「超級工程」北京第一高樓中國尊全方位超詳解析!

中國尊

中國尊由中國建築承建,於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層混凝土澆築澆築完成,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,北京有了新的建築天際線。高度528米!

中國尊專案位於北京朝陽區CBD核心區,用地面積11478平方米,總建築面積43。7萬平方米,其中地上35萬平方米,地下8。7萬平方米,建築總高528米,建築層數地上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於一體,是全球第一座在地震8 度設防區超過500m的超高層建築,建成後將成為北京第一高樓,首都新地標。專案創造了8項世界之最、15專案國內紀錄。

業主:中信和業投資有限公司

建築設計:北京市建築設計研究院有限公司,KPF建築師事務所,TFPFarrells建築師事務所,中信建築設計研究總院有限公司

結構設計:奧雅納工程顧問,北京市建築設計研究院有限公司

機電設計:Parsons Brinckerhoff Consultants Private Limited,北京市建築設計研究院有限公司

8項世界之最

1、按抵禦8度地震烈度設防的世界最高建築——528米;

2、全球超高層建築中最高最大的室內觀光平臺(淨高約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、智慧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築;

8、全球底座面積最大(6084㎡)的超高層建築。

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15項國內紀錄

1、國內第一個業主主導,採用EPC一體化管理模式的特大型開發工程;

2、國內第一個採用雙總包施工管理的超高層建築;

3、國內超高層專案地下室層數最多:8層(7 層和一個夾層);

4、國內室內空氣品質最優的超高層建築;

5、國內高強度鋼材(Q390)用量最大、比例最高的建築;

6、國內民用建築基坑深度最深:-40米;

7、國內底板混凝土一次性澆築方量最大:5。6萬立方米;

8、中國建築師主創設計的最高建築物;

9、國內巨柱翼牆厚度之最,牆體厚度最大為2400mm;

10、國內房建領域直徑1200mm旋挖鑽孔樁之最: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、國內第一個採用“臨時/永久”結合消防水系統,實現臨時消防與永久消防的無縫連線;

14、國內第一個利用PW協同平臺,實現從業主、設計、監理、總包、各專業分包的全面協同的專案;

15、國內第一個利用BIM模型、三維掃描等技術輔助專案管理,從設計、施工到運維階段全生命週期的專案。

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“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!

中國尊位於北京市朝陽區CBD核心區,總建築高度528米,地上108層,建築面積35萬平方米;地下7層,建築面積8。7萬平方米,基礎埋深約37。8米,建成之後將成為北京第一高樓,成為國內也是世界上8度抗震區的最高建築。

結構設計

1 工程概況

北京中央商務區核心區的標誌性超高層建築專案——中國尊大廈。工程場地位於北京市朝陽區東三環北京商務中心區(CBD)核心區Z15地塊,建築面積約43。7萬m2(地上約35萬m2,地下約8。7萬m2)。主要建築功能為辦公、觀光和商業。該塔樓地上108層,地下7層(區域性設夾層),建築高度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年建成後將成為北京最高的建築,並將成為最著名的城市地標性建築之一。

這座由中國建築師設計的摩天大樓與典型的直線或尖錐形式的超高層建築不同,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,更大的基座使得結構能夠平衡,也使核心筒到建築外圍的距離更大。

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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。巨型柱位於塔樓角部,貫通至結構頂部,並在各區段分別與轉換桁架、巨型斜撐連線。巨型柱底部截面形狀為多邊形,中部及上部為矩形,採用多腔鋼管混凝土柱。在裝置層及避難層共設定8道轉換桁架,其杆件截面採用焊接箱形截面。巨型斜撐沿各區外皮設定,也為焊接箱形截面。次框架包括重力柱和外環梁,均為焊接H形截面,其僅承擔本區重力荷載,不參與整體抗側。

2 巨型外框筒建築-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,並沿著高度平滑收放,其外完成面幾何控制尺寸見圖2。巨型外框筒的外控制面採用分段折面的形式,既可以較好控制巨型外框筒與建築外完成面的距離,又可降低結構自身的加工難度。

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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。巨型柱共設定12個控制轉折標高,具體見表1。

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為使結構受力最優,要求12個控制轉折標高位置對應的巨型柱截面形心都位於豎直面γ內,此面與水平或豎直夾角為27°,如圖3所示。

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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於豎直面γ內、角點(P,P′點)連續、每層巨型柱角點與外完成面的距離不小於500mm(底部為1200mm)等3個條件,最終確定巨型柱的幾何定位。其俯視定點陣圖如圖4所示。

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圖4 巨型柱俯視定點陣圖

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後,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線要做到平齊對接,避免出現錯邊,並且方便加工和安裝。整個塔樓由8道轉換桁架分成了9個區段,每個區段生成的規則是一致的,不同的只是巨型柱傾斜的程度,本節僅選取典型區段進行介紹,如圖5所示。

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圖5 外框筒典型區段示意

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。轉換桁架弦杆、巨型斜撐等構件與巨型柱連線位置均需要設定水平加勁肋,且結合與巨型柱轉折標高位置的關係,轉換桁架弦杆的截面形式控制為平行四邊形截面(圖6(a)),而沒有采用常規截面形式(圖6(b))。

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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,此截面定義規則可認為由相距800mm的一對水平面和平行於巨型柱外控制面、水平距離(非垂直距離,下同)為700mm的一對斜面,所圍區域作為弦杆輪廓尺寸。

轉換桁架腹杆的截面定義規則也參照弦杆的截面定義規則,例如截面為900×700的斜腹杆,由相距900mm平行於腹杆軸線,且都垂直於豎直面的一對斜面和平行於巨型柱外完成面、水平距離為700mm的另一對斜面,所圍區域作為斜腹杆輪廓尺寸。角部桁架弦杆與腹杆的生成規則與轉換桁架的生成規則也基本一致。

巨型斜撐的生成規則與轉換桁架腹杆的生成規則類似。略有不同的是轉換桁架的斜腹杆、弦杆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(相差半個弦杆高)(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,取平行於巨型斜撐軸線、相距1 600mm且垂直於豎直面的一對斜面,和平行於下輪廓面、水平距離為900mm的一對斜面,所圍區域作為巨型斜撐輪廓尺寸。

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圖7 巨型斜撐節點定位示意

次框架的空間定位主要以分析重力柱為主。重力柱的定位與幕牆玻璃分格對應,幕牆分格規則則是以外完成面為基礎,按照加強層建築完成面標高水平剖切出其對應的幕牆輪廓線,等分為128份(圖8),進而得到各層的幕牆分格點。

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圖8 重力柱中心線定位

然後在外完成面每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。連線相鄰兩道轉換桁架上、下弦的交點即為重力柱中心線定位,連線每道轉換桁架上、下弦的交點即為轉換桁架豎腹杆中心線定位。在確定重力柱軸線定位之後,以平行於軸向且垂直於豎直面的一對斜面與平行於外框筒外完成面的一對斜面所圍區域作為重力柱外輪廓,重力柱採用焊接H形截面,以便施工。

整個外框筒結構構件的截面生成規則可以用如下模型進行形象說明:剪下剛度很小而彎曲剛度很大的結構,在一對水平力作用下,發生剪下變形之後的形狀,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。

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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;建築樁基設計等級甲級,安全等級為一級;主要抗震效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:位於核心筒和巨型柱下P1型(樁徑1 200mm、樁長44。6m);塔樓下其他區域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),樁位佈置見圖10。

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圖10 樁位佈置

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於2。5m。純地下室部分採用天然地基。所有工程樁均採用樁側樁端組合後注漿工藝。

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,最佳化設計樁長、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。經過反覆比選,最終將超高層主塔樓與裙房之間的沉降後澆帶予以取消,實現了樁筏基礎設計的創新。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%。

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圖11 樁筏共同工作示意圖

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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後,透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築施工。

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圖13 工程樁Q-s曲線

施工技術

中國尊——

按照最高抗震等級和安全標準設計的大樓

究竟是怎麼施工的呢?

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中國尊的基坑深40m,重新整理中國民用建築基坑深度最深紀錄;地下8層(7層和1個夾層),為中國民用建築地下室層數最多;國內底板混凝土一次性澆築方量最大,達5。6萬m³ ;該專案是迄今為止中國建築師主創設計的最高建築物;也是世界首個在8度抗震區建造的超500m摩天大樓;專案所採用的智慧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築施工整合平臺。

1、底板施工技術

本工程大體積混凝土基礎底板呈“凸”字形,中間區域厚6。5m,東西兩側厚2。5m,過渡區域厚4。5m。基坑東西約140米,南北約80米,佔地面積11478平米,基礎採用基礎樁筏板加錨杆結構。底板施工前,透過BIM 技術,整體最佳化鋼筋排布,並提前對樁頭處、塔吊基礎、集水坑等處節點進行最佳化,降低施工難度並減少鋼筋浪費。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,其具有改善混凝土效能、提高工程質量、延長水泥水化熱釋放時間等優勢,利於防止大體積混凝土開裂。同時減少水泥用量,利用工業廢料的同時降低環境汙染。底板混凝土澆築採用跳倉法。澆築前,聯合多家攪拌站對底板大體積混凝土澆築進行詳細規劃,與政府及交通部門協商,合理規劃場外交通。利用周邊管廊佈置泵管及場內交通線路,創新使用溜槽加串管組合的施工方法,連續澆築93 小時一次性完成56000m³ 底板超大體積混凝土的澆築。整個澆築過程無縫銜接,圓滿完成,未對CBD 區域交通造成明顯影響。

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2、智慧頂升鋼平臺的應用

為提高施工效率,滿足工期要求,中國尊專案獨創性地採用由中建三局自主研發的世界房建施工領域面積最大、承載力最高的第三代整合型智慧模架體系。該平臺具有高承載力、高適應性、智慧綜合監控三大特點,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。另外,本專案還創新性將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係,該應用在世界範圍內尚屬首次。相比常規塔機安裝方式,可減少塔機自爬升28 次,節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、課題組彙報答辯,專家組討論,一致同意透過鑑定,認為中國尊專案鋼平臺技術成果整體達到國際領先水平。

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3、資訊化綜合應用

在施工圖設計階段,結合BIM 模型,對設計院施工圖紙進行稽核最佳化。施工期間開展各專業深化設計工作,利用深化設計BIM 成果進行施工4D模擬、工程量提取、料單生成並預製加工。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,可透過移動裝置在現場實時檢視。另外是專案協同管理平臺的使用。本工程全程使用Bentley Project Wise 作為資料協同管理平臺(簡稱PW 平臺),用於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透過PW 平臺進行傳輸與共享,確保專案資訊及時有效地傳遞。

4、垂直運輸體系構建

垂直交通主要佈置在建築物中心區並與結構內筒相結合,採用穿梭電梯和區間電梯相結合的執行模式,透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。同時還配套設定後勤電梯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,根據人行路線需要設定相應的自動扶梯,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於機電、裝修材料及人員運輸。其中,在世界範圍內超高層建築專案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,主要用於勞動力的垂直轉運,結構封頂且電梯機房完工後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正式電梯所應投入的安裝工期。

5、正式消防系統臨時使用

本工程臨時消防系統18 層以上部分的管道和水箱均採用正式消防系統,最大程度減少了臨時消防系統管道和水箱的拆除及相關工作內容,確保消防給水的揚程,節約材料,縮短工期。

根據建築造型及功能佈局,對使用空間進行合理的防火分割槽及針對性的防火處理。配套安裝主動探測、滅火、報警等裝置,設立消防控制室,對樓宇的消防裝置和人員疏散進行控制,並與核心區的消防控制系統預留連通條件,以構建消防安全綜合監管體系,強化火災狀態下的自救能力。

中國尊機電總承包專案部以施工圖為藍本,根據專案建設實際需要,制定出了全國首創的“臨時/永久結合”消防系統實施方案,具體特點和技術有:高壓消防系統;“臨時/永久結合”消防系統實施範圍;“臨時/永久結合”消防系統的轉換;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

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6、綠色施工技術應用

在綠色施工方面,專案做了積極探索。

一是施工過程水回收利用,在鋼平臺下部東側設定集水箱,利用地下室四周設定的降水井,重複利用地下室的水,分別用於混凝土養護、消防用水、路面沖洗、廁所沖洗等。

二是在土方開挖階段,設定洗車池,並安裝了迴圈水洗車裝置,水經沉澱、過濾迴圈再利用,現場裝置、機具也使用此迴圈用水裝置,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,東西側設定洗車槽,汙水排至三級沉澱池,重複使用。

三是地上結構施工階段,每隔3 層設定臨時廁所,利用排汙管道排至正式工程的化糞池,保證良好的施工環境。

四是採用太陽能與建築一體化應用技術,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,專案採取了具體措施。本工程場區極為狹小,建築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,透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平臺。在地上結構施工階段,在東西兩側純地下室區域頂板搭設鋼平臺作為構件卸料場地及其它材料週轉場地。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。

樁基礎及深基坑施工動畫,影片時長8分42秒,建議連線wifi,土豪隨意哈!

開工建設

中國尊重大工程進度回顧

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,鋼結構施工衝出地面;

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:

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▲2011年9月19日“中國尊”專案啟動儀式。

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▲2012年9月起開始打入地下樁。2013年7月29日開工建設。

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▲基礎底板混凝土澆築。

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▲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築正式完成。

中國尊大廈基坑深度38米,區域性達到40米,是中國未見、全球罕見的超深民用建築基坑,創中國超高層建築基坑深度之最。其基礎底板東西長136米、南北寬84米。底板澆築總共分三次進行,總體積達到6。2萬立方米,約相當於30個標準游泳池的容量。其中塔樓區、過渡區底板厚度分別為6。5米、4。5米,一次性澆築混凝土5。6萬立方米,成為北京市一次性混凝土澆築的最大底板。為實現不間斷澆築,專案動用200臺混凝土罐車、組織2000餘名建設者共同參加會戰。底板的澆築完成與下部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築的超大體量,再加上北京CBD核心區複雜的交通現狀,對澆築部署和交通疏導均是一個巨大的挑戰。考慮到交通影響澆築,為保證運輸效率,“中國尊”大廈專案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”,一方面緩解作業面車輛積壓的問題,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小時連續澆築期間,實現了交通零事故、零投訴,澆築一次成優,創造了北京建築業的新奇蹟。

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▲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+鋼板剪力牆)結構體系,共8層,建築面積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,與翼牆、核心筒鋼板牆等共1。35萬噸鋼構件一起,築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,中國尊連續創下了一系列首都建築業新紀錄,先後完成了896根工程樁施工;地下40米深坑的土方作業;在連續93小時內完成了創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築;2014年12月10日實現了地下室全面封頂。

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▲2014年10月建設現場。

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▲千名工人進行鋼筋綁紮勞動競賽。

中國尊建設者創造性地在-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,先後完成了896根工程樁施工、20000多噸鋼筋綁紮作業。

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▲2014年12月10日,中國尊專案地下結構衝出地平面,實現全面封頂,並開始上部工程施工。

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▲2015年3月中國尊大廈專案主塔樓智慧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。

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▲2015年9月14日零時30分,隨著19。04噸重的第24節3GBQ—3鋼板牆構件在大廈西南角緩緩落入指定區域,準確就位,智慧頂升鋼平臺將核心筒鋼板牆從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。

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▲2015年9月28日中國尊結構高度突破100米。

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▲2016年3月31日,隨著第40層核心筒牆體混凝土澆築完成,北京第一高樓—中國尊專案結構高度突破200米大關。

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▲利用鋼平臺封閉的立體空間,中國尊專案在不同作業層形成流水,同步進行鋼結構吊裝、焊接、鋼筋綁紮、模板支設、混凝土澆築、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範、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化程度,使得核心筒施工節拍穩定在5-6天一層。

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▲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。

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▲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。

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▲2017年8月21日,中國尊結構工程全面封頂!自此,北京有了新的建築天際線。高度528米!

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▲“中國尊”計劃2018年10月竣工,到2019年3月交付使用。中國尊建成後,將成為北京第一高樓,併成為世界上第一棟在抗震設防烈度8度區建造的500米以上的摩天大廈。

▲中國尊基坑施工動畫

BIM技術的應用

建造全程採用先進的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。

1。 專案難點

中國尊計劃施工總工期為62個月,計劃開發週期與同類超高層建築平均開發週期相比,減少31個月,月施工建築面積是國內已建成同類超高層建築的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(暖通、給排水、電氣、消防、智慧化、冷熱源等)之間的綜合協調外,還需與土建、鋼構、裝飾等其他專業協調。

2。 BIM技術應用與管理

中國尊的建築資訊模型構建(BIM-Building Information Modeling)、模型應用(BIM-Building Information Model)和模型資訊管理(BIM-Building Information Management)這三個維度由業主、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,專案BIM建模的深度越淺,越不容易發現問題,建模深度越深,模型上表達的內容越多,越容易發現各專業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專案之最。在如此大的專案體量下,對全專業,全區域進行建模。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,裝飾龍骨吊杆等等。在這樣高精度的模型下,更多的專業間綜合碰撞問題在施工前被發現解決,現場拆改顯著減少,從而確保了工期。

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油脂分

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旁流水處

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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專案有兩點顯著不同:

第一是直接採用三維建模軟體進行深化設計,先有模型,圖紙由模型匯出,而非先二維設計再三維翻模。

第二是協同方式由各專業之間的協同變為各區域之間的協同,每個工程師需要對自己負責的樓層、區域範圍內的所有專業進行綜合排布。各工程師進行的是區域間的介面協調。與各專業間的協同相比,這種方式能從整體上進行規劃,從更高的角度對全專業進行方案統籌。

通常在各專業間的協作中,等發現碰撞問題的時候,往往侷限於在某個區域性去解決碰撞,甚至等發現問題時已無力解決,被迫犧牲原有的建築空間或吊頂高度。

藉助高質量的BIM+深化設計,使空間緊張的區域滿足安裝檢修,對空間寬鬆的區域(窗邊風機盤管、巨柱邊管井、地下室等)提出最佳化方案,使大廈可用建築面積大幅度增加,使辦公區平均平面使用率高於同類超高層寫字樓。

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2。2 BIM+工廠化預製加工

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,專案使用BIM技術輔助工廠化預製加工。首先完成定位準確的三維施工模型,然後在工廠中按模型進行預製加工並編號,到現場後,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,隨之產生的建築垃圾也減少,從而減輕二次運輸的壓力。

中國尊在多個專業和區域使用

BIM+工廠化預製,如:

部分豎井內管道(空調水、給排水、消防水等)採用預製立管施工技術,預先在工廠內製作成各組單元節,在結構施工的同時進行安裝。

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預製立管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製模組,減少現場焊接作業。

各標準層弱電間,橋架排布覆雜且異形構件多,在工廠根據BIM模型預製異形件並將各構件編號,現場不再進行橋架切割加工。

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弱電間橋架加工圖

窗臺一體化系統的窗臺板採用BIM模型與現場測量結合的方式,在工廠完成定製。

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窗臺板加工圖

蓄冰機房弧形區域管道採用工廠預製弧形管,不僅美觀也減少了大量焊縫,降低了施工難度。

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現場弧形管

2。3 BIM+三維鐳射掃描

在機電安裝之前,傳統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,人工複核精度不高,複核所需的時間也較長。

中國尊採用三維鐳射掃描器進行現場掃描,機器掃描具有資料資訊完整,無遺漏,精度高的優點,軟體透過將現場點雲模型和施工模型做分析比較,可以生成各種視覺化的圖表。方便管理者迅速發現問題,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範圍,偏差的大小,採取不同的措施,來消除誤差。

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色譜分析圖

在機電管線安裝前,對土建結構進行三維掃描,規避風險。對偏差較小的區域,可以透過施工交底,加強機電施工精度或者協調土建、裝飾專業共同吸收誤差。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。

在機電管線安裝後,對機電管線進行掃描和質量管控。掃描確定重要裝置和閥門的現場安裝位置與施工模型位置一致,方便後期運維。分析機電管線安裝完成後的實際最低標高,避免因安裝精度不夠造成吊頂標高降低,提升建築的品質。

2。4 基於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,模型與圖紙提交時間一致,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。

設計質量管控

中國尊的BIM模型首先由機電總包完成綜合管線排布並自審,然後由深化設計顧問單位對模型排布方案提出最佳化建議,由BIM顧問單位對模型規範性作出稽核(如命名、屬性、碰撞等),接著由施工總包結合其分包專業模型(土建、鋼構、裝飾等)進行綜合協調,最後報送設計院稽核。

每個步驟根據實際需要均有反覆協調的情況,這樣各方從不同角度對模型進行最佳化後,從設計上確保模型的高質量。

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施工質量管控

在施工之前對技術員及現場班組長就複雜區域進行三維模型交底,並與現場施工隨時保持緊密聯絡,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。

驗收質量管控

為確保模型與現場的一致性,中國尊採用定期和不定期現場巡檢的方式,在施工過程中,由業主、施工總包、機電總包、BIM顧問、監理組成聯合巡檢,手持移動裝置檢視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、監理也各自組織人員進行不定期的巡檢。對於發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,在機電安裝完成後,採用三維鐳射掃描技術對現場進行還原,在軟體中對模型和現場進行對比。

這樣透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。

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巡檢人員

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空調機房施工與模型對比

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BIM巡檢報告

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模型與現場掃描對比

透過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建立時體現出的專業知識和施工經驗。BIM從業人員需要不斷累積經驗,才能為專案提供更有力的技術支援。

設計理念

中國尊由北京市建築設計研究院有限公司設計完成,塔樓地上108層,地下7層(區域性設夾層),建築高度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。

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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”為北京第一高度建築的寓意:建築高聳直入雲端,表現出頂天立地之勢,與“尊”的表現不謀而合。而且以尊為建築形態,也有別於北京超高層建築常見的直線形態。

外形自下而上自然縮小,形成穩重大氣的金融形象,同時頂部逐漸放大,享受獨在雲端的無限風光,最終形成中部略有收分的雙曲線建築造型,使這一建築林立在CBD核心區的摩樓天群中也能明顯體現出莊重的東方神韻。

該建築具有的中國風

元素1——“尊”

Z15的建築構思源於中國傳統禮器之重寶——“尊”的意象。建築高聳直入雲端,表現出頂天立地之勢。其外形自下而上自然縮小,形成穩重大氣的金融形象,同時頂部逐漸放大,享受獨在雲端的無限風光,最終形成中部略有收分的雙曲線建築造型,使這一建築林立在CBD核心區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

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細看建築外觀,自下而上的菱形機理給人影響極為深刻,這種機理的選擇源於中國傳統器皿之一——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

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建築頂部的空間設計取自“孔明燈”的形態意向,建築群體空間錯落有致,夜晚亮燈後在視覺感官中,其通透輕靈的頂部空間形成冉冉上升之態,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

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從區域空間設計上看,該設計引入了“城門”的構思。從規劃的南側向北望,多棟超高層建築在中央綠軸兩側延展,整體規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核心區標誌性門戶的城市形態,也寓意著北京城市站在一個全新的起點對話世界。

視覺效果

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曲線優美,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,簡單的建築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築結構的考慮。

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。

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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範的有關限值,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 效能試驗,以確保最佳的安全性。

轉載自:建築結構