由中國建筑建設的“中國尊”,是北京在建第一高樓,也是世界上第一座地震8度設防區超過500米的超高層建筑。2012年9月打入地下樁,預計2018年10月全面竣工投入使用,屆時將成為首都新地標。
“超高層建筑是現代化城市的標志,也是一個國家和地區經濟繁榮和科技進步的象征。”中國建筑“中國尊”項目執行總工程師許立山說,自上世紀90年代以來,我國已成為世界上建筑業最活躍與最繁榮的地區,超高層建筑數量穩居世界第一。
從剛剛落成的內陸城市太原176米“巨鉆”形建筑(中鐵三局科技研發中心),到近年來陸續建成的北京銀泰中心(249米)、廈門郵電大廈(364米)、成都綠地中心(468米),再到落成不久和即將建成的北京“中國尊”(528米)、天津117大廈(597米)、武漢綠地中心(636米)……建筑越來越摩天。
那么,建設這些超高摩天樓,需要運用和創新哪些新技術?
低位頂升模架 高空平臺施工靈活又安全
“當地表風力8級時,在400米高空就接近臺風。” 許立山說,摩天建筑結構超高、體量龐大、形態復雜,施工場地狹窄,其施工技術往往代表著一個企業、國家的整體建筑施工水平。
他告訴記者,對建設超高層建筑,國內外常規施工裝備存在許多不足。僅施工作業平臺就存在功能構造單一、作業空間有限、承載能力不足等問題。
如何為超高層建筑施工提供一個安全、高效的作業空間?
為此,國內諸多大型建筑企業均在實踐中持續開展重大技術攻關。“僅中國建筑就投入近億元研發經費,先后開展了《中國建筑千米級摩天大樓建造技術研究》等重大課題研究,研發了超高層建筑施工多項核心技術裝備。”中建相關技術負責人說。
中國建筑研發的迭代低位頂升模架體系,被業界譽為超高層“建造神器”,首次提出了“低位頂升”概念。模架“主要受力體系高空不變,模架系統高空易調”,使得超高層建筑高空施工平臺更加安全、靈活、高效,把我國超高層建筑施工技術水平推向了新的高度。
類似這樣的“建造神器”正在超高層建筑實踐中不斷涌現。參與建設太原176米“巨鉆”的中國中鐵三局,研發的地爬式水平鋼梁,可實現多角度自由爬升,已形成一項科技成果。
BIM技術 深化設計防患于未然
“如果沒有BIM技術,‘中國尊’的建設工期無法想像?!?許立山告訴記者,目前國內超過500米的超高層建筑施工周期大多數在七到八年,個別達十年之久,而“中國尊”預計工期只用不到6年。
這是因為運用了當今最先進的BIM技術。
BIM,建筑信息模型的英文縮寫,為當今建筑行業的革命性技術。以建筑工程項目的各項相關信息數據作為基礎,建立起三維建筑模型。
中國中鐵三局在建設176米太原“巨鉆”時,即把項目作為BIM技術的試點,采用BIM技術建成APP,參與施工者全員下載并全過程運用,并獲得首屆全國BIM技術應用大賽二等獎。
再看“中國尊”。項目總用地面積11478m2,塔樓外形以中國傳統宗教禮儀中用來盛酒的器具“樽”為意象,平面為方形,外形自下而上自然縮小,底部尺寸約為78m×78m,中上部平面尺寸約54m×54m;同時頂部逐漸放大,但小于底部尺寸,約為69m×69m,最終形成中部略有收分的雙曲線建筑造型。
“‘中國尊’項目在實施工程中,所有專業全部采用BIM技術開展深化設計,同時也對重大
方案進行模擬。深化設計圖紙與BIM模型同步報審,在原有二維圖紙審核的形式中,增加三維模型作為參考?!敝薪ā爸袊稹表椖考夹g負責人說,通過BIM技術審核,“中國尊”項目在建設中還提前發現并解決了5900多個問題,大大減少了現場的變更與修改。
“移動建造工廠” 速度提升30%
在超高層建筑中,除了考慮為施工創造安全平臺外,還要考慮施工效率。
“傳統模架與其他超高層施工設備設施(如塔吊、施工電梯、混凝土布料機等)各成體系,互為制約,使得各自工效都得不到充分發揮?!痹S立山說。
如何讓各類機械發揮合力?在建設“中國尊”項目時,中國建筑技術團隊反復鉆研,基于微凸支點低位頂模,創造性地集成了模架與各類設備設施,形成了“智能化超高層建筑施工裝備集成平臺”,達到了對多種機械科學整合的目的。
在“中國尊”施工現場可以看到,項目使用的智能頂升鋼平臺,長43米、寬43米、最大高度38米,有7層樓高,平臺頂推力達4800噸。施工電梯可直達平臺,混凝土布料機、臨建設施、物料堆場等與模架融合,工人在全封閉平臺內作業,可同時進行4層核心筒立體施工,相當于將工廠搬到了施工現場。
在這個平臺上,大型塔機與施工平臺首次結合。塔機、模架一體化安裝爬升,解決了塔機自爬升帶來的安全、質量、工期、污染、投入等一系列問題,給超高層建筑施工營造了“移動建造工廠”,較傳統方法施工速度提升了30%。
還有“整體回轉式多吊機集成運行平臺”,也是集成創新的一項重要發明。
“常規超高層大型塔機也是各自為政、獨立運行,為滿足吊裝需求,不得已配置多臺大型塔機。”許立山介紹,技術團隊借鑒旋轉餐桌思路,自主研制了“整體廻轉式多吊機集成運行平臺”,塔機依托平臺回轉驅動系統可進行360°圓周移位,實現塔機吊裝范圍對超高層建筑的全覆蓋。
如同一部帶有多吊臂的“超級塔機”,變“單兵作業”為“協同作戰”,每層可節省約20%的工期,還節省30%—40%的塔機費用支出。
建設超高層的新技術還有許多,如“單導軌架多梯籠循環運行施工電梯”“富水砂層深基坑圓環形鋼筋混凝土水平內支撐及換撐技術”……
“這些科技成果,包括其他建筑企業的創新發明,成為中國建筑企業建設超高層建筑的有力支撐。”許立山說。(記者矯陽)