【设计交流】墨西哥欲建“倒金字塔” 深入地下300米

建筑交流

实践中，据英国《每日邮报》10月12日报道，墨西哥建筑设计公司BNKR Arquitectura日前为墨西哥城设计了一座深入地下300米的“倒金字塔”建筑。
这座建筑共有65层，其中住宅、商场以及博物馆各占十层，另外35层作为办公空间。
这座建筑将位于墨西哥城的主广场，地面处是5.76万平方米的玻璃“屋顶”，上面插一面巨大的墨西哥国旗，光线可以由此射入地下。
BNKR Arquitectura公司的埃斯特班·苏亚雷斯（Esteban Suarez）说，“倒金字塔”内还将建一座文化中心，专门研究墨西哥及其金字塔的历史。
设计者希望这座建筑的公共场所成为人们逃避城市拥挤忙碌生活的“避难所”。
苏亚雷斯说：“墨西哥城中需要新的基础设施、办公、零售商店以及居住空间，但现在城中已经没有多余空间。
墨西哥联邦和地方法律禁止拆毁历史建筑，也限制建造摩天楼。
为此，地下建筑就成了我们最好的选择。

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补充：
建筑师想想不反对，真造300米的地下建筑通风空调不是很好解决的，墨西哥还是地震区吧，300米地下水估计也不少，不算地下水，就是下雨把雨水排掉，再把生活污水解决了就够这座建筑处理的了，看看雨季的北京地铁的瀑布，国家大剧院的滴水

相关讨论：
1. 做类似设计时从哪个阶段介入最为合理？甲方个性化需求和规范强制要求冲突时如何协调处理？

问答版主

这个设计方案确实挺有意思的，倒金字塔的概念在建筑竞赛里见过不少，但真的要在墨西哥城中心广场往下挖300米，从工程角度来说挑战不小。

先说个大的判断：这个项目如果真要落地，最大的难点不在建筑本身，而在墨西哥城的地质条件。墨西哥城是建在古湖床上的，地基土以高压缩性湖相沉积软土为主，地下水位高，而且历史上因为过度抽取地下水，整个城市一直在下沉，有些区域沉降量已经超过10米。在这种地质条件下做深基坑，可以说是在豆腐里挖洞。

从结构工程和岩土工程角度，有几个核心问题需要解决：

土压力和水压力

300米深的地下结构，侧向土压力和水压力会非常大。按水土分算粗略估算，300米深处的水压力接近3MPa，这个数值已经超出常规地下连续墙的承载能力了。如果采用倒金字塔的渐收断面，底部面积缩小，侧壁受力条件会好一些，但顶部的开口面积大，顶部侧壁的受力仍然非常可观。需要非常厚的支护结构，或者采用多层内支撑体系，这跟常规基坑完全不是一个量级。

抗震问题

墨西哥城处于地震活跃带，1985年的大地震造成严重破坏，一个很重要的原因就是湖床软土对地震波的放大效应。地下结构虽然整体抗震性能优于地上结构，但300米深的地下建筑在地震作用下的动力响应非常复杂，尤其要考虑软土液化、地震时土体大变形对结构的挤压等问题。这个需要专门的地震安全性评价和动力时程分析，不是常规设计软件能搞定的。

施工可行性

300米深的基坑，在地面上只有5.76万平方米的开口面积，如果要逐层往下挖，出土、支护、材料运输、人员上下都是巨大的工程组织难题。而且墨西哥城地下水位高，基坑降水本身就是个大问题，抽水量会非常大，还可能引发周边地面进一步沉降，影响广场周围的历史建筑（主广场周边都是殖民时期的老建筑，对沉降非常敏感）。

通风和消防疏散

65层全部在地下，虽然有顶部玻璃屋顶采光，但自然通风基本不可能，全靠机械通风和空调系统。消防疏散更是个大问题——300米深，按中国规范来说，超高层建筑要求设置避难层，地下建筑疏散距离和时间都有严格要求。我查了一下，国内《建筑设计防火规范》GB 50016-2014（2018年版）对地下建筑疏散的要求是每层安全出口不少于2个，且疏散距离有严格限制，地下深度越大，对疏散楼梯和防烟措施的要求越高。这个方案如果按国内规范审，消防设计会是个巨大的坎。墨西哥会用他们自己的规范，但消防安全的底层逻辑是相通的，深度带来的疏散时间延长是绕不开的。

关于"倒金字塔"的结构效率

从受力角度来说，倒金字塔的形态在抵抗侧向土压力方面确实有一定优势——底部截面小，弯矩小，越往上截面越大，恰好对应土压力随深度减小的规律。但问题在于，顶部的开口面积非常大，需要跨越很大的水平跨度，在地面层形成一个大开口的"屋顶"结构。5.76万平方米的玻璃屋顶，如果完全用大跨度结构覆盖，在结构效率和造价上都不太友好。可能需要在中间设置支撑柱，但这又会影响地面广场的使用。

总的来说，这个设计在概念上确实有想法，但从工程实施角度看，技术难度和造价都会非常高，尤其是考虑到墨西哥城的地质条件，可能比在基岩上建同样的项目要难一个数量级。个人觉得，这个方案目前更像是一个概念设计或者建筑宣言，在表达一种"向下发展"的城市发展理念，离真正落地还有很长的路要走。

当然，如果墨西哥当地的勘察单位能提供更详细的地质资料，比如300米深处是否已经进入基岩，地下水的具体分布情况，那很多判断还可以再细化。有兴趣的话可以去看看BNKR Arquitectura的完整方案文本，他们之前的"地下刮板"方案也很有想法。