撰文 |  于丽妍

“烟花”来袭，中国第一高楼上海中心大厦防风抗台的“镇楼宝器”——阻尼器已经开始运作，而且随着风力加大，阻尼器摆动幅度逐渐变大，但是这个对上海中心大厦完全没有影响。

世界上第一次在软土地基上建造重达85万吨的单体建筑；

世界上第一次在超高层建筑中使用14万平方米的柔性幕墙，

世界上最高的绿色建筑……

然而在上海中心大厦动工之时，现今的每一项“第一”都是一个巨大甚至无解的难题。

钻孔灌注桩（钢筋笼）示意图

为了让“施工噪音尽量小”，上海建工集团放弃了传统的打桩方式，不走寻常路：

通过研究首次在350米以上的超高层建筑中使用了钻孔灌注桩建造工艺，即先用钻机在地基上钻孔，在孔内放置一个钢筋笼（相应直径的笼形钢筋框架），然后再往钢筋笼内灌注混凝土，一个桩子便算做成了。

2008年11月28日，上海中心开工，打下了第一个基桩。施工时，周围上班的人几乎没有受到任何噪音影响。

钻孔灌注桩施工步骤

其实，钻孔灌注桩的工艺在国内并非首创。难点在于，超高层、超重量的巨型建筑从未使用过这种方式，过程中遇到的问题没有可参考的解决模板。

由于上海土质过软，桩基可能会出现桩身混凝土离析、桩底沉渣过厚等问题。为了提高桩基的承载力，建工集团采用了桩端注浆加固桩基的工艺，即利用水泥浆充填孔隙，提高土体密实度和强度，使桩基极限承载力提高近4倍，承载力与传统钢管比较地基持平，但造价节省了60%以上。

桩端注浆加固桩基的工艺简易GIF动图（来源：纪录片——超级工程）

最终，上海中心共铺设955根桩，每根桩直径1米，深度达86米。

据了解，自上海中心使用了钻孔灌注桩技术为后续的高层建筑提供了范例。之后，软土地基上的许多超高层建筑都采用此方法，所以现在城市超高层建造都听不到打桩声了。

玻璃幕墙对建筑物具有减轻自重、提高抗震性等特点，所以很多高层建筑外观都采用玻璃幕墙。但往往受楼梯较高、预埋件、玻璃安装等因素影响，安装质量控制难度很大。特别是异型建筑上的玻璃幕墙，难度和施工精度要求可想而知。

据了解，与上海中心相邻的金茂大厦也是全玻璃幕墙，在当年施工时，所有构件需要先在工厂内拼装完成，再拆卸运至现场拼装，这样的施工效率低、精度也难以控制。而上海中心不只是玻璃幕墙，而且是双层玻璃幕墙。所谓双层幕墙，顾名思义就是两层玻璃幕墙，犹如大楼的两层皮肤。在这之前，双层幕墙还从未出现在350米以上的超高层建筑中。

上海中心大厦双层幕墙与空中庭院

设计的精妙也给施工带来了巨大的挑战。上海中心从外观上看，是螺旋减缩式上升的造型，犹如一条盘旋上升的巨龙，外幕结构体系异常复杂，支撑体系从地面到顶部要旋转上升120度，共14万平方米、2万多块的幕墙玻璃，片片不同，按传统施工工艺，根本无法安装。

为了加快建设速度，龚剑团队采用内外幕墙随建筑主体结构同时施工的方式，这就更增加施工难度。有同行直言，这是一个无法完成的任务。

龚剑团队率先引进国际建筑业最尖端的数字化建造技术，通过建筑模型信息化，将实现每一块部件、每一块玻璃幕墙、每一条电线、每一个水阀都在电脑中三维建模、标号，精准计算、三维演示，加工每块构件,运到了现场按先后顺序一气呵成。从设计施工到全生命周期维护，庞然大物的每一处细节都能“自己说话”。哪里碰撞了，哪里衔接不到位了，一目了然。

如何控制结构变形，毫无疑问是关键。玻璃幕墙完全由钢结构支撑，那么大的跨度，那么重的玻璃，数百米之上更大的风速、更大的温差，都会导致钢结构变形，幕墙单元板块就会受到挤压，幕墙受损破裂的风险就会增大，从而影响整个幕墙体系的安全。既要保证幕墙的牢固，又要留出变形的空间，看起来是个悖论。

在上海中心的每个楼层，都会看到些不起眼的支座。它叫作柔性连接滑移支座装置（简称：滑移支座），正是龚剑团队发明并制造出的新装备。正是这个装置，让幕墙可以“动起来”。因此叫柔性幕墙，跟我传统的幕墙概念完全不同。

柔性连接滑移支座装置的一种（来源：东方卫视）

如果把上海中心外墙悬挂玻璃的钢架比喻为人的骨骼，那么滑移支座就如同连接骨骼的关节，虽然只是几毫米的变形空间，也给了玻璃幕墙足够的缓冲空间，有效避免了幕墙因应力过大而被破坏。

滑移支座装置有五种类型，不同类型的支座根据变形需求被安装在不同位置。用总工程师龚剑的话说是：

同时，为保证这些滑移支座健康运行，上海中心大厦总控中心将其健康监测纳入总监测系统，可实现实时监控并预警。

最终，20357多块不同大小曲面的玻璃幕墙，严丝合缝地悬挂在建筑外立面，宛如制成一件完美的“金缕玉衣”。这是世界上首次在超高层安装14万平方米的柔性幕墙。

据龚剑回忆，两万多块玻璃幕墙，每一片的施工精度误差都在1.5毫米以内。

上海中心两层玻璃幕墙的设计也大有深意。它如同一个直冲云霄的“保温瓶”，两层皮肤间的空间，通过通风设备的调节，在大厦内外部之间充当良好的缓冲带，起到冬暖夏凉的作用，使采暖和制冷的能耗比单层幕墙降低了50%左右。

为节约水资源，上海中心采用了雨水收集处理和回用技术。

大厦的顶部有一个巨大的雨水收集槽，将雨水收集储存在蓄水池里，处理后可用于花木灌溉、厕所冲洗、建筑物内部清洗、设备冷却等，将大大减少使用自来水。可供大楼使用。估算下来，一年可以节省250个标准游泳池的水量。

在上海中心580米的高空塔冠区域，平均风速可达到8～10米/秒，非常适合风力发电。因此，工程师在上海中心的外幕墙上开了三个很大的开孔，安装高空风力发电系统。不同于“大风车”般传统发电机，屋顶的钢结构上布满的一个个“小圆筒”，就是270台“垂直轴涡轮”的风力发电机，总额定功率为135千瓦，每年可以为大厦提供1.19百万度的绿色电力，供屋顶、观光层中的设备使用。

上海中心围绕“节地、节能、节水、节材、室内环境质量和运营管理”等方面，采用了一系列绿色建筑适用技术。

上海中心的建设是一项超级工程，众多的科技创新手段支撑着这项不可能完成的挑战，成为世界上高层绿色建筑的标杆，也展示了中国人的建造能力和创新能力。

2020年4月，国家住房和城乡建设部、国家发展改革委发文指出，严格限制各地盲目规划建设超高层“摩天楼”，一般不得新建500米以上建筑。“限高”政策的出台，使得上海中心的天际线短期内恐怕很难被超越。

龚剑认为，高度并非我们追求的目标，未来新型绿色、智能建筑将会成为中国建筑业发展的新趋势，融合大数据、人工智能等高科技要素的数字化建造技术将会成为有力支撑，也将成为建筑业内的核心竞争力。

“世界科学”联合“赛先生”微信公号，在上海市科学技术委员会资助下，开辟“走近科学”栏目，对获得国家及上海市科技奖励的成果进行科普化报道。