出品 | 網(wǎng)易新聞

　　作者 | 須臾千秋，清華大學(xué)土木工程博士

　　在如今的世界,，建造摩天大樓已經(jīng)是一件稀松平常的事情,。不過，在沙漠地區(qū)建設(shè)超高層建筑,，仍舊是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn),。中國在埃及承建的非洲第一高樓——埃及新首都核心項(xiàng)目中央商務(wù)區(qū)“標(biāo)志塔”，正是這樣一座高難度的建筑,。

　　（一）建在沙漠里的非洲第一高樓,，高度超出原有建筑一倍

　　埃及是一個(gè)人口接近一億的大國，它的總國土面積超過100萬平方公里,，但絕大多數(shù)土地都是不適宜人類生存的沙漠,。埃及的絕大多數(shù)人口都集中在尼羅河兩岸不足10萬平方公里的土地上，一億人口的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn),、商業(yè)運(yùn)行都要依賴這狹長的小小綠洲,。

　　（埃及適宜居住的土地分布）

　　為了應(yīng)對日益膨脹的人口,，埃及決定向沙漠要土地來安置新增的人員,。在開羅以東60公里、蘇伊士以西60公里處的沙漠中,，正在建設(shè)一個(gè)可容納500萬人口的新行政首都,。

　　新首都不僅承擔(dān)政治智能，與行政相配套的商務(wù)功能也必須要帶進(jìn)新開羅城中,。因此除政府部門外,，新行政首都還將建設(shè)110萬套住房,、2000所學(xué)校和600家醫(yī)療機(jī)構(gòu)。

　　新首都的核心項(xiàng)目中央商務(wù)區(qū)由中建埃及分公司承建,，而其中最大的亮點(diǎn)就是高度達(dá)385.8米的“標(biāo)志塔”。標(biāo)志塔總建筑面積26.7萬平方米,，地下2層,，地上78層，建成后將成為非洲第一高樓,。

　?。ㄐ麻_羅的CBD效果圖）

　　（二）像金字塔一樣的標(biāo)志性建筑，技術(shù)和藝術(shù)的結(jié)晶

　　埃及工業(yè)化的歷史悠久,，在建設(shè)高層建筑方面并非完全沒有經(jīng)驗(yàn),。

　　由于埃及人口稠密，土地稀缺,，開羅城內(nèi)事實(shí)上遍布著密集的高層建筑,。但這些高層建筑主要是住宅和寫字樓，意義僅在于解決開羅人的居住和使用需求,，大都為低水平的量產(chǎn)型建筑,，在建筑藝術(shù)和技術(shù)層面乏善可陳，高水平的建筑并不多,。

　　埃及目前的高層建筑沒有超過200米的,，而新首都標(biāo)志塔則將這一高度一下子突破到了385.5米，比原來高出一倍,。埃及總理將標(biāo)志塔評價(jià)為埃及的新金字塔,。

　　標(biāo)志塔于2018年5月2日動(dòng)工建設(shè)，是一個(gè)多功能,、多用途的高層建筑體,。29層以下是辦公區(qū)，再上面有酒店,、住宅,，最頂層是一個(gè)觀光平臺(tái)，上去后可以俯瞰整個(gè)開羅,。

　　標(biāo)志塔項(xiàng)目融入了許多世界上最先進(jìn)的綠色環(huán)保的建筑理念,，也采用了許多新技術(shù)，比如保溫系統(tǒng)和幕墻,，顯著降低了建筑的能耗,。

　　標(biāo)志塔的主體結(jié)構(gòu)由鋼結(jié)構(gòu)外框和鋼筋混凝土核心筒組成。這是一種高層建筑中比較常用的結(jié)構(gòu)形式,，堅(jiān)固的鋼筋混凝土核心筒可以承擔(dān)風(fēng)力,、地震力等橫向力的作用,，而鋼結(jié)構(gòu)外框自重較輕，且預(yù)制化程度高,，可以在施工現(xiàn)場外的工廠中預(yù)制成型,，在施工現(xiàn)場迅速進(jìn)行安裝。

　　標(biāo)志塔大樓的總用鋼量達(dá)18000噸,，鋼結(jié)構(gòu)單件的最大重量達(dá)28噸,。在施工中，這樣龐大的鋼結(jié)構(gòu)單件都是進(jìn)行整體安裝,，施工效率極高,。鋼結(jié)構(gòu)的承重主體鋼管柱是以內(nèi)傾1.5°的形式安裝在標(biāo)志塔核心筒周圍的。隨著高度增加,，鋼管柱的設(shè)計(jì)承重量逐漸降低,，鋼管柱截面變小、壁厚變薄,。

　　采用這種高度預(yù)制化的安裝工藝,，一根重達(dá)26.8噸的鋼管柱被動(dòng)臂式塔吊緩緩吊起，最終穩(wěn)穩(wěn)地嵌入混凝土基座上,，整個(gè)過程不足十分鐘,。隨著施工的全速開動(dòng)，在絕對保障安全和施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上,，施工速度可以達(dá)到五天一層樓,，局部樓層可以達(dá)到三天一層樓。這種驚人速度的背后并不是靠著犧牲工程質(zhì)量和員工的休息,，而是靠著高超的建筑科技,。

　　（標(biāo)志塔鋼結(jié)構(gòu)首吊）

　　（三）夏季溫度40,、50℃,，對混凝土是巨大考驗(yàn)

　　埃及新首都標(biāo)志塔工程地處撒哈拉沙漠深處，到了夏天,，溫度高達(dá)40,、50℃是一件稀松平常的事情。在這樣的環(huán)境中,，大樓的設(shè)計(jì)理念,、施工工藝等都與正常環(huán)境中有許多差異,。

　　在極端高溫的環(huán)境中,，混凝土的硬化速度被急劇加快了，同時(shí)硬化后的強(qiáng)度和質(zhì)量也會(huì)被顯著削弱,。

　　如果放任在這樣的高溫下進(jìn)行一般的混凝土澆筑工作,，混凝土內(nèi)部的溫度會(huì)迅速升高到80℃以上，它的性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變,，強(qiáng)度嚴(yán)重喪失,，混凝土體大量開裂,，從而徹底失效,。因此,，高溫環(huán)境的混凝土施工必須采用許多措施來避免這一現(xiàn)象的發(fā)生,。

　　首先，人們要控制混凝土的澆筑溫度,。在炎熱的天氣下，混凝土的原材料,，如砂子,、石子等原本的溫度就很高,。為了降低混凝土剛開始澆筑時(shí)的溫度,，工程師們通常會(huì)使用“冰鎮(zhèn)”的拌合水,。有時(shí),，甚至?xí)苯佑盟楸鶃泶姘韬纤?，最終將混凝土的入模溫度控制在20℃上下,。這樣,，即使混凝土在澆筑中升溫，峰值溫度也不會(huì)過高,，以至于影響混凝土強(qiáng)度。

　　此外,，工程師們還會(huì)改變混凝土的原材料配比，向其中加入一些粉煤灰等礦物摻合料,。在混凝土中，水泥和水拌和后發(fā)生反應(yīng),，會(huì)放出大量的熱；而引入了一些礦物摻合料之后，混凝土的溫升速度降低,，雖然短期中強(qiáng)度較低,，但在長期中強(qiáng)度反而更高,。此外,，一些水化熱抑制劑,、緩凝劑等也可以降低溫升,。

　　建筑中用的鋼材也會(huì)受到環(huán)境高溫的影響,。在陽光的直曬下,，鋼材會(huì)發(fā)生溫度變形,，影響構(gòu)件定位和連接的精準(zhǔn)。這些都需要經(jīng)過工程師精確的計(jì)算來修正,。

　　標(biāo)志塔建成后,，它的運(yùn)行環(huán)境同樣也是四五十度的高溫,。要讓人們在大樓中工作和生活,，意味著大樓的空調(diào)系統(tǒng)必須晝夜不停地運(yùn)轉(zhuǎn),，能源的消耗是極為驚人的。

　　標(biāo)志塔大樓的玻璃幕墻設(shè)計(jì)與建筑的能耗息息相關(guān),。一個(gè)好的玻璃幕墻體系，能夠有效地反射日光,，既能滿足大樓內(nèi)的照明需求,，又能盡可能地降低大樓內(nèi)的溫室效應(yīng),，降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗,。

　　（四）形式復(fù)雜多樣的幕墻,，采用了許多新技術(shù)

　　標(biāo)志塔大樓幕墻形式復(fù)雜多樣，整個(gè)建筑外表皮主要由玻璃幕墻,、GRC遮陽線條組成，總展開面積約13萬平方米。

　　幕墻系統(tǒng)的樣式十分豐富,，采用隱框單元幕墻形式，幕墻面材全部為中空LOW-E透明彎弧玻璃,，鋁型材單元框架拉彎豎向安裝懸挑裝飾線條,，都是比較新的幕墻工藝，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜,。

　　由于工期緊迫,，設(shè)計(jì)圖與深化設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，后期工作量很大,。幕墻設(shè)計(jì)為雙曲面造型,，因此對施工精度要求很高，安全施工難度也就變大,。由于幕墻形式的多樣性和復(fù)雜性,，若使用傳統(tǒng)的技術(shù)方法，難以達(dá)到預(yù)期的效果,。

　　由于設(shè)計(jì)造型復(fù)雜,，材料品種繁多，加上本項(xiàng)目又是在海外,，而很多幕墻構(gòu)件的加工生產(chǎn)都需要在國內(nèi)完成,，導(dǎo)致采購時(shí)間緊，加工運(yùn)輸周期長,。在材料運(yùn)輸方面需從國內(nèi)廠家先運(yùn)送至上海洋山港,，然后途經(jīng)臺(tái)灣海峽到南海領(lǐng)域,，穿越馬六甲海峽,，橫渡印度洋,，進(jìn)入紅海抵達(dá)蘇哈納港到達(dá)埃及,，再通過陸運(yùn)送至項(xiàng)目現(xiàn)場,，運(yùn)送環(huán)節(jié)較多，存在諸多不確定因素,，給項(xiàng)目帶來許多不可預(yù)測的風(fēng)險(xiǎn),。

　　面對這些難點(diǎn)，幕墻項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在工程中應(yīng)用了大量的BIM技術(shù),。BIM技術(shù)不僅可以對幕墻安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行全方位的模擬,，還可以對幕墻面板的曲率進(jìn)行分析,，進(jìn)行面板優(yōu)化,。將部分雙曲面幕墻面板優(yōu)化為平板單元幕墻,，為施工創(chuàng)造便利條件,。將所有典型的節(jié)點(diǎn)大樣，通過搭建 BIM 模型來實(shí)現(xiàn)可視化操作,，并用顏色區(qū)分不同的構(gòu)件節(jié)點(diǎn),，使系統(tǒng)構(gòu)件更加直觀形象,。

　　（曲面優(yōu)化圖（周肖飛埃及新首都CBD標(biāo)志塔外幕墻工程BIM技術(shù)研究））

　　BIM還可以對施工乃至構(gòu)件工廠加工的整個(gè)過程進(jìn)行模擬和指導(dǎo),。BIM模型可以精確地導(dǎo)出幕墻系統(tǒng)的面板等相關(guān)的加工,、定位數(shù)據(jù)。運(yùn)用BIM軟件對幕墻標(biāo)準(zhǔn)板塊進(jìn)行模擬組裝,，通過模擬演示為工廠預(yù)制化加工生產(chǎn)提供高效的技術(shù)支持,。通過BIM參數(shù)化設(shè)計(jì)，輔助實(shí)現(xiàn)構(gòu)件批量材料下單與指導(dǎo)不規(guī)則放置的材料空間定位,。

　　此外,，幕墻的設(shè)計(jì)還采用了BIM+VR的創(chuàng)新應(yīng)用，利用VR技術(shù),，對視覺效果進(jìn)行展示,，沉浸式體驗(yàn)工程完工后的觀感效果，互動(dòng)體驗(yàn)各功能,，深化設(shè)計(jì)師對照虛擬現(xiàn)實(shí)文件查看裝飾完成后的真實(shí)效果,，針對不符合設(shè)計(jì)意圖或效果欠佳的部位,，進(jìn)行記錄調(diào)整。做到在施工前就對項(xiàng)目完成后的效果有所管控,，提前規(guī)避設(shè)計(jì)缺陷,，最大程度地還原設(shè)計(jì)理念。

　?。粔︻A(yù)拼裝圖）

　　通過幕墻BIM技術(shù)的應(yīng)用,，不僅加快了工程進(jìn)度，而且節(jié)約了大量的物料和人工成本,。根據(jù)BIM的模擬,，工程縮減了許多完全不必要的支出，總節(jié)約成本超過700萬元,。

　　結(jié)語

　　埃及新首都中央商務(wù)區(qū)作為中國企業(yè)在埃及最大金額的在建項(xiàng)目,，不僅是中埃合作的“地標(biāo)塔”，而且還是中國與“一帶一路”共建國家取得的重大成果,，中國企業(yè)以此作為一個(gè)樣板工程,，爭取在埃及和非洲打造出“中國樓”的名片。

　　標(biāo)志塔項(xiàng)目預(yù)計(jì)在2022年7月完工,。它的建設(shè)對于埃及和非洲都具有重要意義,，它不僅提升了埃及的城市現(xiàn)代化水平，還有助于提升當(dāng)?shù)氐慕ㄖI(yè)水平,。在建設(shè)過程中,，埃及當(dāng)?shù)氐墓と撕凸こ處煂W(xué)習(xí)到了最前沿的超高層建筑施工的工藝與技術(shù)，為未來埃及的建筑業(yè)升級打下了基礎(chǔ),。

　　「了不起的中國制造」專欄,，力邀行業(yè)權(quán)威、資深玩家,，呈現(xiàn)他們眼中的中國創(chuàng)新之路,。

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　　編輯| 史文慧