设计者海默尔夫妇是在荷兰阿姆斯特丹家中的厨房，完成了第一个塔的模型。他把一些弹性橡皮绳绑在两个椭圆形的木盘之间。“当我开始旋转顶部椭圆的时候，一个复杂的形状出现了！我开始激动起来，从这个简单的想法开始，我们把它发展成一个建筑物。”

　　“电视塔的审美疲劳已经延续了很长时间。历史上的摩天建筑都很阳刚，棱角分明，简洁沉重，楼层重复，而我们设计的电视塔曲线轻盈，空间和楼层平面的尺度具有多样性，具有阴柔的感觉，简单地说就是性感和复杂兼备。”马克·海默尔把自己的设计定位为“女性化”“有点像是女式礼裙”。

　　这个灵光一现的设计，在2004年广州举办新电视观光塔的的竞标中，从14家国际竞标者中脱颖而出。那时候，广州塔具备了现在的基本特征：塔身和天线桅杆总高610米(后因航空要求缩短10米)，用数十根柱子连接的两个椭圆平面，以及腰部扭转的形态。

　　“一般的塔，都是比较单一对称的形式，下面大一些，上面小一些，比较常见，但是我们完全把塔的概念突破了，它是一个扭转不对称的形式，这个形式是非常独特的，这也是塔在概念上的很大突破。”桌上放着水晶广州塔模型，对着南都记者，赵宏，奥雅纳工程顾问公司深圳分公司的副总工程师，熟练地开始了他五年来无数次演示中的一次。作为一名结构专家，他有20年的工程设计经验，主要参与的项目包括上海静安嘉里和北京央视住楼。这次，他是广州塔项目的工程设计总负责人。

　　建筑设计师的诗意，要真正如他描绘的那样，在珠江边屹立起来，转动城市的风水能量，需要工程技术上的严谨表达。赵宏从这里开始，进入这个故事。

　　腰到底能多细塔的腰围一直在变化，最后确定了一个能够保证结构安全的核心筒大小，在腰部，这个内筒跟外筒之间只有1米到1·5米不等

　　海默尔夫妇的荷兰IBA事务所才开业5年，默默无闻。他们的设计非常新颖，但单单如此，没有把握中标。他们因此联系了阿姆斯特丹的奥雅纳工程顾问公司(A R U P)寻求合作，奥雅纳是全球著名的工程公司，当时正在进行鸟巢、水立方项目等奥运设施的建设。

　　双方的联合，是IBA出设计方案，奥雅纳提供具体工程方案，评标过程中，广州市设计院加入合作。荷兰建筑师做到方案阶段，结构和机电工程由奥雅纳从方案阶段做到初步设计，把设计成果给广州市设计院做施工图。三方在每个阶段角色不同。

　　当“小蛮腰”方案入围最后三名决选，海默尔夫妇刚刚迎接二女儿的出生。然而，即便是他们有经验的合作伙伴，此时也对这个方案相当怀疑。

　　“计算机可以形成各种各样的形状，这个形状能不能站立起来，由什么组成，性能是什么样的，这些最初是完全不知道的。”赵宏告诉南都记者，“在概念竞赛的时候认识还是很粗浅的，完全是从建筑的角度给人家看，后来随着塔的结构和建筑之间的互动，一步一步把它每一点怎么实现进行落实，到了方案的后期信心才慢慢建立。”

　　海默尔夫妇制作了一个电脑模型，演算环梁的数量，支柱的数量和腰身的尺寸。最后他们发现，把笨重的36根柱子减为24根，“少女”就能拥有完美尺寸。

　　“大家都希望这个腰很细，最初是设计师希望腰细，业主看到后也希望腰细。但是细到什么程度才能够使塔站起来，这是重要的问题。对于结构来说，到了一定程度，再细就有安全问题了。另外每细一点，用到的钢材费用也要增加。”赵宏说，设计图每缩减1米，就要多加2000到4000吨钢材。于是，塔的腰围一直在变化，很晚才确定下来———塔底的椭圆大小是60×80米，顶部是40.5×54米，最细的腰部是280米的位置，20.88×36米，是用计算机找到的最佳数据。

　　腰围并不能随意剪裁。在“礼裙”的内部，一个混凝土的核心内筒贯穿塔体始终，与网格的柱子共同支撑起整个结构。

　　“这个腰能细到多少，有几个限制条件，一个塔底的稳定性，另外一个呢，就是中间核心筒的尺寸。因为核心筒的这个尺寸不定下来的话，这个腰做得再细，人上不去也是没有用的。于是我们把这个核心筒，从圆变成椭圆，适应这个围合力。”

　　数部电梯和逃生梯，给排水系统、电力和广播电视系统等各类管线，林林总总的设备，都必须包含在这核心筒的截面中。最后，确定了一个能够保证结构安全的核心筒大小，在腰部，这个内筒跟外筒之间只有1米到1·5米不等的距离。

　　在方案评审的时候，很多专家都怀疑塔能不能建出来。核心筒，如此细长的主体，专家们认为做到450米高不可能，混凝土不可行，一定要用钢结构来做。“后来我们特意做了方案比较，证实混凝土是可以做出来的。”工程团队认为，钢结构固然坚固，但从防火安全性来说，混凝土更佳；从材料造价来说，也节省较多。对整体的塔的刚度贡献来说，混凝土也比钢有利。“因为她是一个薄壁的椭圆，很多地方都封闭，封闭的结构很难破坏，但是网格状的破坏起来相对容易。”为了让结构更加稳定，每隔40米，外钢构和内筒之间就加装腹构材。

　　和评审专家的拉锯一直在持续。专家们认为，钢的网格和混凝土的核心筒之间，塔的变形会造成拉力。这个拉力对柔韧的钢结构来说，是很容易解决的，但混凝土结构可能承受不了。作为对专家们要求的回应，在最容易出现拉力的地方，工程设计者设置了一些钢结构藏在混凝土墙体里。

　　“很多人都说这么细的腰，对结构来说肯定是不合理的。”赵宏说，在说服专家和自己的过程中，他越来越相信这个结构的优越性：“它的结构就是建筑本身。”不同于一些标志性建筑将结构隐藏，这个塔是把建筑的东西收进去了，特意让结构成为建筑的外在形象。这个结构的优点在于，核心筒满足了塔的多元功能空间的需要，容纳了5个功能区相当于37个楼层，这在其他的电视塔上是难以做到的。

　　一切都安全吗由于其特殊的风环境，广州塔“把能做的风测试全做了”；健康监测系统，仿佛给建筑结构挂上了一部24小时的动态心电图扫描仪

　　对细腰结构的安全性质疑贯穿项目评审始终。如此玲珑剔透的一个结构，以前所未有的高度屹立，在台风频繁的华南地区，或者万一发生地震灾害的情况下，能否保证安全？

　　结构设计了两个重要荷载(外部影响在建筑物表面产生的力)，一个是风的荷载，另一个是地震的荷载。为此，在施工之前，进行了一系列安全性研究，其中主要是抗震和抗风研究。

　　在同济大学桥梁工程系教授朱乐东眼里，纤细的“小蛮腰”，“从抗风的角度讲，(结构)并不差。”因为它是透风的，受力会变小；有实心也有空心，风会比较乱，因此不会引起大的漩涡。不过，朱乐东的团队要完成这个建筑的风荷载报告，“是没地方抄的。”相对同样高度的建筑，它抗风能力会更好；然而它又有着世界第二的高度———“但这个建筑的关键是高得多，柔度大，风荷载就大。”

　　由于其特殊的风环境，广州塔“把能做的风测试全做了”，包括将一种叫做“蒙特卡罗”风环境研究方式，也在这里被初次引入工程项目。

　　“而越高的建筑结构越柔性，频率就越低，越向风的频率靠近。在这个意义上讲，对于越高的建筑，风比地震更重要。”

　　为了测试强风中“小蛮腰”的承受力，朱乐东团队进行了“气动弹性模型”实验。“气弹模型”实验模拟广州塔对振动反应贡献最大的结构，譬如核心筒、天线的运动和腰部的扭转，观测它跟风之间相互影响作用，通过技术手段，把力算出来。

　　这些复杂的运算，一是为了结构的牢固，二是为了人的舒适。

　　“空中漫步走道和顶上的观景台，人在走的时候是不是会感到不舒服？”这样就要进行“行人高度(2米左右)风环境实验”，此外，塔的几个入口也要进行实验，以免高楼风把行人吹倒。

　　“这个方面国内没有一定的规范，只能根据国外有关标准来参照。”譬如，人休息的场所，逗留时间长，标准就是风速每秒超过4米的时间，一年中不能超过5%；而逗留时间比较短的入口，可放宽到6%；塔的中段，“空中漫步走道”这样专门提供给冒险游客娱乐的空间，要求可以更加放松。

　　在400到600米的高空，因为强风导致的建筑摇摆位移可能达到一两米。“位移是不怕的，就怕来回猛烈荡。”引起来回猛烈摇荡的，是加速度。控制加速度，需要一个设施——— 阻尼器——— 一种缓和振动加速度的装置。

　　在很多建筑上，阻尼器往往是花费巨大的金属球或混凝土块，造价高昂、浪费空间。而这个阻尼装置，利用了靠近顶层的中央核心筒安装的两个各540吨容量的铁制消防水箱，水箱的下面安装有轨道，以便水箱可以滑动。当塔身晃动时，水箱可以通过传感器向反方向滑动，以此来消减塔身的晃动幅度，这可以使晃动位移降低40%。

　　广州大学工程抗震研究中心主任周福霖院士率领团队进行广州塔的抗震研究。他的副手谭平研究员还记得，有人专门写了一封信给周福霖，认为这个结构很不安全，会产生灾难性后果。

　　周福霖团队制作了一个超过12米高的比例尺模型，是塔楼尺寸的1/50，他们让模型在地震台上，接受7.8度的地震烈度测试。在广州，建筑物设防标准是地震烈度7度，7.8度在广州会是极为罕见的。不过实验的结果是，这“24根筷子”的结构堪称巧妙，相当稳固而柔韧，只有细腰部和主塔和天线桅杆连接部发生局部损坏。实验的结果是，天线加强，细腰不得不加粗———这个设计标准则是地震烈度7.8度。

　　还有更多实验，譬如广东省建科院，把塔模型分成了11截，把每截都放到实验室里去吹，吹完把整个塔的数据在计算机里合成，测量风压。而在清华大学做的两组实验，则主要是针对构件稳定性：拿出来一小块看柱子、斜撑的稳定性如何，并把整个腰部节选了一块，拿到实验室，模拟三维的力，加到构件上测试……

　　在周福霖团队那里，438米处的阻尼装置成为“主被动混合调谐控制系统”，不同于上海国际金融中心和台北101大楼的类似设备，是谭平引以为豪的国内首创，并且是兼有“被动”“主动”控制的混合控制系统。在“被动”的水箱上，加了一个小的主动控制系统。水箱一直在工作；小的主动控制系统则处于待机状态，只有在极端天气或灾难导致建筑反应特别大时才会启动，它“推着水箱动”，将水箱的缓振效果再加强8%到10%。

　　谭平如数家珍地告诉南都记者，这个系统采用“直线电机”的新技术，响应速度很快，装置小、寿命长、噪声小；很好地纠正了同类系统时间滞后的问题，且耗能极少，只有日本同类产品的20%都不到。此外，在天线上面做了两个18吨的金属球，作为钟摆式的阻尼，限制天线的变形和振动。

　　如此一来，在8级风力作用下，塔的顶部可能达到1.5米的水平移动，这是建筑的极限值，相当于建筑本体高度的1/300。“一般对建筑物的变形要求是1/500，对构筑物(人们一般不直接日常逗留的建筑物)的要求是1/100，我们这个是介于两者之间的，很足够了。”赵宏说。