摘要：近几十年来，超高层建筑在全球范围内快速发展，在数量、高度、规模等方面不断取得突破。对超高层建筑关键施工技术进行了阐述。结合建筑行业发展的趋势与导向，从新型建材、高性能施工装备、智能化施工等方面提出超高层建筑技术发展的判断与期望。
关键词：超高层；建筑施工；技术发展；展望
1超高层建筑重大施工技术发展
1.1垂直运输装备
19世纪末—20世纪初，美国和德国率先发明并使用了塔式起重机（以下简称塔机）、施工升降机（施工电梯）、混凝土输送泵3项核心垂直运输装备。
塔机源于西欧，主要用于材料运输与构件吊装，1923年第1台比较完整的近代塔机诞生，1930年德国开始批量生产塔机。塔机的出现大幅提升了材料及构件的运输能力与覆盖范围（澳大利亚法福克M1280D塔机最大吊重达100t，最大起重幅度＞60m，起重力矩达24500kN·m），取代了拔杆、龙门式起重机等成为最重要的吊装设备。高度＜200m的超高层建筑多采用自升式平臂塔机施工；高度＞200m的超高层建筑则易采用自爬升动臂塔机施工，该方式不受建筑高度限制且易于布置与使用。1880年，德国人西门子发明了使用电力的电梯，很快在高层建筑施工中得到广泛应用。施工电梯主要用于运输作业人员和建筑材料，可直接抵达楼层内部。其作为塔机的补充运输小型机具及材料，解放了小型物料对塔机的占用。应用较多的齿轮齿条式人货两用施工电梯，单个吊笼载重可达3t，运行速度可达120m/min，导轨架最大架设高度＞500m。
1.2施工模架与平台
20世纪初，以钢框架为主的超高层建筑多采用跳板等搭建临时作业平台，部分材料、设备布置在平台上，通过逐层转运实现重复使用。该平台交通不便，受气候影响大，安全防护措施不易架设，物资反复转运占用垂直运力，影响工效。
20世纪70年代欧洲发明了爬模用于钢筋混凝土竖向构件施工，20世纪80，90年代我国采用滑模与提模进行核心筒施工。这些装备设置数十套甚至上百套爬升装置，模板、脚手架与对应的爬升装置组成1个模架单元。多个模架单元整合形成1个封闭的、易通行的作业空间，可承载部分材料与小型机具。爬升时，各单元可整体爬升也可部分爬升。上述技术减少现场劳动力与设备投入，施工安全、速度快、工效高。滑模技术在深圳国贸大厦创造了3d一个结构层的速度。爬模技术因灵活、便捷、经济的特点成为应用最多的模架，类似的外防护爬架及钢管柱爬架在超高层建筑施工中也广泛应用。
近10年，我国在顶模基础上进一步发展出集成平台装备，采用高承载力“微凸支点”及“空间框架”作为平台结构受力骨架，形成巨型钢罩覆盖在核心筒上部。平台承载力高达上千吨，可抵御14级大风作用，集成了以塔机为代表的各类设备、设施，具备多层次立体作业空间与交通系统，配备智能在线监控系统。整个平台类似1个可移动的建造“工厂”，显著改善作业环境，大幅提升工效，进一步缩短工期与施工投入。
2超高层建筑关键施工技术现状
2.1高承载力桩基施工
重大超高层建筑主要采用超长、大直径、高承载力桩基。大直径超长桩成孔深度大，施工时间长，导致泥浆密度大、含砂率高，桩身泥皮、沉渣与垂直度的控制问题十分突出，超长、超重钢筋笼的加工、制作及吊装面临较大困难，受限于起重设备能力，超长钢筋笼吊装需分段逐节在孔口进行安装、连接、下放，主筋直径大、数量多、刚度大，对钢筋笼的有效快速连接提出了较大挑战。采用人工造浆，气举、泵吸反循环清孔，泥浆静化装置除砂，桩底桩侧联合后注浆等措施可有效解决大直径超长灌注桩的施工质量问题；超长钢筋笼通过专用胎架及预拼装技术，确保钢筋笼准确顺利拼装；采用分体式直螺纹连接技术，加快节与节之间钢筋笼主筋的连接速度，缩短成孔静置时间。
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2.2基坑与地下室逆作施工
超高层建筑建造投入巨大，资金与资源成本与工期息息相关，通过基坑与地下室的逆作施工可以有效缩短工期。314.5m的南京青奥中心采用全逆作施工，19个月完成双塔楼施工任务，较传统顺作法施工节约工期1年以上。
全逆作施工使地下结构施工对工期关键线路的占用大幅降低。该技术采用一体化的设计、施工建造方法，分阶段验算地下结构的嵌固性能与施工措施；结构设计多采用一柱一桩形式，均匀分布竖向荷载，施工中重点控制桩基垂直度与施工质量；逆作节点设计与施工要保证受力体系的可靠转换与节点质量可控；整个逆作过程需进行全过程实时监控。全逆作施工技术难度较大，包括上海环球金融中心在内的很多超高层采用塔楼顺作、裙楼逆作方式也可节约工期，而技术难度较低。
2.3大体积混凝土施工
重大超高层项目普遍采用桩筏基础，筏板多为一次性浇筑的超厚巨型钢筋混凝土板。上海中心大厦筏板为直径121m、厚6m的C50钢筋混凝土圆台，混凝土方量高达6万m3。
大体积混凝土浇筑过程产生大量水化热导致内外温差急剧升高，容易产生裂缝。选用低水化热水泥，减少水泥用量，掺入粉煤灰、高效减水剂及引气剂减少混凝土水化热；控制混凝土入模温度，降低内部混凝土绝对温度与内外温差；采用水管循环冷却系统进行热量交换，降低内外温差；做好混凝土养护，加强温度监控与反馈。
3超高层建筑施工技术展望
3.1建筑材料
高强、轻质、耐候、耐火、耐久的高性能材料是超高层建材发展的方向。除此以外，为了降低超高层建筑对资源的消耗，减少排放与污染，采用生态材料、智能材料将是大势所趋。
生态建材是采用清洁生产技术，大量使用工业或城市固态废物生产的有利于环境保护和人体健康的建筑材料，如生态水泥、生态混凝土、生态玻璃等材料。自修复混凝土属于典型的生态混凝土，模仿动物的骨组织结构受创伤后的再生，恢复机理，采用修复胶粘剂和混凝土材料相复合的方法，对材料损伤破坏具有自修复和再生的功能。
智能材料具有自我诊断、调节与修复功能，可主动调节建筑室内的环境参数，减少能源消耗与排放。吸湿放湿材料可以根据环境湿度自动吸收或放出水分，进而保持环境湿度平衡；自动调光玻璃，可以根据外部光线强弱调节进光量，满足室内采光需求。
3.2高性能施工装备
超高层建筑是现代建筑科技的结晶，发展迅猛，但其施工装备的发展则明显滞后。新一轮超高层建筑热潮再次涌现，在劳动力市场进一步萎缩、市场竞争压力不断加剧的情况下，装备革新将成为占领这一市场的必然选择。
2016年我国研制出循环运行施工电梯装备。该施工电梯类似循环运行的地铁，通过旋转换轨机构，实现单根导轨架循环运行多个梯笼，电梯运力提高数倍。除了循环电梯，廻转塔机平台、现场焊接机器人等新型装备都将为超高层建筑施工带来巨大变革。
3.3智能化施工
超高层建筑施工作业面多，工序繁杂，需要大量作业与管理人员。通过智能化施工可以有效减少用工需求，大幅提升施工质量与效率，及时消除施工风险。这是建筑产业转型升级的重要抓手，也是建筑工业化发展的重点内容。
目前，智能化施工主要分为智能化装备与智能化监控系统2类。智能混凝土布料机可根据核心筒混凝土墙体位置自动规划布料杆运行轨迹，当运行中遇到障碍物时可以主动绕行。泵管智能监控系统通过监测泵压判断混凝土堵管的趋势与位置并预警，以便及时排除隐患。
结束语
未来超高层在全球特别是亚洲地区将持续快速发展，超高层建筑的革新对施工技术的发展正提出新的更高要求。大力推进超高层建筑施工技术进步是工程建设领域肩负的使命与努力的方向，希望本文能对行业发展起到积极作用，为行业从业工作者提供参考借鉴。
参考文献
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论文作者:黄媛媛
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/1
标签：高层建筑论文; 混凝土论文; 材料论文; 作业论文; 装备论文; 塔机论文; 工期论文; 《建筑学研究前沿》2018年第20期论文;