攀登世界超高层建筑

高峰 龚剑

[口述前记]

龚剑，1960年11月生。曾任上海市第一建筑有限公司总工程师、上海建工集团股份有限公司常务副总工程师，现任上海建工集团股份有限公司总工程师职务。龚剑参加了上海商城、上海东方明珠电视塔、金茂大厦、上海环球金融中心、上海中心大厦等一系列中国标志性超高层建筑的建设工作。

从上海商城到上海中心，不断超越的里程碑

1949年以前，上海的国际饭店一直是中国最高的楼，83.8米。直到1968年，国内才有了一栋比国际饭店高的楼，是86.5米的广州宾馆，它跃升为当时中国内地最高建筑。1976年，广州又建了120米高的白云宾馆，这是中国第一栋超过100米的楼。为什么100米是一个比较关键的数据呢？1972年，在美国召开的国际高层建筑会议上，专门讨论并提出了高层建筑的分类和定义，100米是一个界限。40层以上，100米以上，就称为超高层建筑。在这个高度之下称为高层建筑和多层建筑。

我认为，上世纪80年代是国内高层、超高层建筑发展的一个小高潮。上海首栋超过国际饭店的楼，是1983年建成的上海宾馆，由上海建工建造。后来，上海又出现了新锦江大酒店、海伦宾馆、花园饭店、希尔顿酒店、华亭宾馆等一批全国著名的高层建筑，这些建筑都是我们上海建工建造的。它们的出现，对于我们国家的高层和超高层建筑发展来说，意义重大。这批建筑中间，高度最高、规模最大的就是上海商城，工程建设时称上海展览中心北馆，它是我们建筑施工行业技术发展过程中一个里程碑式的工程。

上海商城是改革开放以后上海最早引入外資的工程项目之一，它由美国建筑大师约翰·波特曼设计，故也被人称为波特曼大楼，是一座大型的公共建筑。它主楼高168米，现在看来并不高，但当时从120米突然之间达到了160多米，还是一个非常有影响力的高度。上海建工下属的一建集团倾注了三个工程管理部来建设这个项目，因为我们国家之前从来没有建造过这么高的大楼，而且它又是有外国人参与投资的工程。由于当时国内的施工机械能力不足，上海商城建造所用的垂直运输塔吊、混凝土固定泵、人货两用电梯等设备，全部都采用进口，不是德国的就是瑞典的。这个项目还有一点比较特殊，我们工程结算经费用的是美金，这是比较少见的，现在国内都只能用人民币结算。

上海商城是引进外资项目，所以施工时采用的是“项目管理”模式。我们原来的管理模式通常是“工地主任制”，是计划经济时代的产物。建造房子的时候，我们派出去的人员只负责建楼，担任这个项目的工地主任，其他经济等方面都和他没有关系，这就是中国传统的管理模式。我为什么说上海商城项目有意义，因为它彻底改变了我们原来的管理方式，采用了“项目经理制”，就是由项目经理来管理工程，经济、工期、成本等等，一揽子都是他负责。可以说这是我们上海建工最早接触到项目管理法的一个工程，这是我国工程项目管理转型的一个开端。

所以说，上海商城是当时规模最大，高度最高，是上海建筑工程最早引进外资，同时又是采用先进的项目法管理的工程。不仅如此，这个项目当中的技术难点也非常多。上海商城对于我们集团开拓超高层建筑市场而言，是一个非常关键的工程项目，它代表了当时国内超高层建造技术的最高水平。20世纪80年代的工程项目群体当中，上海商城是最亮的一个，是经典工程的代表。

上海商城之后，我们国家的超高层建筑发展又迎来了几次高潮，我就讲两个关键时间节点。20世纪90年代，上海建工承建了两个非常有名的建筑，它们在中国率先突破了400米高度。中国第一个超过400米高度的构筑物是上海东方明珠电视塔，它是浦东改革开放后率先建造的一个地标性工程，高468米，建成时是世界第三高塔；中国第一个超过400米高度的建筑物是金茂大厦，高420.5米，建成时是世界第三高楼。其实那个时候中国的高楼已经可以跟世界上所有的楼相媲美了。2000年以来，上海建工又建造了中国首次突破600米的建筑物和构筑物。作为构筑物的广州塔，610米高，建成时是世界第一高塔，现在是世界第二高塔；作为建筑物的上海中心大厦，632米高，现在是世界第二高楼，从目前国内建筑的发展情况来看，它会在比较长的一段时间内保持中国第一高度。从数量上来说，我们国家现在肯定可以算得上是超高层建筑大国。在目前众多的工程项目中，我认为上海中心大厦在工程建造方面又将成为一个里程碑式的工程，它的技术难度等各个方面和以前相比达到了一个新的高度。

总之，无论是上世纪80年代、90年代，还是新世纪以来，各个阶段里程碑式的超高层建筑项目，基本都出自上海建工集团。可以说，上海建工超高层工程建造的发展史，就是三十多年来中国超高层建筑飞速发展的缩影。

从桩基到模架，不断实现的技术创新

建造一座超高层建筑分为很多阶段，每一阶段都会有不同的技术难题。首先，地基要承载得起。上海是软土地基，外行都会问，这么多的高楼建在那里，地面沉降怎么办？其实不用担心，它们都是通过桩支撑在深厚的地层中。超高层通常都是用钢管桩或者钻孔灌注桩打到地下80多米深，每一根桩承受的重量可以达到千吨甚至更大。金茂大厦和上海环球金融中心工程都采用了大直径的钢管桩，当时这也是一项非常关键的技术。但钢管桩打设施噪音很大，建造金茂大厦和上海环球金融中心时浦东刚开发开放，打桩对周围环境还不会产生大的影响；而在建造上海中心大厦的时候，陆家嘴金融中心都已经形成，周围有酒店也有住宅，打桩根本不可能实行。过去在软土地基上建400米以上的大楼，尚无采用钻孔灌注桩的先例，我们通过大量的研究和现场试验，开发了很多新的施工工艺，证明了钻孔灌注桩是能够建造500米、600米级的超高层的。上海中心工程实践的成功，说明我们桩基方面的技术在原来的基础上又得到了发展。

接下来要做地下室。上海中心的地下室有5层，深33米，开发的基坑面积达3万平方米。金茂大厦和上海环球金融中心都是地下3层，上海中心大厦深了这么多，采用什么样的技术这又是一个大难题。后来我们用了一些比较巧妙的方式，比如以前地下基坑施工需要采用临时结构进行支撑，等到做正式结构时，再将临时支撑通过爆破或机械方法拆除。现在我们直接用楼层结构来代替临时支撑，楼板与临时支撑变成一体化，大大节省了投资，并且不会产生很多废弃物的外排。采用这种方法还可以最大限度的保护基坑周边的环境，减少因基坑变形导致的四周地面或管线的下沉。另外，原先陆家嘴中心区域开发的时候，所有的超高层建筑都是相对独立建造的，地下空间没有很好地利用。上海中心开建以后，为了充分利用地下空间，我们又做了很多互联互通的地下空间拓建工程，把整个陆家嘴中心地区的地下室打通了，这个施工难度也是非常高的。拓建工程我们都是采用非开挖的施工方式，用顶管在地下掘进，做成一个个通道。所以说，地下工程的集成开发技术已经成为上海建工核心竞争力的一部分。

第三是主体结构的施工。比如上海中心主楼的基础，是一个很大的混凝土结构，厚6米，长121米，一次混凝土的浇筑量达到6万立方米。上海建工在混凝土方面的研发上技术力量也非常强，屡创国内外建筑工程大体积混凝土一次连续浇筑的世界纪录。上海环球金融中心，大体积混凝土一次浇筑2.89万立方米，是当时建筑工程的世界纪录。这个世界纪录又被我们自己刷新，一次连续浇筑混凝土总量达到了6万立方米。大体积混凝土浇筑难在哪里呢？体量大的话，水泥会在浇筑过程中温升产生水化热，温度上升与下降过程中，一旦处理不当，收缩会不均匀，就有可能产生有害裂缝，这种情况是灾难性的。所以裂缝控制至关重要，而体量越大，裂缝控制越难。1983年我刚进单位时，一个75立方米的基础浇筑了近2天时间。上海中心大厦1个小时混凝土供应量达1000立方米，现在的技术力量和20世纪80年代初相比完全不是一个数量级的。建造上海中心的时候，我们调用了集团材料公司的6个搅拌站，来为这个工程供应混凝土，500多辆混凝土搅拌车在现场排队等待浇筑，场面非常壮观。这么大体量的混凝土，单个企业像这样进行浇筑，现在也只有我们上海建工才做到过。我们不但创造了建筑工程大体积混凝土一次连续浇筑方量的世界纪录，而且浇筑完成后的裂缝控制完全达到了预期目标。

地上的混凝土结构部分最关键的是模架技术。因为混凝土是流态的，它的硬化成型过程需要通过模架完成，将混凝土浇筑在模板中，等混凝土硬化后再把模板拆除形成结构，这就是模架的功能。从上海东方明珠电视塔到上海中心大厦，上海建工一代代的整體钢平台模架装备技术也发展了近30年了。上海中心这个项目，我们开发出了国内外独创的用液压作为动力的整体钢平台模架装备技术。这是世界范围内的最新原创技术，我们有系统的发明专利体系，它是一套非常现代化的智能控制模架装备。我们的整体钢平台模架装备有几个特点，操控非常平稳、全封闭式，恐高的人在这个平台上也不会感到害怕。还有环保方面的扬尘问题、光污染和声污染的问题，都可以在这个封闭的环境里得到解决。整体钢平台模架又非常工整，标准化程度很高，人在上面施工如同在平地上。运用这套工艺，施工一层、爬升一次，我们最快可以做到两天施工一层，所以现在建造的速度已经不是我们追求的目标了。我们的整体钢平台模架装备还能够堆放整层的钢筋，重量可以达到上百吨，施工功效很高。整体钢平台模架由我们上海建工自行设计、制作、安装、拆除，然后周转使用，这是一套适用性非常强、技术达到国际领先水平的装备。

混凝土方面还有一个问题，就是怎样把混凝土输送到需要的高空位置。大楼如果建造到600米，就要把混凝土输送到600米，怎么进行呢？用混凝土泵车，把混凝土放在泵车斗中，泵车施加压力，通过输送管把混凝土送到浇筑位置。上海建工在混凝土的超高泵送方面也是屡创世界纪录。原来全国最高的上海商城，混凝土泵送高度168米；杨浦大桥的泵送高度是208米；上海东方明珠电视塔的泵送高度是350米；金茂大厦混凝土的一次泵送高度达到了382.5米，创造了当时混凝土一次泵送高度的世界纪录。建造上海商城时，我们购买了国外的泵车来满足168米高的泵送需要。国产泵那时候没有这样的能力，所以只能购买国外进口的泵车。后来一直到建造金茂大厦，我们所有的大型施工机械设备清一色全是采用进口的，但在上海环球金融中心工程投标的时候这种情况发生了变化。当时我们面临一个选择，国外的泵车肯定能够达到我们的要求，但是价格会比国内的泵车贵上许多，大约国产的三台泵车价钱相当于国外进口的二台泵车的价钱，怎么选择？最后我们选择了国内的三一重工泵车产品，三一重工是一家大型民营企业，他们也非常争气，为上海环球金融中心工程生产制造的混凝土泵车完成了任务，混凝土一次泵送高度达到了492米的国内最高纪录，突破了建造金茂大厦时的高度。之后通过科研与系统试验，三一重工又生产制造了新型泵车以及内径150毫米的输送管用于上海中心大厦建设，我们把混凝土泵送到了610米的实体结构高度，创造了新的世界纪录。我们联合三一还进一步开发了能够将混凝土泵送到1000米高度的混凝土泵车。当然，现在国内还没有千米级的高楼，但是研究必须先行一步，技术上我们要有前瞻性，要有系统的储备技术。

从理念到实践，超高层也能创造绿色品牌

我们超高层行业和桥梁行业不太一样，大家通常认为建造桥梁是为老百姓出行创造便利的，所以一般不会有负面反映。对于超高层一直是有两种不同的声音，一种认为超高层该建，另一种认为超高层不绿色、浪费，因此不该建，争论始终没有停止。但不论是从世界范围还是中国范围来看，超高层始终在发展，国内外大量的城市不断涌现超高层建筑，这从一个侧面也说明了它们的存在是有现实价值的。比如上海中心大厦整个一栋楼，约58万平方米，它的建筑面积比上海外滩从外白渡桥一直到延安路这一段所有建筑面积的总和还要大，而它的占地面积却只有2万平方米。所以这样一个垂直建筑，对于上海这座用地紧张、追求效率的现代化国际大都市来说，一定是适用的。

上海中心跟其他的大楼相比，有一个显著的创新点，它的目标是成为世界上最高的绿色超高层建筑。绿色是指什么呢？四个节约和一个环保，也就是节能、节材、节水、节地以及环境保护。比如上海中心大厦的玻璃幕墙有内外两层，这在国内的超高层建筑中是独一无二的，这样的结构不完全是为了造型美观，它的节能指标也是相当出色的。不论是运行过程中的能源、综合水资源节约，还是延展式网络深层地下空间开发与利用等方面，上海中心的各项统计数据都指向它是一个绿色的建筑。这栋楼一天消耗的能量，比原来预想的大幅度减少，这就是绿色建筑所产生的效应。高楼通常是层叠式的，一层层叠加上去，到了楼里面就会感到空间压抑与拘束。上海中心大厦在双层玻璃幕墙立面间设计了分段开放式的中庭，楼内不同高度的中庭区域形成了独立的生物气候区，改善了大厦空气质量，提供了人们相互交流的公共空间，消除了大楼空间的紧张感，所有这些设计成就了上海中心绿色垂直城市的理念。上海中心大厦经过严格的认证，达到了美国绿色建筑最高等级的铂金级认证以及中国绿色建筑最高等级的三星级认证。这栋大楼已经成为了世界上唯一一栋超过400米的双认证绿色建筑，它证明了超高层建筑也是能够创造绿色品牌的。“世界高层建筑与都市人居学会”每年会评选一个世界最佳建筑，上海中心大厦获得了2016年的世界最佳高层建筑奖。在芝加哥召开的高层建筑会议上，评委会在总结中这样说：不要认为上海中心大厦是这一年度规模最大的、高度最高的，因此才拿到这个奖，主要是它融合了大量先进的绿色建筑理念，是这些因素让它成为了世界最佳。上海中心大厦绿色建筑的成效在国际上得到了充分的肯定，它已经成为世界绿色超高层建筑的典范。

上海建工之所以能不断刷新建筑新高度、打造绿色品牌，主要是源于持续的技术攻关和科技创新。上海建工历来十分重视科技创新工作，我们在建造大楼的过程中，同时还承担着大量的科研工作，以此支持重大工程建设。超高层建筑工程建造是我们的传统强项，获得了大量的科技成果。上海东方明珠电视塔、上海环球金融中心都先后获得过国家科技进步二等奖；金茂大厦获得了国家科技进步一等奖，直到现在这个奖项还是我们国家超高层建筑工程唯一的国家科技进步一等奖。我们还率先承担了国家科技部的“千米级超高层”支撑计划项目，这也说明上海建工在国内超高层建筑工程建造方面走在了行业的前列。国家千米级超高层科技支撑计划项目的研究成果在上海中心大厦得到了全方位的应用，整体钢平台模架装备技术还获得了国家技术发明二等奖，项目验收评审时专家给予了高度评价，项目研究成果被科技部指定到北京展览馆参加五年一度的国家科技成果展。

上海建工与其他企业相比，在科技创新方面成绩突出，很大原因在于我们拥有独立从事科研的集团工程研究总院。研究总院设在上海浦江镇，有专职员工约180名，硕士研究生和博士研究生居多。工程研究总院的主要工作就是负责集团重大科研项目课题的研发以及集团重大工程项目的科技支撑。上海建工集团下属许多独立法人的子公司，他们都先后成立了研究院，因此我们集团工程研究总院是按两级研发机构进行建设的。一级研发机构包括总院的咨询机构、综合机构、研发机构、产业化机构；二级研发机构就是集团下属子公司的研究院，上下两级研发机构各有所长，都有所为有所不为，采用联动发展的合作模式。这一模式开创了科技创新的新局面，预示着上海建工科技创新发展进入到了一个崭新时期。集团有工程研究总院技术助力，大幅提升了科研水平及工程支撑能力；通过不断的技术交流活动显著提升了社会影响力和學术影响力。上海建工科技创新工作为行业的科技进步做出了显著的贡献。

从建造大国到建造强国，数字化提升软实力

建筑行业的数字化建造技术已越来越得到人们的重视，上海建工在业内也率先致力于数字化建造技术的研究，并将其放在了集团科技发展战略层面，我们集团在这方面应该是走在了全行业的前列。一系列重大工程的建设，数字化建造技术起到了很大的作用，它可以解决几个方面问题。第一，理论研究的问题。数字化建造技术产生的大量数据，可以帮助我们了解工程建设是否在可控的范围内。比如在大体积混凝土浇筑方面，通过专门的虚拟仿真软件对混凝土裂缝进行分析后，分析结果可以用于浇筑过程中的裂缝控制。第二，数字化建造技术可以改变传统建造方式。举个例子，要保证金茂大厦伸臂桁架层大型钢结构现场一次拼装顺利进行，我们原来是先在工厂进行足尺预拼装，然后编号、拆除，最后再运到现场进行安装，这个方法不会出现问题，但功效很低。现在我们可以通过数字化方法，运用BIM系统建立构件三维模型，通过计算机进行模型拼配来解决问题，功效大幅提升。上海中心大厦建造时已经完全舍弃了足尺构件预拼装的方式。第三，数字化建造技术还可以解决工程管理问题。现在我国超高层建造技术已经非常发达了，但我们的工程管理还有许多方面需要提升，特别是安全管理方面，人工干预居多，信息化程度还比较落后。“十三五”期间，我们申请了国家科技部的重点研发计划项目，针对超高层安全施工风险控制技术进行研究，希望通过数字化的技术方法来控制施工现场人员的安全行为、机械设施的安全运行、现场施工过程对环境的影响等。举个例子，我们国内的安全施工措施有的比国外的还要严密，但作业人员的伤亡还是经常发生，主要原因就是自我安全意识不够。针对这种情况，我们希望开发出相应的安全控制平台系统来辅助管理，对作业人员的行为进行监控，当作业人员处于不安全状态时通过智能穿戴装置进行提醒，避免安全事故的发生。

大家都知道，中国已经成为一个超高层建造的大国，但还不能说是一个建造强国。我认为从大国到强国，工程技术理论水平还要提高，管理方式还要革新，而数字化建造技术应该是一个很好的抓手，这也正是我们上海建工目前的战略所在。我相信，不久的将来，我们的软实力和硬技术都会大幅提升。建工集团将不懈努力，为中国成为建造强国做出我们的贡献。

责任编辑：刘 捷