BIM黑科技在上海深坑酒店的低调应用

来源 | 建筑结构、中建八局总承包公司
近日，主体结构封顶后的上海市松江区“深坑酒店”格局初现。上海深坑酒店被称为“全球人工海拔最低的超五星级深坑酒店”，海拔负65米，坐落于上海市松江区佘山脚下一个深百米、周长千米的采石坑内，从2006年立项开始，备受各方关注。


根据规划，酒店的客房都设有观景露台，可直接看到对面西北侧坑壁落差近百米、宽数十米的瀑布。瀑布旁，还有一个悬空玻璃观景平台，可俯瞰深坑全貌，体验人在景中游、人在画中走的奇妙感觉。对极限运动感兴趣者，还可体验一把蹦极等刺激的游乐项目。



深坑酒店被称为世界建筑奇迹,这里原本是解放前日本留下的采石矿，他们在深坑建了很多碉堡，直到06年，世贸酒店决定利用这里的地形，建造一个世界上人工坑内海拔最低的酒店！现在还在施工阶段的深坑酒店，预计开业时间是17年底！建成后的深坑酒店有370间客房，地上2层、地下17层、水下2层，最受瞩目的就是水下的水底客房，你和水里的游鱼只有一层玻璃的距离，真有种住在龙王爷行宫的感觉！
深坑酒店简介
住深坑里是怎样一个感受？

上海天马山深坑酒店主体建筑设计于地质深坑内，依崖壁建造，总建筑面积55058m2。酒店主体建筑分为地上部分、地下至水面部分以及水下部分。其中地上建筑2层（局部带1层地下室），高度约10m；地下至水面建筑共14层，高度约53.6m；水下部分建筑2层，高度约10.4m；建筑总高度约为74m。

结构布置
地下至水面的建筑依崖壁建造，坑内各楼层建筑平面中部为竖向交通单元，两侧均为圆弧形曲线客房单元。坑内建筑平面狭长且呈现L形，抗震计算时位移比等参数较难控制，因此设计中将竖向交通单元和左侧圆弧形曲线客房单元连成整体，和另一个圆弧形曲线客房单元设置防震缝分开。两侧圆弧形曲线客房单元沿径向的竖向剖面也呈现不同的曲线形态。

▲ 结构典型楼层平面及剖面
酒店主体结构下部坐落于坑底基岩上，上部和坑顶基岩（及部分裙房）相连。地下至水面的建筑形成了多塔的结构形式，地面以上连成一体。酒店主体结构采用带支撑钢框架结构体系。
在坑顶采用钢桁架作为跨越结构支托上部2层裙房的部分结构，钢桁架一端和坑内的酒店主体结构相连；另一端在下弦部位（层B1）采用铰接支座支承在坑口的基础梁上，并且在下弦（层B1）设置180mm厚钢筋混凝土现浇组合楼板和坑口的基础梁连成整体，基础梁和坑顶外围地下室底板连成整体，为酒店主体结构提供水平方向约束。
钢框架区域采用150mm厚钢筋混凝土现浇组合楼板，组合楼板应满足楼板双向受力和配筋的要求。另外，坑顶在两侧圆弧形曲线客房单元和中部的竖向交通单元连接处加大楼板配筋或设置水平钢桁架加强结构整体性能。坑顶2层及屋面局部楼板开洞较大，对周边楼板及洞边构件作适当加强。
深坑酒店项目是世茂集团最具挑战性的创新项目——在松江天马山废弃矿坑中建设一个超五星级酒店综合体，建成后将成为全球海拔最低的酒店。该项目早在2006年便已立项，但作为一个高度落差近百米的坑内项目，该酒店从设计规划，到施工运营，都有着很大的难度和风险，且皆无先例可循，设计方案因此被反复论证和调整，开工时间也不断推迟，直至2013年。
深坑酒店由迪拜帆船酒店原班设计人马——阿特金斯团队担任建筑设计。2013年3月17日，上海天马山世茂深坑酒店与美国国家地理频道合作的《伟大工程巡礼》纪录片正式开机，纪录片将对酒店的整个建造过程将进行全程跟踪拍摄，这也代表着深坑酒店正式动工。


2013年10月21日，经过半年多的建设，由华东建筑设计研究院有限公司负责结构设计的上海天马山世贸深坑酒店进入主体区域的施工。21日，坑壁和坑底岩石进行了首次爆破，由于深坑酒店的主体部分是挂在废弃采石坑的岩壁上，岩石爆破工作将持续开展两个月，为打造世界上首个五星级“深坑酒店”奠定基础。


天马山世茂深坑这座五星级酒店计划于2017年中旬竣工，主体建筑在功能上包括了：酒店大堂、会议中心、客房部分、娱乐餐饮以及后勤服务。客房部分，将套房和总统套房设置在负1层、负2层（低于地平面的第一层即为负1层，最底一层即为负19层），以争取最好的景观视线；水下部分，将利用“水景”资源布置水下情景客房；而中部则以标准客房为主。


水下客房位于建筑的负19层，将采用先进的水族馆设计技术，包括人造岩石和珊瑚礁设计施工、水族馆环境设计等，客人将有处于海洋中的新奇感。

抗震
深坑酒店的周边是陡峭的岩石壁，防震是极其重要的问题。为了解决这个最重要的问题，设计团队将地质勘测结果和酒店的工程结构设计被输入计算机，通过一系列模拟测试反复检查建筑设计的强度和抗震性能，最终确保深坑酒店可抗9级以上地震。
消防
因为酒店是在负80m的坑中建造，消防逃生需要自下而上，目前人类居住的空间里未有任何案例可参照，一旦发生火灾，消防车根本进不了矿坑，为了保证客人的绝对安全，要确保酒店任何一个阳台均与消防通道相连，这对空间布局的设计要求非常之高，是地上空间设计无法比拟的难度。
积水
水往低处流是最基本的自然规律，在一个露天百米的深坑里，如何防积水就成为一个突出问题，特别是人工景观湖的湖面如何维持在一个安全的水位是个难题。设计团队基于对上海历史水文资料的研究，通过安装一部抽水泵以确保每日湖中水位变化不超过500mm安全区间。

施工
大多数工程中，施工单位要解决的是如何将人员和材料、设备向上运输，而建造深坑酒店，则是解决如何将这些向下送到近80m深的泥泞坑底。 由于坑壁具有弧度，酒店主体结构也被设计成沿坑壁的弧形。使用的是异形钢，它的结构不规则，且处于深坑边缘，运输和吊装难度都很高，有弧度的设计同时也对结构的整体强度增加了要求。
资本
今年中国进出口银行上海分行积极响应政府号召，努力推动上海市现代服务业转型升级和发展，向世茂新体验酒店项目提供数亿元贷款，用于支持世茂集团天马山深坑酒店项目建设。


当外国人知道了中国要造这么神奇的酒店后坐不住了，纷纷评论：
“中国人对摩天大楼的热爱180度倒转了”
“深坑酒店奇景将列入我死前必去的20家酒店”
“我能想象得到卧室墙壁上青苔的气味”
“美国人将会开始针对本国拥有的废弃采石场就这个点子展开讨论”
深坑酒店的施工难点和解决措施
作为世界上第一个建在废石坑里的五星级酒店，上海世茂“深坑酒店”无疑是全球独一无二的奇特工程，不仅将创造全球人工海拔最低五星级酒店的世界纪录，而且其一反向天空发展的建筑理念，遵循自然环境、向地表以下开拓建筑空间也成为人类建筑设计理念的革命性创举。

“深坑酒店”地下至水面的建筑依崖壁建造，各楼层客房建筑平面两侧均为圆弧形曲线，中部的竖向交通单元将两个曲线单元连成整体，两侧圆弧形客房单元沿径向的竖向剖面也呈现不同的曲线形态。这样一个充满想象和神奇色彩的工程为建造过程埋下了“绊脚石”。

█ 难点：难的独一无二
1、主体异形钢结构施工
现场地形较为特殊，构件倒运不便。本工程所在地为一个人工开采后形成的深坑，坑底最深处与地表高差达80m左右，且本工程主体钢结构大部分处于深坑之中，给现场构件倒运带来一定困难。 1、主

结构整体不规则，施工变形大。本工程整体结构不规则，A区立面为双向侧倾，B区立面为单向侧倾，此类结构在施工中存在着变形大的特点，影响结构整体受力和建筑外观。

地下一层巨型桁架安装难度高。地下一层桁架截面高度为5m，跨度9m~30m，单榀桁架自重9.6t~34t，由于坑外地面地基承载力小，大型履带吊行走困难，因此桁架安装难度较高。

2、人员材料垂直运输
坑顶坑底高差大，坑壁为悬崖，人员材料垂直运输难度大。需要布置向下的人货电梯。以满足人员到坑底作业，材料向下运输，但人货电梯的布置方式困难。
3、混凝土向坑底输送
坑底大底板砼需要向下运送77m，坑壁为悬壁，运输难度大。
4、坑顶裙房地质情况复杂
由于工程桩必须打至岩石持力层到中风化层，但现场情况复杂，岩石风化程度不同，工程桩为一桩一探施工难度高。

5、爆破工作量大，精度要求高
深坑酒店主体结构大面积与坑壁围岩(表面强风化岩)碰撞，需经爆破清理后方可进行施工。因坑深坡陡、作业困难，且爆破时不允许对保留岩体及坑顶已施工结构产生扰动，因此对爆破施工安全质量要求高，需经周密计算和验证。

6、测量要求高
现场结构复杂，变化大，测量要求高。

7、永久性水下结构施工技术
坑底有24m永久处于水下，2层为箱型基础，2层为地下室水下观光，故对结构、防水等要求较高。

█ 黑科技：化想象为现实
1、77m深全势能一溜到底混凝土输送技术
深坑酒店建造在约80m的深坑内且坑壁陡峭，为解决混凝土向下输送的难题，为了保证工程的进度、混凝土输送量，以及保证深坑内混凝土输送装置的稳定性，除采用上述三级接力输送技术，另采用77m深全势能一溜到底混凝土输送技术。

通过查阅资料、进行设计、运用ANSYS软件进行模拟分析，通过试验与数据结合进行缓冲阻尼装置的调整，最终确定缓冲阻尼装置、混凝土最佳配合比、输送施工工艺等。
2、异形断面施工升降机装置
深坑酒店异形断面施工升降机系统解决了深坑酒店不规则、倾斜崖壁的施工升降机安装问题。

此装置利用塔吊标准节作为施工升降机的附着结构，将施工升降机附着于塔吊标准节的两侧，很好的解决了向下超深77m施工升降机的安装问题。
3、混凝土向下超深77m三级接力输送技术
混凝土向下超深输送，存在混凝土易离析、坍落度损失大、易堵管等问题，一直是施工技术上的一大难点。

为了解决混凝土向下输送问题，项目结合三维激光扫描的BIM技术，来模拟确定三级输送系统（混凝土汽车泵+溜槽+混凝土固定泵）的最佳布置点，以及汽车泵的最佳位置、溜槽和固定泵的最佳位置。
4、19m高梯田式大体积回填混凝土施工技术
为了解决在不规则基岩上的基础施工问题，项目利用了BIM三维模拟技术，对回填混凝土根据不同标高进行了分层。

5、BIM应用：三维激光扫描

6、BIM应用：放线机器人

7、BIM应用：模型整合、协调
施工前期对相关专业BIM模型进行整合、碰撞检测，并通过多维剖分对隐蔽、复杂部位进行查看，经过充分协调后避免返工。

8、BIM应用：方案优化
以“一溜到底混凝土输送方案优化”为例。

本工程由地表下探77米，为解决混凝土超深向下输送的难题，自主设计了一溜到底以及三级泵送两套输送装置，将一溜到底超深混凝土输送装置与崖壁模型进行整合，寻找坑壁最优安装位置，方便日常维修，通过空间三维模拟，排除安装此装置可能产生的碰撞。
9、BIM应用：节点优化
对复杂节点进行钢筋排布，通过BIM技术三维可视化、协同性和信息可提取性的特点，构建实体模型，对复杂节点按照设计图纸配筋，对钢筋穿插、定位进行模拟，解决钢筋、大预埋件、锚索相互冲突问题，指导现场施工。

10、BIM应用：设计验证
通过模拟调整 基础与坑底脱离的承台以及与崖壁相冲突的结构。如下图，红色为原方案，青色为设计验证后调整方案。