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“上海中心”深度解读②丨美丽外衣中国“智造”
http://news.online.sh.cn 2016-04-27 11:11 [来源]:上海观察

  上海中心大厦重达85万吨,接近70个埃菲尔铁塔。从当初美国Gensler建筑设计公司一纸美轮美奂的创意设计,到如今一座集绿色、文化特色于一体的高楼大厦屹立黄浦江畔,来自500家单位的4000多名建设者,胸怀“心中上海”理念,用智慧、勇气、创新的工匠精神,打造了一项又一项中国乃至世界“之最”,书写下了中国建筑史上科技创新的“第一高”。你一定好奇,这样令人叹为观止的建筑奇迹,究竟是怎么实现的?

  作为上世纪90年代就规划建设的、陆家嘴地区的第三幢摩天高楼,“上海中心”的高度为什么定为632米,又为何是现在大家看到的旋转向上的造型?两层玻璃幕墙,究竟是出于何种考虑?

  奥地利维也纳文化地标——“约翰·施特劳斯金色雕像”的复制品落户上海地标建筑“上海中心” 张海峰摄

  

  柔和的形象 腾飞的精神

  “其实,从当今建筑施工技术角度出发,人类可建造的最高楼已经可以超过800米。最初,美国Gensler建筑设计公司也曾经提交过一个880米的设计方案,但最终没有实施。”上海中心大厦建设发展有限公司总经理顾建平表示,这主要是出于城市区域天际线的考虑。

  从外形设计上来看,“上海中心”的形态是一个缓缓螺旋上升的玻璃晶体,视觉上给人以观感多变、体态优雅、浪漫端庄的印象,象征着上海这座国际化大都市的灵动与腾飞。这种独特的外形设计与环球金融中心的简洁刚毅和金茂大厦的沉着稳重的叙事方式形成强烈对比,它用柔和的形象元素表达了腾飞的上海精神。从天空向下俯瞰,“上海中心”顶部非对称的卷折状造型,和金茂大厦的点状、环球金融中心的线状遥相呼应。

  “如果说金茂大厦代表着经典的隽永品位,环球金融中心体现了现代的简洁明快,那么上海中心大厦承载的应该是未来的自然旋律。”顾建平表示,三座现代建筑用各具特色的方式,丰富且重新定义了小陆家嘴地区乃至上海的城市天际线,三者的结合更是充分体现了上海继往开来的时代特点。

  

  开放式公园搬进摩天大楼

  “上海中心”的总建筑面积达到57.8万平方米,是金茂大厦的2倍;上海外滩第一排建筑面积总和在60万平方米左右。“上海中心”又相当于把整个外滩“竖”了起来。

  对于这样一座每天有几万人工作、休闲的垂直城市,“上海中心”的建设从设计之初就明确,不要简单地造一幢高楼,而要赋予它代表未来城市发展方向的功能。

  在高楼林立、寸土寸金的陆家嘴的核心区域,有一块开放式草坪,比金茂、环球和“上海中心”三栋楼的总占地面积还要大。中心绿地里有从欧洲引进的冷季型草皮,争抢鱼食的肥硕鱼群和午间休闲的白领。将这样的开放式公园搬进摩天大楼之中,是Gensler设计师火花一现的创意。

  为了实现“空中庭院”,Gensler创造性地设计出从未在超高层建筑中大规模使用的双层独立玻璃幕墙。内外两层幕墙相互脱离,并只在避难与设备层相接,形成8个高挑、通透的中庭空间,使电梯转换层被充分利用成空中花园。每一个空中花园都有一部分向外开放,像社区公共绿地一样,供人观赏或休息。

  上世纪20年代,著名建筑设计师密斯·凡·德·罗提出玻璃盒子的建筑理念,全玻璃幕墙迅速取代砌体填充墙。但随着全球变暖和碳排放问题日益严重,玻璃幕墙巨大的热损失也为人诟病。

  双层玻璃幕墙的出现,缓解了这种困境。就像热水瓶一样,双层幕墙之间的空腔成为一个温度缓冲区,像一层隔热毯一样将建筑包裹起来,避免室内直接和外界进行热交换,起到冬暖夏凉的作用,采暖和制冷的能耗比单层幕墙降低50%左右。

  上海中心大厦的设计方案,吸引着各路世界顶尖设计公司前来竞逐,而Gensler正是凭借“双层幕墙”和“空中庭院”的核心设计理念,最终脱颖而出。

  这一核心理念兼具了三方面的考虑:

  一是功能上的特点。双层幕墙创造出多个空中转换大堂,以开放式园景中庭的形式呈现,带来一系列室外采光的共享空间,宛如“垂直”城市中的空中街区广场,成为大楼各区的社交与配套服务中心,为在超高建筑中工作与生活的人们带来一种全新的体验,可以就“近”解决空中大堂所连接的服务配套功能,享受到中庭空间所带来的自然光,景观及高叠的共享空间尺度。

  二是绿色环保的特点。双层幕墙所创造的空间,首先是一个节能的空间,通过内层空间(空调空间)对外的空气承接与交流,将中庭空间(非空调空间)的温度适当控制在一个恒湿的状态,从而达到节能的目的。其次,空中中庭的商店及餐厅降低了楼内人群下到地面的交通需求,因此也降低了能耗。

  三是文化和心理的特点。空中庭院的设计力图在建筑空间的理念上,将中国传统建筑中“前庭后院”的手法转移到现代超高层建筑中。在上海陆家嘴,建筑到200至300米以上的区域很多时候会在云雾之中,500米以上更处在雷电区,中庭空间的运用,为在高区活动的人群创造一种相对安稳舒适的心理感受。

  更具创意的是,Gensler的设计师还设想将双层幕布的“外皮”做成旋转并逐渐向上收分的形态,让大楼更具动感。

  

  

  120度旋转向上抵御台风

  然而问题来了。“上海中心”之前,双层幕墙这样的结构,还从未出现在350米以上的超高层建筑中。

  “整个上海中心大厦工程中,项目技术含量最高、绿色效应最强、难度系数最大的就是幕墙工程。”上海中心大厦建设发展有限公司副总经理、总工程师葛清说,大厦是世界上首次在超高层建筑安装14万平方米(相当于19个标准足球场大小)柔性幕墙,难度系数在幕墙界堪称世界之最。

  “从工程学角度来看,超高层的玻璃幕墙,比纸还脆弱,因为稍有不慎,就将带来灾难性的破坏。”负责上海中心项目深化设计方案的是上海本土的同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,公司总裁助理陈继良说,工程人员在项目深化设计中,重点攻克的就是大厦在超出现有设计标准条件下,满足防震、防风、防火等一系列抵御灾难性气候条件的结构设计方案。

  经过地震安全评估,上海并不处于地震带,“上海中心”的设计抗震能力,可以抵御烈度为7.5度的强震。大厦在玻璃幕墙上设置窗喷,可均匀地布水,也能有效提高火灾时高空救援的效率。

  但在防风问题上,由于此前并没有600多米高空风力检测的历史数据,工程人员可参考的,也只有金茂大厦和环球金融中心的风剖面数据,大厦旋转并逐渐向上收分的设计形态,到底是有利于防风,还是不利于防风?

  工程人员在加拿大国家研究院的风洞里,进行标准为百年一遇的台风风洞测试。测试结果表明,旋转角度越大,作用在主楼表面的风荷载越小,证明了大厦旋转的体型设计,完全符合空气动力学的基本原理。

  虽说大厦旋转角度越大,建筑体量动态效果越强烈,但过于强烈的动态感和设计初衷并不匹配,将破坏“上海中心”和陆家嘴超高层群体之间的和谐关系。通过反复测试甄选,最后发现120度是美学与风工程学的最佳结合点。

  外幕墙120度旋转向上收分的设计,可帮助“上海中心”抵御经常光顾上海的台风威胁,不仅为大楼降低了24%的风荷载,还造就了更轻、更高效的幕墙结构,大大降低了对自然资源的消耗,节省了近3.5亿元的造价。

  

270台风力发电机在上海中心121层高空作业 海沙尔摄

  

   可滑移支座实现伸缩自如

  在“上海中心”即将分步运营前期,记者先行探营发现,整座大厦共分为9个垂直分区空间,每个空间12至15个楼层,各空间转换层,共布设了21个“空中花园”,供人们休憩、交流。

  神奇的是,每个垂直分区空间里,内外两层幕墙间的间距最小1.5米、最大有10多米,垂直落差达43至63米,如此大型空间里,竟然看不到一点钢筋混凝土的影子,完全由钢结构担纲所有的幕墙支撑。

  “这一开创性的幕墙支撑结构,如果运用于普通建筑上,并不算太难。但在“上海中心”这样的超高层建筑中,这种结构需要面临上下跨度大、支承玻璃幕墙的钢环梁构件超长等问题。面对台风、地震、高低温、幕墙玻璃板块自重加载等因素,如何有效控制变形,事关整个幕墙的结构安全。”葛清说。

  来自同济大学、上海建工机施公司等方面的建筑工程专家们经过各种试验,选择了在支撑结构体系关键点上安装允许结构伸缩的“可滑移支座”的方案,使外幕墙在外界作用下,能在设计允许范围内发生竖向或水平位移,避免结构因应力过大而遭受破坏。

  这种允许外幕墙在一定范围内移动,体积相当于两只架子鼓叠加起来的“滑移支座”,尽管其貌不扬,却是保证“上海中心”外立面柔中带刚的关键。此项一般用于航空航天等高科技及军用领域,在建筑领域尚属全新应用。

  为了能更好地控制“滑移支座”的生产进度及工程造价,负责“上海中心”幕墙支撑结构的上海建工机施公司,对构件进行了国产化研发。

  “上海中心”这样的幕墙工程,过去只被少数国外顶级幕墙公司垄断。作为业主的上海中心大厦建设发展有限公司综合考虑多方因素,慎重选择了三家中国幕墙龙头企业,合力完成这个史无前例的幕墙超级工程:承接外幕墙的是世界幕墙行业排名第一的沈阳远大铝业公司;承接内幕墙的是世界幕墙行业排名第五的北京江河幕墙公司。承接裙楼幕墙的,是承包商武汉凌云建筑装饰工程有限公司。

  为了确保幕墙工程在质量和安全上万无一失,“上海中心”所有的幕墙板块,都超出国家现有幕墙安全标准的设计要求,并会接受各种匪夷所思的测试。如,接受1000摄氏度的炉火炙烤;模拟最严酷的环境,验证狂风、暴雨和高压等恶劣条件下,幕墙密封性和抗变形性等性能能否达到设计要求,等等。

  (编辑邮箱:shgcggkj@126.com)



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[作者]:刘斌 高渊 张奕 [选稿]:张智勇
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