本文由佛罗里达国际大学的四位教职员工撰写:Richard Olson, Ameyu Tolera, Arindam Chowdhury和Ioannis Zsis。

在迈阿密的一个机库里，工程师们正在重建一些有史以来袭击陆地的最强大的飓风。这些5级大风可以在眨眼间摧毁一座测试建筑。

然而，它们的力量还不足以跟上自然的步伐。

当工程师们建造风之墙十年前在佛罗里达国际大学的测试设施，它的灵感来自安德鲁飓风1992年，一场可怕的风暴摧毁了南佛罗里达州。

该设施旨在测试建筑物抵御时速高达160英里(257公里/小时)的风力的能力。现在，我们看到了多里安人的飓风2019年，它以184英里/小时(296公里/小时)的风速摧毁了巴哈马群岛的社区飓风帕特丽夏2015年，墨西哥海岸的风速达到了215英里/小时(346公里/小时)。

研究表明热带风暴是提高强度随着气候变化，海洋和空气温度上升。设计房屋和基础设施以抵御像多里安这样的未来风暴，将需要新的测试设施，远远超出今天的能力——我们认为应该称之为6级风暴。

风之墙

目前，在美国一所大学中，只有一个与实物大小相同的测试设施能够产生5级风，这是目前最强的飓风级别。这是风之墙．

设施的一端是12个巨型扇子组成的弧形墙每个人都和普通人一样高。它们一起工作，可以模拟时速160英里的飓风。水射流模拟风驱动的雨。在另一端，建筑向一个大领域开放，在那里工程师可以看到结构是如何以及在哪里崩溃的，碎片会飞起来。

我们在这里创造的强大风暴使我们和其他工程师能够探测建筑和设计中的弱点，跟踪贯穿建筑物的故障，并在接近现实世界的风暴条件下测试创新解决方案。摄像机和传感器捕捉到建筑物、屋顶材料和其他物品的每一毫秒——或者，同样重要的是，不会失败。

这里十年的研究帮助了建筑商和设计师降低损坏的风险．这在天气预报员发出警告时很有用，2022年也是如此在飓风肆虐的季节几个主要飓风．

飓风测试的经验教训

我们已经在破坏性测试中发现一个结构通常会在不到一秒的时间内分崩离析。只需要风穿透最薄弱的地方。

当飓风多里安袭击巴哈马群岛时，许多不太好的建筑房屋变成了弹片，这就产生了另一个问题。一旦建筑倒塌，即使是附近的房屋也会因为飞扬的碎片而陷入困境。我们的测试表明一栋建筑的碎片如何在130-140英里/小时或更高的持续风速下，摧毁下一栋建筑，然后再摧毁下一栋建筑。

屋顶往往是最薄弱的一环。屋顶是受到抬升力的在暴风雨期间，所以风打在建筑物表面需要能够逃脱。当风在这条路径上碰到物体时，就会造成破坏。

新的设计正在改进建筑物抵御极端大风的能力。例如,风暴可以产生强大的漩涡——在建筑物边缘像螺旋锥一样旋转的风，可以刮掉屋顶材料，最终将屋顶抬高。一项创新是使用水平风力涡轮机沿着屋顶的边缘可以分散风，同时发电，一举两得。

建筑物的形状也可以制造弱点或帮助偏转风。你会注意到，大多数现代高层建筑都避开了尖角。测试表明更多的梯形或者圆形边缘可以减少建筑物的风压。

更好的安全性并不需要付出代价。一个实验表明升级只需250美元是一栋小屋大小的小建筑经受住3级风暴的区别。飓风的肩带把屋架固定在房子的四周。环柄钉它比光滑的钉子更能抵御风力。飓风百叶窗也要封锁入口，因为风可以穿透入口，引发灾难性的故障。

安装也很重要，这有助于解释为什么看起来符合建筑规范要求的屋顶仍然会在飓风中倒塌和飞起。

我们所做的实验已经表明，一个边缘系统——墙壁和屋顶之间的金属元件——如果安装得太高或太低半英寸，就会在低风力下过早失效，尽管该系统的设计可以抵御5级飓风。安装沥青瓦和瓦片的屋顶工人在密封边缘时可能需要超出当前的规范防止它们在暴风雨中失效．

扩大测试:200英里每小时的大风+风暴潮

虽然工程师们通过测试获得了知识，但是风暴的性质正在改变随着地球变暖。

变暖的温度——通过增加燃料人类活动产生的温室气体排放使空气能容纳更多的水分，而温暖的海洋能提供更多的能量燃料飓风．研究表明更大更强烈的风暴这是更重的水移动速度变慢会给受灾地区带来更多的风、风暴潮、洪水和碎片。

一个研究估计如果2008年袭击德克萨斯州加尔维斯顿的飓风艾克(Ike)在21世纪末出现在预期的更温暖的气候中，其风力将增强13%，移动速度将放缓17%，湿度将增加34%。

像这样的风暴正是我们与其他八所大学合作的原因设计一个新设施为了测试建筑在200英里/小时(322公里/小时)的风速下的性能，用一个水盆来测试高达20英尺(6米)高的风暴潮和海浪的影响。

计算机可以模拟这些结果，但它们的模型仍然需要物理实验来验证。通过结合风、风暴潮和波浪作用，我们将能够看到整个飓风，以及所有这些成分如何相互作用，影响人类和建筑环境。

灾难测试正在寻找使房屋更安全的方法，但这取决于房主确保他们了解房屋结构的弱点。毕竟，对大多数人来说，房子是他们最宝贵的资产。

---

本文最初发表于谈话．