同济大学可持续混凝土
编者注
中国有了真正的“蜘蛛侠”机器,仅用四天就能盖好一层楼,有了它,建造500米以上的摩天大楼可以像搭积木一样,一层层往上填,它是中国第一台“空中造楼机”。
但非常奇怪的是,虽然我们有这样一种神奇的装置,却限制城市建造超高层的摩天大楼,导致空中造楼机并没有发挥真正的作用。
为什么要限制高层建筑?建筑机器是如何解决这个问题的?
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麻烦的建筑
20世纪80年代,中国还没有一座超过100米高的大楼,当时每一个有抱负的建筑师都渴望建造一座摩天大楼,因为它代表着一个国家的经济和技术繁荣,建筑可以提升整个国家在世界上的形象。
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比如当时美国的摩天大楼纽约世贸中心就有400多米高,而当时中国最高的建筑是80米高的上海国际饭店,是由匈牙利设计师于1931年设计建造的,就像当时中美之间的经济、科技差距一样。
纽约世界贸易中心
但这个差距从1982年开始不断缩小,那一年,深圳市政府筹建“深圳国际贸易中心”,整个国贸大厦高160米,共53层,是深圳乃至全国的标志性建筑。
深圳贸易中心大厦
国贸中心的建设承包商是中建三局,中标后他们评估,如果采用传统的脚手架施工方式,不仅费时费力,而且可能无法完成这么高的建筑,因此采用了先进的滑模施工技术来建造大楼。
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滑模技术是20世纪40年代从美国传入我国的,它是利用钢结构在墙体两侧搭建模板,然后在中间浇注水泥,借助千斤顶将整个模板顶起,墙体与模板之间是平行的,所以叫滑模。
有了它,模板就能同时起吊和浇筑,高层建筑的施工速度远超原来传统的速度,正是这次尝试,让中国开始成为基建狂魔。
但滑模施工在当时是一种难度极高的工法,对模板移动时机要求极高,中建三局在滑模施工中曾数次出现故障,项目险些流产。
第一次尝试,滑模抬得太慢,即将凝固的墙体被钢板拉断;第二次,在墙体即将凝固前就开始滑模,但还是失败了;接着第三次,滑模抬得太慢,将钢板拉断,还是失败了;直到第四次,顶着巨大的舆论压力,才成功实施滑模。
但这次成功其实是令人遗憾的,因为支撑整个滑模试验的全套进口国外设备,特别是关系到滑模成败的水泥泵送系统,需要不断吸收国外的技术和资金。
真正的中国速度
技术掌握之后上海世贸大厦钢结构,主体工程的建设速度就快了很多,从31层开始,国贸大厦的建设速度达到了每三天一层。
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当时,当中央电视台《新闻联播》播出国贸大厦的新闻时,全国都为之震惊。因为当时香港最快的建楼速度也不过5天一层,即便是美国也不过4天一层。“深圳速度”也成为了当时中国的代名词。
人民日报出版社
1985年底,国贸中心正式投入使用,成为当时中国第一高楼,直到十年后才被取代。但中国速度并未止步于此,随后的二十年,深圳地王大厦、广州西塔,中国速度突然加速,两天半一层,两天一层。
中国的高层建筑越来越多,到20世纪90年代,100米以上的超高层建筑约有200栋。
2000年,我国高层建筑发展极为迅速,仅上海一地,短短十年间,百米以上建筑就有1660栋。
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深圳速度已经成为中国速度,这个速度不仅代表着中国的高楼大厦,更代表着中国的经济。
在此过程中,滑模技术经历了三代演变,由最初单一的滑模技术,发展到多元化的爬升模板技术和基于平台的整体模板提升技术。
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中国的建筑技术在这期间积累力量,终于在2005年的广州西塔工程中实现了质的飞跃。
广州西塔高440米,是世界首个从建设阶段开始进行系统结构监测的超高层建筑,广州西塔整体结构十分华丽,由6个不同的弧线组成,其结构极其复杂,而且越往高处变化越大。
左边是广州西塔
这栋建筑的外观虽然有些花哨,但也代表了中国建筑的水平,施工难度要大得多,还有巨型钢管混凝土的交叉,普通的施工方法根本无法保证工人在如此高空作业时的安全,也难以保证能在要求的工期内完工。
广州西塔
于是,负责施工的中建四局想出了一个办法:把模板和支架挂在一个钢平台上,背上一个平台,供设备和工人施工,这个平台可以在墙体上挖个洞支撑起来,然后用液压千斤顶把它顶起来。
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这样,在空中就能搭建出一个安全的施工平台。这就是第一代高空施工机,全称:低位顶升钢平台模板系统。顶升平台就像是一个空中的建筑平台,可以一层一层地搭建,一层一层地往上爬,工人在上面工作就像在地面上一样。
它最大的优势就是可以在空中高效安全作业,对于建筑行业来说,300米的高度是一大技术门槛,高空造楼机就是为此而生,有了这款造楼机,广州西塔最快的速度可以两天造一层,最终用1007天建成了442米高的建筑,堪称奇迹。
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甚至超越了此前深圳世贸中心使用的进口泵送设备,成功将C100高性能混凝土一次性泵送到333米的高度,一举打破了世界纪录。
不断演进的摩天大楼机器
另一个问题也随之而来,虽然顶升平台的设计完成了,但是此时的顶升平台还存在一个致命的问题——成本太高!
为了解决这个问题,中国建筑师们又开始思考——将顶升平台的模板拆开,设计成标准件,这样在其他项目上可以重新组装,大大节省成本。第二代高空建筑施工机械——预制顶升平台就此诞生。
我国装配式建筑已逐渐开始推行,这一体系很快被运用到天津117大厦、福州世茂国际中心等项目中。
天津117大厦
2012年,楼宇机械再度升级,随着中国的摩天大楼越来越高,越来越复杂,需要的施工设备也越来越多,总之,楼宇机械功能越多,重量就越重,所以第三代楼宇机械的设计,主要解决两个问题:一是智能化,二是爬坡能力和稳定性。
因此,这次升级也针对了这两点:
1、由原来依靠墙洞的支撑升级为略微凸起的支点,每个支点承重400吨,整体可承重2400吨,相当于支撑了几万人的重量。
2.增加智能控制增强和运行操作。
因此第三代顶升系统又称为:微凸支点智能控制顶升模板。
第三代升降系统
最新第四代
2014年,该建筑起重机进行了第四次重大升级,这一次它是真正的空中建筑起重机,在继承前几代产品优点的基础上,进一步提升了性能,将大型塔吊、升降机、布料机等设备集成安装在建筑施工机的平台上,成为真正的空中建筑工厂。
第四代高空作业车
它由6个模块组成:高空施工机支撑系统,支撑平台;起升力由2400吨提高到4000吨;动力及控制系统,控制平台的移动。该机可一次性完成建筑物的吊装,并由计算机监控和操作,确保施工起重机在爬升过程中的稳定性。
采用钢平台体系作为操作平台;平台操作面积1600平米,相当于40个房间大小。采用模板体系浇筑墙体;模板可配吊架,无论墙体薄厚均可随时更换。模板也可拆装组合,无论是弧形还是平面均可随意操作。
其支架、围护结构可用于围护平台,整个平台采用大型钢模块,减少木模板、塑料的使用,不仅提高了施工速度,还降低了火灾的危险性,保证了施工安全。
封闭+安全+智能+高效上海世贸大厦钢结构,可以说它的改进是全面的,堪称真正的空中建筑工厂,还能抵御14级大风,有了它,工人即使在500米的高度也能完成施工,犹如在平地上行走。
和普通地板一样,可以达到四天一层的速度,而且施工质量越来越高,在北京中国尊、武汉绿地中心都能见到它们的身影。
武汉绿地中心
高空造楼机是专为超高层建筑定制的基础设施神器。
它的建造效率每层可提高30-50%,其中95%都是可在工厂完成的标准化模块,工厂生产出来后再送到施工现场,再在楼宇机上组装起来,就像用积木搭摩天大楼一样。效率自然就提高了。仅在北京中国尊项目中,“楼宇机”就为中国尊的建设节省了20%的施工时间。
中国尊
流程化作业可以大大减少施工现场的施工人员数量,过去需要上万人参与的项目,现在只需要50个人就能完成。全球三百米以上的摩天大楼,有三分之二是在中国建造的。得益于楼宇机械,可以说高空楼宇机械迎来了最辉煌的时刻。然而,事物的发展往往不是一帆风顺的。
遏制中国高层建筑建设
2020年,国家发改委联合发布了《关于进一步加强城市和建筑外观风貌管理工作的通知》,《通知》对高层建筑的高度进行了限制,原则上不得新建500米以上的建筑,甚至100米以上的建筑也需要经过论证。可以说,这一限制给高空作业车市场蒙上了一层阴影。
为什么要限制超高层建筑?主要是因为超高层建筑有很多弊端,比如火灾危险性高、造价昂贵、容易遭受袭击等,美国9·11事件就是典型的例子。
美国911事件
超高层建筑的诞生是一个国家经济、国力的体现,当我们比较落后的时候,我们急于通过让世界知道我们的名字来树立我们的形象,当我们足够强大的时候,我们会把更多的注意力放在提升自身的实力上,以人为本是我们发展的核心。