建设质量强国, 加快由中国制造向中国创造、中国速度向中国质量的转变是新时代发展的重要战略目标。建筑是百年大计, 更应注重高质量的设计、建造及运维管理。深圳中建钢构总部大厦 (以下简称钢构大厦) 是团队以全面提升设计、加工、建造质量为目标的一次有益实践, 项目以BIM技术为依托, 实现全专业、全过程协同工作, 并将绿色建筑设计理念融入其中, 使其成为一座实用高效、绿色生态、精致美观的建筑。中国建筑东北设计研究院有限公司于2012年参加国际设计竞赛中标后便开展了正式设计, 项目于2016年竣工正式投入使用。

项目位于广东省深圳市后海中心区, 该区域也是未来深圳的国际金融中心和总部商务核心区, 拥有良好的发展前景, 因此在规划上对建筑品质有更高的要求。总用地面积2 892.5m², 基地呈长方形, 东西长65m, 南北长44.5m, 基地西侧为城市绿地及钢构博物馆用地。依据规划要点, 基地内建筑全部紧临用地红线布置。塔楼位于用地西侧, 呈“工”字形平面, 底部设有3层裙房, 于用地范围内满铺, 并在东侧首层退让用地红线4m, 形成骑楼空间, 与城市步行交通系统无缝接驳。南、北两侧利用架空区域设置车行出入口, 主入口设在西侧面向城市绿地, 并设有地下通道与钢构博物馆连接。钢构大厦总建筑面积约5.7万m², 地上34层, 地下4层, 标准层层高4.5m, 建筑总高度165m, 屋顶设有直升机救助设施。

中建钢构有限公司是国内著名的集钢结构投资、研发、设计、加工、建造、运营于一体的大型国有骨干企业。作为其总部大厦项目, 如何体现企业特点、彰显企业文化和内涵是项目组在设计中一直思考和探索的问题。项目组认真研究了基地位置、片区城市设计要求、用地周围的建筑形式、项目的使用需求和建设单位的企业特点等, 最终确定了项目的定位与目标——打造一个充分彰显企业特点和企业文化的总部大厦。项目采用全钢结构, 在设计、加工、建造等环节都凸显企业的特质, 力求将钢构大厦打造成为一张生动的企业名片。

建筑造型设计力求充分体现钢结构的材料性能、受力特点、加工技术和安装工艺, 用金属材料和玻璃诠释经典建筑的美学, 并以此创造新颖、独特的建筑形象。建筑立面设计突破写字楼玻璃幕墙“千楼一面”的现状, 巧妙利用钢结构支撑的受力构件作为设计元素, 暴露的钢结构杆件和连接节点自然形成建筑的装饰构件, 并结合通透的玻璃幕墙体系, 使建筑外观更加精致、典雅, 凸显科技感。建筑的东、西立面两侧的凸出部分根据节能要求设计了垂直外遮阳帘, 形成匀质的半透金属墙面, 与中部通透的玻璃幕墙形成虚实对比, 使得建筑更显挺拔和庄重。建筑顶部出挑的空中大堂采用全通透的玻璃体, 晶莹剔透, 夜晚犹如一颗宝石镶嵌在大楼顶部, 让人们一览美景的同时也美化了城市夜空。

建筑平面设计采用与用地形状相契合的方正的平面布局, 即“工”字形塔楼布局, 将主要的办公空间布置在建筑南、北两侧, 通过空中连桥相连, 每部分均具有相对独立的竖向交通核, 布局紧凑, 使用方便。室内办公空间力求方正、实用, 避免出现异形及不利于分隔的室内空间, 提高办公空间的使用率, 并注重空间划分的灵活性, 做到使用灵活、出租灵活、出售灵活和利于日后的运营管理。

建筑中部沿竖向设置了3组开放的共享空间, 作为人们交流、展示、会客、休憩等活动的人性化公共空间。设计结合共享空间, 隔层设置了会议室, 不仅满足使用要求, 同时也增加了室内空间的趣味性, 活跃了办公和研发的气氛。在建筑顶部的出挑部分, 分别设置了接待室、总部大堂及企业展示馆, 并设可直达的专属穿梭电梯, 出挑部分大尺度的玻璃幕墙赋予空中大堂和企业展示馆270°的景观视线, 将远处的大海和周围景观尽收眼底。

在重视绿色环保和建造质量的今天, 建筑业由传统的建造向制造转型的最好方法就是工业化, 这其中钢结构是工业化最成熟的技术。项目除地下4层人防空间外, 全部采用钢结构, 主体结构采用钢结构框架与支撑框架结合的全钢结构框架-中心支撑结构体系。这种结构形式充分体现了结构美学的设计意图, 同时具有最佳的安全性、经济合理性、功能实用性和可实施性, 其特点如下。

(1) 优良的安全性。项目用地为填海区, 属于建筑抗震不利地段, 项目的全钢结构 (除人防部分外) 使得结构质量仅为相同混凝土结构的66%, 对结构抗震和基础设计非常有利。由于采用的钢结构框架-中心支撑体系具有两道抗震功能防线, 可有效保障抗震及抗风结构安全, 工程结构达到了轻质、高效、安全的目的。

(2) 充分利用材料特性。结构设计充分发挥了材料的高强度和良好的弹性性能, 放宽了结构变形的控制, 结构构件布置灵活, 截面尺寸较混凝土结构更小, 提高了得房率和增加了使用空间。

(3) 注重结构构件与节点的美观设计。结构工程师与建筑师共同协作、推敲确定钢结构外露构件的规格尺寸、节点形式及连接方式, 保证结构构件的功能与装饰效果, 达到建筑与结构的高度统一。

(4) 灵活的结构布置带来灵动的建筑空间。支撑结构布置灵活, 可满足建筑使用和造型变化的要求。结合竖向交通设计, 合理布置支撑框架, 提供了灵活的使用空间。

(5) 工业化的加工制造, 打造高质、高效的建筑。项目运用BIM技术, 直接生成加工图, 通过物联网实现设计、采购下料、加工及安装的无缝接驳, 并可根据现场安装进度动态调整。由于所有钢结构构件均在工厂加工, 大大提高了构件及节点的美观与精细度, 提升了建筑品质。项目全钢结构的工程预制率超过86%, 减少了大量现场传统施工作业, 大幅缩短了施工周期, 钢结构部分施工进度约1.7d/层, 明显提升了综合经济效益。

当今建筑活动中, 绿色生态、节能环保是重要的课题之一, 也是本项目设计的重点。我们力求打造一座绿色生态的办公建筑, 除采取一般环保节能措施外, 还着重关注了以下几个方面:1) 全钢结构力求材料全部可回收再利用;2) 所有暴露的钢结构均直接作为建筑装饰构件, 减少二次装修;3) 钢结构全部为预制构件, 基本采用装配式建造, 缩短施工工期, 减少施工现场污染;4) 为了减少太阳光对主楼的东、西立面造成的辐射热, 在主要办公空间的外侧设计了金属外遮阳帘, 在满足视线要求的前提下, 减少太阳光照射, 降低能源消耗;5) 室内共享空间利用“烟囱效应”, 通过在幕墙顶部设置开启扇, 加快室内空气的流通, 减少空调的使用;6) 建筑屋面设置绿化, 减少阳光对室内温度的影响;7) 通透的玻璃幕墙采用Low-E中空玻璃, 节能效果明显;8) 地下室设置光导管, 充分利用太阳能采光;9) 在屋顶设置光伏发电板。项目已先后取得LEED金级、国家绿建三星以及深圳绿建金级的认证, 是一栋名副其实的可持续发展的绿色生态办公建筑。

项目在设计之初就拟定了采用BIM技术的预案, 并确立了BIM总发包管理模式, 由设计作为总牵头单位, 负责信息一体化平台的建立, 同时联合钢结构加工安装单位、设备安装单位组成一个实操性较强的BIM技术工作组, 以BIM技术为基础, 通过信息一体化的中建钢构信息化集成平台实现开发方、设计总包、工程总包、监理四方协同工作, 对项目从摘牌到竣工交付的全过程实行信息化集成管理的全新管理模式。实践证明这种模式节约了各方成本, 缩短了各个阶段的工期, 具有可推广性。

联合工作组利用BIM技术, 在三维构件中植入各相关数据信息, 形成附带多维有效信息数据的构件, 不仅在设计上减少了“错、漏、碰、缺”, 同时也在管理上实现了可视化、可推演, 是前置性发现问题、解决问题的有效途径, 项目中的BIM应用主要体现在以下几个方面。

(1) 全专业碰撞检查及调整。本项目是一栋室内空间富于变化的综合办公建筑, 其建筑、钢结构框架、钢结构斜撑、水、暖、电、智能化、通信、室内精装修等各种构件错综复杂。由于采用全钢结构, 对安装的精确度有着非常高的要求。如果施工过程中管线、构件发生较大的偏差和碰撞, 将给施工现场的各种管线安装、预埋和预制构件的吊装带来极大的困难。因此在设计阶段, 项目组全专业均采用BIM技术建模, 进行各种施工条件下的管线布设、预留孔洞、预制连接件吊装等构件碰撞模拟, 以便提前发现施工现场存在的碰撞和冲突, 及时做出调整, 显著减少了设计变更和工地施工修改, 大大提高了施工现场的工作效率。

(2) 清单算量。BIM是一个富含工程信息的数据库, 可以真实地提供造价管理需要的工程量信息, 借助这些信息, 可快速对BIM模型的各种构件进行统计分析, 减少了繁琐的人工操作, 保证工程量信息与设计的一致性。通过BIM获得的准确的工程量统计在前期设计过程中的成本估算、在业主预算范围内不同设计方案的探索和不同设计方案建造成本的比较, 以及施工开始前的工程量预算和施工完成后的工程量决算过程中都发挥了极大的作用。

(3) 可视化深化设计。一座全钢结构建筑, 特别是以钢结构作为装饰构件的建筑, 钢结构制作加工体现在结构设计和建筑设计中, 影响着施工安装, 起着承上启下的作用。从理论上看, 钢结构制作又分为深化设计 (钢结构BIM设计) 和车间实体加工两个部分。设计组在施工图设计的同时进行一次深化协同, 将已审核通过的钢结构Tekla模型及图纸上传至物联网管理系统, 下达指令给钢结构厂家, 钢结构厂家也通过此平台下载任务模型及图纸, 进行用于加工的二次深化设计, 最后钢结构加工单位对构件进行全面加工制作。

总承包计划管理部门通过系统实时掌握构件的加工及运输进度, 保证构件按要求并有计划地进场安装。设备安装方面同样也是在施工图设计的同时由设备安装施工单位进行协同BIM设计, 保证了安装工程的实操性, 缩短了工期, 减少了修改, 保证了室内空间效果。除以上应用外, 设计组还在以下几方面进行了尝试。

(1) 场地分析。场地分析是研究确定建筑的空间方位和外观、建立建筑物与周围景观的联系的主要手段, 需要通过场地的地貌、植被、气候、交通等条件对景观规划、环境现状、施工配套及建成后交通流量等各种影响因素进行评价及分析。通过BIM结合GIS地理信息系统, 对场地及拟建的建筑物空间数据进行建模, 借助BIM及GIS软件的强大功能, 迅速得出分析结果, 帮助项目在规划阶段评估场地的使用条件和特点, 从而做出最合理的场地规划、交通流线组织、建筑布局等关键决策, 有效克服了传统场地分析时存在的诸如定量分析不足、主观因素过重、无法处理大量数据信息等弊端。

(2) 绿色性能化分析。BIM模型已经包含了大量设计信息 (几何信息、材料性能、构件属性等) , 将模型导入绿色建筑性能化分析软件, 就可以得到相应的分析结果, 原本需要专业人士花费较多时间输入大量专业数据的过程, 如今可以自动完成, 大大降低了性能化分析周期时间, 提高了设计质量, 同时也为业主提供了更专业的技术和服务。

(3) 基于BIM模型的疏散分析。利用基于BIM模型的疏散分析软件, 通过对具体参数的设置与调整, 最终得到疏散分析数据、图表及三维动画。通过对疏散模拟动画和数据的分析, 可以直观地调整建筑出口位置以及疏散宽度, 做到有的放矢地进行疏散优化设计。

(4) 弹塑性时程分析和数值风洞模拟分析。通过对项目进行弹塑性时程分析、对钢结构复杂节点计算校核、对整栋大厦进行数值风洞模拟分析, 在保证整体安全性的前提下, 使项目拥有更好的经济性, 同时满足更高的舒适度需求。

在项目竣工投入使用时, 项目组特意将当初方案设计的效果图与实景照片进行了对比, 欣喜地发现眼前的建筑几乎完全实现了最初的设计意图。深圳中建钢构总部大厦设计、加工、建造的高度协同工作无疑是一次有益的实践, 在全面建设质量强国的当下, 更是体现工业化制造优势的一次证明, 高质量地实现了建筑师的设计初心, 也鼓励我们走得更远。

业主:中建钢构有限公司

建设地点:广东省深圳市

建筑设计:中国建筑东北设计研究院有限公司 (深圳)

项目负责人:任炳文

设计团队:刘战、梁钧铭、张强、邵明东、付保林、王冠、王超、黄伟、岑楚深、罗志峰、王艳军、曾艺或、朱宝峰、张宏伟、汪卫冉、董明东、高源、何延治、姜军、孟玮、王健男、王继林、王晓光、曲杰、杨离离、刘浩、吕佳丽、姚远

室内设计:于强室内设计师事务所

总建筑面积:5.7万m²

建筑高度:165m

设计时间:2013.01

建成时间:2016.07

摄影:方健