摘要：超高的建筑很容易与周围的环境脱节，隔离了人们的城市生活，同时也会造成小气候变化，产生“热岛效应”。另外，最新研究表明，高度超过300米的摩天大楼已失去节约用地的经济意义。
撰文 | Shushu
编辑 | 郭郭
→这是《环球零碳》的第292篇原创
7月12日，国家发改委发布《“十四五”新型城镇化实施方案》，明确提出严格限制新建超高层建筑，不得新建 500 米以上建筑，严格限制新建250 米以上建筑。
这是自2020年以来，相关部委第四次提到“限高”政策。显然，国家对于城市建筑高度的管控力度逐步加强，此次写入《“十四五”新型城镇化实施方案》，更是一个鲜明的信号——建设超高层建筑将受到严格限制。
这几年“限高令”的发布，各地纷纷调整建筑高度。苏州中南中心的建设高度从729米降至499米，武汉绿地中心由超600米降至475米，西安中国国际丝路中心大厦由501米降至498米；成都天府新区超高层项目由677米改为489米。
从这些摩天大楼项目高度调整来看，意味着中国自1990年以来的摩天大楼追逐史逐渐退出历史舞台。
此前为了缓解城区用地紧张，促进商业发展，显示经济实力和技术实力的摩天大楼，为何突然禁止？背后什么原因？跟“双碳”目标有什么关联？
01
摩天大楼与热岛效应
危楼高百尺，手可摘星辰。摩天大楼诞生于19世纪八十年代的美国芝加哥，54.9米高共十层楼的“芝加哥家庭保险大厦”被公认为世界第一座摩天大楼。
潮流如海浪，一波又一波。40多年前，摩天楼建设的热潮开始从美国大城市向新兴经济体转移，随着我国经济崛起和基建技术的突飞猛进，也进入了“第一高楼”竞赛。
根据全球高层建筑数据库的显示，全世界前100高的大楼中，45座在中国。截至2020年底，我国150米以上的建筑达到2395座，200米以上建筑达823座，300米以上达95座，3项指标均居全球第一，是世界上摩天大楼最多的国家。据不完全统计，中国摩天大楼已经占全世界60%以上，并已经连续第23年保持着200米以上建筑最高产的地位。
其实，在这串数据背后展示着我国城市化进程中的一种传统思路：发展城市高度比发展城市规模更具可持续性。但越来越多研究表明，超高层建筑与较低的结构相比，会积累大量的隐含能量，需要更多资源，因此其负面影响日益受到关注。
摩天大楼刚刚出现时，曾被认为是理性工程的表达，是人类居住的完美建筑。现在最好展现这种解决方案的城市便是香港，一个拥有世界上最多摩天大楼的垂直城市。
来源：Goldthread
自上世纪50年代以来，为了解决住房短缺、土地成本和人口持续增长的问题，香港的建筑密度和高度都非常惊人。许多住宅区都在70层左右，“攻占”了地形多山的岛屿，也侵扰了自然景观，突显了高层住区和郁郁葱葱的山势之间令人印象深刻的空间尺度之争。
这种场景在扬·盖尔《人性化的城市》一书指出：“在街上，我们很难感知到建筑上层空间里发生的事情，楼层越高越难观察到，高层建筑和街道平面之间的联系被切断……他们不再属于城市空间了。”
来源：BBC
超高的建筑很容易与周围的环境脱节，完全隔离了人们的城市生活，同时也会造成小气候变化，影响周边环境，如采光、空气流通不畅、光污染等，从而产生“热岛效应”。
摩天大楼通常采用玻璃幕墙，两者叠加，从材质和空间面积上增加了城市白天吸收和储备的太阳辐射量，减少夜间长波辐射损失。大量密集的摩天大楼也会改变城市冠层的风廓线、降低风速、减少平流和湍流散热量而最终改变城市热环境。
图说：北京市地表温度空间分布图
来源：地球信息科学
例如，帝国大厦的表面积大概是其所在街区的面积的40倍，大面积的玻璃幕墙在白天会吸收大量的阳光，吸收的阳光越多气温升高的就越快，极易形成热岛效应。还有专家做过测试：帝国大厦表面反射的温度，比自然气温超过将近10摄氏度。而大面积玻璃幕墙在内部高温烘烤下，也会向外爆炸，形成玻璃碎片横飞的“玻璃雨”，对行人造成很大的安全隐患。
另外，有建筑学家认为，高度超过300米的摩天大楼已经失去节约用地的经济意义。
建设高楼往往有一个最佳收益的平衡点，一旦超过这一高度后，建设、运营和养护费用就开始抵销甚至超过建筑楼层带来的收益。例如，420米的上海金茂大厦每天的管理维护费就达100万元。金茂大厦的每平方米造价大体上要20000元人民币，每天的正常运行费用约需上百万元人民币。擦玻璃也成了管理这些庞然大物的一大开销，金茂大厦的幕墙有0.8万平方米，据说两架擦窗机连续工作，一年才能把所有的玻璃擦一遍。
02
摩天大楼本身其实并不环保
通常，考虑城市建筑环境整个生命周期中产生的碳排放量，从三方面入手，分别是建筑材料的制造、运输、建设产生的量，建筑建成后的运营能耗，旧建筑拆除产生的量。
来源：界面新闻
首先是建筑建造阶段。建造摩天大楼往往需要更多的材料，因为它需要更大的地基和钢柱，这其中涉及到大量的碳排放量。以我国最高，全世界第二高的上海中心大厦来说，它高为632米，地上127层，地下5层，总重量达80万吨，共有980根承重柱，每根承重柱深入地下86米。地基部分还有一块6米厚，1万平方米大小的底板。当时为了浇筑这块底板还创造了吉尼斯纪录，500多名工人、18台混凝土泵、上海80%的搅拌车同时运作，最后经过了63小时的奋斗才得以完成。
这些惊人数字背后的大量混凝土和钢材正是碳排来源之一，俗称“隐含碳”。2019 年，全球建筑总排放量（包括施工期间排放的隐含碳）占能源碳排放的 38%。隐含碳占这些排放的四分之一。美国加州政府针对“隐含碳”，从法规着手，于2017年落实《Buy Clean California Act》，规定2019年起所有政府基建项目，必须将建筑材料的“隐含碳”纳入採购指标。
来源：CarbonCure
其次是建筑运营阶段。摩天大楼常常被称为“电老虎”，有研究显示，一栋摩天大楼每平方米年耗电量高达139度。这是由于摩天大楼太高，为减轻墙体重量，通常只能采用钢架结构的玻璃幕墙设计，这导致墙体保温性能急剧下降。研究表明，玻璃幕墙的热损失是典型的砌体填充墙的10倍以上，意味着为维持房间内合适的温度，需要消耗更多的电能。
另外，当建筑达到一定高度后，随着高度的增加，建筑能耗边际成本递增的趋势会愈发明显。尤其是体量巨大的摩天大楼来说，各楼层的通风系统、垂直升降、给排水和强弱电系统以及阻尼系统等每天都需要大量能源供给。仅是抽水马桶的耗能就比普通建筑高很多。美国著名作家吉姆·克兰曾对美国有线电视新闻网表示：“它（抽水马桶）的耗电量堪比一座城市。每次使用抽水马桶，都得把水抽吸至天上。”
据统计，世界上最高的建筑迪拜哈利法塔（828米），夏天制冷需求最高峰时的电力需求高达36000度，相当于同时点亮36万个100瓦灯泡。
来源：World Federation of Great Towers
最后，也需考虑建筑拆除。往往这些摩天大楼，会不断老化和功能更新迭代，其能耗同样是不断递增的，甚至在拆除环节，成本、难度和废物产出量也相对较高。
可以说，如果真实计算摩天大楼全生命周期能耗，是相当颇为惊人的。
03
什么样的城市建筑环境碳排最小？
当摩天大楼已经无法承载人们的居住需求与想象，下一个问题是，我们的城市和建筑未来将走向何方？
最新一项研究表明，虽然密度对于限制不断增长的人口温室气体排放量确实很必要，但高度却并非如此。
从理论上看，以建筑物平均占城市碳排放量的一半以上来考虑，建筑越紧凑越高，可容纳的人越多，因为这在很大程度上限制了建筑环境的碳足迹。就像大家都会认为，与分散的郊区或农村生活相比，人口稠密城市中的人均能耗会更低。
为比较各种城市环境中建筑本身全生命周期碳排量（不含交通、设计或城市建设的土地类型），美国科罗拉多大学博尔德分校的建筑工程师阿雷哈特团队曾做过一个实验：首先基于欧洲城市的真实数据，模拟了5000个具有不同人口规模和可用土地面积的建筑环境。然后，他们将每个环境归入四种不同的城市类型：拥有高层或低层建筑的高密度和低密度环境。最后，比较这些模拟城市，研究人员发现，就所有人口规模（范围从2万至5万人）而言，全生命周期碳排量随着建筑的高度而增加，与所需土地数量无关。与其他三个类型相比，高密度且高层建筑的城市也产生了最大的碳排量。碳排量最低的是高密度且低层建筑的配置。
从实验结论来看，一个人口稠密的低层建筑城市。以巴黎市中心为例，那里的建筑通常低于10层，但密度很大——这可能是碳控制的最佳城市环境。
来源：ArchDaily
还有报道称，对于一个拥有2万人口的城市来说，从低层建筑发展为高层建筑而不改变密度会导致碳排量增加140%。对于一个5万人口的城市而言，增幅则略低，为132%。
我国针对未来宜居城市发展也提出了新的发展方向。代表着未来城市发展方向的雄安新区，在设计伊始，就拒绝高密度的城市建设模式。通过引入代表着可持续发展的“小街区、密路网”模式并与本地的自然环境、地域文脉的结合，打造出中低密度、绿色、低碳、可持续的城市建设的新模式。
在2018年，中央对于雄安新区规划批复时对此表示肯定，提出：“（雄安新区）要细致严谨做好单体建筑设计，追求建筑艺术，强化对建筑体量、高度、立面、色调等要素的规划引导和控制，原则上不建高楼大厦，不能到处是水泥森林和玻璃幕墙。”
其实，国内外建筑界已经在探索新的建筑格局来改变现状，比如高层木结构，它通常被定义为“14层或50米以上的，以木材建造的建筑”。用木材取代钢材来建造，将把每平方米空间的碳排放量减少到原来的十分之一。这一结论也得到了研究证实，木制房屋的全生命周期排放量比钢结构房屋低74%，比混凝土房屋低69%。
来源：Design Build Network
目前，全世界已经建成或正在建造的高层木建筑超过了44座。值得注意的例子包括 Michael Green Architecture 与 DLR集团合作完成的T3办公楼、Team V Architectuur 设计的即将建成的73米高的高层住宅楼“HAUT“。
或许这是一个重新思考建筑思考城市的好时机。当我们更考虑人的可持续、城市可持续的时候，就会深刻的认识到高耸入云的摩天大楼们某种程度上只是在忽略未来发展。
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参考资料：
[1]https://www.shobserver.com/wx/detail.do?id=122274
[2]https://www.archdaily.cn/cn/924906/gao-ceng-mu-zhi-jian-zhu-hui-shi-gao-ceng-jian-zhu-de-wei-lai-ma
[3]新京报：500米以上的摩天大楼何以在中国成为过去式？
[4]城市建筑盲目“攀高”，真是为了节约土地吗
[5]我们真的需要摩天大楼吗？
