字幕录入、时间轴、校对：jerry36@CHD
一位建筑师拥有大胆的愿景
他必须奋斗 实现这个愿景
巴林世贸中心耸立在波斯湾海岸
这栋建筑的特色并非高度或外观
而是环保科技
这将是世界上第一栋自行风力发电
提供部分能源的摩天大楼
在理论上，这是个绝佳的点子
但这是前所未有的尝试
随着地球气温持续上升
对环保能源的需求达到新高
巴林世贸中心肩负重责大任
伟大工程巡礼：巴林世贸中心
数十年来，风力都是地球上 最重要的环保能源
全球风力发电机共能制造 7.4亿千瓦的电力
为至少两千户一般美国家庭供电
几乎所有风力能源都来自 大型风力发电厂
地点通常远离用电民众
但现在有位建筑师想把 风力发电机带到住户附近
放在一座繁忙城市的中心
就在风力发电机 将提供电力的建筑上
这是37岁南非建筑师 尚恩奇拉的构想
奇拉进驻迪拜 在中东各地建造摩天大楼闻名
但他已研究风力发电机4年
希望有机会在建筑项目中使用
我开始投入永续建筑设计
在设计的建筑中
融入永续建筑新概念
建筑消耗至少1/3的全球能源
奇拉想运用环保科技
包括节能冷却系统 超节能玻璃
让建筑透光 同时隔绝热能
但他也想设计自行发电的建筑
身为老练航海家 奇拉知道如何判断风势
这个技能让他发现巴林世贸中心 建设工地的独特潜能
2003年11月，我们初抵巴林
这里的风很强
我第一个想法是应该去玩帆船
我注意到这里的风向和风速
巴林首都麦纳麦位于波斯湾一角
每天早上的艳阳 让岛国巴林温度升高
热空气开始上升
制造出低气压区
吸入来自海上的冷空气
这种日常循环制造出强大的海风
每天超过6成时间都有风
在全球最大产油区的中心
奇拉找到建造风力能源 摩天大楼的完美地点
他在初期研究中面临艰难任务
那就是确认装设风力发电机的位置
不是装在屋顶上
奇拉要把风力发电机加进建筑中
他想把风力发电机 放在2洞大楼中间的天桥上
一个个层层叠起
这个好点子 但必须克服2大挑战
风力发电机能汲取风力
送入风力发电机 将风力转化为电力
但为了顺利转动
叶片需要持续迎风
因此风力发电机 都装在直立的杆子上
还能转动 面对不同的风向
但奇拉的风力发电机 将装在水平机轴上
固定就位 无法迎风转动
第二个大挑战是奇拉 想把风力发电机层层叠起
由于风速会随高度增强
较高的风力发电机转动更快
比低处的风力发电机 制造更多电力
3座风力发电机都必须同速转动
否则最高的风力发电机 会很快损耗
奇拉知道风力发电机 运转的关键在于大楼的形状
再一次 这位建筑师驾驶帆船的经验
提供灵感让他找到解决之道
大楼造型类似2片巨大帆船
根据蓝图的设计 大楼呈椭圆形
就像飞机的机翼
为了补偿风力发电机 无法转动的缺点
奇拉希望大楼的形状和方向
能直接将风导引至 风力发电机的方向
三角形大楼也能导引 更多风吹向低处的风力发电机
并降低吹向较高 风力发电机的风势
让3座风力发电机 以大致相同的速度转动
制造的电量也相差不远
这是绝佳的设计
但由于没有前例可循
这个设计成为 史无前例的工程难题
奇拉需要花时间找到 能够完成技术性细节的工程师
但在这位建筑师提出不到一周后
就有一个积极的客户 全力支持这个项目
推土机在一声令下 立刻清理建设工地
这个大规模项目进行的速度很快
工程已经展开
奇拉也着手寻找 风力发电机厂商和天桥工程师
但他很快发现其他人 无法认同他的愿景
或是因为眼前的挑战退避三舍
叠起风力发电机导致叶片故障
是很罕见的情况
这不常发生 但确实有类似案例
如果叶片发生故障
附近的商业大楼正好有一群人
面对旋转的叶片
就很可能造成严重伤害
奇拉发电子邮件给数十家 风力发电机和能源厂商
答复却是全军覆没
6个月过去 巴林世贸中心已经盖到5楼
在研究阶段 我们洽询所有风力发电机厂商
发现很多厂商都说 这是不可能的事
风力发电机一直都是 装在桅杆上
架置在风力发电厂
不是放置在都市环境中
当然也不能放在 2栋大楼间或天桥上
把风力发电机放在天桥上 需要完全不同的工程技术
巴林世贸中心的高度日渐增加
奇拉还没找到工程小组 实现他的环保愿景
尚恩奇拉不愿放弃梦想
希望建造世界上 第一栋风力摩天大楼
他的坚持终于在 6个月后取得回报
在4500公里外的哥本哈根市郊
2家丹麦公司回应了他的请求
欧雷桑格设计风力发电机
拉斯托贝克是桥梁工程师
他们的工作领域通常没有交集
但奇拉想把风力发电机装在天桥上
一周后我飞到巴林 见到拉斯和欧雷
我劈头就问，这真有可能吗？
拉斯看着我说，没错
这需要2种常见的工程技术
以一种特殊方式结合起来
天桥很稳固
即使刮强风也是
丹麦立即展开研究
他们必须尽快向世人证明
奇拉的大胆愿景得以落实
风在背面
应该试着另一个方向转动 看情况如何
你不觉得吗？
我来转到某个角度…
他们必须先确认风力发电机 能否制造足够的电力
让投入成本值回票价
- 你还是认为它会往这角度转？ - 是的
树立在风力发电厂的 风力发电机…
叶片会一直转往风吹来的方向
叶片能顺应风势 因此制造最大的电力
但由于风力发电机 要固定在天桥上
工程师必须计算大楼之间的气流
他们在风洞中设置摩天大楼模型
干冰让他们看见气流模式
感应器则测量2栋大楼间的风速
测试结果令人感到兴奋
通过的气流模式很好
当风被迫通过大楼间的空隙
风速加强了20％
但工程师还得到更惊喜的发现
可以清楚看见 通过这里的气流形状
还有风向的转变
我们发现当风吹到大楼
就会转向 原本的斜风
以S形路径通过大楼
干冰显示大楼会形塑气流
带入风直接导引至叶片上
工程师得到结论
即使风向为45度 仍能转动叶片
他们评估风力发电机至少应能 制造摩天大楼所需电力的15％
对奇拉而言 测试结果是一大惊喜
也证实他的设计可行性
当时我心想这个点子应该可行
但我不知道实际运作效果如何
欧雷现在知道有足够的风 会吹向风力发电机
但这也表示巨大压力 将造成材料疲劳
这就是工程师所谓的负载
全球不同地点各有独特气流模式
工程师必须调整风力发电机 适应当地环境
欧雷从巴林机场 取得20年的测风资料
以这份资料计算风力发电机 在使用期限内将承受的风势
他模拟199种不同风况
包括台风带来的 时速252公里的强风
欧雷估算出风力发电机零件 所需的强度
现在他必须找到制造商
但这可能是个大问题
巴林世贸中心只需要3只发电机
以及3组叶片
许多公司都觉得这个订单太小
另一个障碍在于尺寸
百万瓦发电规模叶片是 风力发电的新趋势
这是世界上最大的叶片
长度61.5米
巴林所需的13米叶片是小巫见大巫
位于丹麦东部的 艾尔姆玻璃纤维制品公司
每2天出产一片这种巨大的叶片
装有3片这种叶片的风力发电机 每年能发电500万瓦
足以为1500户家庭供电
这片叶片将送往 德国外海一座风力发电厂
由于市场偏好 体积与尺寸更大的叶片
巴林世贸中心需要的特殊叶片 带有技术性挑战
难以吸引厂商投入制造
但他们研究现有的叶片设计
找到了解决方案
拉斯，请把它移过去一点 看能不能转
太好了
只需经过小幅修改
他们确认有种旧型叶片 可以适应巴林的风况
他们也必须强化叶片的安全性
巴林的叶片不同于其他型号
将在一座购物中心上方的 办公大楼外面转动
但工程师仍需解决 最根本的设计问题
那就是如何在天桥 装设风力发电机
他们用模型研究天桥 在不同风况下的性能
一如风力发电机 天桥必须承受大楼之间的强风
结构也要够坚固 才能支持11吨重的风力发电机
但风力发电机并非静负载
叶片每分钟将转动38次
对天桥施力造成剧烈晃动
因此工程师发现 在天桥装风力发电机
可能造成严重后果
那就是共振现象
风能转动叶片
但也会导致天桥上下震动
如果天桥和风力发电机的 震动频率一致
两者的震动强度都会扩大
持续加强震动 直到天桥无法负荷
为了避免这个问题 工程师决定设计更坚固的天桥
天桥的震动频率将 因此超越风力发电机
降低共振的风险
但风洞测试还指出 另一个致命的风险
如果风向改变或风速突然增强
风力发电机叶片可能偏向 击中天桥
一般风力发电机是后倾5度 装在直立机轴上
避免叶片击中桅杆的可能性
但在天桥上无法采用这种做法
每片叶片都可呢个后偏超过1米
为了避免叶片击中 天桥正面边缘要往后推
稍微变成V字型
这个修改能让天桥和叶片相隔1.7米
足以避免叶片击中的风险
这种天桥和风力发电机的 新设计在理论上具有可行性
但在落实过程中 将面临许多未知状况
风力发电机和天桥都已完成设计
建造世界上第一栋风力摩天大楼 的梦想实现之日已近
但眼前还有一段路要走
在巴林的建设工地现场
资深课长赛门希尔 要确保工程照计划进行
大楼的椭圆形造型 让他的工作更显困难
我们面临灌浆的问题
这不是方形模架系统
全部都是曲线系统
要通过模架系统往上搭建出曲线
必须设置曲线模架系统
这点很棘手
在第一次就得做对
如果开始就出错 到时候很难调整回来
虽然这次的工程带来独特挑战
但希尔认为再辛苦都值得
这是很特别的建筑
现在有很多高度差不多的大楼
但都无法跟这栋相比
全球找不到其他大楼拥有同样特色
在破土2年半之后
巴林世贸中心终于 搭建到240米的顶楼
现在工程人员必须克服 至今最危险的任务
那就是起吊天桥
一座天桥重达68吨
每次起吊都必须极度精准
天桥具有类似机翼的 空气动力造型
吊在钢缆上的流线造型天桥 很难在强风中操控
起重机操作手缓缓吊起天桥
每小时只抬高11米
慢慢下来 转成最慢速度
再往东边一点
西边不要动了
工人只把每座天桥的一端 用螺栓锁在大楼上
另一端则放在实心转轴上
当风吹向船帆形大楼
大楼将随之晃动
再加上巴林艳阳 会导致大楼出现伸缩
表示大楼将会往前后慢慢晃动
这些转轴能让大楼每7秒移动半米
但在大楼移动时 必须确保与天桥维持间距
天桥一端留有30厘米的间距
另一端有60厘米的间距
如果天桥撞上大楼
将造成数十万美元的损失
第三座天桥已经架好
位于惊人的133米高处
进行下一阶段的准备已经就绪
那就是起吊发电机和叶片
我们分成2组
一组跟大卫去装风力发电机
另一组留在这里组装叶片
欧雷和拉斯带工程团队 从丹麦飞抵巴林
在这种规模浩大的工程项目中
任何拖延都会造成高额损失
所以工程师要在7天内完成任务
现在没有时间可以浪费
最好找到乔瑟夫 我们需要他来翻译
一组工作人员 已事先装好2台发电机
但还要起吊最高的发电机
现在刮起时速50公里的强风 无法进行起吊
但工作人员先做好准备 等候风停
6.5吨重的发电机 慢慢被吊离地面
接着让发电机自行找到平衡
强风仍继续从东南方袭来
但起吊主任大卫鲁特
认为在东边大楼方向 或许能找到缓冲区
风速降低至时速35公里
大卫决定展开起吊
他的计划成功了
发电机迅速被吊起
几分钟内就抵达133米的高度
发电机将以18根27毫米的 粗螺栓锁在定位
但大卫得先找到螺孔
他身上绑有安全带
但脚下的高度仍然吓人
他锁紧最后一个螺栓
虽然大风不止 工程今天还是赶上进度
但最艰难的挑战还没到来
现在必须组装和起吊3组叶片 再锁上发电机
奇拉的聪明设计为工程小组 设下最棘手的任务
在设计用来提高风速的 2栋大楼间起吊空气动力叶片
将是所有工作人员 面临的头号难题
隔天一早 他们就清楚感受风的难以预测
昨晚有场风暴
风开始增强
风速高达110公里
这是史无前例的强风
而且是从南边吹来
目前风速达到85公里
我们不可能进行起吊
天气预报并不乐观
工程师设定当风速达到 时速21公里
就得中止叶片起吊
超过这个标准就无法作业
现在风速高达时速85公里
他们只能等候
奇拉设计这栋摩天大楼
用来导引风势和提高风速
2栋大楼的底层宽度为126米
但吹向摩天大楼的风 通过的空隙仅宽33米
虽然在装好风力发电机之后 这样的风况最为理想
但工作人员得先解决在强风中 起吊风力发电机的难题
除了风速问题
在起吊叶片时 工程师也必须考虑风向
如果一边的风势太强
另一边又完全没风
就更难控制叶片
组装好的叶片 直径达29.2米
只比2栋大楼的间隔短3.8米
如果发生碰撞 金钱和时间都将有重大损失
他们组装好第一组叶片
再把叶片接在轮毂上
他们要先做好准备
等候风速下降到时速21公里
每片叶片有50层玻璃纤维
包住轻木强化板黏在一起
每片长13.4米 不仅坚固也极具弹性
同时拥有能汲取风力的 空气动力造型
因此在起吊时很难控制叶片
基本上就用绳索从这2个方向 控制叶片的动作
这样叶片就不会乱动
你是说要帮那片叶片绑绳索
那片也要，没错
地面人员能通过长绳 避免叶片撞上大楼
风速在下午3点降低
起吊作业需要2小时完成
如果现在不进行 太阳很快会下山
风速下降到21公里
他们已经在天桥上 他们说可以起吊
所以我们要开始把叶片吊上去
我们准备好了
一台起重机拉起接在 轮毂上的3片叶片
叶片组总重4.2吨
塔式起重机在这位置 能达到最高起重能量
一片叶片跟钢架尖端擦身而过
欧雷在第一台发电机旁等候 并监督作业
他的组员装设过数十组叶片
但从未在2栋大楼间的天桥上 进行这项工作
风速保持稳定 但风向不断变化
后面有强风吹来
叶片一直被推开
我们不希望叶片前后晃动太大
因此地面人员必须注意这点
如果风速增强
也许就无法控制叶片
起吊作业也必须中止
如果风变大 就得放下叶片
我们很难让叶片安全回到地面
或许非得这么做
或是稍微降低 等风再变小
但我不想这么做 老实说，我连谈都不想谈
叶片组来到61米处 跟第一座天桥等高
叶片尖端跟大楼墙面 只有3.8米间距
他们必须尽快让叶片就位
但出了问题
他们无法让叶片对齐发电机
后方吹来的风推来了叶片
起吊主任大卫鲁特 叫下方的工人放开导绳
你们要试着从天桥上控制叶片
你只要跟着动就好
如果因为起风我抓不住
他们必须稳住叶片
叶片被让入定位
他们必须尽快锁好几根螺栓 固定叶片
谢谢
太好了，装好第一组
第一组叶片装好了
今天他们创下了历史
这是装设在摩天大楼上的 第一台风力发电机
这台风力发电机每年预计 能制造4亿瓦小时电力
足以为约100户一般欧洲家庭供电
风力发电机推动空气动力叶片
让叶片每分钟转动38次
叶片能带动一个低速机轴运转
这根机轴连接一个齿轮箱
内部齿轮将推动 另一根高速机轴
每分钟转动约1500次
这能驱动发电机
为巴林世贸中心制造环保能源
但还有2组叶片要安装
在起吊叶片同时 风速也将增强
即使绑有绳索 要在吊上较高天桥时控制叶片
将是一场苦战
隔天早上的天气更加恶化
强风让麦纳麦笼罩在沙尘中
工作人员只能组装好第二组叶片
当地的持续强风表示风力发电机 将能制造大量电力
但时有的风暴也凸显了 在市区装设风力发电机带来的风险
这台风力发电机位于市中心
下面有购物中心 旁边是办公室
我们必须确保避免 风力发电机造成意外
这些叶片的设计足以承受 台风等级的风势
也就是时速超过252公里的强风
为了避免发生悲剧
每片叶片都有加倍的安全装置
若有叶片断裂
内部的粗钢缆能固定住叶片
避免碎片飞散
如果真有碎片掉落
叶片的伸缩尖端就会松开
偏向的尖端将制造巨大拉力
在数秒内让叶片停止转动
第二组叶片已经准备就绪
但风速仍然过高
起吊作业必须延后
隔天早上的风速仍然太高 无法起吊叶片
但工人可以继续安装 摩天大楼的其他环保科技
风力发电机运转后 将能制作电力
但这栋摩天大楼 也有其他节能装置
设计中结合了多种重要装置
以较被动的方式
降低摩天大楼的耗能量
为了抵挡阿拉伯地区的艳阳
染色双层玻璃能让 巴林世贸中心减少85％吸热量
安装节能空调系统
也能降低摩天大楼 在高温中的高昂冷气费
每个楼层都使用高省电荧光灯
可以更进一步降低耗能量
整栋建筑的总耗能量应只有 该区其他摩天大楼的一半
风速在下午稍微减弱
工作人员必须把握时间
在接近楼顶的时候
我不希望有绳结通过那里
所以就持续拉动
这回他们已经从 第一次起吊学到教训
2边都要，懂吗？
风是从北边吹来
叶片应该会被推向发电机
有助于工作人员接合两者
叶片接上了
好，放开
比起第一次起吊 这回作业顺利完成
2组叶片已经接好 只剩最后一组
工作人员即将实现目标
但最后一组叶片将是最大难关
吊上最高的天桥最难 因为控制绳的角度会很小
所以更难控制叶片
要在最高的天桥装叶片 赛门希尔也感到紧张
我们最担心的是最高的天桥
那里的风一直很强 因为已经接近楼顶
我们今早已经讨论过
也看过气象预报 应该有机会在第三座天桥起吊
但时间会很紧迫
一切条件都必须臻于完美
如果正好在锁叶片前刮起强风
把螺栓扯开 叶片就会失去控制
我们根本控制不了那样的东西
所以必须确认完美进行 没必要冒险
丹麦小组爬上最高的天桥 评估状况
在麦纳麦上空133米处
他们帮发电机做好准备
目前风速为时速25公里
超过最高标准的21公里
条件并不完美 但天气预报也没有好消息
如果他们错失这次机会
或许就要等好几天 才可能再次起吊
这是困难抉择
起吊小组在等候作业启动
但最后决定仍掌握在 丹麦小组手上
请告诉我风速
还是一样
如果欧雷想中止 我们就照做
大卫，欧雷有点担心
他认为风变强了
先暂停，我要跟他谈谈
他们认为上面的风变大了
风速仍然维持时速25公里
但丹麦小组无法下决定
风速计读数 跟我们在这里的感觉不大一致
他们必须尽快做出决定
- 23公里 - 23公里
现在风速是23公里
欧雷，请问现在起吊安全吗？
- 不，我们不想冒险 - 好的
我们认为风速会降低
我们把叶片放下 早点吃午饭
回来后再做决定
好的
他们取消起吊
工作人员回到现场 风速仍是时速23公里
大卫
你准备好就移过去
风速还是超过 最高标准的21公里
但如果天气预报无误 这将是未来数日的最后机会
要起吊了吧？
现在的风速是23公里
风速很稳定 他们已经上天桥了
他们决定进行 我们要开始起吊了
他们已经在天桥上 一切准备就绪
把吊钩拉起来
阿比，把吊钩拉起来
拉起来
都好了吗，赛门？
现在绳索稍微缠住 我们正在解开
风速在最糟的时机增强
起重机停止了
我们失去控制了
丹麦小组中止起吊作业
你要继续注意状况
控制绳索的工人 奋力重新控制叶片
你要拉红色绳索
好，开始拉
你继续往上 吊钩已经抬到最高
这里拉紧了
在稳定住叶片之后
继续往上，拉紧
起吊继续进行
起重机慢慢把叶片吊入定位
避免叶片晃动过大
大概只剩10到15厘米
下面的人就是负责拉紧绳索
叶片抵达133米高度
漂亮
现在由天桥工作人员接手
他们必须尽快锁紧叶片
这是紧张的时刻
以免风速再度增强
叶片不可能再放下来
至少绝对无法安全操控
好了
叶片锁上了
放开吧
结束了
大家做得好，谢谢
我很开心看到起吊完成
你能听见风吹向叶片的声音
天桥也开始震动
往下
我们刚开始把绳索往下拉
起重机可以撤退了
这里的工人已经结束
所以能调走所有装备 让工人继续开工
我要去喝杯茶
起重机缓缓拉开吊带
建造全球第一栋风力摩天大楼的梦想 即将成真
但还有最后一个挑战
他们仍需启动这些风力发电机
确认奇拉的愿景是否真的可行
经过8个月，摩天大楼即将完工
风力发电机所需系统都安装完毕
但叶片还没开始转动
现在要进行真正的测试
风力发电机能否承受真实的风势？
- 很酷吧？ - 对，很棒
奇拉和丹麦小组 回来验证多年的研究
证明这些工程方案确实可行
这是第一次测试
这里许多人都很紧张
想知道结果
因为这是全新创举
目前要做很多准备工作 确保能进行最后测试
我们或许能创造历史
事实上，我们正在创造历史
就是今天
但风况必须再次臻于完美
如果风太弱 风力发电机就无法运转
但若风太强 测试可能太危险
现在风速是每秒约8到9米
可以进行测试
最低的风力发电机终于准备运转
丹麦小组放开风力发电机的刹车
让风开始带动叶片
真棒
太完美了
我不敢相信叶片真的在转动
这一路走来很漫长 从第一章设计草图开始
直到站在这里看着风力发电机运转
太不可思议了
一旦风力发电机全力运转
叶片每分钟将转动约38次
太棒了 这是我们期待许久的时刻
在未来2个月，较高的风力发电机 将依次序开始运转
然后在第一年运转期间 进行微调
太好了
丹麦小组将在哥本哈根 远距离监控风力发电机运转
这些风力发电机 将在这里提供环保能源
每年制造约13亿小时电力
约等于200吨煤的年发电量
或是约600万桶石油
这一切都始于一位建筑师的愿景
我非常积极追求
在建筑中融入这类科技的机会
我不想让这栋建筑成为单一案例
我要证明这能做更多的运用
通过不同方案在各种建筑中实行
风力摩天大楼能否成为主流趋势 仍难以断定
但他们已经证明这种设计的可行性
我确信建筑师将来 会把风力发电机纳入考量
因为现在已有一个成功案例
何不继续进行？
巴林世贸中心的最大贡献 或许在于象征层面
这栋建筑传递的最重要讯息
就是你能以谨慎做法 实现永续建筑愿景
奇拉、欧雷和拉斯已经展开 另一个风力摩天大楼的建筑项目
这次是在比邻的迪拜
在这个重要的石油产区
风能终于开始起步
字幕录入、时间轴、校对：jerry36@CHD 谢谢观看