随着我国城市化进程的加速, 土地资源稀缺矛盾日益突出, 超高层建筑已成为城市发展的必然趋势。关于高层建筑的概念, 各国并不统一, 其中以1972年在美国宾夕法尼亚州召开的国际高层建筑会议讨论并提出的高层建筑和超高层建筑的分类与定义最广为共识, 该会议规定按建筑层数多少划分为4类^[1,2]:第1类高层9~16层 (<50m) ;第2类高层17~25层 (最高到75m) ;第3类高层26~40层 (最高到100m) ;第4类高层超高层建筑>40层 (>100m) 。

高层建筑的发展与垂直交通设备以及钢筋混凝土材料的发展密不可分。回顾19世纪中叶以前, 欧美等国家的城市建筑一般都在6层以内。1853年, 美国奥蒂斯发明了安全载客升降电梯;1856年, 钢材批量生产技术开发成功;1867年钢筋混凝土问世;这些关键技术要素的发展使高层建筑的建造有了可能, 此后城市高层建筑不断涌现。

现代高层建筑迄今已有130多年的发展历史。1885年, 美国芝加哥建造了10层高家庭保险大楼, 是世界公认为第1栋具有现代意义的高层建筑, 也是世界上第1栋高层钢结构建筑。1894年, 美国曼哈顿人寿保险大楼建成, 高106m, 是世界首栋高度>100m的超高层建筑。1903年, 美国在辛辛那提建造了16层英戈尔大楼, 是世界首栋钢筋混凝土高层建筑。1907年, 美国纽约建造了47层高、187m的辛尔大厦, 是世界首幢超过金字塔高度的高层建筑。1913年, 美国纽约采用钢框架建造了高241m的渥尔沃斯大厦, 成为当时世界最高的超高层建筑。1931年, 美国纽约建造了高381m的帝国大厦, 保持世界最高建筑达40余年。1967年俄罗斯莫斯科建造了高540m的莫斯科电视塔, 是当时世界第一高塔。1974年, 美国芝加哥建造了高442m的西尔斯大厦, 保持世界最高建筑达24年之久。1976年, 加拿大建造了高554m的多伦多塔 (加拿大国家电视塔) , 成为新的世界第一高构筑物。可以说20世纪80年代以前, 世界范围具有影响力的超高层建筑基本上主要集中在美国。

20世纪80年代以来, 特别是90年代以后, 随着亚洲社会经济的快速发展, 超高层建筑在世界范围内逐渐开始普及, 从欧美到亚洲都有所发展。1998年, 马来西亚的双塔石油大厦建成, 大楼高452m, 88层, 成为新的世界第一高楼。2010年, 阿拉伯联合酋长国建成高828m, 160层的哈利法塔, 其原名为迪拜塔, 成为迄今世界第一高楼。2012年日本建成高634m的东京天空树, 成为超越610m广州塔后的迄今世界第一高塔。超高层建筑的建造出现了新的高潮。

我国现代意义上的高层建筑起源于20世纪初的上海, 虽然相对于国外发达国家我国的超高层建筑发展起步较晚, 但发展非常迅速。1923年, 在上海建成的字林西报大楼 (高10层) , 是我国第1栋现代意义的高层建筑。同时期的代表性高层建筑还有1929年建成的和平饭店 (又名沙逊大厦, 高77m) 以及1934年建成的上海大厦 (百老汇大厦) 等。1934年, 建成的上海国际饭店 (高82.5m, 24层) 为当时亚洲第一高楼, 且保持了全国最高建筑达34年之久, 上海的高层建筑建造技术在较短的时间内达到了亚洲先进水平。1938—1948年, 由于战火连绵, 我国的高层建筑发展基本处于停滞状态, 这一时期我国仅建造了少量的高层建筑, 且高度都未超过上海国际饭店。

新中国成立后, 1949—1979年, 我国的高层建筑在恢复和争论中缓慢发展, 新建的高层建筑主要集中在国民经济快速增长的长三角、珠三角地区, 1968年建成的广州宾馆 (高88m) 为我国第1个超过上海国际饭店的高层建筑, 1983年建成的上海宾馆 (高88m) 为上海第1个超过国际饭店的高层建筑, 1976年建成的广州白云宾馆 (高120m) 为中国首座高度>100m的高层建筑。

20世纪80年代后, 我国的高层和超高层建筑得到了快速发展, 先后建成了一批具有影响力的高层、超高层建筑, 广受世界关注。1985年建成了高106m的联谊大厦 (31层) 、1987年建成了高131m的电信大厦 (24层) 、1988年建成了高144m的静安希尔顿大酒店 (43层) 、1988年建成了高154m的新锦江大酒店 (46层) 、1989年建成了高122.5m的上海花园饭店 (34层) 和1990年建成了高117m的上海海伦宾馆 (34层) 等。其中, 上海建工集团在1989年建成了高168m的上海商城 (48层) , 成为80年代国内规模最大、高度最高的超高层建筑。

90年代, 我国超高层建筑得到进一步发展。上海建工集团1994年建成的高468m的东方明珠电视塔和1998年建成的高420.5m的金茂大厦为当时中国第一、世界第三高塔和高楼, 率先在我国实现超高层建 (构) 筑物400m级高度突破, 使我国超高层建筑施工技术跨入世界先进行列。

2000年以来, 我国超高层建筑建设进入了高峰期。2008年建成高492m的上海环球金融中心, 成为新的中国第一、世界第三高楼。2009年, 上海建工集团建成高610m的世界第一高塔———广州塔;2015年建成高632m的中国第一、世界第二高楼———上海中心大厦, 率先在我国实现了超高层建 (构) 筑物600m级高度突破, 使我国超高层建筑施工技术水平再上新台阶, 超高层建筑建造技术总体达到了国际先进水平, 许多建造技术达到了国际领先水平。

桩基础是超高层建筑最主要的基础形式, 桩基工程的高品质施工是保障建筑高效安全施工和使用的关键。随着超高层建筑的快速发展、建筑高度的不断增加、地基承载力的不断加大, 桩基工程的施工技术也得到了快速发展。目前超高层建筑中的桩基础主要有钢筋混凝土灌注桩、钢管桩和预制混凝土桩等。

预制混凝土桩主要包含预制方桩和预应力混凝土管桩 (PHC桩) , 具有良好的承载力和耐久性, 且成本低、质量易控、施工高效, 在工程上应用较广。在东方明珠电视塔工程中采用了预制混凝土方桩, 桩基断面500mm×500mm, 桩长48m;采用三节桩、钢板接头, 下坑5m进行沉桩施工, 送桩10m, 进入持力层, 桩基设计承载力4 500k N。在上海外滩、浦东商务中心等工程中, 采用了预应力混凝土管桩。预制混凝土桩的应用大大提高了施工效率和质量, 取得了良好的经济效益。但也存在挤土效应大、承载力有限等缺陷, 在施工环境比较宽松、承载力要求比较低的超高层建筑中应用较多。

钢管桩具有质量易控、承载力大、施工高效等优点, 在金茂大厦、上海环球金融中心等工程中得到了广泛应用。在金茂大厦工程中, 采用914mm钢管桩, 桩长83m, 进入 (9) ₂持力层, 单桩设计承载力为15 000k N。在上海环球金融中心工程中, 采用700mm钢管桩, 桩长79m和60m, 单桩设计承载力为7 500k N。通过实践探索和理论研究, 形成了大承载力钢管桩成套技术, 有效减少了挤土对周围环境的影响。但同时钢管桩存在成本高、施工噪声影响大等缺陷, 限制和制约了其发展与应用。

钢筋混凝土灌注桩具有地层适应性强、施工设备投入小、成本低廉、承载力大和环境影响小等优点, 在超高层建筑中应用非常广泛。上海中心大厦首次在高度>400m的建筑中采用了超长钻孔灌注桩, 桩长达86m, 进入 (9) ₂持力层;采用桩端注浆工艺, 注浆量4t和注浆压力2MPa双控;超深钻孔灌注桩采用膨润土泥浆护壁, 泥浆采用除砂工艺、成孔浅层正循环工艺、砂层反循环工艺, 桩身设置3根超声波检测管, 检测管兼作注浆管。后注浆钻孔灌注桩技术的应用, 增强了桩基础工程质量的可靠性, 改善了桩身的承载环境, 使桩基础的实际承载能力得到大幅度的提高。

软土基坑工程是一项技术性很强的系统工程, 具有安全风险大、综合性强、区域性特征明显、时空效应和环境效应众多等特点, 软土基坑工程的关键技术可以归纳为如下几点。

地下连续墙具有结构刚度大、整体性好、施工对周边环境影响小等优点, 被广泛应用于深大基坑工程中, 是目前深大基坑工程的主要围护体系。在超高层基坑施工过程中, 地下连续墙通常既被用作基坑围护体系, 又被用作永久性地下建筑外墙。近年来, 随着地下工程施工工艺装备的发展与提升, 地下连续墙的成槽工艺已从传统的抓土成槽发展为抓铣结合和套铣成槽工艺。在上海中心大厦工程中, 针对墙厚1.2m、槽深50m的地下连续墙, 采用了抓铣结合成槽工艺, 并首次在建筑工程砂质地层中采用了套铣成槽工艺。通过一段时间的发展, 2017年上海建工完成了118, 123, 180m超深地下连续墙试验段的施工并取得了成功, 实际工程应用深度已达106m, 创下了国内最深地下连续墙的施工纪录。上海中心大厦工程套铣成槽采用无接头箱工艺, 较好地解决了超深地下连续墙混凝土施工中混凝土扰流以及超长接头箱起拔阻力大、易产生接头箱断裂等质量问题。现场施工作业中套铣成槽工艺先施工两端的一期槽段, 然后再施工中间的二期槽段, 中间槽段通过铣槽机切削两端混凝土成槽, 最后形成连续的墙体^[1,3]。

随着我国超高层建筑工程规模的不断扩大, 面积>2万m²、深度>20m的基坑工程已成为常态, 传统的单一顺作、单一逆作支护方式已难以满足工期、成本、环境保护的最优目标。基坑分隔顺顺结合、分隔顺逆结合、分区顺逆结合、梁板顺逆结合等基坑支护新技术得到了很大发展, 其综合施工技术达到了国际领先水平。在金茂大厦工程中, 针对面积2万m²、深19.65m的基坑施工难题, 主楼与裙房采用了分区施工方法:主楼和裙房之间设置钻孔灌注桩作为挡土墙, 先进行主楼施工, 后进行裙房施工;主楼施工时, 采用中心岛栈桥挖土法, 运输车辆二级斜道直入主楼基坑中部运输土方;现场支护系统布设时, 采用钢筋混凝土支撑系统与挖机平台、运输车辆坑内栈桥、停机平台等一体化设计方案。在上海中心大厦工程中, 针对面积3万m²、深33m的超大超深基坑工程施工难题, 采用了主顺裙逆的总体施工方案:中部顺作区域采用内径121m大直径圆形自立式围护结构先行施工, 缩短主楼关键线路工期, 边部后逆作对环境起到有效的保护;中部顺作区通过岛盆结合对称均衡挖土、限时形成环箍的施工控制方法, 保证自立式圆形支护结构的真圆度和可靠性;边部逆作区域通过合理分区的施工顺序, 采用“十字”板对称先行的盆式开挖施工方法, 有效控制了基坑变形;新技术的综合控制指标处于国际领先水平。在面积2.6万m²、深18.3m的上海莘庄龙之梦购物广场基坑工程施工中, 采用了边部梁板结构踏步式逆作、中部顺作支护技术, 通过利用阶梯状环板形成的踏步设置车行道路, 同时利用坡式栈桥满足高效作业, 取得了良好的工程实践效果。在面积4.6万m²、深13.5m的上海陆家嘴中心大厦基坑工程施工中, 采用了主楼区域外框架梁结构逆作、主楼区域结构顺作以及框架叠合板结构顺作的分区支护技术, 施工时逐层逆作框架梁直至完成整个基础底板, 顺作主楼大空间区域结构, 最后分块顺作框架叠合板, 该支护技术的应用有效解决了顺作施工耗材量大、逆作施工作业环境差及出土效率低的问题, 总体技术水平达到了国际领先水平^[1,2,3]。

超高层建筑通常规划在城市中心区域, 周围既有建 (构) 筑物、轨道交通工程及地下管线和设备分布集中, 基坑施工对周边环境的影响要求高, 传统的施工工艺已很难满足严苛的施工环境要求。在充分总结上海中心大厦、上海环球金融中心、广州塔、南京紫峰、济南普利等超高层建设经验的基础上, 上海建工研发的深大基坑微变形控制技术体系很好地满足了严苛的工程建设需求, 广泛得到应用和推广。该技术体系主要包含: (1) 大小基坑分区、分期卸荷技术通过利用分期墙将深大基坑分为远离保护对象的大基坑和紧邻保护对象的小基坑, 遵循先大后小、先远后近的分区开挖原则, 避免了大体量卸荷对周边环境带来的影响。 (2) 盆式开挖分块卸荷技术针对采用盆式开挖的超大型基坑, 对盆边土体进行抽条开挖, 划小分块, 依次对称均衡卸荷, 及早形成围护对称体系, 有利于围护结构变形控制。 (3) 钢支撑轴力补偿系统与传统钢支撑相比, 液压伺服支撑系统对深基坑施工的变形控制真正实现了动态、实时及24h不间断的监测与控制, 有效控制了因钢支撑轴力衰减而引起的围护结构变形, 确保了邻近保护建 (构) 筑物的安全。 (4) 受环境及工期制约的快速施工技术对基坑开挖流程、支撑体系节点、挖土栈桥设置进行设计或优化, 采用预置装配式钢筋笼创新技术, 缩短支撑施工时间50%以上, 实现了基坑的快速施工。 (5) 分期墙群坑换撑技术采用分期墙或临时换撑墙将超大、超深基坑分隔成多个基坑, 减小土方开挖单次卸载量, 缩短支撑形成时间。对各分区基坑之间支护体系的力系转换问题进行系统研究, 形成了相邻分区分期开挖先后施工的成套换撑技术, 有效保证了支护体系传力的连续性。大量紧邻地铁运营隧道基坑工程施工中, 基坑微变形控制技术应用成效显著, 围护变形均控制在6~12mm, 很好地满足了邻近特殊保护对象的苛刻微变形控制要求^[1,2,3]。

80年代以前, 我国混凝土配制基本上采用自拌方式, 不掺加外加剂, 混凝土标号以100, 150, 200居多, 标号300以上的混凝土基本没有。80年代, 木钙类外加剂配制的混凝土得到了发展, 1985年上海商城工程中全面采用标号300, 350混凝土, 为最早采用商品混凝土的工程之一, 混凝土配制及施工技术得到全面提升。90年代, 萘系类外加剂单掺粉煤灰混凝土施工技术得到了发展, 上海东方明珠塔采用萘系类外加剂单掺粉煤灰技术, 混凝土标号为400;金茂大厦工程采用萘系类外加剂单掺粉煤灰技术, 混凝土强度等级为C30, C40, C50, C60, 混凝土配制及施工技术再上台阶。2000年以来, 聚羧酸系类外加剂双掺粉煤灰混凝土配制技术得到很大发展, 在上海环球金融中心工程中, 国内超高层首次全面采用聚羧酸系外加剂和粉煤灰及矿粉双掺技术, 混凝土强度等级为C40, C50, C60, 其各项参数指标得到全面提升。在广州塔工程中, 结构混凝土强度等级为C80;在上海中心大厦工程中, 结构混凝土强度等级为C70, 聚羧酸系类外加剂双掺粉煤灰及矿粉混凝土施工技术进一步得到发展和提升, 其工程应用技术水平处于领先地位。

在超高层建筑中, 基础底板为主要的受力结构, 对整体性和耐久性要求高, 一般采用一次性整体浇筑的施工工艺。上海建工集团等单位围绕超大体积低水化热混凝土的配合比设计、外加剂的抗裂机制、混凝土的水化热理论分析、外加剂与水泥的适应性、搅拌工艺的改进、混凝土初凝时间的确定、温度控制方法及实时监控技术、浇筑工艺、施工组织管理等研究, 逐步形成了大体积高强低水化热、低收缩混凝土成套施工技术, 很好地解决了混凝土裂缝控制和温度控制难题, 且工程应用成效显著。上海建工在宝钢工程引入日本设备, 率先实现了7 100m³大体积基础底板浇筑;上海商城工程基础大体积混凝土方量为5 500m³, 底板厚2.25m, 创新采用了分层浇筑的施工方案, 第1次浇筑厚度为1.2m, 第2次浇筑厚度为1.05m, 解决了早期的混凝土裂缝控制问题。同年, 在上海海伦宾馆工程中, 实现了基础大体积混凝土8 700m³一次性连续浇筑, 创造了当时国内建筑工程大体积混凝土一次性连续浇筑的纪录;上海环球金融中心工程对主楼厚4.5m、方量2.89万m³混凝土基础底板一次性连续浇筑成功, 创造了当时建筑工程大体积混凝土一次性连续浇筑的世界纪录^[4,5];上海中心大厦工程针对超厚6m、超长121m、方量6万m³的圆形基坑, 首次提出中心岛浇筑工艺, 由基坑中心部位首先进行浇筑, 而后向四周退浇一次性连续浇筑完成, 创造了建筑工程大体积混凝土60h一次性连续浇筑总方量新的世界纪录, 混凝土裂缝控制技术处于国际领先水平^[1]。

超高混凝土泵送是超高层建筑发展的难题。90年代以前, 主要采用接力泵输送的方法进行混凝土超高泵送施工。1981年上海宾馆工程施工时, 采用了接力泵输送方式, 输送高度达80m;在1985年的上海电信大楼工程施工时, 同样采用了接力泵输送方式, 输送高度达130m。90年代末以来, 主要采用一泵到顶的方法进行混凝土超高泵送施工。在1988年的上海商城混凝土工程施工中, 一次性将混凝土泵送到168m实体高度;在1994年的上海东方明珠电视塔混凝土工程施工中, 一次性将C40混凝土泵送到350m实体高度, 刷新了国内混凝土一次性连续泵送高度新纪录;在1997年的金茂大厦混凝土工程施工中, 一次性将C40混凝土泵送到382.5m实体高度, 创造了当时一次性泵送高度的世界纪录。上海环球金融中心工程将C60混凝土泵送至290m实体高度, C40泵送到492m实体高度, 验证性地将C80混凝土一次性泵送到492m高, 泵送高度达到新高。上海中心大厦工程创造了C60混凝土一次性泵送实体高度582m、C45混凝土一次性泵送实体高度606m、C35混凝土一次性泵送实体高度610m, 并验证性地将C100高强混凝土一次性泵送到547m实体高度、120MPa超高强混凝土一次性泵送到620m高度, 创造了多项混凝土一次性连续泵送高度世界新纪录^[1]。

模架装备是超高建 (构) 筑物建造的关键, 主要有手动倒链式爬模技术、整体提升脚手架技术、液压爬模和整体钢平台技术4种类型, 其中以整体钢平台和液压爬模技术应用最为广泛。

液压爬升模板是一种以液压千斤顶或油缸为爬升动力的现浇钢筋混凝土结构连续浇筑成型施工装备, 装备安装和使用机动灵活、提升控制精度高, 适用于高层、超高层建 (构) 筑物核心筒或巨型柱结构施工。国外发达国家关于液压爬模技术研究较早, 1978年德国PERI公司首次研制成功液压爬升模板, 之后的奥地利DOKA等公司也都相继开发了液压爬升模板系统。该装备系统设计科学合理、结构适应性较强, 有效降低了劳动强度, 提高了施工作业效率, 国外主要超高层建筑施工基本以液压爬升模板为主。我国液压爬模施工技术研究相对较晚, 80年代, 上海建工四建集团有限公司通过引进、消化和吸收国外先进的液压自动爬升模板工程技术, 率先自主研发了液压千斤顶式爬升模板, 在上海中兴路高层住宅、上海中山西路高层住宅等工程中得到成功应用, 并被广泛借鉴和推广。90年代后, 北京市建筑工程研究院等单位相继研制出液压爬升模板系统, 采用了液压油缸作为动力系统。至此, 液压爬升模板系统在我国高度<200m超高层建筑工程中得到了大规模应用。

整体钢平台模架技术是上海建工首创的具有自主知识产权的模架装备新品牌, 该装备主要由钢平台系统、脚手架系统、支撑系统、爬升系统、模板系统5大系统组成。自20世纪90年代初, 上海建工首次在我国提出整体钢平台模架装备施工技术理念起, 已经先后发展形成5种类型的整体钢平台模架技术。1991年, 在上海东方明珠广播电视塔工程中研发了第1种整体模架类型———内筒外架整体式自升钢平台模架技术体系, 采用蜗轮蜗杆升板机作为动力爬升系统, 采用穿心式内筒外架作为交替爬升系统, 实现模架装备整体爬升。1996年, 在金茂大厦工程中研发了第2种整体模架类型———临时钢柱支撑式整体钢平台模架技术体系, 采用升板机作为动力系统驱动模架整体爬升, 通过临时钢柱支撑作为导向控制。2000年后, 该模架装备进一步得到发展, 并在上海世茂国际广场、上海环球金融中心等工程中得到推广应用^[6,7,8]。2006年, 在广州塔工程中研发了第3种整体模架类型———劲性钢柱联合内筒外架支撑式整体自升钢平台模架技术体系, 该模架装备通过核心筒劲性钢柱作为导向爬升系统实现模架的整体爬升。基于上述3种类型模架装备技术, 上海建工又发明了2套以小型液压油缸动力装置作为爬升动力系统的全新整体钢平台模架装备体系。2010年, 发明了下置顶升式整体模架技术, 在上海中心大厦工程中得到成功应用, 创造了2d施工1层的“中国速度”^[1,3];同年, 发明了上置提升式整体模架技术, 在上海白玉兰广场工程中得到成功应用, 这2套装备被称为新型智能模块化液压驱动整体钢平台模架装备技术体系。整体钢平台模架装备体系为国际首创, 综合性能指标达到了国际领先水平, 其模块化设计、智能化控制技术水平得到了很大的发展, 结构体型适应性也得到了很好的改善, 高空作业环境及环境保护等方面持续得到发展, 装备技术可满足千米级超高层建筑施工需求, 在国内外得到了广泛的赞誉。

在复杂钢结构安装技术方面, 上海金茂大厦钢结构工程主要构件采用全螺栓连接方式, 精度要求达2mm以内, 伸臂桁架采用销轴连接固定, 变形稳定后再进行螺栓终固;塔尖钢结构安装中, 采用了低位拼装、双机抬吊就位的安装方法。上海环球金融中心钢结构采用焊接连接方式, 巨型柱安装利用楼层钢梁与核心筒连接先形成四角稳定钢结构再进行其他部分安装;巨型斜撑安装通过在塔楼四角之间利用结构钢梁以及支撑柱进行安装;组合楼盖楼板安装通过利用四角稳定的钢结构区域与边柱分别进行楼盖钢梁的安装;带状桁架安装通过将整根带状桁架的上、下弦分成数段进行吊装, 中部腹杆全部分为单根杆件, 带状桁架下弦利用楼层钢梁及支撑立柱稳定进行吊装, 然后分别进行腹杆吊装和上弦杆吊装;伸臂桁架钢结构安装时, 碍于内侧核心筒压缩变形与外侧巨型柱压缩变形可能存在竖向变形差异, 为避免腹杆约束而造成过大的安装应力, 腹杆两端采用临时高强螺栓连接并设双向长孔, 待两侧压缩变形稳定后进行焊接连接。广州塔工程采用节段外框钢结构柱、环梁、斜撑平面预变形以及阶段竖向预变形的高精度创新施工控制方法, 实现了施工控制、运营维护一体化健康监测数据共享和无缝连接。上海中心大厦工程钢框架梁柱结构安装采用4台M1280D塔式起重机, 平面分4个区域对称吊装, 巨型钢柱按2~4层/节划分吊装单元, 分段吊装控制质量在100t以内, 每层钢结构框架安装时先安装巨型钢柱再安装其他钢结构部分;屋顶皇冠钢结构安装, 以2台M1280D塔式起重机为吊装机械, 采用1台M900D塔式起重机收尾吊装, 安装时首先吊装八角框架钢结构, 再安装相应楼层钢结构, 然后安装双向桁架加强层钢结构, 最后依次吊装竖向鳍状桁架以及水平环向桁架;与此同时, 研发出轨道式全位置焊接机器人技术, 首次在>300m高空实现了施工现场机器人焊接作业, 通过数字化人机交互系统控制焊接操作, 解决了建筑钢结构高空现场焊接作业危险度高、作业难度大、工作姿势调整难等技术难题, 提升了钢结构安装数字化和智能化水平。

在超高构筑物的重型钢结构桅杆整体提升方面, 上海东方明珠广播电视塔工程采用计算机同步控制钢绞线整体提升技术将地面拼装的长118m、重450t的钢桅杆整体提升到350.000m的固定标高。广州塔工程采用无配重液压千斤顶钢绞线整体提升方案, 借助信息化整体提升技术, 将提升段高度为90m、质量为630t的桅杆提升至设计标高;桅杆锚固方式采用可拆卸技术, 桅杆初始安装高度为610m, 后根据要求下降至600m, 巧妙解决了工程建造过程中因建筑高度调整所产生的施工难题;探索出了基于整体提升的重型钢结构安装技术体系。

超高层施工用的大型机械主要有混凝土泵送机械、塔式起重机和人货两用电梯等。2000年以前我国最著名的一些超高层工程施工用的大型机械主要依赖进口。如在上海商城工程中, 采用了全进口施工机械, 混凝土拖泵为德国普茨迈斯特 (Putzmeister) , 塔式起重机为德国利勃海尔 (Liebherr) , 人货两用电梯为瑞典阿里马克 (Alimak) ;又如在金茂大厦工程中, 混凝土拖泵为德国普茨迈斯特 (Putzmeister) , 塔式起重机为德国利勃海尔 (Liebherr) 和澳大利亚法福克 (Favco) , 人货两用电梯为瑞典阿里马克 (Alimak) 。2000年以后, 随着我国超高层建造技术的发展, 国内的施工机械企业逐渐发展, 陆续研发生产了系列具有自主知识产权的大型施工机械, 改变了依赖国外进口的现状。

在混凝土泵送机械方面, 上海环球金融中心工程中, 三一重工针对500m混凝土超高泵送装备开展了系列技术攻关, 研制开发了HBT9035CH-5D混凝土拖泵, 创造了当时最大泵口压力35MPa的国内纪录, 实现了我国混凝土拖泵技术发展的突破。在上海中心大厦工程建设中, 三一重工研制开发了新型HBT90CH-2150D输送泵, 泵口压力达50MPa, 最大泵送高度>800m, 创造了混凝土输送机械泵口压力的世界纪录;研发出与超高压输送泵配套的耐磨抗爆输送管, 管径从125mm增大到150mm, 泵管采用了耐磨合金钢材料, 该技术可承受泵送的超高压力, 还可大幅降低泵管内摩阻力, 提高泵送效率, 使用寿命较常规管道提高约10倍;同时研发出与整体钢平台模架装备一体化的回转半径28m的新型混凝土布料机, 混凝土浇筑工效大幅提升。上海建工在承担国家“十二五”科技支撑计划课题《千米级超高层建造混凝土泵送成套装备研发与示范》研究过程中, 联合三一重工创新研制出了世界最大拖泵 (HBT9060CH-5D) , 混凝土泵口压力高达58.6MPa, 创造了混凝土输送机械泵口压力新的世界纪录, 为千米级超高层建筑的建造做好了技术储备, 目前国产拖泵已经完全可以取代进口。

在大型施工塔式起重机方面, 上海中心大厦工程建设之前, 国内高度>400m的一些著名超高层建筑基本采用进口塔式起重机, 其中以澳大利亚进口的法福克动臂塔式起重机应用最为广泛。上海环球金融中心采用法福克M900D/M440D塔式起重机;广州塔采用法福克M900D塔式起重机。上海中心大厦工程建设逐步打破了大型塔式起重机国外垄断的局面, 采用了澳大利亚3台法福克M1280D动臂塔式起重机和1台中国中昇ZSL2700动臂塔式起重机, 实现了国内大型塔式起重机技术上的突破。在大型塔式起重机爬升作业方式和支撑方式方面, 上海商城采用楼层内爬施工工艺;金茂大厦工程在国内首次采用了单墙斜拉支撑爬升架进行爬升作业, 该方式在后续工程中进一步扩大应用;上海环球金融中心工程和上海中心大厦工程采用了单臂三角撑支座爬升架进行爬升作业。我国大型塔式起重机技术持续得到发展和提升。

在施工人货两用电梯方面, 上海商城、上海金茂大厦等超高层建筑施工人货两用电梯均采用了瑞典进口的阿里马克 (Alimak) , 之后国内人货电梯迅速发展, 主要产品有广州金龙和上海宝达等品牌。上海环球金融中心和上海中心大厦工程采用了国产宝达人货两用电梯, 使用高度>400m。目前, 国内人货两用电梯已经基本取代进口。在超高层建筑施工中, 人货两用电梯主要采用外附连接方式, 而上海中心大厦工程所有人货两用电梯均采用设置在电梯井道内的方案, 按低区、中区、高区分别设置, 后期临时电梯与永久电梯进行置换, 解决了外附方式影响外立面施工的技术难题。为了提高人货两用电梯工作效率, 使得人货两用电梯可以直接上顶部整体模架装备, 在整体钢平台模架装备上设置了滑移固定式附墙, 实现了人货两用电梯直达整体钢平台进行模架高效作业的目标。

数字化是一项新兴的技术领域, 国内外都高度重视数字化发展战略, 其与工程建设的深度融合发展深刻影响和改变着建筑领域, 给建筑业的发展带来了很大效益, 使规划设计、工程施工、运营管理乃至整个工程的质量和管理效率得到了显著提高。上海建工以上海中心大厦等重大工程建设为载体, 依托承担的国家“十二五”科技支撑计划课题《绿色建造虚拟技术研究与示范》, 开展了大量的数字化创新研究, 取得了大量突破性创新成果, 初步构建了数字化建造技术体系。上海中心大厦工程突破传统工艺, 率先在建筑全寿命周期采用数字化建造技术, 综合运用信息化、数据化、模型参数化等先进手段, 建立了绿色建造虚拟技术体系, 实现了一体化深化设计、一体化加工制作和一体化施工管理的预期效果, 体现了数字化管理新模式。在工程建设过程中, 研究形成并应用了钢筋成型、钢筋网片、预制构件、钢结构构件、机电管道、装饰装修构件等系列数字化加工技术, 改变了传统的构件加工方式, 提高了超高层建造的水平;研究形成面向绿色建造全过程成套模拟技术, 可对复杂施工方案进行模拟分析、仿真建造, 优化选择绿色施工方案, 实现对施工过程的有效控制;研究形成绿色建造全过程实时监测与评估技术方法、绿色建造实时可视化控制技术, 可对不同施工方案的实施效果进行监测与评估, 进行实时动态监控, 为施工方案的可靠实施提供保证。研究构建了绿色建造虚拟平台系统, 开发环境微扰动的深基坑变形监控与预警平台系统、基于物联网的超大体积混凝土裂缝控制系统、整体钢平台模块化集成仿真建造平台系统、超长构件安装实时姿态的三维动画演示控制平台系统以及结构构件与玻璃幕墙安装的虚拟仿真建造系统等, 实现了绿色建造关键过程的控制和管理。研究开发了建筑机器人进行复杂钢结构数字化加工技术, 基于建立的3D参数化模型, 利用BIM技术平台整合建筑数据信息, 实现模型数据与原设计、工厂制作、现场施工的数据无缝对接, 并通过数字化控制系统操控机器人加工复杂钢结构构件, 大幅提高钢结构构件加工制作精度。研究开发了工程项目数字化协同管理平台系统, 将数字化技术的应用点集成到网络平台, 实现了图纸浏览、模型建立、方案展示、施工控制、施工进度管理等在网络平台上的一体化集成管理和共享, 有效整合了工程建设各个环节的资源和优势, 提升了协同工作效率。上海中心大厦工程数字化工程管理的研究与应用, 改变了传统建造模式, 显著提高了施工工效, 丰富了现代工程管理内涵。

我国城市现代化的快速发展, 给建筑行业带来了前所未有的发展机遇。30多年来, 我国超高层工程建造实践成绩卓著, 建造了众多的著名超高层建筑, 我国已成为超高层建造的大国, 部分建造技术水平也已处于国际领先水平, 但还称不上建造强国。就我国的超高层建造技术发展现状而言, 其理论研究相对滞后于工程实践。不断完善超高层工程建造技术理论体系, 以绿色建造和数字建造理念来改变传统建造方式, 走绿色化、数字化、工业化三位一体融合发展之路将成为我国超高层建筑发展的趋势, 也是实现我国超高层建筑综合施工能力提升和打造建造强国的关键所在。