برج شنغهاي؛ ناطحة السحاب التي خسرت ترتيبها كثاني أعلى بناء في العالم!

برج شنغهاي.. ناطحة سحاب تلتف كدوامة عملاقة تشق طريقها نحو السماء، وتعيد تعريف حدود الهندسة المعمارية في كل طابق.

بعلو يبلغ 632 متراً وتصميم حلزوني مذهل يتحدى الجاذبية؛ يُدهش هذا المَعلم الصيني العقول من حيث الإبداع المعماري والاستدامة البيئية. فهو يجسّد الطموح الصيني في رؤية عصرية لمدينة تتجه بثبات نحو المستقبل.

كان لعدة سنوات يتربّع بثقة على عرش ثاني أطول برج في العالم، حتى جاء برج ميرديكا 118 الماليزي لينتزع منه هذا اللقب مؤخراً. ورغم ذلك لا يزال يفرض حضوره اللافت وسط ناطحات السحاب العالمية بفضل تصميمه المعماري الفريد.

في هذا المقال سنستكشف أسرار هذا البرج الصيني الشاهق: كيف صُمم؟ ولماذا يُعد تحفة هندسية استثنائية؟ ولماذا يجذب أنظار العالم؟

موقع برج شانغهاي وأهميته

يقع برج شنغهاي في قلب منطقة بودونغ المالية بمدينة شنغهاي، وهي واحدة من أكثر المناطق حركةً ونمواً في قارة آسيا والعالم. هذا الموقع الاستراتيجي وسط حي المال والأعمال جعل من البرج الصيني نقطة جذب محورية للشركات العالمية والمؤتمرات الدولية والسياحة أيضاً.

من الناحية الاقتصادية؛ يوفّر البرج مساحة تجارية مكتبية وفندقية هائلة تُستخدم من قبل كبرى الشركات العالمية. وهذا قد عزز من تدفق رؤوس الأموال والاستثمارات الأجنبية إلى الصين. أما من الجانب السياحي فيُعتبر البرج واحداً من أهم الوجهات التي تستقطب ملايين الزوار سنوياً، لما يقدمه من مناظر بانورامية مذهلة من أعلى منصات المراقبة في العالم.

وكما قلنا مسبقاً؛ يبلغ ارتفاع برج شنغهاي نحو 632 متراً، ما يجعله ثالث أطول برج في العالم بعد برج خليفة في دبي وبرج ميرديكا 118 في ماليزيا. ويتألف من 128 طابقاً فوق سطح الأرض، إلى جانب 5 طوابق سفلية. تغطي مساحته الإجمالية أكثر من 420,000 متر مربع، وهذا يمنحه لقب أحد أضخم الأبراج من حيث المساحة القابلة للاستخدام.

من حيث التميز الفني والتقني يتمتع البرج بأحد أسرع المصاعد في العالم بسرعة تقارب 20.5 متر/ثانية. ويضم نظاماً ذكياً لإدارة الطاقة والتهوية يُعد من بين الأكثر تطوراً عالمياً. كما أنّ تصميمه اللولبي الفريد ليس مجرد لمسة جمالية؛ بل يساعد أيضاً على تقليل مقاومة الرياح بنسبة تصل إلى 24% وهو ما يجعله أكثر استقراراً وكفاءة.

التصميم المعماري والبنية الهندسية

صمم برج شنغهاي الصين من قِبل شركة الهندسة المعمارية الأمريكية Gensler، بقيادة المهندس المعماري الصيني Jun Xia، وبالتعاون مع فرق هندسية صينية متخصصة في الأبنية الشاهقة والمستدامة. وقد تمّ تطوير التصميم ليكون نموذجاً عالمياً للبناء الرأسي الذكي في بيئة حضرية كثيفة. وذلك من خلال دمج حلول هندسية ذكية كتقنيات الحفاظ على الطاقة، ونظام واجهات مزدوجة للعزل الحراري، وتصميم حلزوني يقلل من مقاومة الرياح، ما يجعل البرج قادراً على التأقلم مع تحديات المناخ الحضري والكثافة السكانية.

سر الشكل الحلزوني ووظيفته الديناميكية

يميّز البرج شكله الحلزوني الفريد حيث يلتفّ بزاوية 120 درجة من القاعدة إلى القمة. هذا التصميم لا يقتصر على كونه جمال بصري فحسب، فهو يُقلّل من مقاومة الرياح بنسبة 24%،  وقد ساهم في تقليل استخدام المواد الإنشائية بنسبة 25% ووفر حوالي 58 مليون دولار من تكاليف البناء.

البنية المزدوجة والحدائق العمودية

يتكوّن البرج من هيكل داخلي وخارجي مزدوج الجدار، حيث يتكوّن من طبقتين من الجدران الزجاجية: جدار داخلي يحتضن المساحات المكتبية والخدمية، وجدار خارجي يلتف حول المبنى كغلاف شفاف. هذا التصميم يُشكّل ما يُعرف بـ"الواجهة المزدوجة"، ويخلق فراغاً هوائياً بين الجدارين يعمل كعازل حراري وصوتي طبيعي، مما يُحسّن كفاءة الطاقة ويقلّل من استهلاكها للتكييف والتدفئة، وأيضاً يُعزز القدرة على  مقاومة الرياح والضغط الخارجي في المباني الشاهقة.

إضافة إلى الغلاف الزجاجي الخارجي الذي يوفر فراغاً يستعمل كمساحات عامة ومناطق خضراء موزعة على ارتفاعات مختلفة، تُعرف بـ"الحدائق العمودية".

تقنيات مقاومة الزلازل

تمّ تزويد هذا المعلم الصيني بأنظمة امتصاص اهتزازات متقدمة تُعد من الأحدث عالمياً في مجال الهندسة الزلزالية وذلك بغية ضمان أعلى درجات الأمان والاستقرار. في قلب هذه الأنظمة يوجد "المخمد الكتلي المضبوط" (Tuned Mass Damper)، وهو جهاز ضخم يعتمد على مبدأ فيزيائي بسيط لكنه فعال. يتمثّل في تثبيت كتلة هائلة في المناطق العليا للبرج، وتتحرك باتجاه معاكس لحركة المبنى في حال التعرض للاهتزازات، وهذا المخمد يساهم في امتصاص الطاقة وتقليل التأرجح. فتثبيته بدقة ضمن نظام تعليق مرن يسمح له بالتحرك بذكاء وفق استجابة المبنى، وذلك بالتزامن مع شبكة من الحساسات التي تراقب الاهتزازات بدقة لحظية.

ولا يكتفي البرج بالاعتماد على هذا النظام فقط، إنما تم تصميم هيكله ليكون مرناً ومدعوماً بمواد هندسية متقدمة تسمح له بتوزيع القوى الزلزالية بشكل متوازن لتقليل خطر حدوث تشققات أو إجهادات محلية في البنية. وقد أظهرت محاكاة الأداء الزلزالي للبرج قدرته على تحمّل الزلازل القوية دون إخلال بتوازنه البنيوي، حيث يمكنه الصمود في وجه زلزال بقوة 7 درجات على مقياس ريختر مع الحفاظ على وظائفه الحيوية.

الابتكارات في البنية المستدامة

تعتبر ناطحة السحاب الأعلى في شنغهاي مثالاً يحتذى به عن الأبنية الذكية والمستدامة.. كيف؟ 

حسناً؛ بدايةً تمتلك أنظمة لجمع مياه الأمطار وإعادة استخدامه، حيث أنها مزودة بنظام متكامل يوجّه المياه من السطح والواجهات الزجاجية إلى خزانات خاصة. يتم معالجة المياه لتُستخدم لاحقاً في أنظمة التبريد وري المساحات الخضراء وتوفير المياه للحمامات، وهو ما يسهم بتقليل استهلاك المياه العذبة ويعزز الاستدامة البيئية وإعادة التدوير.

من ثم ننتقل إلى توربينات الرياح المدمجة؛  فقد تم تثبيت 270 توربيناً رأسياً صغيراً في الجزء العلوي من البرج، لتساهم هذه التوربينات في توليد الطاقة الكهربائية اللازمة لتغذية الإضاءة الخارجية للبرج وبعض الأنظمة الداخلية. وتُقدر الطاقة المولدة من هذه التوربينات بحوالي 350,000 كيلو واط ساعي سنوياً، وهذا يُمثل حوالي 10% من احتياجات البرج الكهربائية سنوياً.

وقد حصل على شهادة LEED البلاتينية من مجلس المباني الخضراء الأمريكي. وذلك لأن هذا الإنجاز المعماري التزم بالتصميم البيئي وكفاءة الطاقة وإدارة المياه وجودة الهواء الداخلي. وهذه الشهادة تعتبر أعلى تصنيف يُمنح للمباني المستدامة.

المرافق والاستخدامات المتعددة

يُعتبر برج شنغهاي مثالاً حياً للوظائف المتعددة في الأبراج الشاهقة، حيث تم دمج مختلف أنواع المرافق التجارية والسكنية في تصميم متكامل، وذلك عزز من فاعليته كمركز اقتصادي وتجاري حيوي.

يتضمن أعلى برج في الصين مكاتب من الطراز العالمي تتيح مساحة مثالية للشركات العالمية والمحلية وهذا قد جعله مركزاً اقتصادياً مميزاً وسط منطقة بودونغ المالية. وتحتوي الطوابق السفلية من البرج على مرافق تجارية راقية تشمل محلات تجزئة ومطاعم عالمية تجعله وجهة تجارية فاخرة.

الفنادق والمرافق السكنية

في الجزء العلوي من البرج توجد فنادق فاخرة من فئة الخمس نجوم تقدم تجربة إقامة متميزة. حيث يعتبر برج شنغهاي الصيني وجهة مثالية للزوار الباحثين عن رفاهية عالية، حيث تتوفر مرافق استجمام كحمامات السباحة والمراكز الصحية.

وبالإضافة إلى كل ذلك؛ يحتوي البرج على مرافق سكنية لمن يرغب في العيش في واحدة من أعلى الأبراج في العالم.

منصة المراقبة وتجربة الزوار

منصة المراقبة في برج شنغهاي تعد من أبرز معالمه؛ إذ تقدم إطلالات بانورامية خلابة على مدينة شنغهاي بأكملها وخاصة منطقة بودونغ لذلك باتت تعتبر وجهة سياحية شهيرة. فالزوار يمكنهم الاستمتاع بتجربة مميزة مع تقنيات عرض تفاعلية على المنصة ويتاح لهم استكشاف المدينة بأبعاد جديدة. كما تضم المنصة مرافق للزوار كالمقاهي والمطاعم ذات الإطلالة الرائعة، حيث يمكنهم الاستمتاع بتجربة فريدة من نوعها.

مرافق المؤتمرات والمعارض

يمتلك برج شنغهاي الصين مساحات مخصصة للمؤتمرات والمعارض العالمية، حيث يتم تنظيم فعاليات دولية كبرى في مجالات التكنولوجيا والأعمال والفنون. وبالطبع هذه المرافق مجهزة بأحدث التقنيات الصوتية والبصرية وهو ما يتيح للمشاركين التفاعل بشكل متميز خلال الأحداث العالمية التي تُعقد داخل البرج.

مراكز الخدمات والاستشارات

يوجد في البرج أيضاً مراكز خدمات متكاملة تقدم استشارات في مجالات متعددة كالتمويل والتكنولوجيا والتطوير العقاري. وتعتبر هذه المراكز وجهة مثالية للشركات التي تبحث عن استشارات متخصصة.

تحديات البناء والتنفيذ

شكّل تشييد برج شنغهاي مشروعاً هندسياً فائق التعقيد، وقد استغرق إنجازه ما يقارب ثماني سنوات من العمل المتواصل بدءاً من عام 2008م وحتى اكتماله عام 2015م.

وعلى الرغم من أنه أحد أسرع مشاريع البناء في العالم من حيث الحجم؛ إلا أنّ تنفيذه واجه سلسلة من التحديات التقنية واللوجستية التي اختبرت حدود الهندسة المعمارية والبناء المتقدم، ولكن تم التغلب عليها جميعاً واكتمل البناء في النهاية.

أبرز التحديات كانت:

 تشييد الأساسات العميقة

في منطقة بودونغ بشنغهاي التربة من النوع الطري المكوّن من طبقات طينية مشبعة بالمياه الجوفية؛ وهي غير مستقرة بطبيعتها لدعم منشأة شاهقة مثل برج شنغهاي. وللتغلب على هذا التحدي الجيولوجي تم تنفيذ نظام أساسات عميقة جداً شمل 980 ركيزة خرسانية امتدت إلى أعماق تصل إلى 86 متراً، وهي من بين أعمق الأساسات المستخدمة في الأبنية الشاهقة عالمياً.

واعتمد التصميم على ركائز خرسانية مسلحة بقطر كبير وقدرة تحمل عالية، جرى غرسها في الطبقات العميقة الأكثر استقراراً من التربة للوصول إلى قدرة تحميل كافية تتحمل الأحمال الرأسية والجانبية الضخمة للبرج. وقد أُجري تحليل جيوتكنيكي دقيق شمل الحفر الاستكشافي واختبارات الاختراق المخروطي (CPT) وتحاليل القص لتحسين فهم سلوك التربة وخصائصها تحت الأحمال.

إلى جانب ذلك تم إنشاء نظام حوائط حاجزة (Diaphragm Walls) يحصّن محيط الحفريات وبعمق يقارب عمق الركائز. وذلك بهدف منع تسرب المياه الجوفية إلى موقع العمل، ولتعمل كحاجز بنيوي ضد الضغط الأفقي للتربة والمياه. وقد تم تنفيذ هذه الحوائط بتقنيات الحفر العميق باستخدام طين البنتونايت كدعامة مؤقتة ثم تم صب الخرسانة المسلحة في الموقع.

صعوبة تنسيق عمليات البناء الرأسية المتزامنة 

واجه المشروع تحديات إنشائية معقدة تتعلق بتنسيق عمليات البناء الرأسي المتزامن، وهي من أكثر مراحل التشييد صعوبة من ناحية التنظيم اللوجستي والهندسي. فعند وصول البناء إلى ارتفاعات شاهقة كان لابد من تشغيل أكثر من 30 رافعة برجية ورافعات مساعدة تعمل في أوقات متزامنة وعلى مستويات مختلفة من الهيكل، مما خلق بيئة عمل كثيفة ذات مخاطر عالية. وهذا فرض استخدام نماذج إدارة زمنية ثلاثية الأبعاد (4D Scheduling)، وهي تقنية متقدمة تدمج الجدولة الزمنية مع نماذج التصميم ثلاثية الأبعاد لضبط توقيت وأولويات كل عملية بناء بدقة بالغة. ولتفادي تداخل أو تعارض أنشطة العمل، خاصة في المساحات المحدودة على منصات العمل المرتفعة.

ومن ناحية أخرى تنفيذ الواجهة الخارجية الحلزونية الزجاجية كان تحدياً من نوع خاص.  نظراً لأنها لا تتبع مساراً رأسياً مستقيماً إنما تلتف بزاوية تصل إلى 120 درجة حول البرج من القاعدة حتى القمة. وهذا الانحناء المعماري تطلّب تصنيع كل وحدة زجاجية بشكل مخصص (custom-fabricated panels)، حيث لا توجد قطعتان متطابقتان تماماً وهذا ما استدعى اعتماد تقنية النمذجة المعمارية الرقمية الدقيقة (Parametric Design). وهي تقنية تسمح بإنشاء نماذج هندسية قابلة للتعديل بسرعة تتوافق مع قياسات التنفيذ الميداني الحقيقية.

واستخدمت أنظمة المسح الليزري ثلاثي الأبعاد (3D Laser Scanning) في مراحل التركيب للتأكد من دقة تثبيت كل لوح زجاجي وانطباقه على النموذج التصميمي. وكل ذلك بهدف تجنّب تراكم الأخطاء الانشائية الصغيرة التي قد تتضخم مع تقدم الارتفاع.

التنقل العمودي داخل البرج

التنقل العمودي في برج شنغهاي الصين كان تحدياً تقنياً تطلّب حلولاً مبتكرة تتجاوز المفاهيم التقليدية في تصميم المصاعد. فالبرج الذي يبلغ ارتفاعه 632 متراً يحتاج إلى منظومة مصاعد ليست فقط سريعة بل أيضاً فعّالة وآمنة على المدى الطويل. ولهذا الغرض تم اعتماد نظام مصاعد مزدوجة الطوابق (Double-deck elevators)  تعمل بسرعات تصل إلى 20.5 متر في الثانية. وتعتبر من الأسرع في العالم وهي قادرة على نقل الزوّار من الطابق الأرضي إلى منصة المراقبة في غضون أقل من دقيقة.

وهذا الأداء الفائق استدعى تطوير تقنيات خاصة على عدة مستويات:

• الحماية من تغيرات الضغط: مع الانتقال السريع من مستوى سطح الأرض إلى ارتفاعات تتجاوز 500 متر يتعرّض الركّاب لتغيرات مفاجئة في الضغط الجوي قد تؤدي إلى انزعاج أو ألم في الأذنين. لذا زُوّدت كبائن المصاعد بأنظمة تنظيم الضغط الداخلي (Pressure Equalization Chambers) من أجل موازنة الضغط تدريجياً أثناء الحركة الصاعدة والهابطة.

• العزل الحراري والاهتزازي: تختلف درجات الحرارة والرطوبة داخل البئر العمودي للمصعد مع تغيّر الارتفاع، ولذلك تم تصميم الحجرات بمواد عازلة حرارياً وصوتياً ومزودة بأنظمة تحكم حراري دقيق (Climate Control Systems)  لضمان راحة الركّاب وثبات الأداء الميكانيكي للمكونات.

(بئر المصعد هو الفراغ الرأسي المخصص لحركة كابينة المصعد من الأسفل للأعلى، ويضم كل المكونات الميكانيكية المرتبطة به. يُبنى بعناية لضمان العزل، الحماية، وسلاسة التنقل العمودي داخل المباني الشاهقة)

• تقنيات التحكم الذكي والتنسيق الزمني: لتفادي الازدحام وتقليل زمن الانتظار داخل ناطحة سحاب تضم مئات المستخدمين في كل لحظة يتم استخدام النظام الذكي Destination Control System (DCS) الذي يخصص المصعد الأمثل بناءً على وجهة الراكب قبل دخول الكابينة ويعيد توزيع الحركة حسب الأحمال اللحظية.

• أنظمة الأمان عالية الأداء: جميع المصاعد مزودة بأنظمة كبح مغناطيسي إلكتروني (MagLev Braking)  ونظام طوارئ ذاتي قادر على التوقف الآمن عند انقطاع التيار أو خلال الزلازل.

خاتمة

على الرغم من أن ماليزيا سرقت ترتيب برج شنغهاي إلا أنه ليس مجرد ناطحة سحاب عادية، بل مخطط دقيق لمستقبل المدن الذكية. من أعماق أساساته إلى قمّته الشاهقة، بات هذا البرج يمثل تجسيداً عملياً لكيفية دمج التقنية والاستدامة والهندسة في مشروع واحد. وإذا كانت الأبراج تُقاس بعلوّها، فإن برج شنغهاي يُقاس برؤيته. فهل سنرى مدن أخرى تستلهم منه وتخطو بخطى مماثلة نحو هندسة أكثر ذكاء واستدامة؟