中國尊由中國建筑承建,于2013年7月29日正式開工建設,2014年12月10日地下結構全面封頂;2015年9月結構高度突破100米,2016年3月突破200米,同年8月18日突破300米,11月9日突破400米,2017年6月突破500米,8月18日,中國尊塔冠鋼結構吊裝完成,外框106層混凝土澆筑澆筑完成,北京第一高樓結構順利實現封頂!8月21上午10:55時,中國尊結構工程全面封頂!自此,北京有了新的建筑天際線。高度528米!
中國尊的基坑深40m,刷新中國民用建筑基坑深度最深紀錄;地下8層(7層和1個夾層),為中國民用建筑地下室層數最多;國內底板混凝土一次性澆筑方量最大,達5.6萬m³ ;該項目是迄今為止中國建筑師主創(chuàng)設計的最高建筑物;也是世界首個在8度抗震區(qū)建造的超500m摩天大樓;項目所采用的智能頂升鋼平臺是世界房建施工領域面積最大、承載力最高、大型塔機一體化的超高層建筑施工集成平臺。
中國尊重大工程進度回顧
1. 項目難點
2. BIM技術應用與管理
2.2 BIM+工廠化預制加工
設計質量管控
施工質量管控
驗收質量管控
中國尊項目位于北京朝陽區(qū)CBD核心區(qū),用地面積11478平方米,總建筑面積43.7萬平方米,其中地上35萬平方米,地下8.7萬平方米,建筑總高528米,建筑層數地上108層、地下7層(不含夾層),可容納1.2萬人辦公。總投資240個億,超過中國第一高“上海中心”的投資額近90億元。集甲級寫字樓、觀光以及多種配套服務功能于一體,是全球第一座在地震8 度設防區(qū)超過500m的超高層建筑,建成后將成為北京第一高樓,首都新地標。項目創(chuàng)造了8項世界之最、15項目國內紀錄。
業(yè)主:中信和業(yè)投資有限公司
建筑設計:北京市建筑設計研究院有限公司,KPF建筑師事務所,TFPFarrells建筑師事務所,中信建筑設計研究總院有限公司
結構設計:奧雅納工程顧問,北京市建筑設計研究院有限公司
機電設計:Parsons Brinckerhoff Consultants Private Limited,北京市建筑設計研究院有限公司
1、按抵御8度地震烈度設防的世界最高建筑——528米;
2、全球超高層建筑中最高最大的室內觀光平臺(凈高約18米,挑空3層的無柱空間,360度俯瞰北京城);
3、世界最大截面的多腔體鋼管混凝土巨型柱——64平方米;
4、雙轎廂電梯(觀光穿梭電梯OS-01~03)提升高度全球最大——508米;
5、施工用躍層電梯(TX-01)提升高度全球最高——514米,提升速度最快——4米/秒;
6、世界房建施工領域承載能力最高、面積最大、智能化程度最高的頂升鋼平臺--4800噸,1849平米,12個頂升支點;
7、全球地下室最深、層數最多的超高層建筑;
8、全球底座面積最大(6084㎡)的超高層建筑。
1、國內第一個業(yè)主主導,采用EPC一體化管理模式的特大型開發(fā)工程;
2、國內第一個采用雙總包施工管理的超高層建筑;
3、國內超高層項目地下室層數最多:8層(7 層和一個夾層);
4、國內室內空氣品質最優(yōu)的超高層建筑;
5、國內高強度鋼材(Q390)用量最大、比例最高的建筑;
6、國內民用建筑基坑深度最深:-40米;
7、國內底板混凝土一次性澆筑方量最大:5.6萬立方米;
8、中國建筑師主創(chuàng)設計的最高建筑物;
9、國內巨柱翼墻厚度之最,墻體厚度最大為2400mm;
10、國內房建領域直徑1200mm旋挖鉆孔樁之最:有效樁長達54.6米;
11、國內底板首次使用直徑40mm,HRB500級鋼筋,超過1.7萬噸;
12、國內最大內灌外包C70自密實混凝土多腔體巨型柱,單個巨柱截面面積約90㎡;
13、國內第一個采用“臨時/永久”結合消防水系統(tǒng),實現臨時消防與永久消防的無縫連接;
14、國內第一個利用PW協同平臺,實現從業(yè)主、設計、監(jiān)理、總包、各專業(yè)分包的全面協同的項目;
15、國內第一個利用BIM模型、三維掃描等技術輔助項目管理,從設計、施工到運維階段全生命周期的項目。
“好看的皮囊很多,有趣的靈魂太少”
今天,中國尊在北京的第一高不光是在物理高度上,更多的是靈魂上的各種第一高!
中國尊位于北京市朝陽區(qū)CBD核心區(qū),總建筑高度528米,地上108層,建筑面積35萬平方米;地下7層,建筑面積8.7萬平方米,基礎埋深約37.8米,建成之后將成為北京第一高樓,成為國內也是世界上8度抗震區(qū)的最高建筑。
1 工程概況
北京中央商務區(qū)核心區(qū)的標志性超高層建筑項目——中國尊大廈。工程場地位于北京市朝陽區(qū)東三環(huán)北京商務中心區(qū)(CBD)核心區(qū)Z15地塊,建筑面積約43.7萬m2(地上約35萬m2,地下約8.7萬m2)。主要建筑功能為辦公、觀光和商業(yè)。該塔樓地上108層,地下7層(局部設夾層),建筑高度528m,外輪廓尺寸從底部的78m×78m向上漸收緊至54m×54m,再向上漸放大至頂部的59m×59m,似古代酒器“樽”而得名,形似花瓶的“中國尊”在2018年建成后將成為北京最高的建筑,并將成為最著名的城市地標性建筑之一。
這座由中國建筑師設計的摩天大樓與典型的直線或尖錐形式的超高層建筑不同,呈現出中部內凹的輪廓,提供了更多有價值的主體使用空間。塔樓碩大的頂部為結構帶來了嚴峻的挑戰(zhàn),更大的基座使得結構能夠平衡,也使核心筒到建筑外圍的距離更大。
圖1 中國尊大廈
本工程主要結構體系由外框筒和核心筒組成,其中外框筒由巨型柱、巨型斜撐、轉換桁架以及次框架組成。巨型柱位于塔樓角部,貫通至結構頂部,并在各區(qū)段分別與轉換桁架、巨型斜撐連接。巨型柱底部截面形狀為多邊形,中部及上部為矩形,采用多腔鋼管混凝土柱。在設備層及避難層共設置8道轉換桁架,其桿件截面采用焊接箱形截面。巨型斜撐沿各區(qū)外皮設置,也為焊接箱形截面。次框架包括重力柱和外環(huán)梁,均為焊接H形截面,其僅承擔本區(qū)重力荷載,不參與整體抗側。
2 巨型外框筒建筑-結構一體化設計
2.1 巨型外框筒幾何控制面的生成
中國尊大廈外輪廓的水平截面形狀為倒圓角的正方形,并沿著高度平滑收放,其外完成面幾何控制尺寸見圖2。巨型外框筒的外控制面采用分段折面的形式,既可以較好控制巨型外框筒與建筑外完成面的距離,又可降低結構自身的加工難度。
圖2 外完成面幾何控制尺寸
2.2 巨型柱外輪廓的生成
巨型柱從基礎頂面(-31.3m)至106層(503.2m)的截面形式根據一定的規(guī)則進行變化,其具有三種截面形式:1)7層以下(-31.3~43.15m)為4根八邊形截面,截面面積約為63.9m2;2)7~19層(43.15~98.65m)為8根六邊形截面,截面面積約為19.5~21.3m2;3)19~106層(98.65~503.2m)為8根矩形截面,截面面積約為19.2~2.56m2。巨型柱共設置12個控制轉折標高,具體見表1。
為使結構受力最優(yōu),要求12個控制轉折標高位置對應的巨型柱截面形心都位于豎直面γ內,此面與水平或豎直夾角為27°,如圖3所示。
圖3 巨型柱截面示意
綜合巨型柱12個控制轉折標高位置截面形心共于豎直面γ內、角點(P,P′點)連續(xù)、每層巨型柱角點與外完成面的距離不小于500mm(底部為1200mm)等3個條件,最終確定巨型柱的幾何定位。其俯視定位圖如圖4所示。
圖4 巨型柱俯視定位圖
2.3 轉換桁架、巨型斜撐及次框架的生成
在確定外框筒外控制面及巨型柱外輪廓后,可以確定轉換桁架、巨型斜撐及次框架等定位。此處控制的目的是各構件之間的連接要做到平齊對接,避免出現錯邊,并且方便加工和安裝。整個塔樓由8道轉換桁架分成了9個區(qū)段,每個區(qū)段生成的規(guī)則是一致的,不同的只是巨型柱傾斜的程度,本節(jié)僅選取典型區(qū)段進行介紹,如圖5所示。
圖5 外框筒典型區(qū)段示意
轉換桁架、巨型斜撐及次框架的外皮均與外框筒外控制面平齊。轉換桁架弦桿、巨型斜撐等構件與巨型柱連接位置均需要設置水平加勁肋,且結合與巨型柱轉折標高位置的關系,轉換桁架弦桿的截面形式控制為平行四邊形截面(圖6(a)),而沒有采用常規(guī)截面形式(圖6(b))。
圖6 轉換桁架截面生成方案
例如截面尺寸為800×700,表示截面垂直高度為800mm,沿水平向寬度為700mm,此截面定義規(guī)則可認為由相距800mm的一對水平面和平行于巨型柱外控制面、水平距離(非垂直距離,下同)為700mm的一對斜面,所圍區(qū)域作為弦桿輪廓尺寸。
轉換桁架腹桿的截面定義規(guī)則也參照弦桿的截面定義規(guī)則,例如截面為900×700的斜腹桿,由相距900mm平行于腹桿軸線,且都垂直于豎直面的一對斜面和平行于巨型柱外完成面、水平距離為700mm的另一對斜面,所圍區(qū)域作為斜腹桿輪廓尺寸。角部桁架弦桿與腹桿的生成規(guī)則與轉換桁架的生成規(guī)則也基本一致。
巨型斜撐的生成規(guī)則與轉換桁架腹桿的生成規(guī)則類似。略有不同的是轉換桁架的斜腹桿、弦桿與巨型斜撐軸線交點標高與外框筒轉折標高不在同一標高(相差半個弦桿高)(圖7)。為避開上述問題,巨型斜撐截面生成方案按如下方案進行:例如1 600×900截面,取平行于巨型斜撐軸線、相距1 600mm且垂直于豎直面的一對斜面,和平行于下輪廓面、水平距離為900mm的一對斜面,所圍區(qū)域作為巨型斜撐輪廓尺寸。
圖7 巨型斜撐節(jié)點定位示意
次框架的空間定位主要以分析重力柱為主。重力柱的定位與幕墻玻璃分格對應,幕墻分格規(guī)則則是以外完成面為基礎,按照加強層建筑完成面標高水平剖切出其對應的幕墻輪廓線,等分為128份(圖8),進而得到各層的幕墻分格點。
圖8 重力柱中心線定位
然后在外完成面每6個分格點取一格點再投影到轉換桁架上弦、下弦中心線上。連接相鄰兩道轉換桁架上、下弦的交點即為重力柱中心線定位,連接每道轉換桁架上、下弦的交點即為轉換桁架豎腹桿中心線定位。在確定重力柱軸線定位之后,以平行于軸向且垂直于豎直面的一對斜面與平行于外框筒外完成面的一對斜面所圍區(qū)域作為重力柱外輪廓,重力柱采用焊接H形截面,以便施工。
整個外框筒結構構件的截面生成規(guī)則可以用如下模型進行形象說明:剪切剛度很小而彎曲剛度很大的結構,在一對水平力作用下,發(fā)生剪切變形之后的形狀,作為中國尊大廈外框筒結構的構件截面的主要形式,而確定截面傾斜的程度主要依據各段外框筒外完成面的傾斜程度,如圖9所示。
圖9 截面生成原理
3 樁筏基礎設計
本工程基礎形式為樁筏基礎。樁筏體系可理解為是地基土-樁-筏板相互作用的一個有機整體。本工程樁基礎設計使用年限為50年,耐久性100年;建筑樁基設計等級甲級,安全等級為一級;主要抗震性能目標為樁身強度滿足中震彈性和大震不屈服要求。工程樁主要包括三種類型:位于核心筒和巨型柱下P1型(樁徑1 200mm、樁長44.6m);塔樓下其他區(qū)域P2型(樁徑1 000mm、樁長40.1m);塔樓與純地下室間過渡樁P3型(樁徑1 000mm、樁長26.1m,為邊緣過渡樁),樁位布置見圖10。
圖10 樁位布置
工程樁P1和P2以第層卵石、圓礫為樁端持力層,要求進入持力層的深度不小于2.5m。純地下室部分采用天然地基。所有工程樁均采用樁側樁端組合后注漿工藝。
樁筏基礎設計總體思路:考慮樁筏協同作用(圖11),按變形控制條件合理選擇樁端持力層,優(yōu)化設計樁長、樁徑和樁間距。樁基礎結構設計計算應考慮上部結構、筏板基礎和地基(樁與土)共同作用分析。經過反復比選,最終將超高層主塔樓與裙房之間的沉降后澆帶予以取消,實現了樁筏基礎設計的創(chuàng)新。樁與筏板基礎聯合變調平設計的構想與技術思路如圖12所示。
數值分析得出的基底反力在主樓區(qū)域約為150kPa;上部結構傳遞到基礎底面的平均壓力值約1200kPa;樁間土承擔的荷載約為總荷載的12.5%。
圖11 樁筏共同工作示意圖
圖12 樁與筏板聯合變調平設計概化示意圖
全部工程基樁施工完成以后,通過單樁靜載荷試驗進行了工程樁承載力檢驗,其Q-s曲線如圖13所示。檢測結果表明樁基施工質量良好,100%為Ⅰ類樁,為實現設計構想奠定了堅實的基礎。目前已完成全部筏板混凝土澆筑施工。
圖13 工程樁Q-s曲線
中國尊——
按照最高抗震等級和安全標準設計的大樓
究竟是怎么施工的呢?
1、底板施工技術
本工程大體積混凝土基礎底板呈“凸”字形,中間區(qū)域厚6.5m,東西兩側厚2.5m,過渡區(qū)域厚4.5m?;訓|西約140米,南北約80米,占地面積11478平米,基礎采用基礎樁筏板加錨桿結構。底板施工前,通過BIM 技術,整體優(yōu)化鋼筋排布,并提前對樁頭處、塔吊基礎、集水坑等處節(jié)點進行優(yōu)化,降低施工難度并減少鋼筋浪費。底板大體積混凝土合理摻和I級粉煤灰混凝土,與普通混凝土相比,其具有改善混凝土性能、提高工程質量、延長水泥水化熱釋放時間等優(yōu)勢,利于防止大體積混凝土開裂。同時減少水泥用量,利用工業(yè)廢料的同時降低環(huán)境污染。底板混凝土澆筑采用跳倉法。澆筑前,聯合多家攪拌站對底板大體積混凝土澆筑進行詳細規(guī)劃,與政府及交通部門協商,合理規(guī)劃場外交通。利用周邊管廊布置泵管及場內交通線路,創(chuàng)新使用溜槽加串管組合的施工方法,連續(xù)澆筑93 小時一次性完成56000m³ 底板超大體積混凝土的澆筑。整個澆筑過程無縫銜接,圓滿完成,未對CBD 區(qū)域交通造成明顯影響。
2、智能頂升鋼平臺的應用
為提高施工效率,滿足工期要求,中國尊項目獨創(chuàng)性地采用由中建三局自主研發(fā)的世界房建施工領域面積最大、承載力最高的第三代集成型智能模架體系。該平臺具有高承載力、高適應性、智能綜合監(jiān)控三大特點,平臺共有12 個支點,總體頂推力可達4800t。工人在安全可靠且相對封閉的操作層內施工,可同時進行4 層核心筒立面流水作業(yè)。另外,本項目還創(chuàng)新性將2 臺大型動臂塔吊同平臺一體化結合,使其隨同鋼平臺頂升而同步爬升,有效化解了鋼平臺頂升與塔吊爬升的空間制約關系,該應用在世界范圍內尚屬首次。相比常規(guī)塔機安裝方式,可減少塔機自爬升28 次,節(jié)省塔機爬升影響的工期約56 天,減少塔機預埋件400t。2015 年6 月15 日,經過專家組現場考察、課題組匯報答辯,專家組討論,一致同意通過鑒定,認為中國尊項目鋼平臺技術成果整體達到國際領先水平。
3、信息化綜合應用
在施工圖設計階段,結合BIM 模型,對設計院施工圖紙進行審核優(yōu)化。施工期間開展各專業(yè)深化設計工作,利用深化設計BIM 成果進行施工4D模擬、工程量提取、料單生成并預制加工。結合RFID 技術對構件的下料、運輸、安裝進行全過程追蹤管理。BIM 深化設計成果生成輕量化模型,可通過移動設備在現場實時查看。另外是項目協同管理平臺的使用。本工程全程使用Bentley Project Wise 作為數據協同管理平臺(簡稱PW 平臺),用于實施過程中各參與方協同工作,各參與方將相關的施工資料通過PW 平臺進行傳輸與共享,確保項目信息及時有效地傳遞。
4、垂直運輸體系構建
垂直交通主要布置在建筑物中心區(qū)并與結構內筒相結合,采用穿梭電梯和區(qū)間電梯相結合的運行模式,通過首層大堂及空中大堂把人流高效快捷地輸送到指定樓層。同時還配套設置后勤電梯VIP 專用電梯、車庫電梯等進行交通分流。在首層大堂、會議中心、空中大堂及觀光交通轉換區(qū),根據人行路線需要設置相應的自動扶梯,快速高效地完成人流轉換。
本工程垂直運輸選用4 臺大型動臂塔吊,12 部施工電梯(其中2 臺可上頂升鋼平臺)。同時提前使用14 部正式電梯,主要配合施工電梯用于機電、裝修材料及人員運輸。其中,在世界范圍內超高層建筑項目施工過程中首次應用了4 部躍層電梯(jumplift),其在結構施工過程中作為施工臨時電梯及消防應急電梯,主要用于勞動力的垂直轉運,結構封頂且電梯機房完工后可立即轉換為正式電梯。躍層電梯的使用一方面有效提升了施工階段人員的垂直運力,另一方面也極大地縮減了常規(guī)正式電梯所應投入的安裝工期。
5、正式消防系統(tǒng)臨時使用
本工程臨時消防系統(tǒng)18 層以上部分的管道和水箱均采用正式消防系統(tǒng),最大程度減少了臨時消防系統(tǒng)管道和水箱的拆除及相關工作內容,確保消防給水的揚程,節(jié)約材料,縮短工期。
根據建筑造型及功能布局,對使用空間進行合理的防火分區(qū)及針對性的防火處理。配套安裝主動探測、滅火、報警等設備,設立消防控制室,對樓宇的消防設備和人員疏散進行控制,并與核心區(qū)的消防控制系統(tǒng)預留連通條件,以構建消防安全綜合監(jiān)管體系,強化火災狀態(tài)下的自救能力。
中國尊機電總承包項目部以施工圖為藍本,根據項目建設實際需要,制定出了全國首創(chuàng)的“臨時/永久結合”消防系統(tǒng)實施方案,具體特點和技術有:高壓消防系統(tǒng);“臨時/永久結合”消防系統(tǒng)實施范圍;“臨時/永久結合”消防系統(tǒng)的轉換;臨時消防泵與正式消防泵的轉換;消防水箱;消防系統(tǒng)BIM技術。
施工重點難點:1.少就是多的裝飾原則;2.內框筒懸空消火栓立管安裝;3.內框筒懸空消火栓立管安裝
6、綠色施工技術應用
在綠色施工方面,項目做了積極探索。
一是施工過程水回收利用,在鋼平臺下部東側設置集水箱,利用地下室四周設置的降水井,重復利用地下室的水,分別用于混凝土養(yǎng)護、消防用水、路面沖洗、廁所沖洗等。
二是在土方開挖階段, 設置洗車池,并安裝了循環(huán)水洗車設備,水經沉淀、過濾循環(huán)再利用,現場設備、機具也使用此循環(huán)用水裝置,既保持了城市道路的清潔也提高了水的使用率。地上工程施工階段,東西側設置洗車槽,污水排至三級沉淀池,重復使用。
三是地上結構施工階段,每隔3 層設置臨時廁所,利用排污管道排至正式工程的化糞池,保證良好的施工環(huán)境。
四是采用太陽能與建筑一體化應用技術,本工程屋頂將敷設太陽能光電設施,合理利用可再生資源。此外,在場地平面組織管理方面,結合本工程實際情況,項目采取了具體措施。本工程場區(qū)極為狹小,建筑物外邊線緊鄰場地紅線,且受緊鄰地塊的施工影響,施工平面組織與管理難度極大。在土方及樁基施工階段,通過協調西側管廊施工單位預留通道口,合理高效地安排土方開挖及外運。在地下室結構施工階段,協調CBD 管委會及北管廊承建單位,在基坑北側搭建長130m、寬20m、高27m 的臨時鋼平臺,作為物資運輸通道,鋼構件、鋼筋堆場和大型機械作業(yè)平臺。在地上結構施工階段,在東西兩側純地下室區(qū)域頂板搭設鋼平臺作為構件卸料場地及其它材料周轉場地。同時對地下3 層以上各層進行綜合利用,作為安全通道、臨時辦公、工人就餐、庫房等場地。
2010年12月21日,中國尊Z15地塊成交;
2013年7月,中國尊正式開工;
2014年5月15日,地下室施工正式揭幕;
2015年10月11日,地下室核心筒率先封頂;
2015年10月27日,巨柱及外框全部施工安裝完成,鋼結構施工沖出地面;
2015年9月結構高度突破100米;
2016年3月突破200米;
2016年8月18日突破300米;
2016年11月9日突破400米;
2017年6月突破500米
2017年8月21日,結構全面封頂!
以下為建設過程實拍:
▲2011年9月19日“中國尊”項目啟動儀式。
▲2012年9月起開始打入地下樁。2013年7月29日開工建設。
▲基礎底板混凝土澆筑。
▲2014年4月27日,中國尊大廈的超厚大體積基礎底板混凝土澆筑正式完成。
中國尊大廈基坑深度38米,局部達到40米,是中國未見、全球罕見的超深民用建筑基坑,創(chuàng)中國超高層建筑基坑深度之最。其基礎底板東西長136米、南北寬84米。底板澆筑總共分三次進行,總體積達到6.2萬立方米,約相當于30個標準游泳池的容量。其中塔樓區(qū)、過渡區(qū)底板厚度分別為6.5米、4.5米,一次性澆筑混凝土5.6萬立方米,成為北京市一次性混凝土澆筑的最大底板。為實現不間斷澆筑,項目動用200臺混凝土罐車、組織2000余名建設者共同參加會戰(zhàn)。底板的澆筑完成與下部896根基礎樁形成堅實有力的基礎,共同托起未來拔地凌空的528米高摩天大樓。
如此罕見的基坑深度、筏板厚度和一次性澆筑的超大體量,再加上北京CBD核心區(qū)復雜的交通現狀,對澆筑部署和交通疏導均是一個巨大的挑戰(zhàn)??紤]到交通影響澆筑,為保證運輸效率,“中國尊”大廈項目部給每家混凝土供應商制定了一條運輸路線和一條備用路線,同時設立7個距離工地半徑不足一公里的“壓車區(qū)”,一方面緩解作業(yè)面車輛積壓的問題,另一方面也避免了因堵車造成混凝土不能及時運抵的問題。經過多方論證,編制了嚴密的交通組織方案,盡最大可能減少對路面交通的影響,創(chuàng)造性地使用了“串管加溜槽”的施工方法,在施工場地非常狹小的情況下最大限度地提高了混凝土的輸送效率,在93小時連續(xù)澆筑期間,實現了交通零事故、零投訴,澆筑一次成優(yōu),創(chuàng)造了北京建筑業(yè)的新奇跡。
▲2014年5月15日,中國尊大廈鋼結構工程施工全面啟動。
中國尊大廈地下室為巨型框架+混凝土核心筒(型鋼柱+鋼板剪力墻)結構體系,共8層,建筑面積8.7萬平方米,4根平面尺寸為34.39米×32.79米巨型鋼柱,固定在近5.6萬立方米,厚6.5米的巨大混凝土底板之上,與翼墻、核心筒鋼板墻等共1.35萬噸鋼構件一起,筑成中國尊鋼結構主樓的堅實根基,共同托起拔地凌空的528米中國尊大廈。
超長超重構件多,吊裝測量難度大;構件板厚種類多、不同材質相互焊接,坡口形式、焊接種類多、量大;高空橫焊縫、立焊縫多;工期緊、場地狹窄;土建結構與鋼結構交叉點多,管理、協調量大,施工難度空前。
自2013年前開工以來,中國尊連續(xù)創(chuàng)下了一系列首都建筑業(yè)新紀錄,先后完成了896根工程樁施工;地下40米深坑的土方作業(yè);在連續(xù)93小時內完成了創(chuàng)造北京乃至全國紀錄的5.6萬立方米大體積底板混凝土澆筑;2014年12月10日實現了地下室全面封頂。
▲2014年10月建設現場。
▲千名工人進行鋼筋綁扎勞動競賽。
中國尊建設者創(chuàng)造性地在-38米的坑下搭建起了一座東西長138米、寬20米、高27米的鋼結構平臺,打破了施工零場地的困局,先后完成了896根工程樁施工、20000多噸鋼筋綁扎作業(yè)。
▲2014年12月10日,中國尊項目地下結構沖出地平面,實現全面封頂,并開始上部工程施工。
▲2015年3月中國尊大廈項目主塔樓智能頂升鋼平臺體系安裝完成。該體系為世界房建施工領域最重、面積最大、承載力最高、世界首次與大型塔吊一體化結合的鋼平臺體系。
▲2015年9月14日零時30分,隨著19.04噸重的第24節(jié)3GBQ—3鋼板墻構件在大廈西南角緩緩落入指定區(qū)域,準確就位,智能頂升鋼平臺將核心筒鋼板墻從97.7米頂升至102.1米。中國尊主塔樓施工順利突破一百米大關。
▲2015年9月28日中國尊結構高度突破100米。
▲2016年3月31日,隨著第40層核心筒墻體混凝土澆筑完成,北京第一高樓—中國尊項目結構高度突破200米大關。
▲利用鋼平臺封閉的立體空間,中國尊項目在不同作業(yè)層形成流水,同步進行鋼結構吊裝、焊接、鋼筋綁扎、模板支設、混凝土澆筑、預留預埋等施工工序,固化各項工序插入及完成時間,使核心筒各項施工工序操作規(guī)范、簡便,工作面移交控制,將平臺空間打造成工廠流水線,提升核心筒施工現場工業(yè)化程度,使得核心筒施工節(jié)拍穩(wěn)定在5-6天一層。
▲全球首部超500米躍層電梯正式在中國尊啟用。是全球速度最快、行程最大的躍層電梯。
▲2016年8月18日,北京第一高樓——中國尊施工至第70層,結構高度達到333米,超過北京國貿三期,登頂北京第一高度。距離其528米的總高度還有38層的距離。
▲2017年8月21日,中國尊結構工程全面封頂!自此,北京有了新的建筑天際線。高度528米!
▲“中國尊”計劃2018年10月竣工,到2019年3月交付使用。中國尊建成后,將成為北京第一高樓,并成為世界上第一棟在抗震設防烈度8度區(qū)建造的500米以上的摩天大廈。
建造全程采用先進的BIM技術,利用計算機代替人工對結構進行預拼裝,減少建造中的返工及錯誤。
中國尊計劃施工總工期為62個月,計劃開發(fā)周期與同類超高層建筑平均開發(fā)周期相比,減少31個月,月施工建筑面積是國內已建成同類超高層建筑的1.4倍。大廈自身無裙房,外圍又條件受限,幾乎是“零場地施工”。參建單位多,除機電各專業(yè)(暖通、給排水、電氣、消防、智能化、冷熱源等)之間的綜合協調外,還需與土建、鋼構、裝飾等其他專業(yè)協調。
中國尊的建筑信息模型構建(BIM-Building Information Modeling)、模型應用(BIM-Building Information Model)和模型信息管理(BIM-Building Information Management)這三個維度由業(yè)主、設計、施工三方全體參與,在設計施工運營全過程中應用BIM技術。
2.1 BIM+深化設計
一般來說,項目BIM建模的深度越淺,越不容易發(fā)現問題,建模深度越深,模型上表達的內容越多,越容易發(fā)現各專業(yè)之前的綜合協調問題。中國尊的BIM建模深度和精度為同類型項目之最。在如此大的項目體量下,對全專業(yè),全區(qū)域進行建模。機電模型深度到末端,如暖通風口、消防噴淋頭、燈具等,而土建裝飾則需要留洞,構造柱,裝飾龍骨吊桿等等。在這樣高精度的模型下,更多的專業(yè)間綜合碰撞問題在施工前被發(fā)現解決,現場拆改顯著減少,從而確保了工期。
油脂分
旁流水處
機電綜合模型
在BIM+深化設計工作流程上,
中國尊的方式與其他項目有兩點顯著不同:
第一是直接采用三維建模軟件進行深化設計,先有模型,圖紙由模型導出,而非先二維設計再三維翻模。
第二是協同方式由各專業(yè)之間的協同變?yōu)楦鲄^(qū)域之間的協同,每個工程師需要對自己負責的樓層、區(qū)域范圍內的所有專業(yè)進行綜合排布。各工程師進行的是區(qū)域間的接口協調。與各專業(yè)間的協同相比,這種方式能從整體上進行規(guī)劃,從更高的角度對全專業(yè)進行方案統(tǒng)籌。
通常在各專業(yè)間的協作中,等發(fā)現碰撞問題的時候,往往局限于在某個局部去解決碰撞,甚至等發(fā)現問題時已無力解決,被迫犧牲原有的建筑空間或吊頂高度。
借助高質量的BIM+深化設計,使空間緊張的區(qū)域滿足安裝檢修,對空間寬松的區(qū)域(窗邊風機盤管、巨柱邊管井、地下室等)提出優(yōu)化方案,使大廈可用建筑面積大幅度增加,使辦公區(qū)平均平面使用率高于同類超高層寫字樓。
垂直運輸是超高層施工的重難點。中國尊的施工條件可以說是前所未有的艱苦,現場幾乎沒有機電加工的場地。為了解決這一難題,項目使用BIM技術輔助工廠化預制加工。首先完成定位準確的三維施工模型,然后在工廠中按模型進行預制加工并編號,到現場后,根據編號將材料快速準確的運輸到指定的樓層和位置,現場根據編號進行拼裝,只進行少量的拼裝。這樣現場加工量減少,隨之產生的建筑垃圾也減少,從而減輕二次運輸的壓力。
中國尊在多個專業(yè)和區(qū)域使用
BIM+工廠化預制,如:
部分豎井內管道(空調水、給排水、消防水等)采用預制立管施工技術,預先在工廠內制作成各組單元節(jié),在結構施工的同時進行安裝。
預制立管BIM模型
各標準層空調機房排布方案類似,將空調機組進出口處的水管閥門管件做成預制模塊,減少現場焊接作業(yè)。
各標準層弱電間,橋架排布復雜且異形構件多,在工廠根據BIM模型預制異形件并將各構件編號,現場不再進行橋架切割加工。
弱電間橋架加工圖
窗臺一體化系統(tǒng)的窗臺板采用BIM模型與現場測量結合的方式,在工廠完成定制。
窗臺板加工圖
蓄冰機房弧形區(qū)域管道采用工廠預制弧形管,不僅美觀也減少了大量焊縫,降低了施工難度。
現場弧形管
2.3 BIM+三維激光掃描
在機電安裝之前,傳統(tǒng)的做法會先對現場土建結構實測實量,以免土建偏差造成機電安裝的返工,但這種方式隨機性大,容易遺漏,人工復核精度不高,復核所需的時間也較長。
中國尊采用三維激光掃描儀進行現場掃描,機器掃描具有數據信息完整,無遺漏,精度高的優(yōu)點,軟件通過將現場點云模型和施工模型做分析比較,可以生成各種可視化的圖表。方便管理者迅速發(fā)現問題,及時制定應對策略。生成的色譜分析圖根據偏差大小的不同,在模型上顯示不同的顏色,管理者可以根據偏差的范圍,偏差的大小,采取不同的措施,來消除誤差。
色譜分析圖
在機電管線安裝前,對土建結構進行三維掃描,規(guī)避風險。對偏差較小的區(qū)域,可以通過施工交底,加強機電施工精度或者協調土建、裝飾專業(yè)共同吸收誤差。對無法吸收誤差的,需要事先調整深化設計方案,修改管線路由,避免因為現場條件與設計不符造成的機電拆改。
在機電管線安裝后,對機電管線進行掃描和質量管控。掃描確定重要設備和閥門的現場安裝位置與施工模型位置一致,方便后期運維。分析機電管線安裝完成后的實際最低標高,避免因安裝精度不夠造成吊頂標高降低,提升建筑的品質。
2.4 基于BIM技術的質量管理
中國尊的BIM技術管理有三個一致:“模型與圖紙一致,模型與圖紙?zhí)峤粫r間一致,模型與現場一致”。為了達成這一目標,中國尊的BIM技術管理從設計、施工及驗收三個維度進行質量管理。
中國尊的BIM模型首先由機電總包完成綜合管線排布并自審,然后由深化設計顧問單位對模型排布方案提出優(yōu)化建議,由BIM顧問單位對模型規(guī)范性作出審核(如命名、屬性、碰撞等),接著由施工總包結合其分包專業(yè)模型(土建、鋼構、裝飾等)進行綜合協調,最后報送設計院審核。
每個步驟根據實際需要均有反復協調的情況,這樣各方從不同角度對模型進行優(yōu)化后,從設計上確保模型的高質量。
在施工之前對技術員及現場班組長就復雜區(qū)域進行三維模型交底,并與現場施工隨時保持緊密聯系,及時糾正因現場條件導致的模型無法施工的問題。同時對現場勞務隊加強管理,嚴格要求按圖、按模型施工,合理安排工序,禁止因自身方便隨意施工而影響其他專業(yè)。
為確保模型與現場的一致性,中國尊采用定期和不定期現場巡檢的方式,在施工過程中,由業(yè)主、施工總包、機電總包、BIM顧問、監(jiān)理組成聯合巡檢,手持移動設備查看BIM模型,比對模型與施工現場的一致性。
機電總包及其分包單位、監(jiān)理也各自組織人員進行不定期的巡檢。對于發(fā)現模型與現場不一致處,根據實際情況要求現場整改或模型整改保持兩者一致。
除人工巡檢外,在機電安裝完成后,采用三維激光掃描技術對現場進行還原,在軟件中對模型和現場進行對比。
這樣通過人工和三維掃描技術檢驗,中國尊做到模型與現場基本一致。
巡檢人員
空調機房施工與模型對比
BIM巡檢報告
模型與現場掃描對比
通過BIM的深入應用,我們深深的感受到,BIM應用須建立在高質量的模型基礎上。這個“高質量”不僅僅指模型的深度,也包括了設計人員在模型創(chuàng)建時體現出的專業(yè)知識和施工經驗。BIM從業(yè)人員需要不斷累積經驗,才能為項目提供更有力的技術支持。
中國尊由北京市建筑設計研究院有限公司設計完成,塔樓地上108層,地下7層(局部設夾層),建筑高度528米,外輪廓尺寸從底部的78米×78米向上漸收緊至54米×54米,再向上漸放大至頂部的59米×59米,似古代酒器“樽”而得名。
尊,古之禮器。意為敬奉,起時雙手捧至頂,行頂天立地之勢。所以設計者以“中國尊”為北京第一高度建筑的寓意:建筑高聳直入云端,表現出頂天立地之勢,與“尊”的表現不謀而合。而且以尊為建筑形態(tài),也有別于北京超高層建筑常見的直線形態(tài)。
外形自下而上自然縮小,形成穩(wěn)重大氣的金融形象,同時頂部逐漸放大,享受獨在云端的無限風光,最終形成中部略有收分的雙曲線建筑造型,使這一建筑林立在CBD核心區(qū)的摩樓天群中也能明顯體現出莊重的東方神韻。
該建筑具有的中國風
元素1——“尊”
Z15的建筑構思源于中國傳統(tǒng)禮器之重寶——“尊”的意象。建筑高聳直入云端,表現出頂天立地之勢。其外形自下而上自然縮小,形成穩(wěn)重大氣的金融形象,同時頂部逐漸放大,享受獨在云端的無限風光,最終形成中部略有收分的雙曲線建筑造型,使這一建筑林立在CBD核心區(qū)的摩樓天群中也能明顯體現出莊重的東方神韻。
元素2——竹編
細看建筑外觀,自下而上的菱形機理給人影響極為深刻,這種機理的選擇源于中國傳統(tǒng)器皿之一——竹器。一層層菱形的機理自下而上,既透出竹編的靈秀,又蘊含著蓮花盛開的清麗。
元素3——孔明燈
建筑頂部的空間設計取自“孔明燈”的形態(tài)意向,建筑群體空間錯落有致,夜晚亮燈后在視覺感官中,其通透輕靈的頂部空間形成冉冉上升之態(tài),從而形成獨特的城市天際線輪廓,成為CBD騰飛的新起點。
元素4——城門
從區(qū)域空間設計上看,該設計引入了“城門”的構思。從規(guī)劃的南側向北望,多棟超高層建筑在中央綠軸兩側延展,整體規(guī)劃具有強烈的秩序感和導向性,凸顯出綠軸終端的“中國尊”,從而形成CBD核心區(qū)標志性門戶的城市形態(tài),也寓意著北京城市站在一個全新的起點對話世界。
曲線優(yōu)美,身高約500米的“中國尊”是以靈動的弧線構成,因此雖然高大,卻不失婉約,簡單的建筑線條看起來極具以柔克剛的效果。如此的設計不僅是為了追求耐看的視覺審美效果,同時也是出與構建設合理建筑結構的考慮。
曲線的以柔克剛,這“剛”指的就是北京春秋冬三季剛勁的風,彎曲的立面和接近圓弧形的邊角平面有效減少風荷載,樓塔頂透氣/雕塑式的設計能減少順風向和橫風向荷載及加速度。
首先在防震方面,設計方在結構體系的牢固性、構件使用等多個方面都進行了充分考慮。
同時考慮到本塔樓高度遠超過了中國設計規(guī)范的有關限值,設計方表示經過抗震超限委員會主持的專家審查,在可能需要進行整體結構的振動臺地震模擬試驗及重點部位的抗震 性能試驗,以確保最佳的安全性。