摘要：上海中心大厦的结构特点决定了其施工过程中各专业的管理难度比常规工程项目要大许多。结合实际施工，从管理体系、管理措施、实例分析等方面入手，以一体化理念全面阐述了针对超高层建筑复杂钢结构的深化设计与管理，所形成的管理技术可供类似工程参考。
 
1  工程概况
1.1工程深化设计特点及难点
      上海中心大厦结构超高、体系复杂、施工界面多、深化工作量大且面广。作为钢结构施工的首道工序，深化设计进度、质量的好坏直接影响工程建设，因此深化设计管理任务非常之重。
该工程钢结构深化设计难点主要如下。
      1）空间关系复杂，外幕墙支撑结构扭转向上，造成其与主体钢结构关系错综复杂又相互关联；
      2）核心筒墙内埋设剪力钢板、劲性结构多，土建钢筋与钢结构相互干涉，施工流程搭接、钢筋连接方式等都对深化带来影响；
      3）主楼共设置了8道桁架层，与外框12根劲性巨柱和核心筒构成整个建筑主要受力结构体系，构件巨大、节点复杂、钢板超厚（达120mm），给运输、安装带来很大难度。
      综合考虑各方因素，从而确定合理的连接形式、分段方式，确保桁架施工质量满足设计要求。
1.2应对措施
      基于上述这些分析，我们在深化设计中提出了一体化设计的理念，即通过BIM技术将钢结构、幕墙、土建、机电等不同专业整合，并做了大量设计延伸工作。将设计没法考虑或考虑不够的地方，包括碰撞检查、节点构造都通过模型加以解决，并通过虚拟模拟技术发现施工中可能存在的问题。这是对传统结构施工工艺的一大创新，社会效益和经济效益良好，一体化设计理念也可为今后重大工程建设提供重要平台。
 
2  深化设计管理体系
      上海中心大厦工程的施工图深化采用国际通行的“谁承包谁出深化图（shopdrawing）”的做法。分包商承担各自的深化设计工作，总承包负责对各分包商的深化设计工作进行统一管理，以避免图纸上的混乱，影响工程进度和质量。
2.1组织架构
      上海中心大厦采用总监负责制，由钢结构幕墙总监全面负责钢结构幕墙管理，下设钢结构、幕墙深化负责人，在项目总包设计协调部统一管理下，组织协调各专业分包具体深化设计，并与设计方建立沟通渠道，保证深化处于良好受控状态。
2.2管理流程
      上海中心大厦钢结构幕墙部全面负责管理钢结构的深化设计，包括深化设计质量、进度、图纸审批等内容（图1）。
2.3管理原则
2.3.1是否满足结构设计要求
      钢结构深化设计应以结构设计图纸为依据，并针对钢结构工程的特点进行更为详尽的阐述与说明。当出现无法满足结构图纸设计要求的情况时，应及时与设计方沟通，以便进行调整或优化。最终出具的深化设计图纸必须由设计单位确认后方可实施制作与安装施工。
2.3.2是否满足施工工艺要求
      钢结构深化设计必须考虑加工制作、构件运输及现场安装施工各个环节的要求。在构件分段划分上，首先要满足现场安装工艺需要，主要受起重设备、起重质量制约；其次，要考虑构件运输，特别是构件制作厂与安装工地不在同一城市，相距较远时，要结合不同的运输方式加以考虑；第三，还要结合制作单位的加工设备能力，包括焊接设备、起重设备、机加工设备等。在节点构造设计时，要考虑操作的可行性。
2.3.3是否满足相关专业要求
      相对单位工程而言，钢结构工程只是其众多专业工程之一，不可避免地存在与其他专业交叉施工的问题，深化设计期间应全面分析考虑各类问题，并提出合理的解决方案。比如劲性结构土建钢筋问题、设备安装开孔问题等。
 
3  深化设计管理措施
3.1统一设计软件
      由于工程体量巨大，按照标段划分，钢结构加工制作由国内知名企业承包，各家分别承担自己合同范围内的钢结构深化设计工作。为便于管理，对深化设计采用的Tekla软件进行了版本号的统一。
3.2统一编号系统
      构件及图纸的编号是一项细致而重要的工作，对工程的顺利进行和管理具有重要作用，尤其对于上海中心大厦等超大工程，从数十公斤的小构件到几十吨的大构件，数量繁多，编号的正确性显得更为重要。构件的编号，方便了生产加工、现场安装的计划排定及监督管理。
3.3模型整合
      上海中心大厦不同于一般的超高层建筑，造型独特、结构复杂、界面交错、专业众多。钢结构、幕墙、土建、机电等都有自己的深化队伍，各方深化内容往往着重于本专业承包范围，而作为总包方，必须要从整个工程出发，全盘考虑。深化设计不同于设计院施工图设计，其工作实质更贴近实际施工，不仅涉及到相关专业界面问题，而且考虑可操作性及便于现场施工，协调工作量多、难度大。首要工作，也是深化设计的一个重要环节，就是模型整合，这既是对设计施工图正确性的有效检验，也是深化设计自身构造要求的真实反映。
3.3.1建筑结构合模
      由于上海中心大厦建筑形态复杂，外幕墙的扭转，带来主体结构也顺着旋转，造成每个楼面都不是标准状态。而深化设计的依据主要是设计院平面的施工图纸，平面图纸没法有效真实反映设计图纸的正确性，因此，为确保建筑形态正确，首要一步就是进行建筑结构合模。
     1）通过BIM软件分别建立外幕墙和内部钢结构的三维模型。
     2）碰撞检查。
      通过模型整合，可以很直观地发现幕墙与钢结构碰撞干涉之处，然后将这信息反馈给设计，并为设计进行调整提供具体参数尺寸（图2）。
3.3.2钢结构自身合模
      通过前期对建筑和结构的合模，确定结构正确的定位尺寸后，接下来就是钢结构自身的模型整合问题。由于钢结构深化设计最主要解决的是节点的构造问题，这里牵涉到的主要为主体钢结构与幕墙支撑钢结构的相互关系。幕墙支撑钢结构径向支撑穿过凸台钢箱梁，支撑到楼面边梁上。通过模型，可以清晰地看到两者之间非常复杂的空间关系。如果在对主楼进行深化时，只考虑本体节点构造，而没有对幕墙钢结构很好地一并考虑，那深化出来的节点等到实际施工时，必将带来很大的问题，造成现场的返工，从而影响施工进度并产生经济损失（图3）。
3.3.3钢结构与土建之关系
      上海中心劲性结构多，体现在核心筒内有劲性钢柱、钢骨梁、剪力钢板；外框有12根巨型柱，内为巨型钢骨柱。钢结构深化的首要难题即是如何处理土建众多钢筋与钢结构之间的连接节点关系。
      首先，要求土建施工单位按设计施工图纸，对劲性结构尤其是节点区的钢筋布置进行放样。连接节点形式主要分为钢筋直接穿孔、套筒接驳和连接板钢筋搭接等几种。
      然后，土建将钢筋连接方式提资给钢结构深化单位，由钢结构建模深化。通过三维建模，能够很直观地表现出原有土建提资方案是否可行，并且钢结构、土建，必要时会同设计等一起围绕模型确定最终钢筋连接和布置方式，在提高深化设计效率的同时，最大限度地避免现场施工时的返工或差错（图4）。
4  深化实例：巨型桁架深化
      上海中心大厦一共设置了8道桁架层，其中2、4、5、6、7、8区桁架层由伸臂桁架、环带桁架、径向桁架组成，1、3区桁架层仅设置环带桁架和径向桁架。伸臂和环带桁架层高2层，径向桁架高为1层（图5）。
4.1分段位置确立
      分段位置一般根据起重设备、施工工艺、构件运输等几方面来确定，而对于类似上海中心大厦桁架层超大结构分段，几个环节都很重要。
      1）起重设备。上海中心大厦选用了外挂爬升的M1280D塔吊，根据起吊半径，其最大吊装质量为100t，扣除吊钩及钢丝绳，安全考虑吊装构件控制质量90t以内。
      2）施工工艺。钢筋混凝土核心筒-外框钢结构结构体系的超高层施工一般都采用核心筒领先外框的施工工艺。针对高逾600m超高建筑，虽然核心筒施工采用了安全性能较高的整体钢平台，但还是给钢结构施工带来了一定的影响和制约，主要反映在对伸出核心筒构件的尺寸限制。图6中，阴影部分为伸臂桁架锚入核心筒内，交界面为核心筒外墙线，根据钢平台工艺，分段位置控制在距墙600mm处。
      3）构件运输。现在构件运输一般以水运和陆运为主，相对而言，水运构件尺寸可稍许大些，但即使水运，从码头卸货后构件运到施工现场还是要走公路，因此，构件外形尺寸仍然受到一定限制。由于巨型桁架实在太大，如果单方面顾及运输尺寸，而将构件分得太小，则现场接头增多，施工措施增加，吊装效率大大降低，质量、安全、进度均受到很大影响。为此，经综合考虑，决定将构件宽度限定在6.5m之内。
4.2节点形式确立
      8道桁架层作为整个结构主要的受力构件，其重要性直接影响整个建筑的安全性，设计方对于其质量控制非常严格。原结构设计公司针对桁架现场连接节点都采用高强螺栓接头形式，在深化时，按照接头等强连接计算出的1个接头螺栓数量惊人，达800多个。按照这个方式，构件分段非常大，无论对构件运输还是现场吊装都不现实。最终采取部分螺栓部分焊接的节点形式，并提出了切实可行的施工方案，经专家评审论证通过后实施（图7）。
4.3深化放样
      在确定了构件分段方式和节点形式后，就进入实质深化放样阶段，这个过程其中一个关键点是构造处理，另一个就是与相关专业的配合。
 
5  结语
      对于类似上海中心大厦的超高层钢结构，传统的依图深化设计思路已不能满足工程建设之需要，模型化、一体化设计理念在钢结构工程管理中是发展趋势，能够更有效地控制工程深化设计质量、进度，从而将钢结构工程管理提上一个更高的平台。