概括
它是中国最受期待的“超级工程”之一，被誉为“腾飞的东方巨龙”。
今天（5月15日）中午，上海市科学技术奖揭晓，特等奖再次出炉“双黄蛋”——“上海65米射电望远镜系统研制”和“上海中心大厦工程关键技术”双双荣获上海市科技进步特等奖。
如果说“上海65米射电望远镜系统”（天马望远镜）研制体现了“十年磨一剑”的漫长艰辛历程，实现了重大科技突破的话，那么，“上海中心大厦工程关键技术”则树立了上海乃至中国科技的新高度。
项目建设突破了传统堆叠式超高层建筑理念，首创了“垂直城市”超高层建筑模式。建设过程中采用多项新型施工技术，攻克软土地基、高层建筑风振、混凝土大规模连续浇筑、超高混凝土泵送、钢结构精益施工等难题。是我国唯一一座总高度超过600米、世界第二高的建筑，设计理念绿色环保节能，建筑结构螺旋上升，施工难度大，成为中国最受瞩目的“超级工程”之一，被誉为“腾飞的东方巨龙”。
全球最快电梯、千吨级阻尼器、空中花园、穹顶音乐厅……站在这座632米高的垂直城市之巅，只能用两个字来形容——震撼！
让人想不到的是，让上海中心大厦荣获特别奖的“硬核技术”，其实是“软”技术。
一“软”：“钢针”插进松软的土里怎能不掉？
▲上海中心大厦大数据：地下5层，地上127层，建筑高度632米。
建造摩天大楼是国家乃至世界一流建筑技术的盛大展示，作为陆家嘴超高层建筑群的“收官之作”，上海中心大厦从打桩到主楼核心筒结构封顶，困难重重、荆棘满布。
建造摩天大楼的一个关键挑战是搭建符合施工要求的钢平台体系。上海建工的建筑人精心编制施工工艺，反复校对、比对技术参数，对金茂大厦、上海环球金融中心建设中采用的钢平台体系进行改革创新，最终形成了爬升式液压整体自升式钢平台脚手架体系。这套脚手架体系面积相当于两个篮球场，平台可容纳150吨钢筋，犹如一艘“航空母舰”。这一关键设备为复杂核心筒的顺利施工提供了保障，使项目主体结构实现了由7天一层到3天一层的爬升速度。
核心筒施工难度最大的是高强混凝土泵送、整体钢平台体系施工、超高层建筑安全管理等上海钢结构维护系统，建设者们相继攻克关键设备和关键技术，解决了上述难题。为确保高强混凝土能够泵送至600米以上的高度，项目部与三一重工联合研制了HBT90CH-2150D混凝土泵，这也是当时世界上强度最高、输送高度最高的混凝土输送泵。这台泵一举创下了两项国内、国际新纪录——一次性浇筑6万立方米超大体积混凝土、一次性将实体结构混凝土输送到610米的输送高度。
高楼大厦从平地起，全靠地基支撑。上海中心大厦高632米，共125层，重85万吨。支撑这栋超高层建筑的地基深度，当时也是国内最深。
建设者们建立了软土地区超高层建筑沉降计算本构模型，突破了软土地基沉降发展过程准确预测难题和软土地区打入钢管桩的传统技术，首次在350米以上超高层建筑中使用大直径超深钻孔桩技术，使裙房最大桩深达到64.8米，主楼最大桩深达到86.85米。这一举世瞩目的工程，不仅在上海开创了先河，也为今后超高层建筑采用钻孔桩打桩奠定了基础。
传统打桩机在施工过程中不仅会产生很大的噪音，而且会产生震动，对周边建筑物会产生不同程度的影响。而钻孔桩采用地下钻孔技术，不仅不会产生噪音，对周边建筑物的影响也大大降低。毕竟，金茂大厦修建时，浦东陆家嘴地区只有几栋高楼，而上海中心大厦修建时，已经有不少高楼和地铁了。在如此复杂的工况条件下，不影响周边高楼的正常运行，建造超高层建筑的难度可想而知。
通过信息化的施工方式，建设者根据环境监测单位提供的监测报告，随时调整施工方案和施工顺序，并在整个施工过程中最大程度地保护施工现场周边环境。为了保护周边环境，项目部在当时上海开挖面积最大（2.2万平方米，相当于3.2个足球场）、开挖深度最深（达29.3米）、土方量最大（60多万立方米）的建筑裙楼地下深基坑施工过程中，采用了独特的逆向施工技术，成功打造了上海地区隐形的地下“高地”。严格执行绿色超高层施工方案，确保了这座国内最高的绿色建筑过程精彩、结果完美。
▲不锈钢包裹的柱子采用了镂空工艺，与梵高的作品《星夜》尤为相似。
此外，针对钻孔桩大直径、超深特点，建设者在国内软土超高层中率先采用了无锁紧管套铣缝新技术，突破了超深地墙施工瓶颈，并采用先进的钻孔桩施工设备，使钻孔钢筋混凝土桩设计承载力达到3000吨，955根钻孔桩大大减少了钢材使用量，综合造价节省60%以上。这些技术为我国超深地下连续墙的应用奠定了坚实的基础。
第二个“软”：水晶宫为何不怕台风？
上海中心大厦的设计摆脱了高层建筑传统的外结构框架，设计了旋转、非对称外立面，使风荷载减少24%，实现了美学与风工程的最佳结合。这一全新的“内硬外柔”巨型结构设计理论体系，首次设计出主体结构与外部柔性悬挂支撑结构协调变形的双层玻璃幕墙。
支撑外幕墙玻璃的墙体钢结构结构体系十分复杂，以主体结构八层桁架为界，分为9个区域，各区域幕墙系统相对独立，在超高层建筑中安装14万平方米柔性幕墙尚属全球首次，共需安装20357块大小不一的弧形玻璃，被业界定义为“世界顶级幕墙工程”，难度系数为全球之最。
整个玻璃幕墙体系不仅需要克服上下层大跨度、支撑玻璃幕墙的超长钢环梁等困难，还需综合考虑如何在台风、地震、高低温、幕墙玻璃板自重载荷等多种环境因素影响下，有效控制幕墙的变形和结构安全。
经过比较，上海中心大厦外幕墙项目选择在支撑结构体系的关键点安装“可滑动支座”，允许结构伸缩，使外幕墙在受到外界影响时，在设计允许范围内产生竖向或水平位移。这样，就可以避免幕墙结构因受力过大而损坏，达到了以柔克刚的目的。其120度旋转向上的造型设计，不仅使建筑承受的风荷载减少了24%，还能有效抵抗台风的影响。
为确保上海中心大厦外幕墙性能满足设计要求，防止大风、大雨、高压等不利条件下产生“玻璃雨”，外幕墙经过水密性、气密性、抗风压性、面内变形性能“四性试验”和150%设计荷载下结构安全等性能指标试验，确保安全。
设计师还为外幕墙的玻璃设置了多层防护：第一层防护是采用超白玻璃，相比普通钢化玻璃，超白玻璃的自爆率接近于零；第二层防护是在玻璃上加贴薄膜，这样即使玻璃在严峻的锤击考验下慢慢破碎，碎片也能全部牢牢地附着在薄膜上，不会掉落到地面上。
同时，双层幕墙之间的空腔成为温度缓冲区，犹如保温瓶，阻止了室内与外界的直接热交换，供暖、制冷能耗较单层幕墙降低50%左右。
双层玻璃幕墙设计，在中庭形成独立的生物气候区，大大改善了楼内空气质量。与传统直线型建筑相比，上海中心大厦内部圆形立面可减少14%的眩光。
江南地区雨量充沛，因此大楼顶部巧妙设计成螺旋状，以收集雨水进行循环利用。大楼顶部还安装了一台强大的风力发电机。来自大自然的风为这座垂直城市提供了源源不断的绿色电力——270台500瓦的风力发电机每年可产生118.9万千瓦时的绿色电力。
“上海中心大厦是一座‘绿色’摩天大楼。”上海中心大厦项目关键技术项目主要完成人、上海建工集团技术总监朱益民说，虽然当时很多摩天大楼都采用了一些绿色节能技术，但上海中心大厦是国内首个同时获得中国绿色建筑评价体系和美国LEED绿色建筑认证体系的摩天大楼。
“作为世界未来超高层建筑的代表，上海中心大厦立足生态、节能、环保、以人为本，旨在打造资源高度集约、能源高度节约的绿色超高层建筑，实现人、建筑、城市、自然的和谐共生。在技术方面，上海中心大厦在节地、节水、节能、节材、室内环境品质、运营管理等方面采用了43项绿色建筑适用技术。”
朱益民介绍，从设计蓝图开始，设计师就精心打造与这座摩天大楼相配的绿色环保的“智慧高度”。
三个“软”：住在钢筋水泥的房子里还能身心幸福吗？
上海中心大厦建设发展有限公司总经理顾建平指出，上海中心大厦不仅是一座超高层建筑，更是一座垂直城市上海钢结构维护系统，其建筑面积几乎是老外滩第一排建筑面积的总和，可容纳3万人同时进行各类活动，“它是一座垂直的外滩。”
上海中心大厦共有21个空中花园，花园位于双层幕墙的中间，成为拥有大面积绿化的巨大客厅。人们不仅可以在这里驻足闲聊，还可以眺望陆家嘴、外滩的风景。空中花园仿佛把高空的自然环境引入了摩天大楼，可以减轻超高层建筑带来的压抑感。
▲清爽的中庭花园。
上海中心大厦共有9个垂直小区，每个小区层数为12至15层，整座大楼共有154部电梯保证垂直运输，其中最快的是三部可直达大楼118层和119层的超高速电梯。
电梯从地下二楼启动，屏幕上显示电梯的实时速度：18米/秒！楼层数字不断跳跃，仅用了55秒就到达了119楼观景台。这三台电梯已经超越了速度为16.83米/秒的台北101电梯，成为世界上速度最快的电梯。
▲世界最快电梯内的显示屏。
为了避免乘客因电梯高速运动产生的震动和风噪而感到不适，电梯采用特殊的导轨和流线型外罩，使其运行十分平稳，即使将一枚硬币直立在地上，它也会纹丝不动。
位于上海中心大厦126层的“上海之眼”，工程上称之为阻尼器，是减轻高层建筑在强风作用下的摇晃的专业工程装置，由吊索、质量块、阻尼系统和主体结构保护系统四部分组成。30米高的“眼睛”让人耳目一新，在耳目一新的视觉感受下，它其实是一个重达1000吨的超级巨无霸。作为全球最重的摆式阻尼器质量块，它和吊索组成巨型复摆，与主体结构共振，减轻建筑摇晃。
▲世界上许多高层建筑都将阻尼器所在楼层向公众开放，成为不可缺少的旅游景点。
上海中心大厦的阻尼器与其他高层建筑的阻尼器有很大不同。“与以往采用机械原理的阻尼器不同，上海中心大厦开创了世界首创的电磁原理阻尼器，由上海材料研究所自主研发，填补了世界空白。”顾建平说，这项技术改进使大楼内90%的人感受到了更高的舒适度。
作为一个立体的“文化社区”，除了把“愚笨”的阻尼器变成具有深刻含义的艺术品之外，“上海慧眼”所在的125、126层，还是一座神圣的文化殿堂。
上海之眼的顶部，有一个直指天空的圆孔。经过精心的声学设计，上海之眼的阻尼层会时常演奏来自世界各地的“天籁之音”。站在这个最靠近天空的地方，在美妙的旋律下，或许人们才能真切感受到什么叫“天人合一”。
四个“软”事：如何保持钢铁巨人万无一失？
如今，BIM技术在我国建筑业得到广泛应用。但在当时，像上海中心大厦这样全面应用BIM技术的高层建筑并不多见。
▲上海中心大厦的观景台让我感受到脚下的世界。
据集实集团总裁助理贾宝荣介绍，在上海中心大厦项目总承包部BIM工作室打开电脑，一座虚拟的上海中心大厦便出现在眼前：密密麻麻的设计线条、色彩斑斓的3D画面，精准勾勒出摩天大楼各部分的“骨架”。画面中有一些显眼的“红色”，技术人员说，这是在提醒设计发生了“碰撞”：风管“撞”上了钢梁、擦窗机“碰”上了外层幕墙支撑、钢结构“碰”上了内层幕墙……这些在3D模型中清晰可见，可立即进行调整优化。
BIM中的M，原本是Model（模型）的意思，但在上海中心大厦的建设者眼中，M应该理解为Manage（管理）。因为这里的BIM技术已经覆盖了上海中心大厦的“全生命周期”，从深化设计、施工组织，到进度管理、成本控制、质量监控等，改变了传统的工作方式。
例如上海中心大厦双层幕墙，每层有140多种不同的玻璃幕墙板，整栋大楼2万多个幕墙构件也各有不同，按照传统施工方式很难做到高精度安装。利用BIM技术在电脑上进行三维精准计算和演示，每个构件到达施工现场后将现场测量的数据输入电脑，与理论数据进行对比，结合实际情况与理论模型后，成品玻璃幕墙的误差可以控制在1毫米以内。
上海中心大厦的使用寿命预计在100年左右，建设者也通过BIM技术展示了其未来的运营、使用和维护。
海客工作室
施宇 编辑
星☆小新？
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