引领我国超高层建筑高质量发展的创新施工技术

张希黔，华建民，黄乐鹏，张爱莉，罗齐鸣

(重庆大学土木工程学院，重庆 400045)

0 引言

1921年中国共产党的诞生，掀开了中国历史的新篇章。百年来，中国共产党带领全国人民谱写了中华民族自强不息、顽强奋进新的壮丽史诗。在党旗飘扬下，中国建设者们奋力拼搏，开创了我国建设事业一个又一个新的高峰。

超高层建筑的数量、高度在一定程度上代表了一个国家的经济与技术实力。自1976年高115m的广州白云宾馆建成以来,超高层建筑在我国迅速发展，超高层建筑数量、建筑高度纪录不断刷新。截至2018年底，我国已建有200m及以上的超高层建筑678座，占世界总量的46.6%，是第2名美国(198座)的3倍多，中国是世界上超高层建筑数量最多、分布最广的国家，是名副其实的超高层建筑大国。

超高层建筑在带来高效的土地利用效率、丰富的使用功能、震撼的视觉效果的同时，其巨大的荷载、复杂的结构和超大的工程量等特点都为超高层建筑施工带来了巨大挑战。在党中央、国务院的坚强领导下，以“中国建筑”为代表的我国建筑企业，不怕困难，自强不息，锐意进取，研发应用了一大批处于国际领先水平的超高层建筑施工创新技术。这些技术在实现工程项目“又好又快”建造的同时，提高了企业、行业的核心竞争力，使得中国建筑业走出国门，走向世界，“中国建造”已经成为我国在世界上的一张亮丽名片。

在中国共产党成立100周年之际，本文期望通过对近年来我国超高层建筑典型创新施工技术的总结，助力这些创新技术的进一步推广应用，加速我国建筑业转型升级，推动我国超高层建筑高质量发展。

1 超高层建筑几个典型的深基坑工程

万丈高楼平地起，拥有一个高质量的基础，是超高层建筑正常发挥作用的前提。超高层建筑的基础往往具有基坑深度大、作业环境复杂和工期要求紧等特点，且施工难度导致施工安全无法得到有效保证。因此，探寻合适的新技术、新方法，实现超高层建筑基坑安全、高效施工已经成为工程师们关注的热点。

1.1 逆作法深基坑施工技术——上海环球金融中心工程

上海环球金融中心坐落于上海(见图1)，其地下室外墙周长为614.1m，基坑平面不规则，接近矩形，总面积达22 468m2。

项目采用传统逆作法无法达到预期目标，其立柱数量多，且土方暗挖工作量大导致出土难度大，这都对整体工期造成了一定影响。故综合考虑采用中心岛顺作(自成体系)、裙楼逆作工艺作为项目施工方案。塔楼采用支护体系单独施工，待主体结构施工至地表，裙楼采用逆作法施工[1]。

地下室施工也分阶段进行，基坑被地下连续墙分为2个区域(见图2)，分别为裙房区和塔楼区，早期在裙房区使用顺作法施工，待塔楼主体结构施工至地表，后期使用逆作法施工。

图2 上海环球金融中心基坑剖面

塔楼底板施工结束后，进行裙楼基坑围护工作，按四分区及车道区由上往下逆作施工，通过对临时围堰分阶段爆破拆除以对接主楼区域。每区先进行土方施工，再进行相应的水平结构施工，交叉施工至底板，最后按照由下向上顺作法施工。

取土口设定为每个区域3～4个，采用分层盆式开挖，开挖深度与层高相同，且在坑边设置土护臂。中心岛区域的底板施工后进行环岛区域的土方开挖及底板施工，底板上对围护结构采用抛撑。水平结构施工结束后，对竖向结构由下向上进行顺作施工，同时封锁出土口，完成裙楼地下结构的整体施工。

1.2 紧邻长江超大超深基坑施工技术——武汉绿地中心工程

武汉绿地中心位于武昌区(见图3)，与汉口外滩一江之隔。基坑面积约为3.6hm2，周长约850m，其形状近似为1个304m×121m的长方形，土方开挖深度约为23.75～31.35m；地下建筑面积庞大，约为17hm2，地下空间也超过100hm2，因此可以称之为超大超深基坑工程。该场地周边地质条件复杂，属于江南岸 I 级阶地地貌，地处临江多元地貌，伴随高水头承压水，很大程度上增加了施工难度。

图3 武汉绿地中心

针对本工程承压水埋深大、水头高、水量大的特点，遵循“疏堵结合”的地下水治理原则，结合地下连续墙隔水、多井点降水系统与水位实时监测反馈系统。

为了保证地下连续墙具备良好的防水效果并且能有效隔离渗水，本项目设计并采用了一套完整的技术方案进行施工。旋喷桩位置通过使用改进的三重管法高压旋喷桩技术进行施工以提高孔壁稳定性，控制成桩质量。通过声呐渗流检测技术以实时监测地下连续墙接缝处的渗漏情况，若依然有渗漏情况，通过地下连续墙接缝处预埋的止水堵漏装置进行双液注浆止水堵漏，如图4，5所示。

图4 槽段接头示意

图5 旋喷桩止水及壁柱设置

控制地下水应遵循“疏堵结合”的原则。首先要阻断基坑内外部之间相互补给和排泄的关系，通过落底式竖向截水帷幕，使连续墙墙底与不透水基岩进行嵌入式结合，后期再采用深井进行土法开挖阶段的疏干和降水。在施工过程中对基坑内外水位进行实时监测(见图6)，结合开挖情况对降水位置、降水量进行控制，实现地下水的有序控制。

图6 水位观测孔设计

1.3 地震区域非对称土压力深基坑施工技术——天津高银117大厦工程

天津高银117大厦工程(见图7)，地下室结构共3层，基坑边坡顶部平面尺寸为394m×315m，开挖面积约12.41万m2。该工程地质环境为滨海地区复杂软土层，其地下水位高、厚度大、易产生流砂、基坑突涌等现象。

图7 天津高银117大厦

根据基坑周边场地环境及基坑超大、超深的特点，提出了新的设计思路——非对称受力超大圆环支撑体系(见图8)，攻克188m超大直径圆环非对称受力支撑体系施工问题，形成了超深地下连续墙、土方开挖、内支撑、“两桩合一”支撑立柱、超大深基坑双层地下水降水等施工关键技术。

图8 非对称受力超大圆环支撑体系数值模拟

考虑到水文地质条件和基坑施工特点，确认含水层厚度后，采用构造措施。降水井被设计成混合井，可起到疏干、减压作用，保障了基坑降水施工，如图9所示。

图9 基于“连通器”效应的混合井自动降水技术

1.4 城市中心区禁止桩锚杆深基坑施工技术——佛山市中医院医疗综合大楼工程

佛山市中医院医疗综合大楼工程(见图10)是原建设部“十五”重点实施技术示范工程，同样也是世界级中医院医疗综合大楼。

图10 佛山市中医院医疗综合大楼工程

工程研发应用悬臂双排桩深基坑支护体系[2]，采用水泥土拱加固双排桩间土，提高支护体系抗侧移能力。与此同时，采用无粘结预应力钢绞线创新性地代替了原有的桩锚体系。该支护体系受力机理如图11所示。

图11 桩-土共同受力机理

1.5 紧邻地铁超大超深基坑施工技术——深圳市星河中心工程

深圳市星河中心工程(见图12)基坑与地铁1号线、4号线距离均在10m以内。该项目基坑属于小变形量的特大型超深基坑变形控制，对基坑变形控制要求高且控制技术复杂，如何控制这类基坑变形，已成为目前我国工程界在基坑方面的重点研究方向。

图12 深圳市星河中心工程

该工程提出了双侧紧邻运营地铁特大型超深基坑多工况变形控制的计算机模拟方法，利用FLAC3D软件进行数值分析，优化设计方案，有效指导施工，并成功应用于该项目基坑工程。

在严格控制基坑变形的原则下，制定了“缓慢卸荷、平稳过渡”的内支撑拆除技术路线，提出了“特大型超深基坑钢筋混凝土内支撑拆除的‘切割+静爆’施工技术”(见图13，14)，以确保钢筋混凝土内支撑拆除时振动微、噪声小、对周边环境影响小，为类似基坑工程提供参考。

图13 静态切割

图14 静态爆破

2 超高层建筑主体施工创新技术

目前，中国超高层建筑数量居世界之首，超高层建筑成为城市亮点的同时，也推动了我国超高层建筑施工技术提升。超高层建筑的发展趋势是高度更高、结构更复杂、施工进度要求更快等。超高层建筑主体施工技术也朝着超高层建筑施工模板体系、超高层垂直运输体系、超高层钢结构施工技术、超高层钢结构装配式建筑[3]施工技术的方向发展。

2.1 超高层建筑模板体系

2.1.1超高层模板体系发展

以中建三局建造的工程为例，300m以上的在施或竣工建筑约有50个，其中绝大多数采用的是框架核心筒剪力墙结构。相对内部核心剪力墙而言，在主体结构施工中，外围钢框架施工速度更快[4]。虽然钢框架往往落后核心筒数层才开始施工，但混凝土施工进度会影响钢结构施工进度。因此，高层、超高层建筑竖向混凝土结构施工技术的一个重要课题就是在保证结构质量与施工安全的前提下提高施工速度。

20世纪40年代初期我国从苏联引进滑模施工技术(见图15)，可以大幅提升核心筒施工机械化程度。其典型应用工程为武汉国际贸易中心(见图16)、中央广播电视塔等。

图15 液压滑升模板系统组成

图16 武汉国际贸易中心

20世纪80年代末，爬模技术开始在国内应用，并在近些年有了长足的进步与发展。爬模的优点主要有布置灵活、机械化程度高、适应性强，应用范围广(见图17，18)。

图17 液压自动爬升模板系统

图18 深圳平安中心巨柱爬模

提模技术主要原理是：利用提升动力系统提升钢平台，直至到达设计高程。提模装置封闭性好，安全性高，模架整体承载力与刚度较大，可以为核心筒施工提供整体作业平台(见图19，20)。

图19 提模技术工艺原理

图20 广州电视塔提模施工

随着建筑市场竞争的加剧，建筑企业不断地寻求更加高效的施工技术，进而缩短工期、降低施工成本。因此，专注于超高层核心筒结构施工的具有施工速度快、承载力大、安全性好、集成度高等诸多优点的“低位顶模”和“集成平台”也就应运而生了。

2.1.2低位少支点整体顶升平台模架体系

在广州西塔工程中，为了满足投资方、建设单位的工期要求，中建四局开创性地提出了低位顶升模架技术(第1代顶模)，该技术的应用使核心筒施工最快速度达到惊人的2天1个结构层，整栋塔楼工期缩短了280d。为了改进顶模无法周转、适应性差、安全冗余度不足等问题，中建三局技术中心依托福州世茂国际中心工程，第1次完成了模块化低位顶模设计并实施，推广应用至重庆国金工程、天津高银117大厦工程等近20个地标性建筑，经过不断总结优化，技术逐步趋于成熟，如图21所示。模块化低位顶模主要在周转性、适应性、安全性三方面有所突破，可以达到降低成本、提高效率的目的。

图21 典型工程顶模系统

为了弥补不足，避免建筑高度的增加与抗侧刚度等降低之间的冲突，中建团队创新性地利用核心筒外侧前表面2～3cm素混凝土微凸构造承力，单个支点承载力达400t。该设计的高效性、适应性、安全性、智能化均得到提升。

顶模系统顶升动力采用的是双作用油缸，该油缸具有大吨位、长行程的特点，能够准确地将各支撑点同时提升到同一高度位置，具有强大的自动顶升优势，如图22，23所示。

图22 顶模系统组成

图23 顶模系统全景

2.1.3贝雷架轻型化顶模技术

提高超高层建筑的施工速度，核心筒施工是最为关键的一环。随着建筑功能不断丰富、高度日渐增高，顶模技术也在不断发展进步，目前核心筒施工中最先进的施工工艺便是顶模系统。中建三局第一建设工程有限责任公司对传统顶模技术进行了研究，分析了顶模系统各方面的优势和劣势，选择使用技术成熟且应用广泛的贝雷架，同时进行标准化、模数化设计，实现百分百的周转率，建立了特有的智能顶升模架体系[5]。

广州航天科技广场即采用了基于该技术体系下的施工工艺，大大提升了施工效率，且各项质量管控标准均可完美达标，整体观感也十分舒适。和传统顶模相比，这种桁架体系节约钢材，提高材料的利用率和周转率，满足土木工程建设领域绿色施工[6]的要求；同时该体系以简便、易操作、自保护为目标，能够满足各种高层核心筒施工，在工程项目试点应用后，可对其进行产业链设计，实现桁架体系的产业化。

2.2 超高层建筑垂直运输体系

超高层建筑施工垂直运输体系工作任务重，虽投入大，但能够极大提升施工效率，是施工中非常重要的一部分。近十年，超高层的发展已进入千米级高度，随着结构高度增长，垂直运输的效率则相应降低，每个新建的超高层建筑都提出全新的挑战，建筑结构的日趋复杂以及业主对建造工期的严苛要求，传统的垂直运输设备动力及配置不足的问题也逐渐显现。

2.2.1廻转式多吊机集成运行平台

目前超高层建筑大多采用外框钢结构，而塔式起重机的选型和布置数量主要依据外框钢结构中各构件的情况。其中少量的巨型钢材决定了塔式起重机的配备，因此通常安装多台昂贵的大型动臂式塔式起重机，使其能够对各构件进行吊装。各吊机的爬升各自完成，这使得吊机利用率不高，施工效率严重下降，且很容易受到其他施工作业影响，从而影响施工进度。

中建三局集团有限公司研发出整体自动顶升廻转式多吊机集成运行平台[7]，塔机能够进行360°移位，实现吊装全覆盖，根据实际吊装需求对塔机配备，选择不同型号的机型，大大节省施工费用。同时可减少各塔机爬升工艺，施工进度能够提高20%，如图24所示。

图24 廻转平台组成及支承平面布置

多吊机回转平台包括：吊机、吊机基座平台、回转系统、支承顶升系统。支承顶升系统采用中建三局自主研发的微凸支点顶模体系。平台回转驱动系统实现平台及上部附属吊机相对于下部支承体系的整体回转运动，将上部荷载传递到下部支承体系。

成都绿地8号地块超高层项目中采用的多吊机回转平台最多可供4台吊机工作，且至少有1台是M1280D或ZSL2700这类吊重能力达百吨级的吊机(见图25)。吊机基座中心相对于回转中心的半径超过16m。超高层施工时，受风荷载影响大，回转驱动系统承受的平台荷载大。多吊机回转平台所承受各项荷载远超目前房建领域最大吊重吊机，运动关节和传力枢纽为回转驱动系统。为了保证负载能力和驱动要求，选用目前国内建筑施工装备领域最大规格的液压电动机减速机回转驱动装置。该装置参数为132.60.6000.03型3排滚柱回转支承，输出转速0.52r/min、扭矩73kN·m，目前已在国内建筑施工装备领域应用。

图25 成都绿地中心廻转平台

2.2.2单塔多笼循环运行施工电梯

垂直运输系统是整个超高层建筑施工过程中的重要枢纽，而其中施工电梯的运载能力和配备数量对于整个工程的成本控制、工期长短具有直接影响[8]。现有的施工电梯运载能力有限，因此在面对超高层建筑施工中巨大的运输需求时，只能增加施工电梯的数量，就这造成了超高层建筑在施工组织上的很多问题，主要表现为：①平立面布置困难 多台施工电梯在平立面布置中占用大量空间位置，且拆除后还需对施工预留进行修补，增加工期；②受限于2部运行梯笼，超高层施工导轨架利用率低下；③用于解决施工电梯平立面布置的通道塔成本高，且安装、拆除工作复杂。

为克服上述问题, 中建三局以武汉中心工程和武汉绿地中心工程为载体，研发了单导轨架多笼循环运行电梯(见图26，27)，采用旋转换轨机构进行变换轨道,实现了在单根导轨上运行多部电梯笼的垂直运输技术，利用群控调度及安全控制系统,保证电梯运行的高效安全。其核心技术主要分为以下6个方面：①智能化高精度旋转换轨技术 能克服复杂施工条件，实现电梯在空中的连续高精度旋转定位和切换轨道功能,旋转驱动装置紧凑,可靠度高，同时还集成自动纠错能力。②数字化高智能群控调度技术 通过监控全部梯笼来获取其状态信息，再利用智能调度系统生成运载调度方案，最大化利用新型循环电梯的运载能力。③大载流智能分段供电技术 采用690V高压供电,配合对线路进行分段供电,在解决多部梯笼需要大载流的同时,避免了电缆折断和电压下降的问题。④竖向分段卸载附着技术 彻底解决了因导轨架搭设高度增加带来的底部标准节壁厚及整体结构自重的增加,理论上导轨架搭设高度不再受限,适应任何高度的超高层建筑。⑤多级安全保证技术 通过主控系统、紧急制动系统和缓冲阻尼系统,形成了多级防撞安全系统体系，安全可靠。⑥全方位智能监测技术 实时监测导轨架应力、位移和振动,发现异常报警并自动进行紧急处理，起到智能健康监测的作用。⑦适应超高层建筑高效施工应用技术 解决了多部梯笼储存检修的问题和高空增减梯笼的难题，以及楼层曲线变化问题，且缩短与楼层之间的间距。

图26 循环电梯组成

图27 武汉绿地中心单塔多笼循环电梯

通过武汉中心和武汉绿地中心的试验验证及现场应用,该技术解决了目前布置多台电梯产生的弊端,提高导轨架的利用率,满足超高层建筑施工对垂直运输能力日益增长的需求,创造了良好的社会与经济效益。

2.2.3竖向通道塔

随着超高层建筑的兴起和发展，对架设施工电梯支撑系统高度和稳定性的需求也在增加。以往的支撑形式较为单一，大多都由导轨架及附墙杆组成，施工电梯标准节结形式固定。且主体结构与导轨之间的构造连接不强，整体稳定性较差。加之没有形成规范的施工电梯支撑体系，现有的施工电梯性能已不能满足超高层建筑的发展需要。因此，有必要研发一种新型的施工电梯支撑体系。

同时，现有垂直运输系统运载能力的限制和平立面布置困难的问题，已成为阻碍超高层建筑进一步向“高”发展的主要瓶颈。为满足超高层建筑的运输需要，一般施工电梯都分散布置于结构外立面或电梯井道内，影响后期幕墙封闭及正式电梯施工，进而导致工期延后。除此之外，由于布置了多道竖向施工电梯，与其匹配的水平作业面也大大增加，从而占用了大量的施工空间，而且这种分布式的布置形式，不利于物料运输管理和人员施工管理，对施工组织管理能力提出了很高的要求。

为解决上述问题，中建三局提出了通道塔新型支撑体系。通道塔通过集中布置室外施工电梯，简化了施工电梯的布置形式，有效提高了管理效率和运输效率。通道塔符合施工电梯支撑体系轻量化、集中化、工业化的发展趋势，具有广阔的发展及应用前景。

通道塔(见图28)为装配式钢结构塔体，由多个标准节塔体竖向拼接组成。装配式钢结构塔体的柱脚固定于超高层建筑基础筏板上,每隔2个塔体标准节便设置1个与主体相连接的附墙杆，侧面上均设有连接走道,其他侧面上挂有施工电梯,且均设有安全门。与现有技术相比，通道塔集中施工电梯，节约资源、运输通道集中，有利于人员、物料的运输规划，安装拆卸方便，工程造价大大降低，同时节约工期，综合经济效益显著。

图28 通道塔结构3D示意

如图29所示，天津高银117大厦通道塔布置于主塔楼东侧，其标准层平台尺寸为5m×9m。该通道塔通过各项先进技术实现了人、材、机的快速垂直运输。对于500m以上的超高层建筑，使用通道塔可以把降效降低到10%以内，而普通超高层施工垂直运输体系降效高达40%。

图29 天津高银117大厦通道塔

2.3 钢结构施工创新技术

在我国城市化大趋势下，建筑数量和建造技术都得到了井喷式的发展[9]，其中超高层建筑脱颖而出，在城市建筑中占有的比例逐渐上升。超高层建筑的出现有效解决了城市用地不足的情况，有效缓解城市人口压力，也满足了人们对于建造更高、更大的宏伟建筑的愿望，象征了现代社会经济的繁荣。超高层建筑在向天空进军之时，必然需要钢结构的强力支撑。

超高层建筑中，通常会使用钢柱、钢梁、钢板剪力墙、环带桁架、伸臂桁架等钢结构构件。随着建筑高度的不断攀升，钢结构构件逐渐呈现巨型化和复杂化的趋势，钢结构的施工难度和面临的问题也随之不断增加。

2.3.1多腔体巨型钢柱施工关键技术

随着超高层建筑高度的不断攀升，巨型钢结构逐渐得到了应用。巨型钢结构优点在于可最大限度利用材料的物理力学性能，且具有超强的抗侧刚度、更好的稳定性和更高的效能[10]。

巨型钢柱作为超高层建筑外框架主承力构件，为整栋大楼起到中流砥柱的作用。从广州东塔“田”字形巨型钢柱到天津高银117大厦[11]、中国尊的异形多腔体巨型钢柱，超高层建筑结构朝着尺寸更大、更为复杂的方向发展[12]。传统超高层钢柱多为箱形或圆管形，截面尺寸小，仅需纵向分段即可，并且截面规整，对称性明显，焊接工艺相对简单。多腔体巨型钢柱的特点为截面尺寸大、腔体众多，钢板厚度大，焊缝纵横交错，传统工艺已不能满足其施工要求，对钢结构的深化设计、制造及焊接技术提出了更高的要求。

天津高银117大厦主塔楼建筑高度597m，结构高度596.2m，由4根变截面巨型钢柱提供竖向承载力。巨柱截面在筏板基础处的截面面积达到了108m2，包含了26个异形腔体，几何形状非常复杂(见图30,31)，吊装工作量和焊接量也十分巨大。为此，高银117大厦对多腔体、多单元的全焊接组拼情况进行了详细的计算模拟，和实际施工情况对比并形成了相应技术。通过理论计算结果与实际施工效果的双重印证，提出先立焊后横焊，由中心单元向四周单元扩展的焊接方法，保证了巨柱的组拼焊接施工。该创新焊接工艺流程的提出对于解决异形多腔体巨柱焊接时产生的残余应变和残余应力提供了很好的思路，同时对于多单元拼装、密集焊接、大量焊接填充也有很好的效果。

图30 巨柱分段

图31 巨柱分段拆分

2.3.2超长、超厚单层钢板剪力墙制造与安装技术

超高层建筑一般采用单层钢板剪力墙形式，具有增加结构延性、减小结构自重等特点，能够提高结构抗侧刚度，有利于超高层建筑的位移控制。单层钢板剪力墙一般具有超长、超厚等特点，其制造、运输、安装相较于常规构件具有较大难度。对此，开展钢板剪力墙深化设计、制造及现场连接，确保超长、超厚钢板剪力墙的制造和安装质量。

2.3.3现场自动焊接机器人施工技术

随着建筑高度的不断攀升和人工成本的日益增加，超高层建筑钢结构的焊接将向自动化、智能化发展，现场钢结构自动焊接机器人将是未来的发展趋势(见图32)。针对现场钢结构的对接形式和施工特点，开展自动焊接机器人适用性、自动化和轻量化设计研究，通过试验确定合适的现场钢结构自动焊接工艺参数，并在超高层项目上加以应用，提高现场钢结构焊接施工自动化水平[13]。

图32 自动焊接机器人

2.3.4结构变形控制关键技术

施工过程中的变形差异，将带来外框-核心筒之间的竖向偏差，不利于建筑的施工质量和结构安全。对施工期间的超高层结构变形情况进行施工模拟，得出钢框架与混凝土核心筒在施工过程中的变形规律和特点，并结合实际工程项目施工情况，提出结构标高控制施工措施与结构竖向变形差控制措施，以最大限度地控制钢框架与混凝土核心筒的不均匀变形[14]，确保超高层建筑安装精度，保障施工安全和结构稳定。

2.3.5远程无线实时检测技术

超高层建筑施工过程中，需对结构进行施工全过程现场实时监测，确保结构施工精度和安全性。随着建筑高度的增加，采用远程无线实时监测技术，以更及时便捷地对超高层建筑施工过程进行实时监测[15]。

2.4 超高层装配式建筑施工技术

全预制装配式超高层建筑作为建筑工业化的主要推手，是指对结构和构件进行科学化的后台设计，再通过先进的工业水平形成制造、运输、安装全链路的一种集中的、高水平的、高效率的生产方式。目前，我国超高层装配式建筑的建造技术已基本满足建造要求，但尚存在建造环节信息割裂、生产质量精细化控制不足、施工技术创新较弱，且未形成完整的建造技术体系等问题，导致装配式建筑的自身优势未能充分发挥，极大限制了进一步推广。为此，重庆大学、重庆建工集团、美好建筑装配科技有限公司等单位，创新研发了系列技术，很好地解决了上述问题。

1)在设计上，开展了装配式标准化设计研究，研发了标准化产品库和BIM智能设计平台[16]，形成了标准户型30余种，建立了涵盖建筑、结构、机电和装饰装修等各专业7 000余个BIM设计专业族。自主研发了基于 BIM的装配式混凝土信息一体化交互平台，打通了设计、生产与施工环节，实现了建造过程质量、安全、进度、成本的高效管控，大幅提高了建造效率，如图33,34所示。

图33 超高层装配式建筑高效建造技术体系

2)在构件生产上，开展了内约束对混凝土收缩性能的影响研究，揭示了内约束对混凝土孔结构、收缩应变、强度以及开裂风险的影响，有效解决了部件收缩开裂问题，提高了部件生产质量，显著提升了整体建造工效。对钢筋直径、分布方式、钢板厚度、栓钉长度、直径等内约束参数对混凝土收缩开裂风险进行了定量研究，建立了内约束下混凝土收缩及开裂风险预测评估方法，提出了基于毛细孔张力理论的约束收缩预测公式。提出了以“原材料优选、配合比优化、约束改善条件、养护合理”为基本原则的系统化部件生产工法。

图34 全产业链的信息化技术架构及云平台

3)在施工技术上，研发了以工程级、工序级、动作级为核心的“装配单元三级精益建造管控体系”(LCA 体系)以及装配式住宅分段式楼梯、预制柱、叠合板等构件的安装工艺成套技术体系，实现了高效建造。结合超高层建筑特点，提出了多种超高层装配式建筑高效施工工法及配套机具。

3 处于国际领先水平的超高泵送混凝土技术

目前，超高层建筑混凝土施工首选高效、环保、经济的泵送工艺。与普通混凝土相比，超高泵送混凝土存在两大特点：①泵送条件极端，与普通泵送相比，超高泵送高度高(>200m)、管道长(可达千米级)、压力大(可达30MPa，是普通泵送2～5倍)、脉冲次数多(可达500次)，堵管风险极高、工期延误时间长、经济损失大；②硬化环境复杂，混凝土强度等级高、竖向结构养护困难、异型与复杂钢混结构约束强、高空大风低温等材料、施工、结构、环境因素大大增加了开裂风险，进而影响安全使用寿命。以上特点给超高泵送混凝土的研究与工程应用带来了三大难题。

1)可靠评价难 目前，混凝土超高可泵性能评价、泵送压力损失计算仍参考普通泵送，并未考虑超高泵送长时、脉冲、高压等极端条件，同时，传统的坍落度、扩展度等不能量化评价超高可泵性能，盘管试验验证成本高、耗时长且可靠性不佳，压力计算依赖经验且系数取值相对固定，未充分考虑混凝土性能的影响，误差通常>50%，因此，现有方法无法有效评价混凝土超高可泵性、指导泵送设备选型。

2)协同调控难 一方面，超高泵送长时、脉冲、高压极端泵送条件下，混凝土流变性能稳定调控是实现超高泵送的关键，而关键材料是核心基础；另一方面，超高泵送混凝土通常参考大流态设计方法，胶材用量高、放热量大、收缩明显，与复杂耦合环境下的结构抗裂性能之间存在天然矛盾，而当前针对超高泵送混凝土相关调控关键材料的技术研究基本空白。

3)施工应用难 超高层竖向结构钢板剪力墙、钢管柱等是典型的大体积、强约束钢-混组合结构，混凝土设计强度等级高，且耦合了大风低温复杂环境，开裂风险极高，常用的洒水、覆膜养护手段无法实施，施工中通常采用延长带模养护时间的被动方法避免开裂，主动抗裂施工技术研究缺失。

综上，建立超高泵送混凝土可靠评价方法，开发流变性能、体积稳定性能调控关键材料，开发主动抗裂施工技术，对于支撑超高层建筑应用技术进步具有重要意义。为此中建西部建设股份有限公司联合其他单位开展了复杂耦合环境下现代混凝土超高泵送-超高抗裂性能协同提升关键技术的研究工作。

研究针对超高泵送混凝土施工的特点，围绕“泵送时不堵、硬化后不裂”两个核心目标，从“长时、脉冲高压作用下大流态混凝土流变性能演化机理”“基于环境、结构、材料多因素耦合的超高泵送与抗裂性能协同提升机制”两个关键问题研究入手，通过揭示超高泵送混凝土流变性能时变机制，建立泵送压力精准预测方法，开发评价方法与指标体系、过程精准监测系统，针对流变性能、体积稳定性能调控要求，开发系列性能调控关键材料、组成设计与抗裂施工协同技术。

1)超高泵送混凝土可泵性能评价关键技术

基于混凝土流变性能研究，探明了高泵压下时变机制，建立了混凝土流变性能与超高可泵性能之间的相互关系，明确了超高泵送混凝土流变性能调控指标与范围，针对超高泵送特点，创新提出了高压泵送稳定性系数Gb、泵送极限系数Jb、匀质性系数CV等超高可泵性能控制指标，开发了相关检测方法与装置，形成了超高泵送混凝土可泵性能评价关键技术。

2)长时、脉冲、高压下混凝土流变性能调控关键技术

基于超高泵送长时、脉冲、高压条件下混凝土流变性能时变机制，利用聚合物分子的碱环境响应、空间构象效应、亲水链段锁水效应等，开发了分散性能调控、黏聚性能调控、稳定性能调控关键材料及其应用技术，实现了超高泵送条件下混凝土流变性能的调控。

3)复杂耦合环境下混凝土抗裂性能提升关键技术

针对混凝土设计强度等级高、水化放热集中、高空内部湿度低的问题，开发了多源复合收缩补偿材料、低水化热高性能专用掺合料、可控吸-释水湿度调控材料等体积稳定性能调控材料，实现了超高层建筑硬化环境下，混凝土体积稳定性能的调控。

4)混凝土超高泵送性能与超高抗裂性能协同提升技术

以协同提升混凝土可泵性、强度、抗裂性能为目标，通过以极值划定阈值和以限值划定阈值的方法，建立了基于工效系数法的配合比优化设计方法；建立了胶材用量、砂率等多个自变量与可泵性、抗压强度、开裂风险系数间的函数关系，提出了基于遗传算法的配合比设计优化方法。

5)基于主动控温的钢-混组合结构抗裂施工关键技术

开发了钢板-混凝土剪力墙硬化过程中温度、应力应变监测装置，靶向判断荷载、温度、体积变化引起的应力，建立了混凝土抵抗自约束应力开裂风险研判方法，探明了钢板-混凝土剪力墙变形不同步导致开裂的机理，通过加热使钢板在混凝土塑性阶段预膨胀，强度发展阶段停止加热、同步收缩，对混凝土施加微压应力，避免了钢板、栓钉约束导致的裂缝。

该技术在工程项目中获得了成功的应用，在天津高银117大厦创造了泵送高度621m的世界纪录。

4 超高层建筑智慧建造技术

4.1 虚拟现实技术的应用

为了在工程项目实施前，提前展示完成效果、验证可行性并指导后续施工，将数字图像和仿真技术以及传感器技术结合，以此达到指导施工、控制质量的目的。

西安迈科商业中心项目(见图35)，由办公楼、客房餐馆等组成。主塔楼为钢框架-支撑体系结构，结构整体十分复杂。为解决复杂桁架结构对施工作业造成的巨大挑战，项目对钢连桥的多项施工方案进行全过程模拟分析[17]，如图36所示。

图35 西安迈科商业中心项目

图36 连桥施工过程模拟

考虑了施工时受力状态的时变性，需要针对各阶段受力状况进行优化，以满足计算和规范要求，分析过程如图37所示，卸载施工应力如图38所示。

图37 连桥施工过程的受力分析

图38 连桥卸载阶段施工应力

如图39所示，通过实时监测，可以全方位掌握受力状况，以保障施工。

图39 连桥施工过程监测

4.2 GPS及北斗卫星技术的应用

中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统(BDS)[18]，深圳平安金融中心首次使用了该系统[19]。项目依据现场情况焊接天线杆，确定相应监测方案(见图40)，并实时存储数据最终全程、全方位记录测点各项参数。

图40 基准点与监测面平面位置

4.3 云平台+互联网+无线传输等智慧建造技术应用

深圳湾壹号T7项目采用了中建五局自主研发的基于无线采集与云数据平台的自动化监测系统[20]，能够有效解决管理成本、工作风险与采集效率等问题。中建五局团队结合最新的无线互联网数据传输技术与云服务器、云数据库等技术，使得在办公室内和项目实时直观地监测现场传感器应力应变情况成为现实。该自动化监测系统的具体操作流程如下：首先需要将通讯模块接入到测量模块中，使得测量模块能有媒介与云端相通，在应用之前还需要对各个模块进行相应的调试，使通讯模块能够在固定的时间间隔内(30min左右、最短可以10min)向云服务器端发射测量数据并写入云数据库，接着在阿里云数据库中，服务器能够将现场传来的应变、温度等测量结果实时地在图表中更新显示。

借助该自动化监测系统能够对复杂构件的应变情况进行实时监测。应变的实测数据随着时间的推进在不断波动变化，测量结果较容易看懂。同时，该自动化监测系统是基于云数据平台的，因此无论项目管理人员身在何处，只要身上带有或者附近有能够连入互联网的设备，就能够在任何时间、地点，登陆平台端查看施工现场的应变监测情况。当然，该自动化监测系统能做的不仅仅是实时监测，根据使用者需求，还能够随时调用历史数据进行分析，包括预警频率分析、历史最大值等，同时，通过接口还能够开发其他智能化服务。该自动化监测系统与传统监测方法相比，不仅能大量减少人力和物力成本投入，还使得工地的整体运作更加智慧化[21]、标准化、科学化。

4.4 BIM技术创新应用

4.4.1管线碰撞检查

深圳湾壹号T7塔楼高度超过300m，在其地下室放置了各类大型机房设备，这些机房是整栋大楼机电运作的核心。考虑到机房设备以及配套管线复杂繁多，为了保障机房安装的顺利开展，项目部对各大机房单独设计管线布置方案。地下室3层制冷机房的布置如图41所示，在对大型制冷机房管线设计时需要考虑的因素比较多，包括设备维修管理空间、设备支架设计、管道排布避免交叉、减震系统布置、管线排列间距控制等[22]。

图41 地下室3层制冷机房

深圳湾壹号T7项目借助BIM软件，针对机电管线布置进行优化设计，借助BIM对机房设备区域、管线密集区域的管线布置进行梳理调整，提高管线布置的合理性，满足业主的使用要求和观感要求。充分考虑管线布置的净高问题，能够有效避开管线碰撞问题、管线与结构的碰撞问题[23]。应用BIM模型能够查看该建筑中任意部位的管线布置细节，制冷机房局部管线排布如图42所示。碰撞检查是借助BIM模型来检查工程中还遗留的实体(构件、管网)之间碰撞冲突问题。碰撞检查的工作流程主要有各专业模型的绘制与审核，开展现有模型的碰撞检查并导出对应结果，核对模型的碰撞检查结果并给出具体的模型碰撞检查报告。对T7塔楼模型进行分析，塔楼标准层的碰撞检查结果显示存在200多个碰撞问题，管线密集楼层的碰撞检查结果显示超过800个碰撞问题，参建各方多次集中讨论提前解决了暴露出来的问题，这也使得T7塔楼的整体施工效率得到保证。

图42 制冷机房局部管网排布

4.4.24D进度模拟

4D进度模拟是在构建三维模型的基础上增加进度维度的分析，使得进度计划空间化。T7塔楼项目是在构建完各专业模型之后，借助Navisworks软件开展4D进度模拟的，如图43所示，将编制好的进度计划表与各专业细化模型相对接，进而得到该进度计划下近似现场施工过程的情况。项目管理者借助4D进度模拟手段能够对整个施工过程进行可视化分析，去判别该进度计划下开展施工活动所暴露出的问题，例如施工顺序、工作面等，进而完善整体进度计划。

图43 4D进度模拟

在T7塔楼施工前期，借助BIM的4D进度模拟手段发现并解决了施工过程中的一些冲突。例如对塔楼施工模拟时，发现了塔式起重机爬升与主体钢结构之间存在空间冲突，通过提前采取措施保证了塔式起重机的正常爬升；在对塔楼32层进行施工模拟时，发现幕墙安装与机电设备吊装存在冲突，如不在幕墙安装前预先将机电设备吊入32层中，则会出现重新拆除幕墙的问题，因此项目部及时调整了施工顺序，保障了施工进度。

为了促进安全施工、减少材料浪费，T7塔楼项目针对临边、洞口防护栏布置进行三维模拟设计，统计塔楼中需要安装栏板的基本信息，用以指导栏板加工，减少加工误差和加工超量浪费情况。例如，T7塔楼25层用到了0.5，1，1.8m共3种规格栏板120张，配套连接杆件155条，25层的防护模拟和现场布置如图44所示。

图44 25层防护模拟与现场防护

4.4.3吊装模拟

T7塔楼属于超高层建筑，在施工过程中大型设备的吊装与运输成为了施工难点，如果没有及时安排好施工顺序或吊装路径，很容易导致大型设备无法顺利吊装到指定楼层上。项目部借助BIM技术进行大型设备的吊装过程可视化模拟[24]，能够发现吊装过程中存在的问题，制定合理完备的吊装方案，并在现场吊装工作开始前，及时进行可视化交底，保证了吊装工作的顺利开展。T7项目32层大型设备吊装模拟以及地下室设备吊装模拟分别如图45,46所示。项目部在对地下室设备开展吊装工作前，依照模拟结果明确吊装思路、预留吊装通道、安排好进场机械等，仅用了半天时间就完成变压器的现场运输与安装，花费5天时间完成了9台制冷机的现场运输与安装。

图45 32层设备吊装

图46 地下室设备吊装

5 结语

建党百年以来，在中国共产党的坚强领导下，中国建筑人用自己的勤劳和智慧，不断努力，从科研、实践中探索出一套套新的理论和技术，创造了一个又一个的建筑奇迹，让世界震惊。

相信在下一个一百年中，会涌现出更多人才，前赴后继，投身于我国建筑事业，会有更多领先的超高层建筑创新施工技术被研发与应用，为促进我国建设事业高质量发展、实现中华民族伟大复兴作出一份贡献!