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       摘要：

它是中國最受矚目的“超級工程”之一，被譽為 “騰飛的東方巨龍”。

來源 | 海上客（unclehistalk）

作者 | 海上客

今天（5月15日）中午，上海市科學技術獎揭曉，特等獎再次爆出“雙黃蛋”——“上海65米射電望遠鏡系統研制”和“上海中心大廈工程關鍵技術”同時獲得科技進步特等獎。

如果說“上海65米射電望遠鏡系統研制”（天馬望遠鏡）體現了重大科技突破“十年磨一劍”的漫長艱辛歷程，那么“上海中心大廈工程關鍵技術”則刷新了上海科技乃至中國科技的新高度。

工程建設突破了傳統層疊式超高層理念，首創了“垂直城市”超高層建筑模式，在建設過程中采用了多項新型建筑技術，克服了軟土地基、高層建筑風振、大面積混凝土一次連續澆筑、超高混凝土泵送、鋼結構精益建造等難題，以我國唯一突破600米、世界高度第二的建筑總高度、綠色環保節能的設計理念、螺旋式上升的建筑結構和極大的施工難度，成為中國最受矚目的“超級工程”之一，被譽為 “騰飛的東方巨龍”。

全球最快電梯、千噸阻尼器、空中花園、穹頂音樂廳……站在這座高達632米的垂直城市之巔，只能用兩個字來形容——震撼！

讓人意想不到的是，上海中心獲得特等獎的硬核技術，居然因為“軟”。

一“軟”：軟土上插“鋼針”怎么不倒？

▲上海中心大廈建筑大數據，地下5層，地上127層，建筑高度632米。

建一座摩天大樓，就是一次國家乃至世界級建筑科技水平的大展示。作為陸家嘴地區超高層建筑群的“收官之作”，上海中心大廈從打樁到主樓核心筒結構封頂，可謂是千難萬險、荊棘叢生。

建造摩天大樓，一個關鍵的難題就是搭設符合施工要求的鋼平臺體系。來自上海建工的大廈建設者們精心編制施工流程，反復驗算對比技術參數，對原來金茂大廈、環球金融中心建設過程中使用的鋼平臺體系進行了改革和創新，最終形成了跳爬式液壓整體自升鋼平臺腳手體系。這個腳手體系足有兩個籃球場那么大，平臺上可容納150噸鋼筋堆放，猶如一艘“空中航母”。這一關鍵裝備，為復雜核心筒順利施工提供了保障，使工程主體結構實現了從7天一層攀至3天一層的速度。

核心筒最難的就是高強度混凝土泵送、整體鋼平臺體系施工、超高層建筑安全管理。建設者們先后解決了應對上述問題的關鍵裝備、關鍵技術。為保證高強混凝土超過600米的泵送高度，項目部和三一重工聯手，研制出HBT90CH-2150D混凝土輸送泵，這也是當時世界上最強最高的混凝土運輸泵。這個輸送泵一舉創造了兩個國內外新紀錄——超大體積混凝土一次性澆筑6萬立方米和實體結構混凝土一次輸送達到610米的輸送高度。

萬丈高樓平地起，全靠基礎來支撐。上海中心大廈高為632米，共125層，總重量達85萬噸，當時支撐這棟超高層大廈的基礎深度亦為中國之最。

建設者們建立了軟土地區超高層沉降計算本構模型，突破了軟土地基沉降發展歷程精準難測的難題，突破軟土打入式鋼管樁的傳統工藝，率先在350米以上超高層建筑中采用大直徑超深鉆孔灌注樁技術，使得裙房深度最大樁深64.8米，主樓最大樁深達到86.85米，這一超常規工程不僅在上海地區屬首例，更是一舉為此后超高層建筑采用鉆孔灌注樁奠定了基礎。

傳統的打樁機不僅施工噪聲大，而且產生的震動會對周圍的建筑造成不同程度的影響。鉆孔灌注樁采用的是地下打孔技術，不僅沒有噪聲，而且極大地減少了對周邊建筑的影響。畢竟，金茂大廈開建的時候，浦東陸家嘴地區還沒有幾幢高層建筑，而到上海中心大廈施工時，已是高樓林立，地鐵叢生。要在這么復雜的工況下建筑超高建筑，且不能影響周邊高樓大廈的正常辦公，其難度可想而知。

通過信息化施工手段，建設者們隨時根據環境監測單位提供的監測報告調整施工方案和施工順序，最大限度地做到在施工全過程中對建筑工地周邊環境的保護。為保護周邊環境，當時在上海開挖面積最大（2.2萬平方米，相當于3.2個足球場），開挖深度最深（最深29.3米）、土方量最大（60多萬立方米）的大廈裙房地下深基坑施工中，項目部采用獨特的逆作法施工技術，成功打造了上海看不見的地下“高度”。綠色超高層施工方案的嚴格執行，確保了這座中國最高的綠色建筑過程精彩、結果完美。

▲用不銹鋼包裹的柱子，采用鏤空工藝，特別像梵高的作品《星空》。

此外，針對鉆孔灌注樁直徑大、超深的特點，建設者們率先在國內軟土超高層中采用非鎖口管套銑接頭新工藝，突破超深地墻施工瓶頸，采用先進的鉆孔樁施工設備，使得鉆孔灌注的鋼筋混凝土樁的設計承載力達到了3000噸，955根鉆孔樁大大降低了鋼材使用量，使得整體造價節約了60%以上。這些技術為我國百米級超深地下連續墻應用奠定了堅實的基礎。

二“軟”：水晶宮怎樣不懼臺風？

上海中心大廈設計擺脫了高層建筑傳統的外部結構框架，設計了旋轉、不對稱的外部立面，使風載降低24%，實現了美學與風工程的最佳結合。這種“內剛外柔”的新型巨型結構設計理論體系，更是首創設計了主體結構與外圍柔性懸掛支撐結構變形協同一體的雙層表皮玻璃幕墻。

這種外幕墻玻璃的墻鋼結構支撐體系結構非常復雜，以主體結構八道桁架層為界，共分為9區，每區幕墻自我體系相對獨立，是世界上首次在超高層安裝14萬平方米柔性幕墻，共有20357塊不同大小曲面的玻璃需要安裝，被業界定義為“世界頂級幕墻工程”，難度系數堪稱世界之最。

整個玻璃幕墻體系，不僅需要克服上下跨度大、支撐玻璃幕墻鋼環梁構建超長等難題，更要綜合考量如何在臺風、地震、高低溫、幕墻玻璃板塊自重加載等各種環境因素影響下，對幕墻變形及結構安全實施有效的控制。

 經過對比，上海中心外幕墻工程選擇了在支撐結構體系關鍵點上安裝允許結構伸縮的“可滑移支座”方案，賦予外幕墻在外界作用下能在設計允許范圍內發生豎向或水平位移，如此一來，就可以避免幕墻結構因應力過大而破壞，做到以柔克剛。而其120度旋轉向上收分的外形設計，不僅為大樓降低了24%的風荷載，也可以有效抵御臺風的影響。

 為確保在狂風、暴雨和高壓等惡劣條件下，上海中心外幕墻的各項性能達到設計要求，杜絕“玻璃雨”，外幕墻經過了水密性能、氣密性能、抗風壓性能、平面內變形性能的“四性測試”，以及150%設計荷載下結構安全等性能指標的試驗，以保證安全。

設計師還為外幕墻的玻璃設置了重重防護：第一道防護——使用超白玻璃，與普通鋼化玻璃相比，自爆率接近于零。第二道防護——玻璃中加膠片，即使玻璃在劇烈的錘擊試驗下慢慢破裂，所有碎片也能牢牢附著在膠片上，不會落地。

同時，雙層幕墻之間的空腔成為一個溫度緩沖區，就像熱水瓶膽一樣，避免室內直接和外界進行熱交換，采暖和制冷的能耗比單層幕墻降低50%左右。

雙層玻璃幕墻的設計，使得建筑內空中庭形成了獨立的生物氣候區，大大改善了大廈內的空氣質量。與傳統的直線型建筑相比，上海中心大廈的內部圓形立面使其眩光度降低了14%。

江南地區的雨水充沛，于是大廈頂端被巧妙地設計成了螺旋形，可以用來收集雨水，然后進行回收再利用。在大廈頂部，還安裝了功力強大的風力渦輪發電機，大自然的風，為這座直立的城市提供源源不斷的綠色電能——270臺500瓦的風力發電機，每年可以產生118.9萬千瓦小時的綠色電力。

“上海中心大廈是一座‘綠色’摩天樓。”上海中心大廈工程關鍵技術項目主要完成人、上海建工集團技術總監朱毅敏說，盡管當時許多摩天樓都采用了一些綠色節能技術，但在國內同時取得中國綠色建筑評價體系和美國LEED綠色建筑認證體系的摩天大樓中，上海中心大廈可謂是首開先河。

“作為世界未來超高層建筑的代表，上海中心大廈以生態、節能、環保、以人為本為靈魂，定位于打造一個資源高度集約化、能源高度節約化，實現人、建筑、城市與自然和諧共存的綠色超高層建筑。上海中心大廈在科技上，在節地、節水、節能、節材、室內環境質量及運營管理等方面采用了43項綠色建筑適用技術。”

朱毅敏介紹，設計師從藍圖開始，就為這座摩天大廈精心打造與之并肩的綠色環保“智慧高度”。

三“軟”：住進鋼筋水泥還能身心愉悅？

上海中心大廈建設發展有限公司總經理顧建平則指出，上海中心大廈不僅僅是一座超高層建筑，更是一座垂直的城市，其建筑面積差不多是老外灘第一排建筑面積的總和，可同時容納3萬人從事各種活動。“它是一座豎起來的外灘”。

上海中心建有21座空中花園。花園就設在雙層幕墻的中間區域，成為一個巨大的客廳，同時布置有大面積綠化裝飾。人們在這里不僅可以駐足聊天，還能眺望陸家嘴及外灘沿岸的風景。空中花園仿佛在摩天大樓內引入了高空自然環境，可減少超高層建筑給人帶來的壓抑感。

▲令人心曠神怡的中庭花園。

在上海中心，有9個垂直社區，每個社區的高度為12—15層。整座大廈內的電梯多達154部，為垂直運輸提供保障。而其中運營速度最快的電梯，要數3臺可以直達大廈118層、119層觀光層的超高速電梯了。

電梯從地下二層啟動，只見屏幕上顯示著電梯的即時速度：每秒18米！經過的樓層數字不停跳動，只需55秒，就到達了119樓觀景臺。這三部電梯，已經超越秒速16.83米的臺北101電梯，成為全球最快電梯。

▲世界最快電梯里的顯示屏。

為避免電梯高速移動產生的震動和風聲造成乘客不適，電梯特別采用特殊導軌和流線型外罩，移動起來相當平穩，即使在地上豎起一枚錢幣，也能做到紋絲不動。

位于上海中心126層的“上海慧眼”，工程學名叫做阻尼器。這是為了削減強風下高層晃動的專業工程裝置，它由吊索、質量塊、阻尼系統和主體結構保護系統四個部分組成，高達30米的“慧眼”造型令人耳目一新。在清新的視覺感受下，它實際上是一個重達1000噸的超級巨無霸，作為目前世界上最重的擺式阻尼器質量塊，它和吊索構成一個巨型復擺，與主體結構產生的共振，能消減大樓晃動。   

▲世界上很多高樓都將阻尼器所在樓層向公眾開放，成為一個必不可少的旅游景點。

上海中心的阻尼器，和其它高樓阻尼器有很多不同。“和以往阻尼器利用機械原理不同，上海中心首創了世界上第一個引入電磁原理的阻尼器，由上海材料所自主研發，填補了世界空白。”顧建平表示，這一技術上的提升，令大廈內90%的人能感受到較大的舒適度。

作為一座立體的“文化社區”，除了將“笨頭笨腦”的阻尼器制成一件有著深刻寓意的藝術品，“上海慧眼”所在的第125層和126層，還是一座神圣的文化殿堂。

“上海慧眼”頂部，有著一個直指蒼穹的圓洞。經過精心的聲學設計，“上海慧眼”阻尼層將會經常上演全世界的“天籟之音”，站在這個離天空最近的地方，在美妙的旋律下，也許人們可以真正感受何謂“天人合一”。

四“軟”：維護鋼鐵巨人怎么萬無一失？

現在，我國建筑行業普遍應用BIM技術。 但在當時像上海中心大廈這樣全面運用BIM技術的高層建筑并不多見。

▲上海中心大廈觀光層，有一種世界在我腳下既視感。

據機施集團總裁助理賈寶榮介紹，打開上海中心大廈工程總承包項目部BIM工作室的電腦，一個虛擬的上海中心大廈就呈現在眼前：密密麻麻的設計線條、一幅幅彩色三維圖，準確勾勒出摩天大樓各部位的“骨骼”。圖中有一些顯眼的“紅色”，技術人員說這是提示設計發生了“碰撞”：風管“撞”了鋼梁，擦窗機“碰”到外幕墻支撐，鋼結構“觸”及內幕墻……這些在三維模型里一目了然，可以馬上調整、優化。

BIM中的M，原先是英文Model(即模型)的縮寫，不過，在上海中心大廈建設者眼里，M更應理解為Manage（即管理）。因為這里的BIM技術，已覆蓋上海中心大廈的“全生命周期”，從深化設計、施工組織，到進度管理、成本控制、質量監控等，改變著傳統的工作方式。

比如，上海中心大廈的雙層幕墻，每層有140多塊各不相同的玻璃幕墻包裹，整個大樓2萬多塊幕墻構件無一相同。按傳統施工法，很難高精度安裝。用BIM技術在電腦中精確計算、三維演示，每塊構件到了施工現場，將現場測量的數據輸入電腦與理論數據相比對，通過實際情況與理論模型合模后，可以使玻璃幕墻成品的誤差控制在1毫米以內。

上海中心大廈的生命周期預計在100年左右，未來的運營、使用、維修等，建設者們也通過BIM技術進行了論證。