东方明珠、金茂大厦、环球金融中心，这些年，上海的确越长越高。而正在建设的上海中心大厦，将创造上海新的高度。
“上海中心”位于小陆家嘴核心区，东泰路、银城南路、花园石桥路交界处，东邻上海环球金融中心，北面为金茂大厦。上海中心大厦建成后将成为上海最高的摩天大楼，届时将与金茂大厦、环球金融中心等组成和谐的超高层建筑群，形成小陆家嘴中心区新的天际线，展现浦东改革开放成果和陆家嘴金融贸易区的时代风貌。
“上海中心”预计于2015年竣工，届时，“上海中心”将与金茂大厦、环球金融中心共同组成上海重要的“金融服务中心、商务配套中心、公共活动中心”，为上海“四个中心”建设、发展现代服务业和国际大都市建设提供必要的载体。
自2008年“上海中心”开始建设以来，我校有一大批专家、学者组成科研团队或设计团队，为大厦建设提供技术支撑。特别是我校建筑设计研究院，作为“上海中心”的建筑设计方美国晋思建筑事务所（Gensler Architects）的国内合作伙伴，为“上海中心”提供了施工图设计，承担了大量工作。我校土木工程学院等单位的教授和科研团队也承担了上海中心的科研攻关或试验任务，并交出了出色答卷。近日，记者走访了我校建筑设计研究院等单位，探寻同济团队深度参与上海中心大厦建设的幕后故事。
这是一座“垂直的外滩”
8月初上海中心大厦结构封顶后，现在只要站在市中心城区，一抬头都能看到它。虽然大楼还很“骨感”，虽然顶上还“站”着四台巨大的吊机，但它的高度已经可以俯瞰城市、一览众山小了。先说说上海中心的有关数字：建筑总高度632米，建成后将成为上海第一高楼，主体结构高度580米，楼层数地上125层、地下5层，总建筑面积约576000平方米（地上面积373000平米），楼内安装垂直电梯91部，设9个避难层。与之相比，外滩上21栋历史建筑的总面积也不过为37200余平方米，上海中心大厦被大家称为“竖着的外滩”一点也不夸张。
其实，上海中心大厦的“靓点”不仅是高度和建筑面积，按照计划，这栋摩天大楼将被打造成为环保节能的绿色建筑、可持续发展的大楼，要达到“垂直社区、绿色社区、智慧社区、文化社区”的目标，即上海中心要重新定义超高层建筑的内涵。
上海中心大厦的难题有多少？
建筑业内的专家普遍认为，超高层建筑要成为绿色建筑，难度非常大。“因为很多百米以下建筑中常见的问题在高层建筑中都可能成为难以逾越的障碍，比如给水和排水。”我校建筑设计研究院负责上海中心给排水设计的杨民高级工程师告诉记者，600多米的高度，水如何送上去？遇上台风天气，如何排水？这些都是十分重要的问题。“试想，如果一根管子从楼顶贯通下来，水压、水速都非常大，会给建筑带来无法估计的困难。”
上海中心大厦建设过程中面对的难题远不止给排水这一项。大楼面积相当于2座金茂大厦或1.5座环球金融中心，自重达85万吨，地基每平方米要承受1.9吨的自重。而大楼所在的陆家嘴地区本就是个滩，往地下钻几百米都难见到岩石层，很多外国建筑师都说在那里“修高楼、修地铁，几乎不可能”。困难还有：经常受台风侵袭的上海，大风天气里如何保证上海中心大厦的“从容淡定”？如此高耸的大楼，消防问题如何解决？大楼的“衣衫”是成千上万块玻璃拼起来的，楼体在大风中摇摆时如何避免玻璃被挤碎？“可以说难题多如麻。”我校建筑设计院上海中心项目经理陈继良告诉记者，美国晋思建筑事务所作为大楼的建筑设计单位，提供的设机方案在工程实际中存在很多需要进一步克服的难题，同济建筑设计研究院在做施工图设计的时候，进行了非常详细的细化，很多地方针对工程建设实际都做了改动。设计院的工程师认为，上海中心大厦的建筑工作重点和难点不在建筑设计，而在细化设计，就是俗话所说的“搞脑子”。
“为了项目，科研先行”
将近一个月的采访，来来去去建筑设计研究院和相关院系，记者从学者们、工程师们的嘴里，经常听到的就是“上海中心是一个巨大的考验”、“谁也没干过”、“要有放手一搏、赴汤蹈火的勇气和斗志”类似话语。夏林、杨民、周瑾、张鸿武、何志军、赵昕、包顺强、高一鹏、陈继良、万月荣、钱大勋、车学娅、王莹、董建宁……自2008年开始，同济建筑设计院的一大批设计、科研人员将智慧和心血融入上海中心大厦的建设过程中。
上海中心建设这场“大会战”仅靠热情和斗志是不行的，当美国晋思建筑事务所选中了同济建筑设计研究院作为中方配合单位之后，校长助理、建筑设计院院长丁洁民首先想到的就是为这栋超高层大楼的攻坚克难申请课题，让严谨的实验、计算来为大楼建设保驾护航。
2009年3月，上海市科委批准了丁洁民牵头的“500米以上超高层建筑设计关键技术研究”课题，按照室内空间环境、地下空间的规划与整合、风荷载、复杂建筑外形的优化设计等数十个课题，邀请学校相关学科的李国强、顾明、吕西林、任力之、张洛先等数十位著名学者，组成强大的科研团队，开展关键节点、组合钢板剪力墙约束支撑、结构防火、防恐、大楼沉降变形、超大圆形基坑关键技术、特殊形态幕墙、超大超高形建筑智能化系统的数字化、钢结构BIM设计与制作安装等科研攻关，相关分课题数量达到58项。
“虽然上海中心大厦的科学试验等工作已经完成。但直到现在，设计仍在不断优化中，因为这栋超高层建筑碰到的难题前所未有，我们的工作还包括将这些工作成果固化并形成专利、规范等，以备将来之需。”科研项目协调人、我校建筑设计院赵昕介绍。
设计团队全力以赴
上海中心大厦建设施工过程中解决的难题，同样得益于建筑设计院的各项优化配合设计。不说别的，就说支撑大楼的直径121米、厚度6米的大底板吧，现在大家看到的上海制高点很神气，但你可曾想到这根擎天柱就是站在这块面积1.5个足球场大小的底板上的？在它的下方还有955根桩基，每根长度达87米。“这些桩基就好比在豆腐上插入许多筷子，有了它，大楼才能端端正正‘浮’在地平线上。”陈继良告诉我们。大底板的混凝土浇筑是一次成型的，场面非常壮观——8台个头巨大的布料机轰鸣着，8台大卡车喂料，后面还有8台卡车在等待，“前面的车倒干净，后面的立刻跟上接着倒，昼夜不停，3月26日晚至3月29日凌晨浇筑大底板，一次性浇捣方量约61000立方米，持续时间达60小时。”一直在现场参与协调工作的陈继良介绍，从高处往下看，400余辆重型卡车在繁忙的陆家嘴地区排成长龙，一刻不停地来回穿梭，高高地看下去，车像玩具人如豆，一色地穿梭忙碌。浇筑完成的那一刻，已是凌晨3点了，没有欢呼，没有鞭炮，只有震耳的轰鸣瞬间寂静下来。陈继良说：“我院巢斯、姜文辉、丁洁民、赵锡宏、朱合华等分别主持的注浆技术实用计算方法、基础筏板内力计算及施工全过程分析、大体积混凝土施工过程中水化热的控制、深基坑开挖回弹及再压缩、深基坑施工数字化安全监控等项研究为上海中心大厦底板浇注提供了可靠的保障。”
结构设计：不仅考验智慧和技能，更考验勇气
都说上海中心最难在结构设计，究竟有多难很多人并没有直观的感受。经过多次更改预约时间，记者终于见到了4年中一直在丁洁民指导下从事结构细化设计和协调的何志军。“忙的时候一天去一趟工地”、“有关结构设计的方案、来往函件、工程记录文件大小有十几个G”、“这栋楼的形态超出我们的经验”、“楼的形态是非理性的，但结构必须理性”、“难，难在结构的动态关连”……两个小时的采访中，记者听到何志军多次这样表述。
针对上海中心大厦外观设计，晋思建筑事务所提供的“龙型”方案像一条盘旋上升的龙，龙的顶部上翘，如同一支祥云火炬；大厦横截面类似一个圆角的三角形，以顺时针方向往上旋转，一直延伸到顶端，而顶端是开放式的顶棚。作为概念方案，上海中心大厦在全球范围内确实独一无二。但是它通体晶莹剔透的外观、呈120度扭转着上升的造型、核心筒与外表的连接等，都给结构设计带来了巨大的难题。“塔冠的骨架如何‘长’在核心筒上，还有核心筒底层直径80米、顶层30米，自身的逐渐缩小带来的问题，都是概念设计阶段无法预料的。”何志军说，“美国本土也没有这样的超高建筑，上海中心大厦从图纸变成现实中的大楼，要攻克相当多的技术难题，有的业内人士甚至说‘不可能把这样的方案变为现实’，所以，参与方都在看同济，因为美方选中的中方合作单位就是我们。”
“超高层建筑的设计科研千载难逢，再大的困难我们也必须上。”何志军一再重复丁洁民院长近几年挂在嘴边的话。上海中心结构之难，主要难在尺度巨型化、幕墙问题和塔冠三方面，用何志军的话来说，就是强筋骨、穿衣裳、戴帽子。
先说强筋骨。常规建筑，我国都有规范，按照规范就能把水泥、钢筋、玻璃等一一用妥帖，所以建筑设计方案出来之后，一句话“按相应规范操作”就好了。可是上海中心没有现成规范可以套用。就说钢筋吧，普通建筑钢筋直径两厘米就很粗壮了，但上海中心的钢筋直径是40厘米。一个普通工人平时可以扛三五根钢筋，可是直径40厘米的钢筋一根都扛不动。还有钢板，普通的两三厘米就够厚的了，可是这里的厚度是10厘米；还有巨柱，上海中心有8根，从地面直通545米的高空，每根柱子的截面积就有20多平方米，比一般的客厅还大。“课堂所学的知识和平常的经验，在这里都变得苍白无力了，这里的尺寸和问题用常规的方法无法解决，全是非常规的。”何志军说，所以建筑设计院依托学校的强大科研力量，申请了专项课题，集中全校的智力，攻坚克难。“丁洁民院长带着我们一边做设计，一边研究、学习，改动的东西很多很多，难以计数，最后一步步把图纸变成了分项工程，化作施工图纸。”何志军说，“4年来，设计院安排我全力以赴盯着上海中心的结构设计，丁院长说其他任何事都不用我干。忙的时候每天去一趟工地，刚开始的时候没有电梯，爬上爬下只有走，一天上下20多层好几趟，改动了很多原始方案。这栋楼是几何非规则的形态，形态下大上小，巨柱往上肯定要减量，但具体尺寸多少合适？没有同济强大的科研团队支撑，这些都是无法完成的任务。还有结构层里插满了、放满了各种各样的钢构件和设备，它们的协调与和谐，没有智慧和勇气也是不可能解决的。”
再说穿衣裳。外面看，尤其是在晚上，大楼核心筒与表层之间的灯光会把建筑蝉翼般的轻盈诠释得淋漓尽致，塔冠则是巨型显示屏，再加上数百米的“龙沟”——“V”型槽的奇幻灯光秀，上海中心大厦一定会夺人眼球。可是，要用桁架和圈梁把刚劲的核心筒与相对柔性的“衣裳”连到一起，且保证安全地使用，里面有多少问题需要解决？“想想看，万一衣服穿得不合适，上海中心掉下一块玻璃来，会造成什么后果？”何志军介绍，最开始以为解决主体，核心筒做好，把圈梁挂上去就好了。可是，“圈梁呈不规则的三角形，还开了一个‘V’槽，围着中心一圈绕过来是300米，‘拎’着圈梁的钢悬臂长的十几米、短的三四米；整个圈梁叠起的高度是60米，糖葫芦一样一层层、一圈圈垂下来：由于悬臂长短不一，其受力情况根本无法一致，会拉着扯着外面的‘衣裳’像锯齿一样，参差不齐。”这样的衣裳如何穿？设计院在总课题中专门设置了5个幕墙子课题，其中包括玻璃幕墙的支撑体系和安全，超高层建筑自身变形与幕墙系统的协同设计，特殊形态幕墙舒适度，超高层建筑维护清洗体系等，“不仅考虑眼前，还要谋划未来。”何志军介绍说，随着研究的深入，设计方案一再优化，最后确定“每层25个点，伸出的桁架挑起圈梁，犹如人伸直手臂提水，让其步伐一致地提起2500吨的幕墙。”还有，幕墙的玻璃贴在外面，每一块都是要跟着大楼的晃动摇来摇去，最大摇幅达到0.8米，接近一块玻璃的宽度了，想要不被挤碎，必然要为这些玻璃装上自由活动的“关节”。“美方为了保险系数大，采用军工产品，整个幕墙造价逾10亿，最后同济团队将这些‘关节’成功国产化，节约资金2亿多元。”何志军介绍，随着工程实施，现在每天都在顺利建造，美方不再提“不能改设计”了，主结构设计可以改了，幕墙设计也改了，很重要的原因就是，同济人成功地让大楼穿上了原始方案中根本无法穿上的“衣裳”，极刚的核心筒和极柔的玻璃幕墙现在和谐联动起来了。
三是戴帽子，塔冠如何戴上去？塔冠建设之难，难在核心筒先是混凝土结构，后变钢结构；先是圆角的三角形，然后将八角钢结构筒套上去并长高，从562米处开始一直长到632米。塔冠之难，不仅是自身结构的形状、材质变化多端，建造极难，塔冠上还要放下千余吨的阻尼器、风力发电机组等等各种巨大尺度的设备，这些设备把塔冠空间几乎塞满。“美方的初始设计很干净，离落地（施工）也很远。现在经过无数次修改，同济人将其难以落地的‘症结’找到，初始方案中很多理想化的设计现在都优化变成了实施方案。”何志军介绍，一场场硬仗打下来，现在大家都说“有难事找同济”。在这场大会战中，何志军自身也收获了很多。他先是被设计院“丢”进泳池，呛水、“狗刨”都用上了，现在他已经成为一名游泳高手，颇有从容淡定的风范。
出彩之处难以计数
近一个月的采访中，记者感触最深的并不是上海中心大厦工程的难度，而是大家的敬业精神和画出精彩之笔后的兴奋之情。
丁洁民院长在一次学术会议上介绍，上海中心建设至现在，还没有发生一个构件、一块玻璃返工的事情，而这正是得力于BIM技术的全面运用。BIM全称建筑信息模型（Building Information Modeling），是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，在电脑中构建建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，它具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点。但当初是否采用这项技术，各方的争议较大，以同济为主的设计方力主其应用，理由是：如此巨量、复杂的异型建筑，往往改动一根桁架牵动的就是全身的筋骨，修改一块玻璃的形状，成千上百块玻璃就跟着改变形状，BIM的多方联动、可视、可模拟等特性正可为这样的工程开路架桥。“有一次会议我们改动的钢结构方案，一次就节约了一万多吨钢，没有BIM，这些都是难以实现的。”陈继良介绍，上海中心的受力钢圈梁根都生在结构层，由伸臂桁架撑起来，就如同女性穿的大伞裙，结构层上的圈梁如同伞裙的“腰”，它提着的15层楼的玻璃重约2500吨左右。关键是这栋楼外面的伞裙是渐上渐收缩的，并且几乎每层一度旋转着往上。这样一来，可以说外面的“衣服”没有任何一块玻璃是一模一样的，“没有BIM，这是不可想象的。”负责大楼外层设计优化的建筑设计院的高一鹏介绍。他一边说一边让记者看电脑中的BIM模型，随着鼠标的游动，我们一会儿就到了121层，就是建成后的观光层。“这是世界上最高的露天观光层了，既可以仰望星空、风力发电机组，也可以俯视万家灯火、璀璨都市。”一会儿我们又来到塔冠那条窄窄的、蜿蜒盘旋愈旋愈上的坡道上，“这里吊着的就是擦窗机，可以顺着坡爬来爬去，整个塔冠部分它都能打扫得到。”没想到，电脑中还可以这样在建筑里外自由进出、俯仰盘旋着看图。“这都是BIM给我们带来的体验。”高一鹏说，大楼里，给排水、天然气、各种缆线太多了，往往被集中放置在狭小的空间里，在建设中挪动位置、重新置放也是经常发生的，“有了BIM系统，这种牵一发而动全身的设计就方便多了。”
翅片，是一种在密闭式高楼内用散热方式消除玻璃雾化的装置，其形如同翅膀，故有此名。翅片的研发正是我校设计团队主导完成的。“上海中心大厦外层全是玻璃，如果蒙上一层牛奶一样的薄雾，就称不上美丽优雅了。”周瑾说，必须想办法解决这个问题。于是大家努力半年多，攻克了如何在有限的截面空间内安置超常规数量的除雾设备，如何保持百米内45台设备单元的散热量均控制在一定数值内，如何保证接头部分一次安装无泄漏、三十年无泄漏等一系列技术难题。“想看翅片？它们都躲在钢构件里边，紧挨着玻璃，看不见的。”面对记者的好奇心，周瑾笑称，有了它，大楼就会时刻保持通明透亮了。
精彩的故事还有很多。“大楼建设需要50多万方混凝土，带来的是建筑质的变化。”“V型槽作为巨大的显示屏，它的120度旋转带来的问题也是极其复杂的，今天它越长越高了，也会越来越靓丽的。”“300多米的高度，一根管子就上去了，那水压会让管子难以承。我们的方案有道理，美国人就同意改了。”“保证玻璃自由滑动的‘关节’试验今年春节做的，开学前夕完成了。”“这些年忙着赶工，现在我们要把攻坚克难的探索和思考沉淀下来，形成文字供后来者借鉴。”设计科研团队成员纷纷表达类似的感受。
“我们收获很多”
来看看上海中心的成长记录吧：
2008年6月，上海中心方案撩开面纱，紧接着同济受邀成为中方设计协作单位；
2008年11月29日，工程桩施工开始；
2009年10月，主楼基坑开始开挖；
2010年3月29，主楼大底板混凝土浇筑完成；
2013年8月3日，上海中心结构封顶。
伴随着这些数字，是参与人员无数的付出、无数的汗水，还有数不清的会议、争论。在同济建筑设计研究院，记者想找这些记录看，每一位参与人都说：太多了，看不完的。记者最后随机抽取了几分会议记录进行详细了解。
日期为2009年8月5日的“绿色建筑第八次例会”讨论的内容包括中水回用、电机耗损、雨水收集计算、中庭换气等，与会方包括业主、设计管理、美方设计、同济建筑设计院等8家单位，“经讨论，建议首先在8月中旬的绿色三星预评估专家会议上先与专家确定中水回用率的计算方式、处理方法，然后根据确定后的计算方法来计算需多少中水来补冷却塔。”“晋思建筑事务所应在下周五下班前将中庭换气装置的工作原理及说明提供给业主。”
再看2011年6月28日的“上海中心大厦四性试验方向讨论会”的纪要，参加者包括同济设计院的高一鹏在内的30余人。会议记录称，远大公司针对A幕墙的四性试验前后做了三版，是否需要把结构支撑放入实验，希望通过会议讨论明确实验的目的。厂方远大认为：“四性试验主要是为了检验幕墙的性能，如果支撑结构力学指标计算精确，可以不考虑结构构件纳入试样。如要模拟钢结构变形，试验会变得非常复杂，各方面力、变形的影响是否与实际工况相吻合，需要设计、机施共同讨论，希望今天有一个结论。”业主负责人明确要求“四性试验是否要做结构支撑，明确要做。如何来做，同济设计院、总包要积极参与，尽早明确技术方案。”而远大也指出：“结构变形，不均匀沉降，需要看到同济的报告，有关试验带结构，同济设计院要细化技术指标。”很明显看出，同济起到了技术核心作用。
这样的会议纪要，还有上千份，从桩基设计风荷载取值、83层以上施工图、垂直交通、消防专题、机电问题、幕墙、塔冠、擦窗机、中庭翅片散热、结构协调、供电、防雷、室内优化、阻尼器、反光照明，到观复博物馆的进场等等，内容十分广泛。
“这辈子能赶上这样的一次机会，再苦再累也不算啥。”“领导在动员会上说‘同济不上谁上？’这么强的学科，这么强的设计能力，这样伟大的工程，这么多人在看着，同济当然要上。”参与设计、科研的人员纷纷表示。
“经过上海中心大厦设计的锻炼，这些年同济建筑设计院内又有一大批年轻人成长起来了。”校长助理、设计院院长丁洁民说，“这批经过上海中心项目洗礼的人才，是我们最可宝贵的财富。”
