻璃幕墙立面效果
“气窗”的存在（学名开启扇）是国家规范基于消防、节能等因素，提出的立面设计强制性条款，即“不能采用机械通风措施的建筑必须设置不低于20%透明窗面积的开启面积。”这一条款直接导致我们看到的绝大多数楼宇玻璃幕墙呈现为下图状态——不规则开启的气窗就像建筑立面上的一个个空洞，不仅没有美感，甚至有点密恐不适。气窗的存在有其客观价值，如果玻璃幕墙建筑全部依赖机械通风和空调调温，势必造成巨大能耗，也不利于室内人员的人体健康，但为了更好、更简约的呈现效果，建筑师也可以采用多种手法，达成设计与规范直接的统一。

普通的玻璃幕墙立面效果
通过几个案例看一下设计师为了达到简约幕墙立面效果而做的动作。
将开启扇藏于装饰条（深创投广场byCCDI ：）。

幕墙表皮采用隐藏式的开启扇，巧妙的解决了自然通风与自然排烟，降低过渡季节的能耗，实现了可呼吸式的建筑表皮。利用800毫米宽的装饰线条实现隐藏式开启，也排除了台风天的安全隐患，提高了整个项目的幕墙抗风安全级别。同时800mm的装饰线条遮挡玻璃，玻璃实际为梯形（最窄处满足三银夹胶Low-E中空玻璃大于300mm的最小加工尺寸），露出的完成面由三角形尖角玻璃交接，解决了尖角玻璃难以加工安装的难题，保证了原有塔楼折叠表皮的立面效果。

将开启扇融合在折角单元短边（南开大厦by立方设计）。

在外表光洁的幕墙中加入侧面隐藏开启扇，开启扇为每个办公室单元提供单独且均质感受外部自然环境的机会，同时减弱了建筑对外部的体量感。“隐藏式可呼吸落地幕墙”既兼顾绿色健康自然通风，又保证观景面不被切断，将尽可能多的室外景观引入办公室内部，并维持了高品质办公楼完整的外表。

将开启扇与楼板侧边融合（上海国际财富中心 / Aedas）。

建筑立面以通透的玻璃幕墙与富有层次细节的蜂窝铝板为主，在简单洗练的现代风格中传递出一气呵成的整体感。办公塔楼的主立面在玻璃幕墙外，设有规整有韵律感的建筑立面构件，在达到遮阳效果的同时，创造出富有变化的阴影效果。

最后欣赏一下国外案例，分别来自几家世界顶级建筑事务所，能够代表当下最高玻璃幕墙品质的摩天代表作吧。
范德比尔特一号，纽约 / KPF

伦敦碎片大厦 The Shard / 伦佐·皮亚诺建筑工作室

垂直绿化公寓，悉尼 / 让努维尔& PTW Architects

康卡斯特技术中心和四季酒店，美国费城 / Foster + Partners

泰勒斯天空塔，加拿大 / BIG

现代超高层摩天大楼（如上海中心大厦、中国台北101大厦），看起来好像只是普通大楼在竖直方向的加倍，但实际上随着高度的增加，需要解决的问题会越来越多，设计和建造会越来越难。

早在1956年，建筑师弗兰克·劳埃德·赖特就计划建造一座一英里（1600米）高的建筑。如果建成，这座摩天大楼将会是埃菲尔铁塔的五倍高，是全世界最高建筑。

当时，该计划招致了很多批评：不仅坐电梯上个楼就要几个小时，而且大楼根基还会被自身重量压得粉碎。正如大多数人所预料的那样，1600米的高楼并没有建成。

直到70多年后今天，世界最高迪拜塔的高度也才828米。而沙特阿拉伯正在建造的下一个世界最高建筑吉达塔的设计高度也刚刚才1000米。要实现一座摩天大楼并不容易，需要克服的问题主要有三类：自重、风载和快速通行方式（电梯）。

克服自重
第一个要克服的问题是“自重”，即无论建筑的设计如何，下层都必须能够支撑上层的重量。

由于这个原则，高层建筑物长期以来遵循着“金字塔”式的设计，即越靠近顶部的楼层越轻越小。当然，我们不可能在城市里建造个金字塔。

值得庆幸的是，我们现在可以使用防水聚合物和钢纤维加固的混凝土来建造大楼，而不是石头。这样建筑物就可以支撑自身重量，而不必将建筑物的造型设计成金字塔形。

迪拜的哈利法塔是目前世界上最高的混凝土建筑，每平方米的压力约为 8,000 吨（按自重计算）。8000吨相当于1200头非洲象。

除了能够支撑建筑物的重量外，地面还需要能够支撑建筑物。否则最终会像比萨斜塔一样倾斜。

为了支撑约50万吨的总重量，192根长度超过50m的钢筋混凝土桩被埋在哈利法塔下。这些桩让哈利法塔能够很好地站在松软的地基上。

抵御强风
第二个问题是“风载”。为了让摩天大楼能够直立，它不仅需要支撑自身重量，还要能够抵御强风。地面上感觉到的微风到了 300 米的高度，风速能达到数十米每秒。风的作用可使摩天大楼每平方米承受 8 公斤的力。

更严重的是，风绕过摩天大楼时，会在大楼后方形成不对称的漩涡，称为卡门涡街。漩涡从大楼两侧交替脱落时，会作用于大楼一个交变的周期激励，引起大楼的周期性振动。当流体流速达到某一程度，激励频率与大楼固有频率一致时，将引发共振。此种情况下，大楼的晃动幅度会越来越大，直至倒塌。

减少摩天大楼的摇摆和振动的方法有很多。首先，可以在设计大楼外形时纳入空气动力学的考虑。例如上海中心大厦利用不对称形体、锥形建筑轮廓和圆角设计使建筑风荷载减少了近 1/4。

韩国首尔的乐天世界大厦，顶部楼层使用了一种斜交网络桁架结构来分散风力作用。

即使如此，如果受到强风的影响，高层建筑还是会不可避免地会晃动。

为此，许多高层建筑都有称为“调谐质量阻尼器”的配重。

例如，台湾的台北101大楼的87层，就悬挂着一个巨大的金属球体作为调谐质量阻尼器。

当风震动建筑物时，调谐质量阻尼器像钟摆一样晃动以吸收建筑物的动能。并由球体和建筑物之间的液压缸将动能转化为热能并释放出来，从而保持建筑物的稳定性。

快速通行
最后一个问题是如何在建筑物的不同楼层间快速通行。普通电梯的速度可高达 22 公里/小时。

由于技术进步，现在的高速电梯速度越来越快。未来，采用无摩擦磁轨将实现时速70公里的电梯。

此外，还可以通过优化电梯的调度算法，以实现最佳运行状态，可以大大减少乘客的等待时间。

随着技术的进步，相信总有一天，建筑师弗兰克·劳埃德·赖特的一英里（1600米）高的建筑计划会得以实现。

参考资料
[1] Movie explaining what kind of building will a skyscraper of 1,600 m in height become: https://gigazine.net/gsc_news/en/20190320-1mile-skyscraper
[2] https://www.youtube.com/watch?v=kF54-camgCg: https://www.youtube.com/watch?v=kF54-camgCg
[3] Burj Khalifa Wind Speed Contours (Slice Sections) I SimScale: https://www.youtube.com/watch?v=6BTmFMNrHhM
[4] How a Skyscraper Stays Upright in a Typhoon: https://www.popularmechanics.com/technology/design/a16819

所有看似简单的现代文化建筑，都极具设计难度。
简单这个东西是最难实现的，因为是在做减法，去隐藏。
我举个栗子，一般情况下哪种房子是设计难度低的？

帐篷吧？或者茅草屋和山洞这种比较原始的民俗建筑，最近荒野求生的节目里经常出现。这种看似简单实际也简单的建筑，无法达到诸多条件和需求：
易受天气和自然因素的损害：茅草屋的屋顶和墙壁通常由压实的茅草束制成，这些茅草在时间推移和恶劣天气条件下容易受到腐烂、霉菌和风雨侵蚀。持续的暴雨、湿度和风暴可能会迅速破坏茅草屋的结构，并导致渗漏和损坏。易受火灾威胁：茅草屋的茅草是高度易燃的材料，容易在火灾中燃烧。一旦着火，火势可能迅速蔓延，并导致整个建筑的毁坏。这也增加了茅草屋的火灾风险，尤其是在干燥和热点地区。需要经常维护和更换：茅草屋的茅草材料需要定期的维护和更换，以保持其结构的完整性和耐久性。茅草束需要定期更换，以防止腐烂和老化，这需要额外的劳动和费用。不适应现代化需求：茅草屋在现代生活中的需求和标准方面存在局限性。它们通常不提供与电气设备、通风系统和绝缘材料等现代化技术相关的便利设施。此外，茅草屋也可能不适应气候变化、隔音需求和防护要求等方面的现代标准。然后我们再去看看要求最高的文化和展示类型的建筑

贝佬一个“外国人”在法国人最引以为傲且知名地标前设计一个建筑就已经很有难度了。不管你造什么，都逃避不了自由民主的法国人对这个设计的批判。撇开人文和社会因素不说，我们这次主要还是围绕技术层面的设计难度。
地下的博物馆空间直接挖到老建筑下方
这个部分不要说看似简单了，基本从图片上是看不到的。要完成老建筑与现代化需求的融合，卢浮宫最初是一座古老的皇家宫殿，后来转变为博物馆。设计师必须在尊重原有建筑结构的基础上，进行改造和扩建，以适应博物馆的展示需求、游客流量和现代化设施的引入。

恒温恒湿且没有日光直射的展厅
贝佬这个设计选择，从一开始确定玻璃金字塔基本就是在“反向操作”了，所以我们在所有室内照片里都看不到玻璃金字塔下面有展品和藏品，几乎就是一个公共活动空间。过强的光照可以导致艺术品的退色和破坏，因此博物馆的设计必须合理安排自然光的进入，并使用适当的窗户、遮阳措施和照明系统来控制光照强度和紫外线辐射。
同时，艺术品通常对温度和湿度的变化非常敏感。然而，卢浮宫是一个庞大的建筑复杂，包含许多不同的展厅和空间，每个空间可能有不同的温湿度需求。如安装恒温恒湿系统、空调设备、保温材料等，以实现对每个区域的精确控制，从而保护艺术品免受温湿度变化的影响。这些空调设备我至今也没发现是藏在哪里的……

防火安全措施
艺术品的保护还包括防火安全。在卢浮宫这样的大型博物馆中，预防火灾的措施是必不可少的。设计师需要考虑如何布置防火系统、灭火设备和疏散通道，以最大程度地减少火灾发生的风险，并确保在火灾发生时及时疏散艺术品和参观者。在一个没有自然排烟的玻璃金字塔地下空间，设备排烟和喷淋消防系统是一个大问题……

艺术品需要保持良好的空气质量
为了避免受到空气污染和化学物质的损害。在卢浮宫中，设计师需要考虑如何控制室内空气中的粉尘、污染物和有害气体，以保持艺术品的安全。这可能涉及到合适的过滤系统、通风系统和空气净化设备的使用。

最后，你看看这一系列具有设计难度的条件，都不是可以被“看似”的东西。特别是对于文化类建筑，很多建筑师的失误是不可逆的，甚至还有漏水把藏品破坏的情况……设计这种类型项目，不是一般人干的活儿~

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