中国结构第一高楼117大厦核心筒结构封顶 BIM保驾护航

《117项目BIM规范实施标准》已修订第4版，350余页，10万余字，由于在BIM运用中取得的卓越成绩，项目成果先后获得“第二届中国工程建设BIM应用大赛”综合组一等奖及“2014年度中国建筑业BIM邀请赛”一等奖，对超高层建筑运用BIM技术具有引领示范作用。

2015年9月8日早晨，记者站在天津滨海高新区津静公路上仰望天空，高596.5米的117大厦像一把利剑直插云霄。“危楼高百尺，手可摘星辰。不敢高声语，恐惊天上人。”这原本是古代诗人瑰丽的想象，如今，中建三局再次将这美丽的诗文变为现实。

　　“这座中国京津地区的全新地标拥有强大的智慧内核”，中建三局117大厦项目执行总经理侯玉杰向记者介绍，从2008年至今，七年磨一剑，117大厦项目累计获得国家实用新型专利5项、国家发明专利10项、国家科技进步二等奖1项、省部级科技进步奖4项、省部级及以上科技示范工程4项、省部级及以上QC小组8个，十余项科技成果经鉴定均达到国际领先水平或先进水平。一项项让人叹为观止的中国和世界之最，完美诠释了“中国结构第一高楼”的科技基因。

　　“金刚罩”助力大厦“长高”

　　远在十几公里之外，记者就注意到大厦的顶端有一座高20米左右的“金刚罩”包裹着大楼核心筒顶部，仿佛一座“空中楼阁”横亘云端，117大厦“长高”的秘密就在“金刚罩”这里。

　　“117大厦没有像一般建筑物那样搭设脚手架，到了400米以上的高空，工人是如何施工的？”面对记者的疑问，中建三局117项目副总工程师叶建解释道，这个“空中楼阁”是由中建三局自主研发、获得国家发明技术二等奖的全国面积最大的核心筒顶升模架系统--“模块化低位顶升钢平台模架系统”，由钢平台、挂架系统、液压支撑系统、模板系统、防护系统、安全监测系统组成。

　　这个长36米、宽35米、最大高度21米、重约1100吨的“庞然大物”有4层楼高，可同时进行3层核心筒立体施工，实现流水作业、无缝对接。该系统随着大厦核心筒墙体一次次浇筑，又将大厦一次次顶推至597米高空，最终将“中国结构第一高楼”送入“云端”。

　　钢平台每平方米最大承重1吨，可放置机械设备、建筑材料等，成为一个偌大的“空中航母”。此外，平台上还配有液压系统控制室、设备房、休息室和卫生间，可供施工人员休息使用。挂架系统是工人作业平台，采用镀锌钢板网全封闭，杜绝了高空坠落的危险。

　　4个大行程液压油缸是整个模架顶升的引擎，通过4根钢立柱撑住整个模架系统，立柱高达19米，扩大了立体施工的楼层数，破解了超高层核心筒钢板-钢筋混凝土组合墙体快速施工难题。

　　为了保证模架系统更加安全有效运行，中建三局对模架主要杆件进行应力监测，可有效掌控模架的“身体状态”，确保模架使用安全。


垂直运输，是超高层摩天大楼施工的一大难题

　　天津117大厦主塔楼需混凝土19.1万立方米、钢筋4万吨、钢构件15.3万吨，高峰期施工人员多达1万余人，垂直运输压力巨大，大量的建筑材料、施工垃圾和作业人员都靠“华山一条路”--施工电梯。

　　在研究了国内众多超高层垂直运输系统后，中建三局技术团队发现，传统施工电梯多分散附着在大楼外侧，这对后续幕墙、装修施工有着种种限制的117大厦来说几乎不可能。综合考察、对比后，项目将目光投向了业界罕有、突破传统的“通道塔”，率先在国内研发该技术。

　　单独建造一个通道塔，会不会因为跟不上巨人长高的节奏，反而影响营养供给呢？为打破这个悬在头上的追问，中建三局项目团队从设计开始就紧紧抓住了“轻量化、集中化、工业化”利器，将通道塔装配化，几乎所有构件都能实现工业化量产，除部分柱截面分段变化和层高不同外，标准节均采取“工厂制作、现场组拼、整体吊装”的高效率流水作业，所有构件均螺栓连接，这使得后期拆除也很便捷。该通道塔平面尺寸为5米×9米，一面与主楼相连，另外三面附着5部双笼施工电梯，统一调度指挥，实现“人货分离、分层停靠、分时上下”，极大提高了运输效率。

　　记者坐上通道塔电梯，大约五分多钟后，到达了500多米高空。途中，随着电梯逐渐攀升到楼顶，天津风光尽收眼底。据了解，一般中速施工电梯的速度为每分钟50米，而通道塔电梯最高速度可达90米。打开安全门，一条长约5米的通道搭接在楼面上，人、机、料最终由这里进入大楼，成为运输主动脉。

　　像117大厦这类500米以上超高建筑，超高层降效（即随着摩天大厦施工高度的攀升，受高度、天气、运力的影响，施工效率会降低）非常严重，通过使用通道塔技术，使大厦垂直运输的工作效率提高了40%。

　　
117大厦结构设计采用钢筋混凝土核心筒+巨型框架的结构体系，是目前最为科学的超高层摩天大楼设计形式。由于超高层建筑太重不经济、太轻又不稳，所以400米以上高楼一般不会采用纯钢结构，而是采用钢结构与钢筋混凝土相结合的形式。

　　“大厦由4根巨型柱、8根国内最大的防屈曲支撑、9道环带桁架、8道巨型斜撑等共计15.3万吨钢构件共同构成主楼坚实的‘脊梁’。”中建三局117项目常务副总经理李干椿对记者说。

　　巨型柱分布在塔楼的四个角，在正负零处单根巨柱截面尺寸为45平方米，巨型柱呈六边形，内部由26个腔体组成，最厚钢板尺寸120毫米，最大截面面积108平方米。巨型柱从地下室一直贯穿至583.65米的高度，犹如“擎天巨柱”挺起整栋大楼。

　　大厦安装的防屈曲支撑在第一道巨型斜撑下方，共设8根，单根长度约为48米、重量约为210吨，其可为大厦整体结构提供很大的抗侧刚度和承载力，当大厦受到巨大冲击时，防屈曲支撑不会弯曲变形，只会出现短距离位移，从而保护主体结构、减小相邻构件受力等优点，使大厦抗震性能成倍增加。

　　根据中国建筑科研院的振动台试验结果显示，在烈度为8度地震下，结构最大层间位移角达到约1/76，但结构仍保持了较好的整体性，关键构件基本完好，说明结构具有良好的变形能力和延性，具有一定的抗震储备能力，即使有1根巨型柱坍塌也可确保大厦不会倾覆。

　　117大厦所在地为深厚软土地层，软土厚度数百米。俗话说“脚大江山稳”，为使工程桩稳固支撑117大厦，共设计了941根100米长桩作为大厦的基础，创造了房建领域工程桩长中国之最。

　　试桩阶段，直径为1米的百米长桩穿越5个相对含水层，在复杂的地质环境下要保证工程桩的垂直度不大于1/300、保证不塌孔、保证孔底沉渣厚度小于10厘米、保证工程桩钢筋笼的混凝土保护层厚度以及工程桩混凝土的水下浇筑顺利，这是非常艰巨的挑战。

　　“天下难事必作于易。”经过一轮轮的科研攻关和实验，中建三局综合在上海、武汉等临海临江地区的桩基施工经验，结合天津地区的地质情况精心编制了超长桩施工技术方案。选用ZSD2000、GPS-20等多种型号的钻机，采用气举反循环工艺和深厚沙土超深钻孔泥浆控制技术进行120米超长桩试桩施工。

　　通过不断调整泥浆比重和成孔钻进速度等技术参数，最终确定了可靠的长桩施工方案，经检测工程桩全部为一类桩，941根长桩与65000立方米大底板筑牢了大厦的根基，该项技术成果经湖北省住建厅专家组鉴定达到国际先进水平。

　　防火妙招

　　保障“生命通道”

　　超高层建筑消防工作是一个世界性难题，主要是人员疏散的困难。超高建筑虽有疏散楼梯，但靠人跑下来不现实，近600米的楼比北京香山香炉峰的高度还要高近50米，体力好的年轻人从顶部跑下来也要1个多小时。

　　为此，除了每层常规的消防设施外，在设计上，117大厦还设有10个避难层，最大一个避难层面积约为3625平方米；避难层分别设在6层、18层、32层、32夹层、47层、63层、63夹层、78层、93层和105层，分布在9道桁架内，结构体系与材料均为特殊设计，在大楼立面上形成10道“防火墙”，即大约每隔15层左右就有1个避难层，火灾发生后最快可以在1分钟内就近疏散到避难层。

　　此外，大厦所有钢结构表面都涂刷了3到5厘米厚的防火材料，能承受3小时高温火烧。大厦设有防火卷帘门2.2万余平方米，钢制防火门2.1万余平方米、木质防火门4700余平方米，疏散走道、楼梯间和前室的防火门具有自行关闭功能，待人员撤离完毕后，大门自动关闭，双扇平开防火门安装闭门器和顺位器，火警时电源自动切断，关闭信号反馈给消防控制中心。

　　记者走进117大厦项目BIM信息中心，BIM技术人员正在进行模型碰撞检测工作。呈现在记者面前的是117大厦的三维模型：密密麻麻的设计线条、一幅幅彩色三维图，准确勾勒出117大厦的“脉络筋骨”。图中有一些显眼的“红色”，技术人员解释说这是软件检测出的模型存在的一些专业碰撞点，比如机电管道与结构钢梁碰撞等……这在以往的二维图纸上只能靠人工一一核对辨别，而在117项目BIM信息中心，这些专业碰撞点均可通过服务主机智能检测出来，同时在三维模型里自动标注并导出碰撞报告，深化设计人员据此进行优化调整，从而提高图纸设计质量。

　　早在9年前，中建三局就开始探索及应用BIM技术，在117大厦项目BIM技术得到更加深入的应用及发展。117大厦施工中需协调处理大量专业之间的交叉工作，通过BIM技术的应用，项目实现全过程控制图纸质量，重点解决专业管线综合碰撞问题，从而优化设计，达到提高现场施工方案的合理性，有效控制施工进度，提高工程整体施工质量。

　　117大厦项目核心制冷机房五大专业设备纵横交错，共有5层管道，每层管道中有10余根空调主管，最大的直径1米，在现场施工中普通二维CAD图纸很难清晰表达。针对上述情况，项目利用BIM技术建立三维模型，对管线进行优化，对劳务施工班组进行形象直观的三维可视化技术交底，交底效率大大提高。

　　打开项目BIM管理系统，记者看到项目施工全程中的质量、技术等各项参数和资料，同时项目还将进度管理纳入BIM管理系统，实现四维集成管理。通过三维模型，轻点鼠标即可查看大厦任何一个部位的施工参数及其当前施工进度情况。据BIM信息中心人员介绍，该系统实现权限管理，云端存储，各个专业系统均将当天的施工数据上传至云端，实时更新，需要查询随时提取，工作效率明显提高，也使大厦后期运营、管理更加便捷。

　　据悉，《117项目BIM规范实施标准》已修订第4版，350余页，10万余字，由于在BIM运用中取得的卓越成绩，项目成果先后获得“第二届中国工程建设BIM应用大赛”综合组一等奖及“2014年度中国建筑业BIM邀请赛”一等奖，对超高层建筑运用BIM技术具有引领示范作用。

　　596.5米！

　　117大厦核心筒结构封顶

　　创新工作室


　　昨天上午，位于天津滨海高新区的中建三局天津117大厦项目一片繁忙景象，117大厦项目执行总经理侯玉杰告诉记者，目前大厦核心筒结构已达到596.5米，核心筒结构封顶在即，项目获得了多项国家发明专利、国家实用新型专利、国家科技进步奖、多项省部级科技进步奖，而这些成果的背后，有一个建筑科技创新研发基地作为支撑，那就是以天津市五一劳动奖章获得者侯玉杰命名的中建三局首批示范性劳模（职工）创新工作室--侯玉杰创新工作室。

　　走进创新工作室，管理组的技术人员正在针对117大厦所使用的通道塔运输效率的监测数据进行分析与计算。

　　在侯玉杰创新工作室展示区，记者看到，墙上挂满了117大厦2013年、2014年的科技创新工作计划和总结以及2015年的工作计划，展桌上摆放着数十份发表在核心期刊的工程论文和项目团队编写的创新管理手册，展柜里摆放着10余个科技创新的展品模型。侯玉杰介绍，这些都是模型的原型，现在正在为大厦的建设发挥不可替代的作用，都是工作室团队独立摸索、自主研发的新技术。说起他们的功用，侯玉杰如数家珍。

　　故事一：创新来自“改一改”

　　在展示区转角处的一个模型前，侯玉杰详细向记者讲述了关于它的故事。它的学名叫做“一种可维持深基坑降水井抽水的自动控制系统”，基坑施工期间，基坑内有600多口降水井在工作。当井底部的水被抽干后，如果没来得及停电，潜水泵就会因空转而烧毁。上百名工人每天不断地拆泵修泵，不仅浪费了大量财力，而且影响降水效果。根据这一情况，工作室成员深入现场调研，多次召开头脑风暴会议，大家提出了“自动控制断电”的思路，一句话点醒梦中人。工作室立即着手沿着这个方向去解决问题，经过几天的设计，一个利用连通器和继电器原理的水泵自动抽水控制器诞生。控制器可以实现水位下降到一定高度时自动切断水泵电源，水位超过该水位以后水泵自动启动，既可以保证抽水效果，又可保证水泵不会烧坏，又能节省大量人工和维修费用。控制器经过试验成功后，整个施工期间节约成本数百万元，此项技术也获得了国家发明专利的授权。

　　故事二：创新来自“变一变”

　　侯玉杰介绍，超高层垂直运输施工电梯必不可少，常规施工电梯使用的都是电缆供电，117项目也不例外。但随着高度的上升，天津的大风可给大厦建设带来不小的麻烦，400米高空大风可以让电缆脱离保护架，致使电梯不能正常运行。为解决这个安全隐患，创新工作室召集电梯生产厂家和公司设备公司的专家多次沟通，共同寻求解决的办法。最后决定采用滑触线替代电缆改变供电模式，并经过共同研发改良设计出新型产品，规避了滑触线容易接触不良的缺点，且实现了安装拆卸简单、故障率小、维修方便、附加值高、可重复使用等优点，垂直运输效率得到极大提升，安全隐患得到有效防范。因为117项目滑触线电梯安装高度已突破400米，在国内属首次，工作室攻关小组也每日都在监测电梯的运行数据和风速，工作室成员的每一次数据监测，都会为国内其他超高层施工滑触线的使用带来不可多得的经验。

　　故事三：创新来自“加一加”

　　侯玉杰介绍，117大厦像很多国内在建超高层一样，在使用顶模系统进行核心筒结构施工，然而由于顶升模架系统覆盖于结构顶部，导致塔吊无法进行核心筒内部的材料、构建吊装。另一方面，顶模这个“金刚罩”内部有上下通透的空间，容易产生高空坠物引起安全事件，就此召集工作室成员开会讨论，最终创新性地使用核心筒硬质防护与行吊集成系统，这个发明可以确保核心筒内部钢吊件和材料的调运、安装效率，同时兼做硬质防护网、防止高空坠物，也就保证了核心筒内工人、构件及器械的安全，这是117项目的首创。

　　侯玉杰表示，他想传达一个观念：那就是创新从来就不是凭空而来的，而是在日常工作中不断探索、改进、提升，点点滴滴积累起来的。我们身处的这个时代，因为发展而美好，因为创新而伟大。创新关乎企业的生存发展，创新关乎国家安全，创新关乎民族伟大复兴，在劳动中创新，在创新中实现梦想，117大厦才能够从地下数十米一直建设至如今的597米“问鼎”华夏，创新一直在路上。