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       摘要：

它是中國最受矚目的“超級(jí)工程”之一，被譽(yù)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(xué)技術(shù)獎(jiǎng)揭曉，特等獎(jiǎng)再次爆出“雙黃蛋”——“上海65米射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)研制”和“上海中心大廈工程關(guān)鍵技術(shù)”同時(shí)獲得科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)。

如果說“上海65米射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)研制”（天馬望遠(yuǎn)鏡）體現(xiàn)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(guān)鍵技術(shù)”則刷新了上海科技乃至中國科技的新高度。

工程建設(shè)突破了傳統(tǒng)層疊式超高層理念，首創(chuàng)了“垂直城市”超高層建筑模式，在建設(shè)過程中采用了多項(xiàng)新型建筑技術(shù)，克服了軟土地基、高層建筑風(fēng)振、大面積混凝土一次連續(xù)澆筑、超高混凝土泵送、鋼結(jié)構(gòu)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(huán)保節(jié)能的設(shè)計(jì)理念、螺旋式上升的建筑結(jié)構(gòu)和極大的施工難度，成為中國最受矚目的“超級(jí)工程”之一，被譽(yù)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(dá)632米的垂直城市之巔，只能用兩個(gè)字來形容——震撼！

讓人意想不到的是，上海中心獲得特等獎(jiǎng)的硬核技術(shù)，居然因?yàn)?span lang="EN-US">“軟”。

一“軟”：軟土上插“鋼針”怎么不倒？

▲上海中心大廈建筑大數(shù)據(jù)，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(jí)建筑科技水平的大展示。作為陸家嘴地區(qū)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(jié)構(gòu)封頂，可謂是千難萬險(xiǎn)、荊棘叢生。

建造摩天大樓，一個(gè)關(guān)鍵的難題就是搭設(shè)符合施工要求的鋼平臺(tái)體系。來自上海建工的大廈建設(shè)者們精心編制施工流程，反復(fù)驗(yàn)算對(duì)比技術(shù)參數(shù)，對(duì)原來金茂大廈、環(huán)球金融中心建設(shè)過程中使用的鋼平臺(tái)體系進(jìn)行了改革和創(chuàng)新，最終形成了跳爬式液壓整體自升鋼平臺(tái)腳手體系。這個(gè)腳手體系足有兩個(gè)籃球場(chǎng)那么大，平臺(tái)上可容納150噸鋼筋堆放，猶如一艘“空中航母”。這一關(guān)鍵裝備，為復(fù)雜核心筒順利施工提供了保障，使工程主體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)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(qiáng)度混凝土泵送、整體鋼平臺(tái)體系施工、超高層建筑安全管理。建設(shè)者們先后解決了應(yīng)對(duì)上述問題的關(guān)鍵裝備、關(guān)鍵技術(shù)。為保證高強(qiáng)混凝土超過600米的泵送高度，項(xiàng)目部和三一重工聯(lián)手，研制出HBT90CH-2150D混凝土輸送泵，這也是當(dāng)時(shí)世界上最強(qiáng)最高的混凝土運(yùn)輸泵。這個(gè)輸送泵一舉創(chuàng)造了兩個(gè)國內(nèi)外新紀(jì)錄——超大體積混凝土一次性澆筑6萬立方米和實(shí)體結(jié)構(gòu)混凝土一次輸送達(dá)到610米的輸送高度。

萬丈高樓平地起，全靠基礎(chǔ)來支撐。上海中心大廈高為632米，共125層，總重量達(dá)85萬噸，當(dāng)時(shí)支撐這棟超高層大廈的基礎(chǔ)深度亦為中國之最。

建設(shè)者們建立了軟土地區(qū)超高層沉降計(jì)算本構(gòu)模型，突破了軟土地基沉降發(fā)展歷程精準(zhǔn)難測(cè)的難題，突破軟土打入式鋼管樁的傳統(tǒng)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(shù)，使得裙房深度最大樁深64.8米，主樓最大樁深達(dá)到86.85米，這一超常規(guī)工程不僅在上海地區(qū)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(chǔ)。

傳統(tǒng)的打樁機(jī)不僅施工噪聲大，而且產(chǎn)生的震動(dòng)會(huì)對(duì)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(shù)，不僅沒有噪聲，而且極大地減少了對(duì)周邊建筑的影響。畢竟，金茂大廈開建的時(shí)候，浦東陸家嘴地區(qū)還沒有幾幢高層建筑，而到上海中心大廈施工時(shí)，已是高樓林立，地鐵叢生。要在這么復(fù)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(shè)者們隨時(shí)根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)單位提供的監(jiān)測(cè)報(bào)告調(diào)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(duì)建筑工地周邊環(huán)境的保護(hù)。為保護(hù)周邊環(huán)境，當(dāng)時(shí)在上海開挖面積最大（2.2萬平方米，相當(dāng)于3.2個(gè)足球場(chǎng)），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(xiàng)目部采用獨(dú)特的逆作法施工技術(shù)，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(yán)格執(zhí)行，確保了這座中國最高的綠色建筑過程精彩、結(jié)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(duì)鉆孔灌注樁直徑大、超深的特點(diǎn)，建設(shè)者們率先在國內(nèi)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(jìn)的鉆孔樁施工設(shè)備，使得鉆孔灌注的鋼筋混凝土樁的設(shè)計(jì)承載力達(dá)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(jià)節(jié)約了60%以上。這些技術(shù)為我國百米級(jí)超深地下連續(xù)墻應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二“軟”：水晶宮怎樣不懼臺(tái)風(fēng)？

上海中心大廈設(shè)計(jì)擺脫了高層建筑傳統(tǒng)的外部結(jié)構(gòu)框架，設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)、不對(duì)稱的外部立面，使風(fēng)載降低24%，實(shí)現(xiàn)了美學(xué)與風(fēng)工程的最佳結(jié)合。這種“內(nèi)剛外柔”的新型巨型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論體系，更是首創(chuàng)設(shè)計(jì)了主體結(jié)構(gòu)與外圍柔性懸掛支撐結(jié)構(gòu)變形協(xié)同一體的雙層表皮玻璃幕墻。

這種外幕墻玻璃的墻鋼結(jié)構(gòu)支撐體系結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，以主體結(jié)構(gòu)八道桁架層為界，共分為9區(qū)，每區(qū)幕墻自我體系相對(duì)獨(dú)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(yè)界定義為“世界頂級(jí)幕墻工程”，難度系數(shù)堪稱世界之最。

整個(gè)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(huán)梁構(gòu)建超長等難題，更要綜合考量如何在臺(tái)風(fēng)、地震、高低溫、幕墻玻璃板塊自重加載等各種環(huán)境因素影響下，對(duì)幕墻變形及結(jié)構(gòu)安全實(shí)施有效的控制。

 經(jīng)過對(duì)比，上海中心外幕墻工程選擇了在支撐結(jié)構(gòu)體系關(guān)鍵點(diǎn)上安裝允許結(jié)構(gòu)伸縮的“可滑移支座”方案，賦予外幕墻在外界作用下能在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)發(fā)生豎向或水平位移，如此一來，就可以避免幕墻結(jié)構(gòu)因應(yīng)力過大而破壞，做到以柔克剛。而其120度旋轉(zhuǎn)向上收分的外形設(shè)計(jì)，不僅為大樓降低了24%的風(fēng)荷載，也可以有效抵御臺(tái)風(fēng)的影響。

 為確保在狂風(fēng)、暴雨和高壓等惡劣條件下，上海中心外幕墻的各項(xiàng)性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，杜絕“玻璃雨”，外幕墻經(jīng)過了水密性能、氣密性能、抗風(fēng)壓性能、平面內(nèi)變形性能的“四性測(cè)試”，以及150%設(shè)計(jì)荷載下結(jié)構(gòu)安全等性能指標(biāo)的試驗(yàn)，以保證安全。

設(shè)計(jì)師還為外幕墻的玻璃設(shè)置了重重防護(hù)：第一道防護(hù)——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(hù)——玻璃中加膠片，即使玻璃在劇烈的錘擊試驗(yàn)下慢慢破裂，所有碎片也能牢牢附著在膠片上，不會(huì)落地。

同時(shí)，雙層幕墻之間的空腔成為一個(gè)溫度緩沖區(qū)，就像熱水瓶膽一樣，避免室內(nèi)直接和外界進(jìn)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(shè)計(jì)，使得建筑內(nèi)空中庭形成了獨(dú)立的生物氣候區(qū)，大大改善了大廈內(nèi)的空氣質(zhì)量。與傳統(tǒng)的直線型建筑相比，上海中心大廈的內(nèi)部圓形立面使其眩光度降低了14%。

江南地區(qū)的雨水充沛，于是大廈頂端被巧妙地設(shè)計(jì)成了螺旋形，可以用來收集雨水，然后進(jìn)行回收再利用。在大廈頂部，還安裝了功力強(qiáng)大的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，大自然的風(fēng)，為這座直立的城市提供源源不斷的綠色電能——270臺(tái)500瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，每年可以產(chǎn)生118.9萬千瓦小時(shí)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(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目主要完成人、上海建工集團(tuán)技術(shù)總監(jiān)朱毅敏說，盡管當(dāng)時(shí)許多摩天樓都采用了一些綠色節(jié)能技術(shù)，但在國內(nèi)同時(shí)取得中國綠色建筑評(píng)價(jià)體系和美國LEED綠色建筑認(rèn)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(tài)、節(jié)能、環(huán)保、以人為本為靈魂，定位于打造一個(gè)資源高度集約化、能源高度節(jié)約化，實(shí)現(xiàn)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(jié)地、節(jié)水、節(jié)能、節(jié)材、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量及運(yùn)營管理等方面采用了43項(xiàng)綠色建筑適用技術(shù)。”

朱毅敏介紹，設(shè)計(jì)師從藍(lán)圖開始，就為這座摩天大廈精心打造與之并肩的綠色環(huán)保“智慧高度”。

三“軟”：住進(jìn)鋼筋水泥還能身心愉悅？

上海中心大廈建設(shè)發(fā)展有限公司總經(jīng)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(shí)容納3萬人從事各種活動(dòng)。“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(shè)在雙層幕墻的中間區(qū)域，成為一個(gè)巨大的客廳，同時(shí)布置有大面積綠化裝飾。人們?cè)谶@里不僅可以駐足聊天，還能眺望陸家嘴及外灘沿岸的風(fēng)景。空中花園仿佛在摩天大樓內(nèi)引入了高空自然環(huán)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(gè)垂直社區(qū)，每個(gè)社區(qū)的高度為12—15層。整座大廈內(nèi)的電梯多達(dá)154部，為垂直運(yùn)輸提供保障。而其中運(yùn)營速度最快的電梯，要數(shù)3臺(tái)可以直達(dá)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(dòng)，只見屏幕上顯示著電梯的即時(shí)速度：每秒18米！經(jīng)過的樓層數(shù)字不停跳動(dòng)，只需55秒，就到達(dá)了119樓觀景臺(tái)。這三部電梯，已經(jīng)超越秒速16.83米的臺(tái)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(dòng)產(chǎn)生的震動(dòng)和風(fēng)聲造成乘客不適，電梯特別采用特殊導(dǎo)軌和流線型外罩，移動(dòng)起來相當(dāng)平穩(wěn)，即使在地上豎起一枚錢幣，也能做到紋絲不動(dòng)。

位于上海中心126層的“上海慧眼”，工程學(xué)名叫做阻尼器。這是為了削減強(qiáng)風(fēng)下高層晃動(dòng)的專業(yè)工程裝置，它由吊索、質(zhì)量塊、阻尼系統(tǒng)和主體結(jié)構(gòu)保護(hù)系統(tǒng)四個(gè)部分組成，高達(dá)30米的“慧眼”造型令人耳目一新。在清新的視覺感受下，它實(shí)際上是一個(gè)重達(dá)1000噸的超級(jí)巨無霸，作為目前世界上最重的擺式阻尼器質(zhì)量塊，它和吊索構(gòu)成一個(gè)巨型復(fù)擺，與主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的共振，能消減大樓晃動(dòng)。   

▲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(gè)必不可少的旅游景點(diǎn)。

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(jī)械原理不同，上海中心首創(chuàng)了世界上第一個(gè)引入電磁原理的阻尼器，由上海材料所自主研發(fā)，填補(bǔ)了世界空白。”顧建平表示，這一技術(shù)上的提升，令大廈內(nèi)90%的人能感受到較大的舒適度。

作為一座立體的“文化社區(qū)”，除了將“笨頭笨腦”的阻尼器制成一件有著深刻寓意的藝術(shù)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(gè)直指蒼穹的圓洞。經(jīng)過精心的聲學(xué)設(shè)計(jì)，“上海慧眼”阻尼層將會(huì)經(jīng)常上演全世界的“天籟之音”，站在這個(gè)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(hù)鋼鐵巨人怎么萬無一失？

現(xiàn)在，我國建筑行業(yè)普遍應(yīng)用BIM技術(shù)。 但在當(dāng)時(shí)像上海中心大廈這樣全面運(yùn)用BIM技術(shù)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(jù)機(jī)施集團(tuán)總裁助理賈寶榮介紹，打開上海中心大廈工程總承包項(xiàng)目部BIM工作室的電腦，一個(gè)虛擬的上海中心大廈就呈現(xiàn)在眼前：密密麻麻的設(shè)計(jì)線條、一幅幅彩色三維圖，準(zhǔn)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(shù)人員說這是提示設(shè)計(jì)發(fā)生了“碰撞”：風(fēng)管“撞”了鋼梁，擦窗機(jī)“碰”到外幕墻支撐，鋼結(jié)構(gòu)“觸”及內(nèi)幕墻……這些在三維模型里一目了然，可以馬上調(diào)整、優(yōu)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(shè)者眼里，M更應(yīng)理解為Manage（即管理）。因?yàn)檫@里的BIM技術(shù)，已覆蓋上海中心大廈的“全生命周期”，從深化設(shè)計(jì)、施工組織，到進(jìn)度管理、成本控制、質(zhì)量監(jiān)控等，改變著傳統(tǒng)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(gè)大樓2萬多塊幕墻構(gòu)件無一相同。按傳統(tǒng)施工法，很難高精度安裝。用BIM技術(shù)在電腦中精確計(jì)算、三維演示，每塊構(gòu)件到了施工現(xiàn)場(chǎng)，將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)輸入電腦與理論數(shù)據(jù)相比對(duì)，通過實(shí)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(nèi)。

上海中心大廈的生命周期預(yù)計(jì)在100年左右，未來的運(yùn)營、使用、維修等，建設(shè)者們也通過BIM技術(shù)進(jìn)行了論證。