華中第一高樓——438m武漢中心大廈，總投資約50億元

建築投資長江經濟酒店建築雲學院 2018-12-10

武漢中心大廈

武漢中心大廈位於武漢市CBD中軸線南端，是與中部現代服務業中心相匹配，體現武漢市經濟、人文發展趨勢和地貌特徵，滿足高層次商務活動需求，集辦公、酒店、商業、會議等功能為一體的武漢CBD首個地標性國際5A級商務綜合體。

設計特點

武漢中心的塔樓設計有如下三大特點：

簡潔、優雅的獨石式體量（monolithic mass）。

摩天樓擁有莊嚴的尺度，這種人類的設計產品已經超越了我們自身能夠丈量的尺寸，成為一種超常尺度的存在①。武漢中心塔樓原形設計採用簡潔的獨石式體量，旨在創造超常尺度的壯麗城市景觀。為此，我們進行了一些極微妙的設計：改造方形平面，以帶倒角的鼓邊輪廓沿著8 條精心推敲的曲線作三維放樣，塑造了飽滿、柔和、優雅的體量；沿著方形平面對角線給原形兩條邊作開槽處理，兩條弧形縫隙貫通 430m 塔身（這不僅出於美學訴求也符合流體力學的要求，風洞實驗證明塔身開槽有利於降低風壓對超高層建築的不利影響）；在頂部平行於方形對角線作斜截減法，令塔身看起來更修長、巍峨。

追求動態美（dynamic beauty）。

西方古典建築學講究推敲體量（mass），現代主義建築偏重塑造體積（volume），而在當今非線性建築設計技術和理論語境下，很多建築作品的空間和形體塑造都在追求動勢，高層建築設計也毫不例外地表現出動力學傾向②。早在本世紀初，KPF 的威廉·佩德森（WilliamPedersen）在解釋上海環球金融中心的設計思路時，就把塔樓形態描述成“一條單獨而美麗的曲線③”。

我們在設計超高層建築時喚醒了中國傳統美學的活力，通過把握曲面、曲線微妙的變化，創造一種含蓄的動勢來追求意境之美——在傳統審美描述中這種意境之美被稱為風骨和氣韻（artistry）。非線性參數化設計技術為這種傾向提供了可能性，為我們探索建築的中國性（Chineseness）開闢了一片嶄新而廣闊的領域。

尊重文脈。

武漢中心的設計強調通過“使用具有特定場所特徵的元素來調和全球文化的影響④”。放之四海而皆可的密斯式國際主義方盒子塔樓似乎過於獨斷，近十幾年的設計，如上海金茂大廈（Jin Mao Tower ，1999）和迪拜哈里發塔（Burj Khalifa Tower ，2010），已非常強調地域性。金茂大廈造型濫觴於密簷式佛塔，伊斯蘭傳統紋樣是哈里發塔造型創意來源，這兩座建築的設計師阿德里安·史密斯（Adrian Smith）曾說：“通過保持或構建公共與私人領域各層級之間恰當的平衡，一幢城市建築有責任與傳統城市肌理聯繫起來”，其地域主義設計思想可見一斑⑤。

武漢是一個水系豐富的城市，古時漢口的港口貿易運輸頗為發達，為我國內河最大的港口，曾有“十里帆檣依市立，萬家燈火徹夜明” 的壯麗景觀。武漢中心的設計同樣以尊重和響應文脈的地域主義為基本原則，塔樓形象隱喻張滿風帆的航船，彷彿要從夢澤湖揚帆啟航，駛入滔滔長江。

項目概況

項目名稱：武漢中心

業主：武漢王家墩中央商務區建設投資股份有限公司建設地點：武漢

設計單位：現代設計集團華東建築設計研究院有限公司建築面積：34.4萬m2

佔地面積：28.1hm2 建築高度：438m 建築層數：88層

該建築由泛海控股投資建設，總投資約50億元人民幣。

嵌巖樁設計

“武漢中心”大廈是目前華中第一高樓，建築高度 438 m，88 層地上結構，4 層地下室，基礎埋深約20 m。場地淺部為深厚的砂層，其下為軟質泥岩。由於建築高，預估單樁承載力極限值不小於 20000 kN，當地無類似工程經驗，樁基設計施工難度大。該工程開展了現場足尺試驗，試樁樁徑 1000 mm，採用樁端樁側聯合後注漿提高承載力，樁端埋深約 65 m。

通過不同入巖深度進行對比，開展大噸位載荷試驗、樁身軸力與變形的量測，得到嵌巖灌注樁的承載與變形狀態；基於地基–基礎–結構協同作用的理念對工程樁的受力作深入分析，得到合理的群樁佈置與入巖深度；採用旋挖機具並配合針對性挖鬥、泥漿與清渣工藝，解決了深厚砂層及軟巖的成孔難題，大大提高工效並保證質量。

實施難點

本工程樁基數量大，不僅樁身較長，而且樁端進入中風化及微風化岩層較深，施工難度非常大。首先，樁身穿越較厚粉細砂層，若泥漿調節不好，沉渣過厚，會對成樁質量造成不利影響，如何控制好泥漿參數與循環工藝是本工程的重點。其次，樁端進入中風化及微風化岩層較深，如何保證入巖段施工的工效與質量是本工程的難點。此外，單樁承載力高，成孔垂直度要求達 1/250，若成樁出現歪斜，會降低樁基的承載力。且主樓核心筒面積僅約 2800 m²，在此狹小的施工範圍內佈置鑽機合理、有序地施工相當困難，對鑽機性能提出了很高的要求。

成樁工藝

採用常規的施工方式施工困難，而且成本很高，針對特殊的地層需採取特殊的施工方式，選用特殊的鑽具來解決問題。工程樁採用 YT260 型旋挖鑽機施工，樁基施工垂直度要求 1/250。同時，為了充分利用旋挖鑽機的成孔效率，針對不同地層，工程配備了多種旋挖機鑽頭，在鑽至砂層土面上採用節齒筒鑽，當在強風化及中風化巖面進尺效率不高時，採用螺旋鑽頭與活板鑽頭結合使用，改進鑽頭、鑽進方式及操作方式，提高鑽進質量及效率。

現場每臺旋挖設備擬建立一個泥漿循環系統、一個造漿系統以控制泥漿標準。泥漿採用膨潤土造漿，配置泥漿比重為 1.05～1.08，含砂率約 1%，黏度在20 S 左右。成孔過程中，通過造漿區內新配置的泥漿對旋挖成孔後的孔洞進行補漿，對孔壁進行護壁處理；清孔採用氣泵反循環施工進行清孔，清洗孔底沉渣，直到返出的泥漿液中鑽渣含量小於 3%為止，然後平穩提鑽。排出泥漿轉至泥漿循環池後，再通過泥沙分離進行循環使用。一次清孔沉渣厚度控制在 15 cm 以內，二次清孔控制在 5 cm 以內，方可進行澆築。

混凝土強度等級較高為 C50，對混凝土的試配、坍落度及含砂量提出較高要求，要求混凝土 2 h 坍落度及擴展度基本不損失，並確保混凝土供應量以保證混凝土澆築連續進行，澆築時混凝土的擴展度控制在180～220 mm，坍落度測試時間宜在 8 s 以內，混凝土初凝時間在 14 h 左右。

實施效果

該工程試樁施工採用常規GPS20 型迴轉鑽機，在岩層以上的黏土、砂土土層，每小時鑽進工效約 2.5 m，進入中、微風化泥岩後，工效大大降低，每小時鑽進工效約 0.2 m，因此，一根樁的成孔時間約 95 h，其中約 75 h 用於入巖施工。工程樁大面積施工採用旋挖工藝並配合不同的鑽鬥，岩層以上的黏土、砂土的工效約為 5.0 m/h，中、微風化泥岩工效約為2.5 m/h，入巖施工時間約 10 h，一根樁的成孔時間約 16 h。該工程樁基已於 2011 年 6 月施工完成，檢測樁的載荷試驗及 2012 年基坑開挖至基底後的低應變、超聲波與鑽孔取芯等檢測表明樁基施工質量優良。

鋼結構工程

中建鋼構有限公司（以下簡稱“中建鋼構”）承建了武漢中心項目鋼結構工程。武漢中心建築面積35.6萬m2，建築高度438m，鋼結構總量4.3萬t，為華中第一高樓。

武漢中心塔樓結構體系

武漢中心塔樓為巨柱框架-核心筒-伸臂桁架體系，該體系由三部分組成：部分樓層內置型鋼或鋼板的鋼筋混凝土核心筒、鋼管混凝土柱和鋼樑形成的框架（設置五道加強環帶桁架）、連接巨柱和核心筒的三道伸臂桁架。鋼結構的構造複雜，對施工精度要求極高，同時也帶來許多施工難題。

在建築施工行業生產效率普遍較低的大背景下，中建鋼構果斷實施信息化戰略，創新攻堅，依託武漢中心項目大力試行BIM管理，為企業積累管理模式變革經驗，打通國外市場的對接接口，引領建築施工行業快速轉型升級。

欲善其事、先利其器

現代信息技術的快速發展並沒有給工程建設行業帶來顯著變化，生產效率低下仍是當前整個行業面臨的嚴峻挑戰，其主要原因如下：

①行業結構分散，工程建設行業的參與方關聯度低，且沒有有效的行業信息交流機制；信息傳遞低效：施工中的信息傳遞媒介主要是二維圖紙，表達出的信息存在不夠明確、易產生歧義等天生缺陷。

②關注現實利益，參與方更關注項目建設成本，而非創造的整體價值。

鋼結構企業施工依然沿用粗放的管理模式，深化設計、材料採購、構件製造、現場驗收、安裝各環節彼此孤立，信息傳遞效率低下、失真，重複核對耗費大量的人力和時間。武漢中心項目鋼結構工程構造複雜，在施工管理方面存在許多重難點。

一是專業交叉極多、協調難度大。鋼構、土建、機電、幕牆等專業交叉作業，而鋼結構施工處於施工流水的端頭，及時配合其他專業提供作業面是工程各方協同工作的重要前提。

二是鋼結構材料需求多樣。項目總用鋼量4.3萬t，所需板材厚度在10~100mm之間分佈數十種，這對材料採購、庫存管理、工藝排版、餘料管理等來說是嚴峻考驗。

三是鋼構件節點複雜。部分鋼構件節點設計複雜，製作工藝難以滿足，精度要求高。四是進度控制風險因素大。

鋼結構施工在設計圖紙、深化設計、製作加工，現場安裝等各環節所需時間均要把控，任一環節出現延誤都將直接導致現場施工停滯，帶來不可估量的損失。

為佈局鋼結構行業信息化戰略，並逐步使鋼結構項目管理走向精細化道路，中建鋼構以武漢中心項目為對象，開發出貫穿深化設計、材料採購、製作加工、現場安裝的建築項目全生命週期協作管理平臺，以完整詳實的信息模型為基礎，為各專業配合提供串聯協同。

不同崗位的技術人員都可以在模型中獲取所需信息，在指導自身工作的同時又可以將工作的相應成果更新到模型中，從而達到管理升級、降本增效的目的。

武漢中心項目鋼結構施工BIM應用管理由中建鋼構總部、區域公司、製造廠和項目部三級縱深機構共同建設，應用Tekla Structure（深化設計）、AutoCAD（深化設計、現場協調）、物聯網系統（材料管理）、SinoCAM（製造工藝）、鋼結構BIM平臺（構件製造、安裝）、Autodesk 3ds MAX（施工模擬）等軟件，並配備了電腦客戶端、掃描槍終端、服務器及網絡等硬件設施。

在武漢中心推進BIM技術的研究與應用，必將對鋼結構施工管理產生質的影響。

全面推進、一氣呵成

武漢中心項目依託鋼結構深化設計模型生成的BIM模型，實現過程可視化管理和信息共享，主要應用點包括模型自動化處理、鋼構數字化建造、資源集約化管理、工程可視化管理、施工過程信息智能管理等。在具體實施應用中，可有效解決傳統施工模式中遇到的難題。

深化設計模型碰撞校核

專業交叉問題。

使用Tekla Structure軟件對深化設計模型進行碰撞校核，檢測結構節點碰撞、預留管洞碰撞等信息。在檢測出碰撞後，經過與結構設計溝通和二次優化，加以合理調整。該應用使得原本複雜的二維圖紙不能體現的問題直觀地以三維圖像顯示出來，便於各方協調處理，克服了信息交流障礙，避免返工，提高了施工效率。同時，為各方提供了良好的作業面。

材料管理問題。

鋼結構BIM平臺，通過物聯網無線射頻識別技術，實時更新項目材料精確位置，優化排版取料順序，可直接降低30%以上的找料工作量。

鋼結構與管線及預留洞口的碰撞修改

工藝排版是合理利用材料、提高生產效率必不可少的環節，鋼結構BIM平臺可自動完成截面拆分，直接用於排版軟件套料。在提高材料週轉率的同時，實現自動化混合排料，使常規板材材料損耗控制在4%左右。

複雜鋼節點問題。

武漢中心項目存在多處複雜鋼節點，利用傳統的二維圖紙很難全面考慮其潛在問題。應用BIM模型後，參與各方均可在模型中直觀地獲取相應信息，並協調更新模型。如，項目和深化人員在BIM模型中發現，伸臂桁架節點處牛腿眾多、焊接空間有限，若採用設計給出的全焊接形式，工藝難度極大且焊接質量難以保證，經與設計院溝通，將該節點優化為鍛鋼節點，不僅降低了工藝難度，而且使得質量易於把控。