消息來源：建築學報

邵韋平 奚悅

北京市建築設計研究院有限公司

中信大廈以世界高地震區建設工期最快的業績，加入世界超高層建築行列中。大廈已經基本竣工，公衆在北京的各個方向都已經可以看到它獨特和靚麗的身影(圖1)。很自豪有機會直接參與了這個超級建築工程的設計，親眼目睹了工程許多閃光的時刻。在這裏與大家一起回顧過去7年中信大廈項目所經歷的設計與建造創新之路。

▲ 1 西側立面夜景

中信大廈在1.15h㎡的基地面積上要建設地上35萬㎡、地下8.7萬㎡的建築規模；建築總高度528m，地上112層(4層夾層)，地下8層，深度40m，基礎樁深100m，容積率大於30。它既是北京最高、也是最深的建築。技術的複雜性、系統的多樣性、建築的超高尺度、建造工期、成本的因素對設計與建造的技術挑戰是空前的。

1 超高層建築技術挑戰與設計方法探索

如果說航天飛機是人類能夠建造的最複雜的工程類型，那麼超高層摩天樓就可以稱之爲建築行業中最複雜的工程類型。超高層建築面臨的技術挑戰是其他建築類型所沒有的。高度造成規模壓力、樓體荷載重力挑戰、大人流聚集交通組織、反恐和消防安全性能、能源消耗、環保節能、經濟平衡、使用者體驗、公衆與政府高度關注等都會給工程造成影響。

建築業相對於高端製造業還比較粗放和碎片化。作坊式的設計與建造模式顯然無法應對中信大廈如此複雜的工程挑戰。我們從設計開始就在思考如何借鑑高端製造業經驗，探索適應超高層建築需求和科學的設計方法。

以愛因斯坦爲代表的現代物理學新發現催生了複雜科學(Complexity Sciences)。基於複雜科學思維形成的世界觀，世界被當成一個不可分割的、動態的整體，它的組成部分本質上是相互作用的。同樣基於複雜科學思維的整體設計觀，建築可以看作是一個由不同子系統構成的動態系統，各子系統既有獨立性和邊界，同時也存在着相互關聯和整體性。

建築設計需要向高端製造業學習，需要從建築整體性去探究影響技術實現的性能目標和科學規律，從而提高營造出高品質建築的能力。建築業本是一個極其分散的行業，在每一個建築中都有許多專業、技術和規範標準的鴻溝需要逾越。建築業要克服建築設計的碎片化和隨意性缺陷，要用整體設計原則和系統化思想去爲填平鴻溝創造可能，實現建築的科學性和高品質。高質量建築應該在整體的性能方面有出色表現，這種性能體現在使用者感受、結構體系、能耗指標、消防安全等多方面，整體性的性能標準往往是超越單一學科邊界的，需要多專業協同合作才能實現目標。

每個項目可以根據自身特點制定自身的建築系統框架，爲設計協同、技術控制、運行管理提供保障。整體設計思想有助於三維信息模型技術實施，在中信大廈項目中三維信息模型技術得到充分的應用。設計團隊基於以往的成果經驗，在業主的支持下，參與建立了中信大廈完整的信息模型體系，爲實現建築的高品質創造了基礎條件。

2 城市銜接

中信大廈所在的CBD核心區，正在實施一個巨大的都市發展計劃。爲了支持城市這樣高強度的集中開發，由政府先行啓動了CBD核心區城市基礎設施工程，工程打破傳統的城市建設模式，重新界定人與城市交通、市政、地下空間、景觀和建築的關係。特別對道路空間的綜合開發與利用進行了探索，道路結構的設計打破了以往建築和市政專業相互分裂的局面，全面整合了城市空間資源，工程具有開創性的意義。

CBD核心區城市基礎設施工程是利用核心區的城市道路與公共開放空間進行規劃建設，在城市道路和公共綠地之下，建設了包括兩層地下市政管廊、連通周邊5個地鐵車站的地下人行交通通道、連通每個地塊的機動車物流通道、服務空間和機動車停車空間(圖2)。工程建設總規模達50萬㎡。

▲ 2 CBD地下剖透視

公共空間和基礎設施的統一建設，將形成一個功能完善、性能優越的城市“主板”，將和其上的各個摩天大廈“插塊”共同組成北京CBD發展的強大主機，此主板也成就了中信大廈這個世界一流水平的超高層摩天樓。

基於CBD核心區城市基礎設施工程，每個單體項目都將實現與城市公共設施的無縫銜接。除了地面道路和城市景觀的受益外，中信大廈還可依託地下人行交通系統實現與周邊多個軌道交通車站的銜接；依託地下公共車行環遂實現機動車和物資的遠距離進入，降低地面交通壓力；依託地下公共管廊實現市政管線的無縫銜接，提高城市運營安全。

3 建築體系與功能

3.1 建築體系策劃

遵循整體設計的思想，技術設計首先是對中信大廈建築構架進行了統籌規劃。建築地上地下共120個樓層分爲10個分區，每2個分區構成一個功能模塊，形成5個功能模塊(圖3)。分區設置原則主要來源於超高層建築巨框結構邏輯，模塊構成是基於垂直交通、設備運行、安全防護等功能因素。每個功能模塊都擁有明確的功能目標，相對獨立自成體系，模塊之間有聯繫接口相互聯繫和支持。模塊化概念將一個建築巨無霸分解成5個相對獨立、並互相影響的二級建築系統，爲中信大廈之後的設計、建造和運維管理奠定了清晰的構架。

▲ 3 設計理念分析：平面尺寸與功能分區

基礎保障模塊包括ZB和Z0兩個分區單元，含地下全部樓層和地上1~4層；其承擔大樓日常運行基礎保障功能，包括人車交通駁接、物資流轉、能源運行、樓宇管理、共享服務等功能。功能模塊包括Z1-Z8共8個分區單元組成的4個單元模塊，含地上5層以上所有樓層，承擔了大廈基本運行功能，包括辦公和輔助配套功能。

3.2 功能構成

超高層建築巨大的規模帶來運行壓力，立體城市理論是應對這一挑戰的技術思想，它認爲超高層建築不僅是單一空間的疊加，也應該有多樣的城市功能，這樣生活在其中的使用者方便得到服務，而無需頻繁往返於地面，浪費時間和資源。超高層模塊化策略爲立體城市理論實施提供了支持。在中信大廈功能模塊中，不僅有基本的辦公條件，還提供了服務模塊內人員的交通轉換、餐飲、會議、休閒等功能。避免午休高峯期間的交通壓力。所有的機電設備、消防安全、應急避難設施均按照模塊化概念佈局，形成清晰統一的技術邏輯，提高技術安全和運維效率。

4 主要關鍵技術

4.1 結構體系

中信大廈主體結構採用了立體巨柱、斜撐加水平桁架樑巨型外筒+鋼板混凝土剪力牆結構內筒的多重抗側力結構體系，是世界首個抗震設防烈度爲8度、主體結構超過500m的超高層建築。爲提高建築抵抗側力變形問題，設計中採用均布的微型鋼結構消能阻尼器技術。

中信大廈建築造型受創意影響，主體結構貼合外形設計，呈方柱狀中部收腰形態(圖4)。巨型外筒垂直構件只有角部的結構巨柱，巨柱爲面積達60㎡的巨型實芯立柱，10層以後逐漸分叉，以適應抹角造型需要。在分區邊界是加強的結構水平桁架樑，它與巨柱、斜撐共同組成巨構外筒(圖5)。爲降低結構重心，建築頂部30m造型巨構外筒提前結束，而是由內筒逐漸出挑支撐頂部空間造型，建築外幕牆上只有幕牆的二次結構，大大提高建築頂部的觀光條件(圖6)。

▲ 4 結構模型

▲ 5 幾何控制系統：精確控制基礎控制面到結構體系的生成過程

▲ 6 頂冠多功能廳:內筒出挑支撐頂部空間造型

爲了保證建造的精確性，設計團隊基於三維數字模型對所有重要結構構件進行了幾何控制，幫助後續設計建造環節提高精度和效率。

4.2 外幕牆體系

由於超高層建築在城市中的重要作用，中信大廈的外圍護幕牆的效果和品質控制是設計中最重要的環節之一。幕牆主體採用了雙中空單元式幕牆體系，配合44%的通透率和高效熱工性能，確保了建築外表皮節能效果。建築除了底層的人員進出通道和設備層的空氣交換口部，幕牆均按封閉設置，通過多道技術措施達到(國標)氣密性4級標準。

基於中信大廈造型的特點，看似簡單流暢的外立面設計，其實大部分幕牆板塊都存在差異。設計中配合外方團隊，對所有外幕牆幾何特徵進行深入的研究，提出可指導生產的精確加工的幾何控制數字模型，包括結構板邊幾何控制、幕牆埋件定位等。目前已實現的波浪天際線和一體化的幕牆雨篷都得益於基於幕牆建造的幾何控制模型。

中信大廈的幕牆清洗維護及夜景燈光效果與幕牆主體設計同步推進。爲了實現牆體清洗目標，分別在建築的屋面和73層四角設置了9部擦窗設備，由於建築形態的特殊性，擦窗機將利用鑲嵌在幕牆裝飾肋條中的導軌輔助運行。

4.3 垂直交通

垂直交通系統是超高層建築核心的技術環節，它與建築的核心筒設計、運行效率密切相關。中信大廈共有各類電梯數量達100部。電梯類型有點對點高速穿梭梯、層層停靠的區間梯、兼作消防的客貨兩用梯和超大貨梯等。

建築的核心筒爲九宮格的佈局，九宮格的四角佈置疏散樓電梯，對稱形成十字街佈置區間電梯和穿梭電梯(圖7)。穿梭梯不停樓層爲樓層衛生間空間。在30層以下核心筒每側放大3m，以安排二區以下的電梯及設備設施。

▲ 7 標準層核心筒：高效解決全部大樓運行需求

爲了滿足垂直交通運量的平衡，本建築所有穿梭梯採用雙層轎廂高速電梯，即在地面和空中大堂均設有雙層停靠條件，從而提高單井道運力1.8倍。由於每組穿梭梯服務的模塊有2個分區，雙層電梯正好對應2個分區，人員組織十分合理順暢。超大貨梯是超高層建築必須配置的設備，在日常運行維護中不可避免有相對較大的物品需要垂直運輸，中信大廈配置了提升高度514m的3.6t超大貨梯。

4.4 煙囪效應控制

中信大廈是北緯39º以北最高建築，這意味着它比其他任何超高層建築面臨着冬季室內外更大的溫差以及由此而帶來的嚴重的煙囪效應。同時由於穿梭電梯的高速運動，單井道電梯會有活塞效應併產生嘯叫和氣流失控，影響人的感受。設計團隊在氣流環境顧問RWDI和清華大學的支持下，藉助計算機模擬技術，開展了全面的建築煙囪效應控制的研究和落實工作。

首先要確保外幕牆的氣密性水平，它是控制煙囪效應的關鍵。在本項目的技術規格書提出在300Pa的氣壓差作用下，固定牆的漏氣率不得超過0.0182m3/min/㎡。二是優化建築佈局，建立風環境分區控制，減少關鍵位置的氣流通道，減少分區邊界上開門數量。特別要避免穿梭電梯井道與空中大堂氣流接力。三是控制各類門的氣密性。包括電梯門的抗風壓和氣密性標準。四是加強對土建和機電設備連通部位的氣密封堵。五是通過系統關聯實現綜合管控，從而防止煙囪效應發生。

4.5 消防安全設計

作爲超高層的中信大廈雖然有許多消防安全的技術挑戰，在消防顧問的支持下，設計團隊根據本建築特點，主要依據現行的消防規範，制定模塊化消防設計原則。根據這個原則，所有疏散避難、消防設施、消防救助均按模塊和分區進行設置，提高消防安全的可靠性和可學習性。

對於超高層建築，施工期間的消防設施與建築永久消防設施的轉換是一個無法避免的安全隱患，許多工程在此期間發生火災。中信大廈工程首次嘗試採用了永臨結合的方式，在土建工程進行之中就部分啓用永久的消防設施，確保了工程不出現消防盲區時段，開創了超高層建設領域的先河。

4.6 工業裝配和模數設計

裝配式工法是建築業正在推行的技術政策，由於垂直運輸的壓力，裝配式工法在超高層建築實踐中更具有價值。在設計中我們對建築層高、平面網格、部品模數都進行了技術整合，如層高結合功能需求、電梯配置等相關因素，歸納爲3個主要類別。標準辦公樓層層高4.5m；大堂、行政辦公等特殊樓層採用5m層高，或5m層高的倍數；地下機動車庫和避難層等輔助空間採用3.5m層高。這樣爲建築幕牆、設備安裝、建築部品定製創造便利條件。

爲了提高效率和品質，本項目所有疏散樓梯均被標準化設計，加之層高統一，疏散樓梯生產與安裝充分體現裝配式工法的優勢。工程中的裝配式衛生間、標準辦公空間的系統天花和架空地板系統在提高效率和提升品質方面也有出色表現。

5 建築節能與綠色節能策略

超高層建築相對一般建築，其對資源和能源的消耗是巨大的，爲此就更必要尋求超高層建築低碳節能的可持續發展之路。中信大廈在設計中堅持高標準的綠色技術應用策略，首先在外幕牆設計中採用了雙中空玻璃幕牆，結合高熱工性能和氣密性能，較國家標準節能7.7%；其二在暖通空調系統較國家標準節能25.7%；照明系統較國家標準節能15.8%；電梯系統全部採用能量回饋系統。已獲得國家綠色三星設計標識和國際LEED-CS金級預認證。

6 結語

超高層建築集合了當今世界最前沿的建築設計與建造、運維技術，代表着當代建築科技可能達到的最新高度，爲城市向着更光明的未來積累新的經驗。中信大廈是國內超高層建設史上建設速度最快的建成項目，由於其獨特的城市地位和前所未有的技術挑戰，給工程建設製造極大的障礙，同時也爲項目參與各方提供了難得的工程實踐機會，並取得大量技術突破和創新成果，達到同類建築的領先水平，爲這座充滿歷史文化和現代活力的都城又增添一道靚麗的風景。

（正文完。原文刊載於《建築學報》2019年3期，總第606期，詳細內容請見紙刊。）