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--本文由日經BP社提供
【日經BP社報導】世界最高的電視塔「東京晴空塔」終於完工了。這座聳入雲霄的電視塔基本上按照計劃,僅用了約三年半的時間就建成了。能夠在短時間內完工使用的關鍵,在於日本的建築公司大林組沒有丟棄需求較小的特殊施工方法。
從2008年7月14日開工建設,歷時1326天,世界最高的自立式電視塔「東京晴空塔」終於在2012年2月29日完工了(世界最第一高樓還是杜拜哈里發塔)。這一天,東京及周邊地區從淩晨開始迎來了一場大雪,塔頂朦朦朧朧地看不清楚。當天承建商大林組把東京晴空塔移交給了運營公司——東武Tower Sky Tree公司。晴空塔預定在5月22日開業。
負責施工計劃和技術管理的大林組東京總部的建築業務生產技術部長田邊潔坦率地說:「只要肯花時間什麼問題都能解決。不過,在三年半這麼短的時間內建成晴空塔則是一件充滿困難的事。」
晴空塔的高度為634公尺(台北101為509.2公尺)。而高296公尺的橫濱地標塔也是歷時約三年才完工的。簡單計算的話,晴空塔的建設速度為地標塔的兩倍以上。實現這個速度的秘密就在於施工方法。
「特殊工法部」的技術是關鍵
建築物的高度越高,施工時受風雨和地震等的影響就會越大。由於晴空塔的建築材料大多採用鋼鐵材料,焊接作業不可缺少,因此在雨天或是濕度過高時就無法進行作業。另外,如果風力太強,就不得不停止起重機作業。
田邊部長說:「雖然我們有豐富的200公尺左右超高層建築的施工經驗,但634公尺對我們來說卻是個未知數。高空作業的氣象條件誰也說不準,能夠作業的天數真正有多少也無法預知。」人在與自然作鬥爭的過程中處於劣勢。考慮到這些因素,大林組選擇的方法是通過技術規避氣象風險,從而確保建設不可缺少的工期、安全和品質。
大林組最終想到的是,把電視塔的上部和下部分別在地上組裝好,然後將上部安裝在下部上,從而大幅縮短工期的方法。
按照一般的想法,應該是在地下打好地基後,再建造名為「心柱」的電視塔中心部混凝土圓柱,同時在其周圍搭起鋼架。心柱在地震時可作為減輕電視塔搖晃的減振系統發揮作用。
晴空塔的橫截面在下方是三角形,往上逐漸轉變為圓形。其工藝非常複雜,以至於「搭建所用鋼架沒有一件是完全相同的」。從心柱開始建造,更容易提高施工精度。
然而,大林組卻打破了這種的固有觀念,通過「頂升施工法」實現了前面提到的想法。具體作法是打好地基後,先不建造心柱,只把周圍的鋼架搭建至與第一瞭望臺相同的高度。然後,在搭建上部周圍鋼架的同時,在用於建造心柱的空閒空間裏,組裝用來安裝塔頂數位廣播天線的鐵塔(天線增益塔,Gain Tower)。
天線增益塔完工後將其快速吊起,在安裝天線的同時將其設置在電視塔的頂部。另外,天線增益塔的長度約為240公尺,相當於在塔內懸吊了高度與東京都廳基本相同的物件。
在建造心柱之前的塔內空置空間,組裝高約240m的天線增益塔。完工後將其一口氣升吊至頂部 攝影:大林組
雖然想出了解決辦法,但將這種大膽的施工法應用到實際中並不容易。大林組之所以能成功做到,是因為擁有能在建好塔身後,在塔內快速建造心柱的方法——「滑模(Slip Form)施工法」。
通常的施工順序是搭建鷹架設置模板,澆築混凝土後去掉模板,最後拆除鷹架。這就需要反覆實施這種作業,不斷地往上搭建鷹架。而滑模施工法則由專用設備來搭建鷹架、設置模板、進行混凝土澆灌作業。澆築混凝土後,設備會自己一點點地往上走,因此無需重新搭建鷹架等作業。
滑模施工法並不是一種新技術,在煙囪和筒倉的施工中均使用過。但是,好幾年才會接到一次能用到這種施工法的訂單。與大林組競爭的大型建築商為了實現經營資源的效率化,都早已捨棄了這種施工法。
然而,大林組中一個叫做「特殊工法部」的部門保留了這項技術。田邊部長介紹說,「大林組的傳統是,對於花費時間開發的重要施工法,即使市場需求較小也要保留下來。正是這一傳統使得晴空塔的超短期交付成為了可能」。
帶節壁樁,以及將其連接起來的三根壁樁支撐著塔體。由於壁樁只需很小的體積即可,因此減少了挖土量,縮短了施工週期
特殊工法部保留下來的其他技術,也為晴空塔的短期完工做出了貢獻。比如名為「節壁樁施工法」的基礎工程技術。
為了防止建築物倒塌,或因頂部的搖晃而導致塔體從地面被拔起,在進行基礎工程時,地下的堅固地基中固定有鋼筋混凝土樁,然後在其上面建造建築物。
通常使用的樁是圓柱形的,隨著建築物體積的增大而增加數量。即便如此仍無法抵抗搖晃的大型建築物中,會採用形狀像牆壁一樣的樁(壁樁)。原因是與圓柱形樁相比,壁樁的截面積更大,地面與樁之間的摩擦力可以發揮很大的作用。通常不使用壁樁就無法抵抗搖晃的建築物較少,因此許多知名建築商都把壁樁施工外包給了專業承包商。
而大林組則一直堅持進行壁樁的技術開發,並由自己來施工,施工業績遠遠超過其他公司。晴空塔中使用的節壁樁施工法(在牆壁形狀的樁上面附帶節),是在約9年前開發出來的自主技術,現已獲得專利。
高634公尺的晴空塔底部由三隻「腳」支撐著,這三隻腳構成了邊長僅約70公尺的正三角形。每當電視塔因地震和大風而搖晃時,這三隻腳會在上下和水平方向受到強大的力量,因此壁樁是必需的。
實際上這三隻腳是嵌入地下的三個帶節壁樁,壁樁之間用巨大的牆壁(地下連續壁樁)連在一起。由三隻腳和三面牆構成的巨大三角形作為「根基」,支撐著塔體。與普通的壁樁相比,帶節壁樁能夠以較小的體積支撐相同大小的建築物,因此可以減少挖土量,縮短施工週期。
施工過程中遭遇東日本大地震
東京晴空塔在施工的最後階段遇到了東日本大地震,而且田邊部長表示「是在頂升施工法的最後階段,當時正在進行天線增益塔的升吊作業,時機真是非常不湊巧」。
地震後,塔頂向水平方向傾斜了1.4公尺。地震發生時身在塔頂的50名施工人員事後說道:「當時覺得這下要完蛋了。」然而,塔身毫無損壞,施工人員也都平安無事。
晴空塔具有即使發生千年一遇的巨大地震也會安然無恙的抗震性。不過,這終歸只是完工之後的事情,在施工過程中並沒有這種抗震性。因為擁有減震功能的心柱是在後期建造的。施工期間的安全性與完工後的安全性需要分開評價。
如果在施工過程中要求具有與完工後相同的抗震性,那麼成本就會無限度地增高。如何平衡安全性和經濟效益呢?大林組面臨艱難的選擇。最後大多數的觀點都認為,工期在半年左右的大廈,在施工過程中不會出現巨大地震。
大林組一開始就想出了即使發生此次這樣的大地震,也不會造成損壞的對策。然而,開工前為了在更為嚴峻的情況下也能抑制惡劣影響,大林組改變了之前的設想。追加了在起重機與塔體連接的部分增設減震阻尼器等對策。
雖然遭遇大地震,但塔體和施工人員都平安無事。通過減震阻尼器將上方的起重機與塔體連接在一起的對策發揮了作用
田邊部長表示:「我們不能眼看著成本增高,因此設想能不能通過其他部分來減少為提高抗震性能而上漲的成本,最終對施工方法和施工流程等從整體上進行了改進。」結果,東日本大地震造成的影響僅僅是電梯工廠因受災而推遲兩個月交付使用。
前所未有的高度,鋼架沒有兩個是相同的,顛覆固有概念的施工方法——晴空塔的施工過程中匯集了打破常理的各種嘗試,所以能平安地在短期內交付使用。毫無疑問,在經歷過晴空塔的建設後,日本的建築技術實力以及建設大規模項目的管理能力會更加強大。(記者:山根 小雪,《日經商務週刊》)
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