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108 层 1 分钟就登顶,这座北京新地标充满「黑科技」

图片:中国尊

网易《了不起的中国制造》,从未停止追赶

创 8 项世界纪录、15 项中国纪录, 北京第一高楼——中国尊即将于今年年底竣工。

作者 | 须臾千秋,清华大学土木工程博士

2018 年建筑界的一桩大事,便是举世瞩目的中国尊大厦预计于年底竣工。它总高 528 米,是北京市最高的地标建筑。

中国尊可不是一座普通的摩天大楼,它所采用的多种最前沿建筑科技创下了 8 个世界纪录,是一座建筑史上的里程碑。我们今天就来介绍一下这座“武装到牙齿”的北京新地标。

(一)八项世界之最和十五项中国之最

中国尊的建成创下了多个世界纪录:它是按 8 度地震设防烈度设防的世界最高建筑,拥有全球高层建筑中最深、层数最多的地下室,建设了世界最大截面的多腔体钢管混凝土巨型柱,采用了世界房建施工领域承载能力最高、面积最大、智能化程度最高的顶升钢平台……这一切瞩目数据的背后都体现了中国强大的工程建设能力和极高的人才质量。

中国尊的建筑构型十分大胆,为了体现中国古代礼器“尊”的文化元素,建筑被设计成了上下两端粗、中间细的结构形式,这会给建筑的抗震带来很大压力。但北京距离环太平洋火山地震带很近,因此北京的抗震设防烈度是最高的 8 度,远高于上海、广州等其它大城市的同等规格建筑。

为此,设计方在结构体系牢固性、构件使用等多个方面都进行了充分的考虑,并进行了整体结构的振动台地震模拟试验及重点部位的抗震性能试验,以确保最佳的安全性。

同时,为了减轻结构总重量,在满足抗震需求的同时控制墙身截面厚度,中国尊大厦在核心筒的底部采用了内置钢板的混凝土剪力墙,中段则采用内置钢板支撑的混凝土剪力墙,并委托清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室,使用 2000 吨空间加载装置对剪力墙进行往复加载的拟静力试验,研究其详细的力学性能,以保障大厦的抗震能力。

这种结构模式使得中国尊每个结构层用钢量相比同类超高层项目高出 50%以上,工程使用的钢构件总量超过 14 万吨,是国内高强度钢材用量最大、比例最高的建筑。

剪力墙的内部钢支撑布置

除了抗震,中国尊还考虑到了火灾、恐袭等多种灾害,拥有完善的自救体系。在大厦的第 105 层,设有一个 600 多立方米的巨大水箱,此外还有 5 个 60 立方米的水箱布设在楼内。失火时这些水箱可依靠重力供水,能保证两个小时的水供应。

大楼内还设有 8 个避难层,平均每 10~12 层一个。这些避难层进行了结构和消防等多方面的加强,平时空置,仅有设备和管线,没有人员在该层办公。发生火灾时,避难层可容纳大量人员,并且可保证隔离烟火两个小时,为人员争取到宝贵的救援时间。

中国尊在施工过程中使用的智能顶升钢平台是由中建三局自主研发的,包含 6 项发明专利,有 7 层楼高,顶推力达 4800 吨。

施工电梯直达施工平台,在施工平台内部,整合有两台大型动臂式塔吊以及混凝土布料机、临建设施、物料堆场等。工人们在全封闭平台内作业,不受天气影响,可同时进行 4 层核心筒立体施工,相当于将建筑构件加工工厂搬到施工现场。

中国尊工程中使用的顶升钢平台

(二)先进的暖通空调系统高效又环保

中国尊大厦最为引人瞩目的技术不在外观上,而在于它内部的暖通空调系统。

在现代办公环境中,尤其是摩天大楼中,无论春夏秋冬,室内环境主要都是靠空调系统进行维持的,空调系统的能耗占整个建筑运行耗能的 60%之多。因此,在空调系统中进行节能可以最大限度地为建筑的低碳、环保做出贡献。

摩天大楼的空调系统涉及到几千个房间的协调,复杂程度远非独立的家用空调机或小型中央空调可比。中国尊的暖通空调系统采用 RUNPAQ 空调智慧节能控制技术,其暖通空调系统控制策略和逻辑的科学性以及软件编制的自主性确保了调试成功和可靠运行。

根据工程特点,大厦采用了工业级、成熟可靠、国际一流的 SIEMENS PLC 自控系统,自主编程调试,保证用冷、送冷、制冷系统的完整性,最终实现中国尊暖通空调系统健康舒适、绿色节能、高效运维的目标。

中国尊标准层空调末端形式

中国尊的空调系统冷源采用制冷主机上游加蓄冰槽下游串联内融冰形式的冰蓄冷系统,空调热源则由市政热网提供。空调末端系统主要由循环通风空调系统、不带末端的区域变风量系统等构成,不能与外界大气直接接触的内区则为带末端装置的变风量空调系统。

这是一种通过改变送风量而非风温度来调节室内温、湿度的空调系统,它可以显著优化室内空气品质,具有明显的节能效果,并且空调区域控制灵活。

蓄冰槽

大厦采用的 RUNPAQ 空调末端智慧控制系统不仅可以实现对室内温湿度的精确控制,采用最高效率的一机一套的加湿系统以保证整个工作环境湿度的适宜;同时,还可以实现室内二氧化碳浓度与新风风量的有效匹配,在确保高质量的室内环境品质的前提下,显著降低空调智慧末端设备能耗。

考虑到北京市的空气质量,空调机组对室外新风的尘埃处理上还配置了 PM2.5 去除装置,采用初效、二道静电、中效、外加活性炭过滤段等预设模式分离空气中的有害物质。

工程师们还考虑到了传统空调箱系统上玻璃棉容易造成空气的二次污染,最终选择了无污染的新型消声材料和产品取代玻璃棉,确保空调新风的安全可靠。

RUNPAQ 空调末端智慧控制系统

空调的末端布置同样很有学问。中国尊大楼的空调系统末端将静压箱、软管和出风口进行了一体化设计,组合成了一个一体化单元——FASU。通过对末端各个 FASU 系统的软管布局、走向及软管长度等计算的深化设计,可以保证系统内各个出风口的风量平衡在±10%以内。

FASU 系统还采用了消音保温软管及内保温静压箱体,具有卓越的消音效果,可以降低 25 分贝的噪音,保证办公室大楼内噪声标准小于 NC40。会议室、多功能室等功能区间需满足 NC35 的噪声标准。这套系统还可以最大程度地利用天花空间,有效提升天花板高度。

与常规空调系统相比,低温送风空调系统的送风温度低、温差大,有效降低了管道、空气设备的体积和送风机的能耗,但这种大温差也会产生结露效果,并有水滴低落。为避免此类情况发生,公司优化了风口叶片,采用引导风向的喷漆处理技术,使出口冷风完全包裹整个送风口,从而避免低温风口与热空气的接触,防止结露的产生。

(三)有效节能 20%-40%,这是一座真正的绿色建筑与智能建筑

中国尊与一般的摩天大楼最大的不同就在于其智能化。智能化不仅提高了施工的进度和建筑构件的精密程度,提高了安全性,而且保障了建筑在建设和使用过程中的绿色环保。

相比起一般摩天大楼,中国尊先进的暖通空调系统就可以节约 20~40%的能耗,建筑的特殊构型还可以充分利用冬季阳光和夏季自然风的流动来调节室内温度。

中国尊的建设和运行全过程都高度依赖于 BIM 系统,在建设中,对材料、人力和施工过程进行全过程的详细监管,每一个构件、工序都是高度信息化的。

考虑到工程使用的多种 BIM 软件之间还有不同,无法直接互换通用,项目还专门对软件进行了二次开发,打通不同建模软件的格式壁垒,达到无损耗的软件互通信息互换。

在建设完毕后,BIM 系统还要继续负责建筑的日常运转,暖通空调、给水排水、电力系统,这些庞大的体系都需要时刻不停的智能化监管。

在大楼内部一共布置有 139 部电梯,其中直梯 100 部,包括 3 部观光电梯,另有 39 部扶梯。在这 100 部电梯中,观光电梯可从 1 层直达 108 层,运行速度达 10 米 / 秒,从 1 层到顶层仅需 1 分钟,其他的电梯则分为低、中、高三个区域运行。这种科学合理的布置可以极大地减少电梯运行的能耗,同时极大降低人们在大楼内部的交通时间。

结语

  中国尊已经于 2017 年 8 月 18 日顺利封顶,目前全部外部结构及玻璃幕墙的施工也已基本完成,进入到了内部机电空调的安装施工阶段。建成后,中国尊将集甲级写字楼、会议、商业等多种配套服务功能于一体,吸引国际金融机构、国际 500 强企业进驻。

编辑| 史文慧

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