برج العرب، مهندسی هفت ستاره

برج العرب، نام یک هتل لوکس و مجلل در دبی است. این سازه‌ مجلل و عظیم با ۳۲۱ متر ارتفاع، عنوان هفتمین هتل بلند جهان را یدک می‌کشد. این سازه بر روی جزیره‌ای مصنوعی در ۲۸۰ متری ساحل جمیرا ساخته شده است و معماری آن الهام گرفته از بادبان کشتی است.

در طول قرن‌ها شغل اصلی افراد ساکن آن منطقه (دبی کنونی) ماهی‌گیری در دریای خلیج فارس بود و این کار را نیز غالبا با کشتی‌های بادبانی مخصوصی انجام می‌دادند، به همین دلیل از آن‌جایی‌که برج العرب کنونی، در مجاورت دریای خلیج فارس و در کنار ساحل حمیرا ساخته شده است، نمای آن به‌شکل بادبان یک کشتی طراحی شده است!

در ارتفاع ۲۱۰ متری این برج، سکوی مخصوص فرود بالگرد به‌منظور رفت‌وآمد سیاست‌مداران و افراد مشهور ساخته شده است، که البته در طول سالیان مختلف شاهد وقایع جالب بسیاری بوده است، که می‌توان به موارد زیر اشاره کرد؛

• ۲۰۰۴: تایگر وودز، اسطوره‌ ورزش گلف تعدادی توپ گلف را به‌سمت دریای خلیج فارس پرتاب کرد.
• ۲۰۰۵: یک مسابقه‌ی تنیس میان راجر فدرر سویییسی و آندره آغاسی آمریکایی برگزار شد.
• ۲۰۰۶: رونان کیتینگ موزیک ویدیوی آهنگ جدید خود را بر روی سکوی فرود بالگرد برج العرب ضبط کرد.
• ۲۰۱۳: به مناسب صدمین سالگرد کمپانی ماشین سازی استون مارتین، از مدل ونکویش این ماشین رونمایی شد.

جالب است بدانید، که این باند هیچ باند و محافظی ندارد و سرعت باد در آن از ۴۰ کیلومتر بر ساعت تجاوز می‌کند.

ارتفاع برج العرب

همان‌ طور که اشاره شد، برج العرب اکنون هفتمین هتل مرتفع جهان است، این برج در زمان آغاز ساخت، بلندترین هتل جهان بود، اما در سال‌های اخیر با پیشرفت تکنولوژی و فراگیرترشدن هتل‌سازی به‌خصوص در دبی، برج العرب اکنون در رده‌ی هفتم مرتفع‌ترین هتل‌های جهان قرار گرفته است. البته بسیاری از هتل‌هایی که در لیست نامشان بالاتر از برج العرب قرار گرفته است، کاربرد اداری نیز دارند. اگر تنها و تنها ملاک هتل بودن را مدنظر قرار دهیم، برج العرب سومین هتل بلند جهان است. اولین و دومین کدام‌ها هستند؟ در تصویر زیر ببینید.

شاید بد نباشید بدانید، که در لیست ده هتل مرتفع جهان، ۶ هتل در امارات متحده‌ی عربی قرار دارد.

بلندترین برج های جهان

طراحی و معماری

یکی از ویژگی‌های اصلی نمادها و نشانه‌های شهری منحصر به فرد بودن آن‌ها است. در تعریفی دیگر می‌توان گفت؛ یکی از ویژگی‌های نمادهای شهری، زمینه‌ تکراری با جزئیات تکراری است. در واقع یک سازه‌ی نمادین پس از خودنمایی در سطح شهر، افراد را طوری جذب و ذهنشان را درگیر می‌کند، که تا مدت‌ها در آن منطقه از شهر به نمادی مشخص تبدیل می‌گردد و در واقع جزو شاخصه‌های شهری می‌شود.
برج العرب نه‌تنها یک هتل نمادین است، بلکه به‌عنوان نماد یک کشور و حتی فراتر از آن، نماد یک منطقه وسیع جغرافیایی است.

تیم طراحی برج‌العرب

طراحی برج العرب توسط شرکت مشاورین Atkins به رهبری تام رایت انجام شد. هنگامی که او رهبری این ابر پروژه‌ را پذیرفت، تنها ۳۶ سال داشت و میانگین سنی تیم‌فنی او کمتر از ۳۴ سال بود. تجربه‌ اندک تیم فنی یکی از مسائلی بود، که در آغاز نگران‌کننده به نظر می‌رسید.

پروژه‌ی ساخت برج العرب از سال ۱۹۹۴ آغاز شد. مدیریت ساخت و ساز این پروژه را یک مهندس کانادایی به نام ریک گریگوری انجام داد. معماری بیرونی برج العرب شباهت زیادی به برج ۱۴۵ متری واسکو دوگاما واقع در لیسبون پرتغال دارد.

این سازه بر روی یک جزیره‌ی مصنوعی قرار گرفته است. در ساخت این جزیره بیش از ۲ هزار کارگر همزمان مشغول به کار بوده‌اند، تا روند ساخت و ساز تسریع یابد.

تام رایت می‌گوید:

آن‌ها [هلدینگ جمیرا] به‌دنبال ساخت سازه‌ای بودند، که تبدیل به سمبلی برای دبی شود. چیزی شبیه به ساختمان اپرا هاوس در سیدنی، ساعت بیگ بن در لندن یا برج ایفل در پاریس! به همین منظور، باید نامی را برای این سازه انتخاب می‌کردیم که ارتباط معنایی با آن شهر و کشور می‌داشت.

این پروژه‌ی عظیم در عرض تنها ۵ سال به سرانجام رسید و در دسامبر ۱۹۹۹ از هتل برج‌ العرب رونمایی شد. اگر از سمت دریا به برج العرب نگاه کنید، شکل صلیبی در نمای شمالی آن پدیدار می‌شود و همین اتفاق به محل مناقشه‌ای میان بزرگان امارات متحده عربی تبدیل شده بود. در نهایت با پیشنهاد حاکم دبی مبنی بر ممنوعیت صدور مجوز برای قایقرانی و پرواز از ضلع شمالی، این قائله خاتمه یافت.

نمای صلیبی برج العرب از دریا

به هتل مجلل برج العرب خوش آمدید

همان‌ طور که از ابتدای متن نیز اشاره شد، برج العرب یکی از مجلل‌ترین و لوکس‌ترین هتل‌های جهان است. بنابراین چندان دور از انتظار نیست که در ساخت سوییت‌ها و فضای داخلی آن از زینتی‌ترین کالاهای ممکن استفاده شود.

سوییت‌ها و معماری داخلی

در طراحی و ساخت نمای داخلی تمامی اتاق‌های این هتل از طلا استفاده شده است! شاید کمی عجیب به نظر برسد، ولی با تردد در هریک از قسمت‌های برج العرب، گویا در معدنی از طلا قدم بر می‌دارید

برخلاف عظمت و بلندی برج العرب، این هتل تنها ۲۸ طبقه‌ی دوگانه دارد و مجموعا دارای ۲۰۲ اتاق خواب است، که همگی آن‌ها سوییت‌هایی دوبلکس هستند. کوچکترین سوییت این هتل ۱۶۹ متر مربع و بزرگترین سوییت آن ۷۸۰ متر مربع وسعت دارد. طراحی داخلی هتل از ستون های سفید توسکانی و راه پله‌های مارپیچ مرمری با برگ‌‌های کار شده بر روی نرده‌ها ، تشکیل شده است. کف و دیوار حمام‌های SPA از موزاییک‌هایی با معماری عربی پوشیده است. در نهایت می‌توان گفت، که طراحی داخلی این هتل ترکیبی از معماری شرقی و غربی است.

گران‌ترین سوییت این هتل به‌ازای هر شب، ۲۴ هزار دلار قیمت گذاری شده است، تا برج العرب را در رده‌ی ۱۲مین هتل گران‌قیمت جهان قرار دهد. جالب است بدانید، که این هتل مرتفع در میان چینی‌ها محبوبیت ویژه‌ای دارد، به‌طوری که در سال ۲۰۱۱ و ۲۰۱۲ نزدیک به ۲۵درصد از مشتریان این هتل، چینی‌ها بودند.

سوئیت‌های سلطنتی ۲ خوابه برج العرب

از مجموعه‌ی سوییت‌های برج العرب می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• سوییت‌هایی با اتاق‌های بسیار لوکس
• سوییت‌هایی به‌همراه نمای پانورما یا به عبارتی نمای ۳۶۰ درجه
• سوییت‌های ورزشی و باشگاهی
• سوییت‌هایی با کاربرد دوگانه
• سوییت‌های مختص ریاست جمهوری
• سوییت‌های ویژه‌ی سلطنتی

رستوران و امکانات رفاهی

رستوران المنتها: در داخل هتل برج العرب انواع و اقسام رستوران‌ها و مکان‌های تفریحی که تصورش را داشته باشید، وجود دارد. یکی از جالب‌ترین رستوران‌های این هتل «المنتها» نام دارد، که در ارتفاع ۲۰۰ متری از خلیج فارس (سطح دریا) قرار دارد. این رستوران چشم‌انداز بی‌نظیری به شهر دبی و همچنین خلیج فارس دارد. برای رسیدن و استفاده از این رستوران از آسانسور شیشه‌ای برج استفاده می‌کنند که نمایی پانوراما به شهر دبی دارد.

رستوران المهرا: علاوه بر رستوران المنتها، رستوران مجلل دیگری در این هتل وجود دارد که جزو ۱۰ رستوران برتر جهان است. نام این رستوران «المهرا» به معنی صدف است. برای دسترسی به این رستوران باید از نوعی وسیله که بسیار شبیه به یک زیردریایی است، استفاده کنید. در این رستوران غذاهای دریایی سرو می‌شود. در داخل این رستوران آکواریومی عظیم به گنجایش ۹۹۰ هزار لیتر آب قرار داده شده است! برای ساخت این آکواریوم از شیشه‌ی آکلریک به قطر ۱۸ سانتی‌متر ساخته شده است، تا فشار عظیم این حجم از آب را تحمل کند.

همچنین این هتل دارای انواع و اقسام استخرهای روباز، سربسته و سالن‌های ماساژ است.

علم در خدمت تجمل

تا بدین‌جای مقاله، با بخش‌های مختلف این ابرسازه آشنا شدید، حال نگاهی فنی‌تر به ساخت این آسمان خراش می‌اندازیم.

بدیهی است که برای ساخت ابرسازه‌ای به ارتفاع ۳۲۱ آن هم بر روی یک ساحل مصنوعی، باید با هزاران چالش مهندسی رو‌به‌رو شد و تک تک آن‌ها را با موفقیت از سرگذراند. هرچه ارتفاع یک سازه افزایش می‌یابد، کوچک‌ترین اشتباه‌ها، گزاف‌ترین هزینه‌ها را در برخواهد داشت.

برج العرب نیز از این قاعده مستنثی نیست، چرا که علاوه بر ارتفاع زیاد، در کنار دریا و بر روی ساحلی مصنوعی ساخته شده است و همین موضوع اهمیت علم فیزیک و مهندسی را در ساخت این ابرسازه بیش از پیش مشهود می‌سازد.

در ادامه‌ی این مقاله با ۴ چالش جدی که مهندسان برای ساخت این هتل روبه‌رو بودند، آشنا می‌شویم و به تحلیل راه‌حل‌هایی که برای حل آن ارائه شد، می‌پردازیم.

چالش اول: جزیره‌ی مصنوعی

همان‌ طور که اشاره کردیم، برج العرب بر روی جزیره‌ای مصنوعی قراردارد. ساخت و آماده‌سازی این جزیره یکی از مهم‌ترین و در عین‌حال حیاتی‌ترین بخش‌های پیشبرد این پروژه بود، چرا که قرار بود ابرسازه‌ای ۳۴۱ متری بر روی آن قرار گیرد.

این جزیره‌ی مصنوعی در فاصله‌ی ۳۰۰ متری ساحل جمیرا و عملا در میانه‌ی خلیج فارس سر از آب بیرون آورده است. طوفان‌های دریایی و بادهای سهمگین که گاه سرعت‌شان به ۱۵۰ کیلومتر بر ساعت می‌رسد، از مهم‌ترین عوامل طبیعی هستند، که چراغ خطر را برای سازندگان این پروژه به صدا در آورده بودند.

ساخت جزیره‌ی مصنوعی با قرار دادن سنگ‌های عظیم و بتن‌ریزی در اقیانوس آغاز شد. برای انجام این کار پایه‌هایی در سطح دریا قرار داده شد و سپس فاصله‌ی میان این پایه‌ها با سنگ و شن پوشیده شد.

پس از پوشیده شدن فضا از شن، پایه‌های اولیه از آب بیرون کشیده شد و پایه‌های اصلی در داخل زمین قرار داده شدند.

شاید این سوال پیش بیاید، که چگونه پی ساختمانی به این عظمت از شن ساخته شده است؟

و پاسخ این سوال؛ اصطکاک است.

از آن‌جایی شن‌ها کاملا فشرده شده‌اند، هنگامی که یک پایه را درون سطح شنی قرار می‌دهیم، میان هر دانه شن، با پایه یک اصطکاک پوستی وجود دارد. تجمع میلیاردها دانه شن، سبب ایجاد نیروی اصطکاک به‌شدت زیادی می‌شود، به‌طوری که پایه قرار گرفته درون شن، کاملا سفت و محکم در جای خود قرار می‌گیرد و تکان نمی‌خورد.

البته پیش از اجرای این طرح از شن‌های منطقه آزمایش‌های مختلفی گرفته شود، تا مشخص شود که آیا آن‌ها تحمل وزن بسیار زیاد برج العرب را خواهند داشت، یا دچار فرو ریزش می‌شوند. نتایج آزمایش‌های مثبت بود و بنابراین اجرای این طرح ادامه یافت.

برای ساخت برج العرب ۲۳۰ پایه‌ی بتنی به طول ۴۵ متر در عمق دریا قرار داده شده است. همچنین قطر هریک از پایه‌های بتنی ۱.۵ متر است.

پس از آن‌که ساختار اولیه جزیره شکل گرفت و مهندسان از چالش ساخت یک برج ۳۴۱ متری بر روی شن به سلامت گذر کردند، چالشی دیگر پدید آمد. طوفان‌های دریایی قدرت تخریب بسیار بالا و هزاران ژول انرژی دارند. بنابراین برخورد این طوفان‌‌ها با هر چیزی می‌تواند به تخریب یا آسیبی جدی منجر شود . جزیره‌ مصنوعی ساخته شده نیز از این قاعده مستثنی نیست و باید چاره‌ای برای این گذر کردن از این رخداد طبیعی اندیشید.

پس از مدتی تحقیق و بررسی یک ایده‌ی طلایی، به شاه کلید حل این مشکل تبدیل شد. مهندسان با استفاده از بتن، نوعی شکل هندسی ساختند که با قرارگرفتن در کنار یک‌دیگر، علاوه بر اینکه زیبایی دوچندانی به جلوه‌ برج العرب می‌افزاید، به‌دلیل ساختار مشبک، انرژی آب را می‌گیرند و مانع از وقوع آسیب و خسارت به سازه می‌گردند.

هنگامی که جریان آبی پر قدرت وارد این شبکه‌ی مشبک می‌شود، بخش عظیمی از انرژی خود را از دست می‌دهد و دیگر نگرانی بابت آسیب به سازه وجود ندارد. برای افزایش ضریب اطمینان، جزیره‌ مصنوعی ۷.۵ متر بالاتر از سطح دریا ساخته شده است.

چالش دوم: گرمای وحشتناک و انبساط

دمای هوای دما دبی، در ساعاتی از روز به ۴۹ درجه سلسیوس نیز می‌رسد. همان‌ طور که می‌دانید، بیشتر اجسام با افزایش دما، دچار افزایش حجم می‌شوند. فلزات نیز جزو آن از دسته از موادی هستند، که واکنشی سریع به تغییرات دمایی دارند و دچار انقباض (در صورت کاهش دما) یا انبساط (در صورت افزایش دما) می‌شوند. تغییرات طولی فلزات در ساعات مختلف شبانه روز، از دیرباز چالشی مهم برای مهندسان بوده است.

به همین دلیل در کف بعضی پیاده‌روها باریکه‌هایی از فضای خالی در نظر گرفته می‌شود و گاهی اوقات در تابستان یک در به‌سختی باز و بسته می‌شود.

برج العرب از اسکلتی فولاد و یک قاب بیرونی ساخته شده است. طول هریک از ۶ تیرک فولادی که متحمل وزن ساختمان هستند، ۸۵ متر است. در گرمای شهر دبی، احتمال انبساط (افزایش طول) فولاد تا ۵ سانتی‌متر نیز وجود دارد و این اتفاق برای ساخت ابرسازه‌ای مانند برج العرب که تمامی محاسباتش باید به دقیق‌ترین شکل ممکن انجام شود، یک فاجعه تلقی می‌شود. چرا که اجزای نگهدارنده‌ ساختمان باید به یکدیگر متصل شوند و افزایش طول، انجام این کار را به‌شدت سخت می‌کند.

به‌طور مثال دو فلز را در نظر بگیرید که بر روی هم قرار گرفته و منطبق شده‌اند و قرار است به‌وسیله‌ پیچی این دو را بهم متصل کنیم. هنگامی که دما را افزایش می‌دهیم، سطحی رویی افزایش طول داده، در حالی که سطح زیرین تقریبا بی‌تغییر باقی می‌ماند، در نتیجه دیگر پیچ ما از دو سوراخ عبور نخواهد کرد، چرا که دیگر بر هم منطبق نیستند!

تغییرات دمایی وسیع در ساعات مختلف شبانه‌روز آن هم در شهری مانند دبی که کویری است، رخدادی حتمی است و هیچ راهی برای جلوگیری از آن وجود ندارد. این یعنی تیرک‌های فولادی برج در ساعات مختلف روز، افزایش و کاهش طول را تجربه خواهند کرد و اگر چاره‌ای برای این واقعه نیاندیشیم، برج کج‌ومعوج و در نهایت تخریب خواهد شد و این دقیقا یک فاجعه است!

شاه کلید حل این مشکل این بار در اجزای موتور ماشین پیدا شد، ابزاری مکانیکی به نام «بادامک»!

پیش از ادامه‌ی بحث بد نیست کمی بیشتر درباره‌ی بادامک بدانیم؛

[box type=”info” align=”aligncenter” class=”” width=””]بادامک چیست؟

بادامک، وسیله‌ای مکانیکی است که معمولا برای تبدیل حرکت چرخشی به حرکت خطی استفاده می‌شود. حرکت خطی، به‌صورت نوسانی و رفت و برگشتی خواهد بود. بادامک در هنگام چرخش، با میله‌ای ارتباط دارد، که پیرو نامیده می‌شود. به‌طور کلی، هنگامی که دو عضو، از طریق تماس در سطوح مختلف، به یکدیگر متصل باشند، مفصل بادامکی تشکیل می‌شود. در این حالت، عضو ورودی که معمولا شکل نامنظمی دارد، بادامک و عضو خروجی، پیرو نامیده می‌شود. انتقال حرکت از بادامک به پیرو، به صورت تماس مستقیم است. در زوج بادامک-پیرو، غالبا بادامک می‌چرخد و پیرو، حرکتی خطی دارد. حرکت‌های پیچیده‌ای که در حالت عادی، انجام آن دشوار است، به کمک بادامک بسیار راحت خواهد بود! از بادامک‌ها به‌طور گسترده در موتورهای احتراق داخلی، ماشین‌های چاپ، صنایع نساجی استفاده می‌شود. در برخی از مکانیزم‌های بادامک، علاوه بر بادامک و پیرو، به یک قاب هم نیاز است تا پیرو در مسیر هدایت شده حرکت کند. شکل زیر، نمونه ساده‌ای از تماس بین بادامک و پیرو را نشان می‌دهد.[/box]

بادامک‌ها کاربردهای بسیار زیادی دارند. به‌عنوان مثال می‌توان به مواردی از قبیل: اتوماسیون ماشین‌آلات، صنایع نساجی، ماشین‌های خیاطی خانگی، نوار نقاله، دستگاه‌های پرس، دستگاه‌های برش‌دهنده چرخ‌دنده و ماشین تراش اشاره کرد. بادامک‌ها در موتورهای احتراق داخلی هم کاربرد زیادی دارند. در این موتورها برای باز و بسته کردن دریچه‌های ورودی و خروجی سوخت و هوا، از بادامک‌ها استفاده می‌شود. این مطلب را در شکل زیر می‌توان دید.

در ماشین ریش تراش، محور بادامک توسط یک موتور به حرکت در می‌آید و ابزار تراشنده‌ روی لغزنده جانبی نصب شده است. با استفاده از بادامک‌های دیسکی که روی محور سوار شده‌اند، می‌توان عمق و همچنین سرعت رفت و برگشت ابزار تراشنده را تنظیم کرد. به محوری که بادامک‌ها روی آن سوار شده‌اند، میل بادامک گفته می‌شود.

حال به‌سراغ نحوه‌ی گذر از این چالش در ساخت برج العرب می‌رویم. برای منطبق ساختن دو تیرک فولادی در صحرا به ابزاری مکانیکی به نام «خارج مرکز» نیاز داریم. ساختار مکانیکی این ابزار شباهت فوق‌العاده‌ای به بادامک دارد. ابزار «خارج از مرکز» به ما اجازه می‌دهد تا سوراخ را حرکت دهیم. بدین ترتیب، هرمیزان که فلز منبسط شود، باز هم می‌توان به جابه‌جایی سوراخ، دو فلز را چفت و بست کرد.

بدین ترتیب با استفاده از ابزار خارج از مرکز، مهندسان چفت و بست‌های متحرکی ساختند تا تیرک‌های قطور فولادی قطور برج العرب را بهم وصل کنند. هنگامی که تیرک‌ها بهم وصل شدند، محل اتصال جوش داده می‌شود، بدین ترتیب ساختمان به‌شکل یک‌جا منبسط و منقبض می‌شود و دیگر نگرانی از بابت کج‌ومعوج شدن، سازه وجود ندارد.

چالش سوم: بسته شدن در

دمای داخل برج العرب همواره ۲۳ درجه سلسیوس است، اما دمای دبی در ساعاتی از روز به ۵۰ درجه نیز می‌رسد و این سخن بدین معنی است، که در ساعاتی از روز نزدیک به ۳۰ درجه اختلاف دما میان فضای داخل و خارج وجود دارد. اختلاف دما باعث ایجاد اختلاف فشار نیز می‌شود و در نهایت این اختلاف فشار می‌تواند موجب بروز بادهای شدید و حتی طوفان شود. این پدیده در ساختمان‌های بلند نمود بیشتری پیدا می‌کند. با استفاده از رابطه‌ی زیر

می‌توانیم متوجه اختلاف فشار ایجاد شده، به سبب تفاوت دمای دو محیط بشویم. همان‌ طور که در رابطه نیز مشهود است، هرچقدر ارتفاع سازه بیشتر باشد، اختلاف فشار نیز افزایش می‌یابد. در فیزیک این رخداد را «اثر دودکش» می‌نامیم.

اثر دودکش

به گرایش به بالارفتن هوا یا گازهای دیگر که به سبب پایین بودن چگالی هوای گرم نسبت به هوای اطراف خود رخ می‌دهد و در درون دودکش‌ها یا گذرگاه‌های عمودی دیگر دیده می‌شود، اثر دودکش می‌گویند.

می‌دانیم که چگالی برابر جرم تقسیم بر حجم است. بنابراین

هوای گرم، از آن‌جایی که منبسط شده، چگالی‌اش کاهش‌می‌یابد و بالا می‌رود و هوای سرد پایین می‌آید.

هوا بر اثر تفاوت در دما و فشار جا به جا می‌شود و هرچه اختلاف دما بیشتر باشد سرعت این جابه‌جایی بیشتر خواهد بود. هوای گرم تمایل دارد رو به بالا حرکت کند و از راه خروجی سامانه‌های تهویه و روزنه‌های دیگر خارج شود و جای خود را به هوای سردی که از سطوح پایین‌تر می‌آید می‌دهد. این موضوع که به آن اثر دودکشی گفته می‌شود در زمستان‌ها شدیدتر از تابستان‌ها است و می‌تواند از آن در جهت تهویه‌ی طبیعی هوا کمک گرفت.

اثر دودکش می‌تواند پدید آورند مشکلات زیادی در ساختمان‌ها باشد که از جمله می‌توان به گیرکردن در آسانسورها و درهای دیگر، ایجاد سروصدا بر اثر عبور هوا از داخل شیارها و نشت هوا اشاره کرد. در زمان آتش‌سوزی‌ها این پدیده می‌تواند دود ناشی از آتش را ۱۰ تا ۲۰ طبقه جابجا کند و موجب افزایش خسارت شود.

حال به‌سراغ برج العرب برویم، همان‌ طور که در فرمول محاسبه‌ی اختلاف فشار مشاهده کردیم. دو عامل اصلی اختلاف فشار، تفاوت دما و ارتفاع است، که از قضا در برج العرب هر دو مورد اعداد بزرگی هستند.

چرا که از طرفی با یک ابرسازه‌ی ۳۴۱ متری روبه‌رو هستیم و در سوی دیگر اختلاف دما میان فضای بیرون و خارج در ساعاتی از روز به ۳۰ درجه‌ی سلسیوس می‌رسد.

بنابراین اگر نتوانیم چاره‌ای برای حل این مشکل بیاندیشیم، باز و بسته کردن در هتل به سختی صورت خواهد گرفت و شاهد جریان‌های عظیم باد در داخل هتل خواهیم بود.

حال برای حل این مشکل ۲ راه حل داریم:

راه اول این است، که اختلاف فشار میان فضای داخل و بیرون هتل را از بین ببریم. این سخن بدین معنی است، که فضای داخل هتل، تقریبا هم‌دما با فضای بیرون باشد! چنین کاری به معنای یک خودکشی تمام عیار است، چرا که هیچکس در هتلی با دمای ۴۸ درجه سانتی‌‌گراد اقامت نخواهد کرد! پس عملا این راه‌حل به‌طور کامل منتفی است.

راه دوم این است، که روزنه‌های خروجی هتل را ببندیم. تا زمانی که فضای هتل ایزوله باشد و روزنه‌ای برای خروج گازها وجود نداشته باشد، شاهد هیچ جریان عظیم بادی و طوفان نخواهیم بود. جریان‌های بادی زمانی ایجاد می‌شوند، که روزنه‌ای برای خروج گازها فراهم شود.

اکنون ما به وسیله‌ای نیاز داریم، که از خروج هوا جلوگیری کند و فشار داخل و بیرون را از هم جدا کند! پاسخ این پرسش کمی پیچیده به نظرمی‌رسد، احتمالا به چیزی شبیه به یک ایستگاه فضایی نیاز داشته باشیم، اما جواب بسیار ساده‌تر است. کلید حل این معما، وسیله‌ای است که یقینا تا امروز بارها از آن عبور کرده‌اید؛ یک دَر چرخان!

درهای چرخان طوری طراحی شده‌اند، که هیج فضایی برای تبادل با بیرون باقی نمی‌گذارند. بدین ترتیب باوجود چرخش دائمی در، فضای داخل هتل با فضای بیرون هیچ‌گاه در تماس نخواهد بود و تبدیل به مانعی برای خروج هوا از داخل هتل می‌شود. در واقع می‌توان گفت؛ که این درها، همواره باز و در عین حال همواره بسته‌اند!

بنابراین با قراردادن یک در چرخان، دیگر نگرانی از بابت ایجاد جریان‌های باد و طوفان نخواهیم داشت.

چالش چهارم: اعوجاج هارمونیکی

فرمایشات شیخ!

پس از ساخت اسکلت اولیه‌ی برج العرب و هنگامی که معماران مشغول طراحی نمای داخل هتل بودند و پروژه در مراحل پایانی خود قرار داشت، یک درخواست جدید از شیخ محمد بن راشد آل مکتوم معادلات ساخت این برج را پیچیده‌تر از قبل کرد! شیخ محمد آل مکتوم، در آن زمان ولیعهد دبی بود و پروژه‌های عمرانی متعدد به درخواست او ایجاد شده بود.

درخواست شیخ این بود، که تا حد ممکن تمامی ابزارهای داخل سوئیت‌ها الکترونیکی باشند. بدین شکل که در هر اتاق یک لپ‌تاپ باشد و تمامی وسایل اتاق نظیر؛ پرده، چراغ‌ها، در ورودی و … مجهز به ریموت کنترل باشند. ایجاد چنین تجهیزاتی می‌تواند سبب ایجاد یک مجموعه اتفاقات خطرناک شود، چرا که برای انجام این کار می‌بایست، ساختار سیم‌کشی برج تغییر می‌کرد و همچنین ۵۰ درصد بارالکتریکی افزایش می‌یافت.

همان‌ طور که می‌دانیم جریان برابر میزان بار الکتریکی عبوری در واحد زمان است، بنابراین هنگامی که بار الکتریکی یک مجموعه ۵۰ درصد افزایش یابد، شاهد این خواهیم بود که جریان عبوری از سیم‌ها نیز افزایش چشم‌گیری خواهد داشت. افزایش جریان می‌تواند سبب آتش‌سوزی و ذوب شدن سیم‌ها و در نهایت رخ دادن یک فاجعه بشود! بنابراین تیم مهندسی برق برج العرب می‌بایست چاره‌ای برای حل این مشکل می‌یافتند.

در برج العرب هر سوئیت نزدیک به ۱۴ کیلووات انرژی مصرف می‌کند، این عدد چیزی برابر ۸ برابر مصرف انرژی در یک سوئیت معمولی در اروپا است.

از آن‌جایی‌که برج العرب شامل ۲۰۲ سوئیت است، انرژی لازم برای تامین برق برج العرب، حدودا برابر شهرکی با ۶ هزار نفر جمعیت است! تمامی پرده‌های این هتل مکانیسمی الکتریکی دارند و نزدیک به ۵۲ هزار لامپ در داخل سازه وجود دارد.

برای مدیریت این حجم عظیم جریان الکتریکی، بیش از ۵۰۰۰ کیلومتر سیم‌کشی در داخل ساختمان قرار داده شده است. این حجم عظیم از جریان الکتریکی می‌تواند سبب اختلالی به «اعوجاج هارمونیکی» شود. پیش از آن‌که به‌سراغ راه‌حل عبور از این مشکل برویم، بد نیست کمی بیشتر با پدیده‌ی اعوجاج هارمونیکی آشنا شویم؛

اعوجاج هارمونیکی چیست؟

THD یا «اعوجاج هارمونیکی کل» یک پارامتر کیفی است، که نشان‌دهنده میزان نزدیکی شکل موج یا سیگنال به‌شکل موج سینوسی است. مقدار THD برحسب درصد نشان داده می‌شود و هرچقدر میزان THD کمتر باشد، شکل موج سینوسی کیفیت بهتری دارد و تجهیزاتی مانند پی ال سی (PLC)، مانیتورهای صنعتی (HMI)، سنسورها و … می‌توانند، سیگنال‌ها را بهتر تجریه و تحلیل کنند. به‌طور مثال؛ اگر یک نوازنده ویلون بتواند یک نت را صاف و بدون اختلال (noise) بنوازد، می‌گوییم که او یک سیگنال با اعوجاج هارمونیکی کمتری ایجاد کرده است.

عوامل تولیدکننده هارمونیک

یکی از اصلی‌ترین عواملی که موجب ایجاد هارمونیک می‌شود، استفاده از بارهای خطی در سیستم است که سبب تولید سیگنال‌های غیر سینوسی در جریان و ولتاژ در شبکه قدرت می‌شود،این اتفاق خود به‌تنهایی اعوجاج را در موج اصلی جریان و ولتاژ پدید می‌آورد. اعوجاج ولتاژ با افزایش بارهای غیرخطی در سیستم‌های قدرت ایجاد می‌شود، که باتوجه‌به امپدانس سیستم با حرکت به‌سمت بارها افزایش می‌یابد.

اثرات مضر هارمونیک به دو دسته کلی تقسیم می‌شود:

هارمونیک جریان

هارمونیک ولتاژ

هارمونیک‌ها می‌توانند موجب اختلال در عملکرد سیستم‌های کنترل حفاظتی و ارتباطی، صدمات در ترانسفورماتورها، موتورها، رساناها و در نهایت سبب افزایش جریان خازن‌ها شوند.

تاثیر عمده هارمونیک‌های ولتاژ چنین است:

گرم شدن بیش از حد ماشین‌ها و کابل‌های برق و الکتروموتورها

خراب شدن بانک‌های خازنی

همچنین تاثیر عمده هارمونیک‌های جریان نیز چنین‌اند:

ایجاد اختلال در سیستم‌های مخابراتی که میزان آن به‌اندازه و مسیر هارمونیک‌ها بستگی دارد.

ایجاد خرابی بیش از حد در ترانس‌ها و دستگاه های برقی

افزایش میزان خسارت در خطوط انتقال

برای موارد دیگر تاثیرات هارمونیک می‌توان به هارمونیک موجود در دستگاه‌های اندازه گیری اشاره کرد. علاوه بر این، هارمونیک‌ها موجب اختلال در عملکرد رله‌ها، فیوزها، کلیدها و سیستم‌های کنترل از راه دور می شوند.

بنابراین می‌توان پیش‌بینی کرد که اگر راه‌حلی مناسب برای جلوگیری از اعوجاج هارمونیکی اندیشیده نشود، در جایی مانند برج‌العرب شاهد یک فاجعه‌ی عظیم و آتش‌سوزی احتمالی خواهیم بود.

مهندسان برق این سازه، برای عبور از این چالش به‌سراغ دستگاه فیلترینگ امواج رفتند. ساختار عملکرد این دستگاه چیزی شبیه به هدفون‌های noise-cancelling است. این دستگاه در ابتدا اعوجاج را شناسایی می‌کند، سپس به‌تناسب آن موج، یک موج ارسال می‌کند تا در نهایت پس از تداخل این دو موج، یک موج سینوسی تشکیل شود. به این راهکار فیلترینگ فعال می‌گویند.

از ویژگی‌های این روش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد

• بدون محدودیت در جریان هارمونیک
• تعادل نیروی واکنشی
• خطر تقویت هارمونیک‌ها در صورت اصلاح شبکه
• خطر اضافه‌ بار ایجاد شده به‌دلیل آلودگی بیرونی

بدین ترتیب مهندسان برق این سازه از مهم‌ترین چالش الکترونیکی این ابرسازه به‌سلامت عبور کردند.

دیگر حقایق و آمار و ارقام برج العرب

• ساخت جزیره‌ای که برج بر روی آن بنا شده است، سه سال به طول انجامید. در حالی‌که ساختن خود ساختمان کمتر از سه سال زمان برد.
• در ساخت این سازه بیش از ۷۰۰۰۰ متر مکعب سیمان و ۹۰۰۰ تن فولاد استفاده شده است.
• بیش از ۱۶۰۰ کارمند از ۷۵ کشور دنیا در این هتل مشغول به کار هستند.
• پارک آبی وایلدوادی یکی ازپیشرفته ترین پارک های آبی در دنیا است. ساکنین هتل برج العرب به‌صورت رایگان و نامحدود به این مکان دسترسی دارند. همچنین خدمات حمل‌ونقل رایگان به این مکان نیز موجود است.
• ۷ طبقه از برج العرب در زیر آب است.
• این برج در طی ۵ سال با ۳۰۰۰ کارگر و معماران برتر جهان، با صرف هزینه‌ای نزدیک به ۶۵۰ میلیون دلار ساخته شده است.
• کسانی که در هتل برج‌ العرب اتاق رزرو می‌کنند، در طول اقامت خود در این هتل یک ماشین رولز رویس با راننده در اختیار دارند
• تمیز کردن شیشه های این برج بیش از یک ماه زمان میبرد.

بدین ترتیب اولین قسمت از مجموعه مقالات «بی‌نهایت به زبان ساده» در این جا به پایان می‌رسد. حتما ما را از نظرات خود آگاه کنید و پیشنهاد‌های خود را برای ما بنویسید. در قسمت آینده به‌سراغ یک سازه‌ی شگفت‌انگیز دیگر خواهیم رفت.