香 港 的 摩 天 大 樓 是 否 安 全 ?

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自從去年9.11悲劇發生以來,高樓大廈的安全問題引起世人的高度關注。本期《校訊》特就此舉行了一次有關香港高樓安全的座談會,與會學者、專家分別就該次事件可能對香港大樓安全及保安帶來的影響進行討論。

與會者名單:

  • 城大建築系陳錦順講座教授
  • 香港特別行政區屋宇署高級結構工程師李潤財先生*
  • 城大建築系副教授盧兆明博士
  • 城大建築系副教授、亞洲智能建築學會評議會主席蘇廷弼博士(座談會主持)
  • 香港大學房地產及建設系副教授黃國俊博士
  • 香港大學建築系副教授黃華生先生

其他出席者:

  • 城大建築系暨電子工程學系洪友仁講座教授
  • 城大建築系Frederic Williams講座教授
  • 城大建築系副教授林家馳博士
  • 城大建築系助理教授盧偉真博士

(*以個人名義發言,意見並不代表建築署)

香港地少人多,加上地勢起伏,以每平方公尺計算,是世界上高樓大廈密度最高的地方,直至目前為止約有50,000幢左右,但數目仍在不斷增加之中。而很多這類建築又都建在填海而得的土地上。那麼,香港的高樓大廈究竟有多安全呢?

首先,蘇廷弼博士追述了有關9.11恐怖分子襲擊紐約世界貿易中心(以下簡稱世貿中心)及其後兩幢大樓的倒塌情況。繼而他邀請陳錦順教授從結構工程的角度,去解釋兩座110層高樓倒塌的可能原因。

「重覆性」的重要

陳教授指出,「我們首先要明白飛機撞向世貿中心的衝擊力。」兩架撞向大樓的波音767型客機,每部都載滿了約91,000公升的燃料,飛機起飛時的重量約為200公噸,飛行高度及速度分別是為10,000米及每小時850公里。而飛機要在10分鐘內爬升至10,000米高度所需要的能量相等於一個小型的商用發電廠的能量輸出,倘若我們假設飛機撞向大樓時是以正常的速度滑行,而所有能量都在撞擊那一剎那被釋放出來,那麼撞擊力就應有400公噸。

但縱使如此,兩幢大樓當時仍抵得住相等於黎克特制5至6級地震的巨大撞擊力。其實,兩幢大樓均按著足以抵受同級地震及相當於時速340公里龍捲風暴吹襲而設計。陳教授認為,最後導致樓宇倒塌的是那相等於500萬支炸藥的飛機燃料。他說:「巨大的爆炸,炸毀了大量的防火材料,令樓宇的鋼結構飽受烈火蹂躪。」

有估計當時的火場溫度高達1,700攝氏度,而鋼的溶點則在1,500攝氏度,因此鋼柱無可避免開始軟化,而受撞擊的樓面則相繼下陷。陳教授說:「縱使如此,但樓宇仍能屹立一段時間,這是設計的功勞,它讓數以千計的人有機會逃出生天。」

他解釋,兩幢大樓能保持直立一段時間,而在同樣情況下其他大廈則會立刻倒塌,箇中原因是結構內的高度重覆性(redundancy)(即建築物內有若干承載軌道,即使幾根支柱損毀,也不會造成建築物倒塌)。雖然當時大樓的局部結構受損,但負載力仍得到重新分配,直至大火造成的損害令樓層開始下陷。他說:「我們假設70樓的樓面首先下陷,在此以上各層加起來的總重量,便會壓到下面的第69層,重量相等於每層樓的30倍,比靜態地心吸力重得多,沒有任何結構能抵受如此龐大的力量,這亦正是大樓在開始倒塌的9秒鐘內便如多層烤薄餅重疊般垂直塌下的原因。」

問題是,我們能否有更好的大樓設計以抵擋此類襲擊?他表示:「不可能!因為除了核電廠以外,我們很難想像任何建築物可以抵擋如此巨大的撞擊力。」況且,那樣設計出來的建築不僅費用昂貴,而且外觀也會非常醜陋。

那麼,解決問題的方案何在?是增加逃生路線,加強大廈的安全性?還是改善防火措施?抑或蓋建更具重覆性的大廈?

逃出火海

這一連串的問題,把座談會帶入了第一部分的討論:有關目前樓宇逃生安排的限制。盧兆明博士指出,當世貿中心於1993年首次受襲後,美國政府對高樓大廈的逃生方法進行了研究,發現人們需要一至三小時方能逃出現場。陳教授說,世貿中心每幢大樓只有三處逃生樓梯間,顯然是不太足夠,特別是消防員亦要利用樓梯進入災難現場。李潤財先生說,這是特殊的例子。一般火警應在局部範圍已受到控制,而香港應不會出現規模如此之大的火災。黃華生先生亦表同意,他說:「香港的大廈現時有嚴格的防火規格要求,最大的困難在於舊建築物內防火安全等設備的保養及更新。」

現存建築物的重覆性其實不是問題,陳教授重申紐約世貿中心在受襲後的45分鐘至2小時內仍然屹立不倒,其表現已是相當出色,因為它採用管中有管的結構設計提供了高度的重覆性,而重覆的程度愈高,建築成本愈貴。

黃華生先生提出了混凝土的重覆性是否優於鋼材的問題。李先生說,今天香港的建築業多採用混凝土的核心牆、周圍則是鋼柱的建築方法,防止了建築物──甚至是高樓大廈──的遞增性失敗現象出現。陳教授同意採用堅固混凝土會比世貿中心所用的鋼有更好的表現,特別是圍繞著鋼的防火材料容易受撞轟走。但他指出,縱使兩幢中心採用其他方法建造,我們亦很難預測由飛機撞擊所帶來的後果。他說:「我們要記住,1993年當恐怖分子襲擊世貿中心的地牢時,兩幢大廈屹立無損,今次他們選擇了在兩幢大樓的最合適地點進行最大限度的破壞,最後才導致大樓倒塌。」

Frederic Williams教授指出,高樓大廈不會倒塌的想法有根本的謬誤。他說:「建築物一般可以經久使用,但我們不能預測政治局勢或此類問題會帶來甚麼變化,世界上任何一個城市都可能成為襲擊目標。」他認為我們應考慮在高樓之內增添外設的逃生途徑,好讓人們仍能有辦法逃避火災。

新結構設計
討論的第二階段,話題主要圍繞:現存或正在發展中的技術如何解決這些難題。與會者提及能夠抵擋熱力及爆炸的新結構設計,以及耐高溫的建築材料。陳教授指出,要設計出能抵擋上述災難性襲擊的建築十分困難,而且費用不菲。另一選擇是設計有高度重覆

性及能高度抵受火災的建築物。他說:「我們當然可以考慮採用比鋼更耐熱的材料,但我不能肯定這些材料能比鋼更堅固及具有高度抗爆炸的能力。」

對此,李先生指出,現在有人對耐高溫的防火薄膜展開研究,可以塗在建築物的主要結構部分,但並不包括次要部分如內部橫樑等。因此雖然樓宇是局部倒塌了,大廈本身仍然可以保持屹立,人們仍然有機會逃生。他說:「我們需要取得平衡,雖然我們在技術上可以將抵禦火害的時間增加至四小時,但防火鋼成本十分昂貴,比平常的貴50%,這也是必須考慮的。」

座談會的講者雖然都贊成可以拖延大廈倒塌的時間,但這樣的做法會大大增加建築的成本或對採用混凝土巨柱作設計的依賴。

逃生升降機
蘇廷弼博士繼而邀請與會者對他的逃生升降機建議提出意見,他與盧兆明博士在這方面已進行了多年的研究(見本刊第46頁)。他建議在一幢60至70層高的大廈內每15層便撥出一層空間,作為避難樓層,另外在樓宇四角的密封安全室內安裝逃生升降機,每次運載人們來回地面只需一至兩分鐘的時間。他說:「升降機由高科技的電腦控制,除了負載容量大之外,還具有防水、防火花、防爆炸及抵受化學品侵蝕的功能。升降機由兩組獨立的發電機推動,以防其中一組因電力中斷而影響功能。」

洪友仁教授則提議以地心吸力及平衡錘為動力,以代替用電力。Frederic Williams教授同意這種建議,他指出,香港的山頂纜車就是採用這種設計。他說:「我們可以將電力供應放在樓宇的底部,好讓它不受樓宇內發生的事情所影響。」

但在撤離大廈用戶時最重要的考慮之一是他們的行為。盧博士說,研究顯示,人們倘若能得到更多信息,其態度及行為會較容易受到控制,減低陷於恐慌的機會。陳教授則強調經常舉行火警演習的重要性,李先生則認為有效的廣播系統至為重要,因為人們一般不會重視演習。

成本考慮

最後,座談會討論了有關在香港應用這項新技術所會遇到的潛在困難,大家都同意其中最重要的是成本。黃國俊博士指出,如果採取上述措施,建築成本將可能倍增,而租金亦需要增加50%。一般預料,租戶在可見的未來大概都不願選擇高樓大廈,即使安全措施做得再好。」

Frederic Williams教授相信,工程師的責任之一是要指出風險所在。他說:「無論情況如何,風險的因素一定存在,我們不可能將樓宇的風險降至零。」在香港,由於這類風險不大,所以政府無需驚惶失措地為現有的建築物設置這些設施。但未來的建築物則可以更安全,雖然永遠不能做到絕對安全。此外,他亦相信,只為沽名釣譽而非為經濟原因建造的摩天大廈的顛峰期已過,他建議:「我們應該減少興建摩天高樓,而改建一些層數較少,但能在多層互相連接的樓宇,使得建築仍能容納大量用戶。」

香港面臨的或者是必須別無選擇地繼續建造高樓大廈,但對洪友仁教授來說,他憂慮的並不是恐怖分子的襲擊,而是由危險斜坡、填海土地及颱風侵襲等造成的建築物倒塌事件。近期發現的短椿問題也引起他的關注。

洪教授說,雖然我們現時已採用輔以人力勘探的紅外線探測樓宇損毀情況,不過這兩種方法都並不可靠。他現在正集中研究一種基於壓力測試的新技術,他希望這將是城大對香港建築安全的一大貢獻。

最後,與會者都同意雖然香港和內地遭到恐怖分子襲擊及引致如世貿中心樓房倒塌的可能性不大,但參與未來樓宇設計的工程師們有必要更加關注由火警及其他災禍引來的機件安全及人群疏散安排等問題。

 

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