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面对可能降临的地震,旧金山的建筑业选择进行一场豪赌

Thomas Fuller, Anjali Singhvi and Josh Williams2018-04-28 07:01:17

价值数十亿美元的基础设施、跨国公司总部大楼、更密集立体的市中心……这一切都让旧金山成为连通性更强,但也更易受到损害的城市。

本文只能在《好奇心日报》发布,即使我们允许了也不许转载*

旧金山电 — 十九世纪时,抵达旧金山的水手用一座小山上的两株大红杉树作为导航标志,帮助自己顺利驶入旧金山湾。淘金热时期,人们为了获取木材而将红杉砍倒。不过如今的旧金山有了新的“导航灯塔”:美国西海岸最高的写字楼——Salesforce Tower 大楼。

高度 1070 英尺(约合 326.1 米)的 Salesforce Tower 大楼周围是一系列高耸入云的摩天大厦。它们都建在旧金山湾边缘地带的松软沙土地基上。旧金山地处地质活动活跃的地震带上,时刻面临危险。这些高楼象征着新旧金山勇敢大胆的城市精神,但却也为城市增添了许多潜在风险。

旧金山人知道大地震必然会在某天降临。但加州住房短缺情况严重,因此旧金山选择建起一栋栋相隔距离越来越小的摩天大厦。如今这种相互矛盾的压力让人们感到焦虑,开始重新反思建筑规划的相关规则。专家们普遍认为:地震发生时,现行的建筑规划不能像人们预期的一样保护旧金山。

距离上一次毁灭性地震及后续次生灾难夷平旧金山已经过去一个多世纪——本周三正是 1906 年旧金山大地震 112 周年纪念日。当年大地震的目击者表示,1906 年 4 月 18 日早晨,城市的街道像在风中飞舞的缎带一样上下翻滚。

大地的猛烈晃动引发了一场持续整整三天的大火。据统计,共有 500 个街区和 2.8 万栋建筑在大火中烧毁。

当时旧金山的 40 多万居民中,有超过半数在地震后无家可归。很多人被迫逃出城市。

1906 年地震和大火过后,人们在飞艇上用相机拍下旧金山的毁坏情况。旧金山被夷平后,洛杉矶趁机迅速发展,最终取代旧金山成为美国西海岸的第一大城市。图片版权:George R. Lawrence/Library of Congress

制图:《纽约时报》

为了防止学校和医院被地震所摧毁,加州颁布了严格的建筑规定。但是,政府对摩天大楼的限制却并不多。根据防震要求规定,50 层高的摩天大楼只需要满足 5 层高的普通建筑所具备的建筑强度即可。

但是,摩天大楼给城市带来的风险更大。一旦倒塌或者受损,摩天大楼可能造成一系列严重后果。

旧金山的摩天大楼有多安全?即便是负责大楼设计建造的工程师也无法给出确切的答案。我们根本无法预测地震的时间和强度。而且,很少有大城市曾经遭受过大地震的侵袭。

全美顶级建筑结构工程师罗恩·汉姆伯格(Ron Hamburger)表示:“我和同行们竭尽全力模拟和预测各种情况,但实际生活中仍存在很多不确定性。我们手头可用的资料不多,尤其缺少高震级地震的数据。”

此前的多次地震揭示出部分摩天大楼自身存在缺陷。1944 年的洛杉矶北岭(Northridge)大地震后,人们发现一种使用范围甚广的焊接技术存在问题,可能导致建筑结构在地震中断裂。(截至目前,很多旧金山和洛杉矶的老建筑尚未进行翻新改造。)

过去一个世纪里,加州在防震抗震方面采取很多重大举措:加固高速公路立交桥、桥梁和部分市政建筑。很多加州人居住在独栋木质结构建筑内。实践表明,这种建筑的抗震性能相对较好。

人们一直没有注意到高层建筑的防震问题。直到最近,高层建筑才成为旧金山地震安全问题的关注焦点。

如今,加州新建的高层建筑通常采用混凝土内芯结构,使用电脑模拟技术完成设计工作。

高层建筑的防震性能问题引发了托马斯·希顿(Thomas H. Heaton)等专家的高度关注。希顿是加州理工学院(California Institute of Technology)地震工程研究实验室的主任,可能也是对建在地震带上高层建筑持怀疑态度人士中观点最鲜明的一位。

他说:“这有点像乘坐一架只有设计图纸但却从来没进行过实际飞行的新飞机。”

去年九月,旧金山前任市长李孟贤(Edwin M. Lee)针对一栋不断下沉和倾斜摩天大楼的丑闻做出回应。他命令有关部门加强高层建筑法律规范立法工作,同时要求对高层建筑安全性进行独立调研。

这项名为《高层建筑研究》(Tall Buildings Study)的调研项目首次为超过 160 栋高层建筑建立数据库,并以建筑类型对其进行分类。研究负责项目的结构工程师艾泽·赫特许(Ayse Hortacsu)安排斯坦福大学的研究生认真分析旧金山建筑检验局(Department of Building Inspection)收录的高层建筑图纸和记录。

“如果能在旧金山兴建摩天大楼热潮开始之前完成这项工作就好了,”赫特许表示,“不过我们还是会抓住机遇,全力以赴。”

多年以来,旧金山政府禁止开发商在大部分地区兴建高度超过 500 英尺(约合 152.4 米)的建筑。反对高层建筑的理由主要集中在文化层面和审美层面——批评人士谴责“城区高楼密布的曼哈顿化”(Manhattanization)现象,认为高层建筑与旧金山的气质和精神不符。

但在 2004 年,市政府官员提出议案,计划对仓库密布的街区和空置地块进行再开发。如今,这些地段已经成为旧金山市中心的核心区。

从此,旧金山开始积极建设标志性的摩天大楼。下图中,位于右侧的 Salesforce Tower 大楼闪闪发光,和周围其他几座摩天大楼形成一道引人注目的风景线。据悉,Salesforce Tower 大楼将于今年正式竣工。

曾经建筑高度较低的旧金山如今掀起一阵兴建摩天大楼的热潮。今年,密西西比河以西最高的写字楼将在旧金山正式对外亮相。图片版权:Jim Wilson/The New York Times

曾在四任市长麾下担任城市规划委员会主任的迪恩·马克里斯(Dean Macris)是推动建设高楼林立新旧金山的关键人物。他说:“我们将 Salesforce Tower 大楼视为新旧金山的标志。规划期间,我们希望它的建筑高度能超过 1000 英尺(约合 304.8 米)。”

如今已经退休的马克里斯表示,设计审核旧金山市场区以南地区(South of Market area,简称 SoMa)再开发规划方案时,人们从未将高层建筑的防震安全问题作为“考虑因素”。

引发人们关注高层建筑防震安全的是 Millennium Tower 公寓的下沉和倾斜问题,它有 58 层。

2009 年竣工后,Millennium Tower 公寓凭借新颖的设计屡次斩获大奖,比如美国土木工程师协会(American Society of Civil Engineers)旧金山办公室颁发的年度杰出结构工程奖(Outstanding Structural Engineering Project of the Year)。

图片版权:Jim Wilson/The New York Times

多年来,开发商和市政府官员对 Millennium Tower 公寓的缺陷心知肚明,但他们一直保守秘密。直到 2016 年,新闻媒体才将此事泄露给公众。去年 12 月的最新试验测量表明,这栋大楼的下沉深度已经超过 1.5 英尺(约合 45.7 厘米),并且向周围的高层建筑倾斜了 14 英寸(约合 35.5 厘米)。Millennium Tower 公寓坐落在 Salesforce Tower 大楼对面,左侧就是备受吹捧的西海岸中央车站项目(Grand Central of the West)。据悉,这个车站将成为巴士、火车和未来高速铁路的交通枢纽,在旧金山市政规划中扮演重要角色。

从 Millennium Tower 公寓身上,旧金山就能看到结构存在问题摩天大楼所带来的问题。专家担心一旦遭受强震袭击,旧金山可能有更多摩天大楼出现结构性损伤。

Millennium Tower 公寓正好处在受地震影响最大的区域。美国地质勘探局(United States Geological Survey)认定,地震过程中,这块由多层泥沙和黏土构成区域有极高几率呈现出流沙一样的状态——也就是我们熟知的土壤液化现象(地震工程术语,指在外力的作用下,原本是固态的土壤变成液态,或变成粘稠的流质——译注)。

数据来源:加州地质勘探局、美国地质勘探局、旧金山市县

面对 Millennium Tower 公寓的下沉倾斜问题,加州出现越来越多呼吁对高层建筑地震风险进行重新评估的声音。很多人的关注重点都集中在加强建筑规范立法工作上。

根据目前的建筑规范,建筑师应保证建筑物有 90% 的几率避免完全倒塌。但是,很多专家认为仅有这样的规定还不够。

露西·琼斯(Lucy Jones)是美国地质勘探局自然灾害研究部门的前负责人。如今,她正在加州领导一系列倡议强化建筑规范立法的活动。她说:“10% 的建筑会倒塌。我不理解为什么人们能接受这样的局面。”

加州建筑规范也没有明确规定什么样的建筑可在地震后继续投入使用。地震过后,很多建筑可能没有彻底倒塌,但它们已经出现无法修复的损伤——内墙、管道、电梯等设施全部受损或者毁坏。

“了解现有建筑规范的内容后,大多数人都震惊不已,”琼斯博士表示,“地震之后,非常多的建筑会出现严重损伤。届时,洛杉矶和旧金山的民众将会承受严重的生活困难。”

今年一月,来自加州南部的州议员艾德林·纳扎里安(Adrin Nazarian)向加州议会提交了一份法案。他希望建筑规范增设新的条款,确保新建建筑拥有足够的建筑强度,能在地震后通过“功能性修复”恢复作用。上周,这项法案通过立法过程中的第一道阻碍——一个专门委员会组织的听证会。

急切号召推动建筑规范修改人士坚持的理念很简单:现在的加州比 1906 年的加州发达太多,如果地震再次来袭,遭受的损失自然也会更重。

价值数十亿美元的基础设施、跨国公司总部大楼、更密集立体的市中心……这一切都让旧金山成为连通性更强,但也更易受到损害的城市。

加强立法活动支持者表示,建筑规范的目标应该是确保城市能够在自然灾难过后“幸存”下来,而不是个别建筑安然无恙。因此他们建议加固供水系统、输电网络和通信设施。

基斯·波特(Keith Porter)是科罗拉多大学的地震工程师,他希望更多民众能参与到高层建筑防震安全的讨论之中。他说:“数十年来,面对这个问题的我们始终无所事事,没有做出实际行动。”

波特博士的研究表明,大地震后的旧金山湾区将会面临严重经济损失。根据他的计算,七级地震过后,湾区约有四分之一的建筑可能处于无法使用状态。尽管如此,这却依旧不是湾区所要面临的最糟糕的情况。

地震时,下面这幅地图标注的区域将出现剧烈的大地晃动。旧金山存在至少 100 栋尚未根据强制加固规定改造的不牢固多层建筑(soft-story building,至少一层中原本为防震设计建造的剪力墙上出现窗户、宽门、一览无余商业空间或其他开口的多层建筑中——译注)。其中,绝大部分都位于预计将在地震中出现剧烈晃动的区域。

数据来源:加州地质勘探局、美国地质勘探局、建筑检验局|2018 年 4 月 12 日数据

波特博士估计,如果旧金山的建筑物能按照更严格的规范设计并施工,地震后无法使用建筑的比例将下降到 6%。

不过,也有一些结构工程师认为,现代化高层建筑的结构强度足以应对灾难。

马格努森·克勒蒙契克公司(Magnusson Klemencic Associates)负责 Salesforce Tower 大楼的结构工程项目。该公司首席执行官罗恩·克勒蒙契克(Ron Klemencic)表示,他也认为有关部门应该为供水系统和排污系统制定更严格的规范标准。但是,高层建筑不需要更严格的设计和建筑规范。他说:“有人说摩天大楼会倒塌,然后砸到其他建筑物上面。其实不会发生这样的事情。”

建造更坚固建筑物的成本是多少呢?

在这个旧金山住宅平均总价超过 120 万美元的时代,即便增加一点点建筑成本也势必会迎来各方顽强的抵抗。

旧金山市政府灾后恢复办公室(office of resilience)主管布莱恩·斯特朗(Brian Strong)表示:“我们已经面临着房价和其他建筑改造加固成本高昂的问题。”近几年来,旧金山一直在重点处理其他与地震有关的风险,比如治理可能在地震中彻底倒塌的老式低层公寓。这些公寓的底层楼板结构存在问题,属于人们俗称的“不牢固多层建筑”。

提出衡量震级标准(里氏震级)的查尔斯·里克特(Charles Richter)对摩天大楼表达了强烈的个人看法。他曾经表示,不要在加州建设摩天大楼。

1985 年,里克特去世。他去世之后的这些年中,建筑材料强度越来越好,结构工程设计的精度也越来越高。

加州工程学院地震学专业名誉教授金森博雄(Hiroo Kanamori)提出取代里克特博士震级划分标准的矩震级。他认为面对能量巨大且神秘莫测的地震,我们应该继续保持谦虚的心态。

最近数十年中,科学家已经记录下多次以前我们认为不可能出现的剧烈地面运动。加州理工学院工程师撰写的一份即将发表的论文表明,如果洛杉矶出现与 1999 年台湾大地震强度相似的地震,这座城市将遭受巨大损失:大量钢筋结构高层建筑要么彻底倒塌,要么因为损毁而无法使用。

金森博雄博士说:“人们说‘无须担心,大地震很少出现。’这正是地震的问题所在。从本质来看,地震存在很多不可预知因素。”

他说:“一次大地震就能带来毁灭性的后果。”


改图:冯秀霞

翻译:糖醋冰红茶

© 2018 THE NEW YORK TIMES

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