摩天輪的“身高競賽”確實反映了人類在工程技術和材料科學上的不斷突破。建造超大型摩天輪（通常指高度超過150米）遠非簡單地放大傳統摩天輪設計，它涉及一系列復雜的技術挑戰和創新的解決方案：
核心挑戰
巨大的結構自重與風荷載： 超大型結構自身重量極大，同時暴露在空中的巨大迎風面積使其承受巨大的風荷載（尤其是側風和陣風），這要求結構具有極高的強度和剛度，同時還要控制重量和成本。
旋轉穩定性與精度： 確保直徑數百米的輪子在各種天氣條件下平穩、精確地旋轉，避免抖動或傾斜，對驅動系統和支撐結構是嚴峻考驗。
安全冗余： 作為載人設施，必須設計多重安全保障系統，確保在任何單一部件失效的情況下都不會發生災難性事故。
建造與安裝： 在有限的城市空間或特殊場地（如橋梁、河岸）安全、精確地建造和安裝如此巨大的結構物，本身就是一項重大工程。
乘客體驗與安全： 在極高位置，乘客對晃動更敏感，需要確保輪艙的穩定性、舒適性和極端情況下的疏散能力。
關鍵建造技術突破
結構設計革命：從剛性輪輻到柔性索網
- 傳統設計瓶頸： 傳統摩天輪采用剛性輪輻（如桁架或鋼管）將輪緣連接到中心輪轂。當直徑增大時，輪輻長度和自重急劇增加，導致結構效率低下，輪轂和支撐結構承受巨大壓力。
- 突破：索網輪輻系統： 現代超大型摩天輪（如倫敦眼、新加坡飛行者、大多數中國新建大型摩天輪）普遍采用斜拉索網結構。
- 原理： 類似于斜拉橋。輪緣不再是依靠中心輪轂支撐，而是由多組高強度鋼索從外側的傾斜支撐塔（A字形或倒Y形） 直接斜拉固定。中心輪轂（如果存在）主要起連接索網和驅動作用，而非主要承重。
- 優勢：
- 大幅減輕重量： 鋼索比剛性桁架輕得多，顯著降低結構自重。
- 提高剛度與穩定性： 斜拉索網形成高度穩定的三角形結構，能有效抵抗風荷載引起的變形和扭轉。
- 分散荷載： 荷載通過鋼索直接傳遞到支撐塔和地基，路徑更直接高效。
- 允許更大跨度： 突破了傳統輪輻結構的尺寸限制。
驅動與旋轉系統創新：從中心驅動到輪緣驅動
- 傳統中心驅動瓶頸： 傳統摩天輪通過巨大的中心主軸驅動。對于超大型摩天輪，這根主軸需要承受巨大的扭矩和彎矩，制造、安裝和維護成本極高，且是單點故障源。
- 突破：分布式輪緣驅動：
- 原理： 在巨大的輪緣上安裝多個驅動電機（通常是電機+摩擦輪或齒輪）。這些電機沿輪緣分布，共同作用推動輪子旋轉。中心通常沒有實心主軸，或者主軸不承擔主要驅動扭矩。
- 優勢：
- 消除超大主軸： 不需要制造和安裝超重、超大的中心驅動軸。
- 冗余性： 多個驅動點互為備份，即使個別電機故障，其余電機也能維持運轉或安全停止。
- 更平穩控制： 分布式驅動可以更精細地控制旋轉速度和同步性。
- 減輕重量： 進一步減輕了中心結構的負擔和整體重量。
材料科學的進步
- 高強度鋼材： 支撐塔、輪緣桁架等主要承重結構廣泛使用屈服強度更高的特種鋼材（如Q345, Q420, Q460甚至更高等級），在保證強度的同時減輕重量。
- 超高強度鋼纜： 索網系統依賴鍍鋅超高強度鋼絲繩，其破斷拉力極高（如1770MPa, 1860MPa甚至更高等級），直徑雖小但承載力巨大。
- 輕量化輪艙： 輪艙采用高強度鋁合金框架和復合材料（如聚碳酸酯、玻璃鋼）面板，在保證安全性和舒適性的前提下最大限度地減輕重量。
- 先進焊接與連接技術： 確保大型鋼結構件連接處的強度和可靠性。
先進的抗風設計
- 氣動外形優化： 輪艙設計成流線型，減少風阻和風引起的晃動。支撐塔和輪緣結構也進行風洞測試優化。
- 調諧質量阻尼器： 在輪緣或輪艙內安裝大型TMD。這些巨大的質量塊通過彈簧和阻尼器系統連接到主體結構。當風引起結構擺動時，TMD會產生相反方向的力來抵消晃動，顯著提高乘坐舒適性。
- 主動控制系統（部分項目探索）： 利用傳感器監測風力和結構響應，實時調整驅動系統或阻尼器參數進行主動抑制。
精密的建造與安裝技術
- 模塊化預制： 大型構件（如支撐塔節段、輪緣分段、輪艙）在工廠預制，嚴格控制質量，減少現場高空作業風險。
- 大型吊裝設備： 動用超大型履帶吊、塔吊等進行精確吊裝。
- 臨時支撐與同步頂升： 輪緣分段在巨型臨時支撐架上組裝。中心輪轂（如有）通常在地面組裝，然后使用數十甚至上百臺同步液壓千斤頂系統將其精確提升到百米高空就位，并與輪緣連接。這是一個極其精密和風險極高的過程。
- 高精度測量定位： 全程使用高精度GPS、全站儀、激光跟蹤儀等進行毫米級的測量定位，確保結構幾何精度。
多重冗余的安全系統
- 多重驅動備份： 分布式驅動本身提供冗余。
- 獨立制動系統： 配備多套獨立工作的機械制動器（如盤式制動器、夾軌器），確保在任何位置都能安全剎停。
- 應急動力： 備用發電機確保在斷電時能完成旋轉將乘客送回地面或啟動疏散程序。
- 極端天氣應對： 配備風速風向監測，自動在強風時減速或停運。
- 輪艙安全： 獨立的穩定系統（如艙內小陀螺儀）、緊急通訊、應急供氧、緩降裝置等。
- 疏散預案： 設計專門的垂直或水平疏散通道和方案。
典型案例體現的技術特色
- 倫敦眼（135米）： 開創性地應用了斜拉索網技術和輪緣驅動系統，是現代超大型摩天輪的技術先驅。
- 新加坡飛行者（165米）： 進一步優化了索網結構，輪緣采用三角形桁架截面，剛度更大。
- 南昌之星（160米，曾是世界第一）： 當時世界上最高的摩天輪，采用了傳統的剛性輪輻結構，其巨大的中心輪轂和輪輻展示了傳統設計的極限挑戰。
- 拉斯維加斯豪客（167米）： 采用巨型A字形支撐塔和斜拉索網，輪緣驅動。
- 中國新興超大型摩天輪（如濰坊“渤海之眼”/白浪河大橋摩天輪 145米無軸， 阜陽摩天輪 148米輪緣驅動）：
- “無軸”設計（如濰坊）： 這是對輪緣驅動的極致演繹。徹底取消了中心輪轂，輪緣本身就是一個封閉的環形桁架結構，完全依靠外側支撐塔的斜拉索固定和輪緣上的分布式電機驅動旋轉。是結構設計上的重大突破，視覺效果獨特。
- 巨型輪緣桁架： 采用非常堅固的大型三角形或箱型截面桁架作為輪緣，提供極高的抗扭剛度。
- 巨型輪轂整體鑄造與提升： 對于有輪轂的設計（如部分項目），采用整體鑄造的超大輪轂（重達數百噸），并使用數百臺液壓千斤頂同步提升到百米高空，技術難度極大。
總結
全球摩天輪“身高競賽”的背后，是結構工程（索網系統、無軸/輪緣驅動）、材料科學（高強度鋼纜、鋼材）、機械工程（分布式驅動、冗余制動）、控制技術（抗風阻尼、同步控制）、施工技術（模塊化、巨型吊裝、同步頂升）和安全工程（多重冗余）等多領域協同創新的成果。每一次高度的突破，都代表著工程師們克服了更嚴峻的自重、風載、穩定性和建造難題，將看似簡單的旋轉結構推向了工程技術的巔峰。未來，隨著材料（如碳纖維復合材料）和技術的進一步發展，摩天輪的高度極限可能還會被刷新，但成本效益和實際需求將成為更重要的考量因素。
