上海浦东陆家嘴是全国著名的金融贸易区,在她的黄金腹地分布着东方明珠、金茂大厦等知名建筑。建筑主体高达492米的上海环球金融中心也将于2008年奥运会前建成并投入使用,届时,内地第一高楼将正式落户申城。
上海环球金融中心始建于1997年,2007年9月封顶,为钢筋混凝土组合结构和钢结构,总建筑面积38.16万平方米,地上101层,地下3层,是一座以办公为主,集商贸、宾馆、观光、会议等功能于一体的多功能综合性大厦。从外观上讲,上海环球金融中心是一个正方菱形的柱体,由两个巨拱相交而成,并逐渐向上缩窄,在建筑最高部分的中心位置是一个倒梯形的风洞。
对于此类超高层建筑,地震和风摆是设计和建筑阶段必须考虑的两个问题。由于上海环球金融中心的受力结构组成多样,包括核心筒结构、巨型柱、巨型斜撑、带状桁架、伸臂桁架、转换层桁架、劲性桁架以及90层以上的压顶桁架,因此,为了确保大楼的稳固,设计和建造者们采用了多种方法,用尽各个受力点,最终实现了“特一级”抗震标准。
首先,从建筑的设计上入手。一是在顶部设置一个风洞,以此减轻强风对建筑主体的冲击力,降低风摆。二是在90层安放两个风阻尼器。风阻尼器是一种利用传感器探索强风的装置。强风来时,它可以通过计算机控制装置内部重约150吨的配重物体,进一步抑制建筑物因强风引起的摇晃。三是在地下埋进2271根桩基。这些桩基最长约78米,重达17吨。所有桩基所用的钢管总重量约2万吨,连起来的长度达到88.67公里,以此从根本上保证了建筑的稳固性。
其次,从建筑的具体施工上下功夫。建设者们尽量采用质量最好的产品,使用最合适的工具,以最快的速度完成施工。这一点,单从建筑的后期建设就可一窥全貌。
在后期建设中,消防系统的施工成为一个主要问题。由于受到当今灭火技术的限制,对于一个垂直街区来讲,它自身的灭火能力是能否保障安全生产的重要因素。
消防系统需要解决的问题一般包括管道、管道连接方式、阀门、喷淋头以及其他消防配件产品。管道材质的选择相对简单,按照实际的需要,上海环球金融中心选择了具有消除自身震动能力的球墨铸铁管道作为消防系统的主要载体(饮用水使用不锈钢管道)。至于管道的连接方式,目前主流的施工方法分为三类:即焊接、法兰连接以及沟槽式机械连接。
焊接是一种通过加压或加热或两者并用使两焊件连接在一起的方法。这种方法初期成本较低,但在施工过程中,施工人员需要拥有较高的焊接技术,劳动强度大,并可能引起火灾;在使用过程中,焊渣还可能会堵塞阀门等设备。由于只能直接承受外力的冲击,所以抗震能力较低。使用寿命较短,后期维护费用高。
第二种方案——法兰连接是将两套管道、管件或器材,先各自固定在一个法兰盘上,然后在两个法兰盘之间加上法兰垫,再用螺栓紧固在一起的连接方法。法兰初期成本相对较高,对扭矩和密封的要求很高,定位较困难,但安装速度快于焊接,且无需明火,比较安全。存在抗震法兰,但价格高于普通法兰。使用寿命较长,后期维护费用较低。
最后一种方案——沟槽式机械连接是在两配管端部开槽后,将卡箍(内衬密封圈)卡入沟槽内,再用扳手拧紧卡箍上的螺栓的连接方式。相对法兰来讲,它的结构更加简单,安装时无需特殊的专业技能,普通工人经过简单的培训即可操作。产品大部分的精细技术已经以工厂化的方式集成到了产成品中,因此最大限度地简化了现场操作的技术难度,一处管件的连接仅需几分钟时间即可完成,既节省工时,又将人员技术差异化带来的工程质量差异降低至最小,提高了工作效率。除此以外,这种接头内部的密封圈在实现密封功能的同时还具有缓解外力的作用,因此这种连接方式的抗震能力较强。拧紧的螺栓可以同时起到紧固和密封的作用,在管道内有物质流经时,会对密封垫圈产生压力,因此不会有向外泄漏的可能,“三重止漏”令这种连接方式的密封效果非常好。使用寿命长,后期维护费用较低。
下图简单对比了这三种连接方式。
连接方式
价格
有无明火
安装速度
抗震能力
使用寿命
维护成本
焊接
低
有
慢
低
短
高
法兰连接
较高
无
较快
较低
较长
较低
沟槽连接
较高
无
快
高
较长
较低
需要高安全性能和快速安装的上海环球金融中心最终权衡利弊,结合建筑实际特点,为其消防系统选用了沟槽式管道连接解决方案,同时也选择了该连接方式的发明商、迄今为止仍是该行业领军企业的唯特利○1公司作为产品的供应商。
在具体的施工过程中,由于产品自身的结构优势,施工人员可迅速学会如何正确安装并直接进行目测检查,在遇到需要变更的时候,可方便、快捷的拆卸并重新安装,所以节省了大量工期。
除接头、管配件以外,唯特利还生产诸如阀门、喷淋头等全套的消防产品。此次,它即为上海环球金融中心的消防系统提供了一站式的解决方案。这个项目要求在符合各种消防需求和保证工期的情况下,选用占地面积尽可能小的产品,以此提高建筑的可用面积。因此在这套方案中,唯特利选用了07年投入中国市场的FireLockNXT系列S/769雨淋阀和S/759湿式报警阀。FireLockNXT系列阀门的共同特点是对操作压力的要求低,反应迅速,送水速度快,没有气水压差,隔膜强度高,摩擦损失小,安装速度快,外形结构设计紧凑,占地面积小。同时,这两种产品还有其各自的特点,S/769雨淋阀的突出特点是耐压高,适用于存放易燃材料的仓库等区域;S/759湿式报警阀因为配有一条旁路水管和一个旋启式止回阀,可允许系统压力冲击进入报警止回阀阀瓣之上的系统而不会启动机构。另外,它自身可选配的延迟器可有效帮助防治压力冲击过程中出现错误报警。
针对建筑自身的具体要求,唯特利主要为上海环球金融中心提供了V27和V38两种系列的喷淋头,以此作为建筑自身的日常防火保护装置。
另外值得一提的是,唯特利独有的泵房系统解决方案因为其占地面积小、安装快捷、后期维护简单等特点,快速、简单、高效地解决了上海环球金融中心泵房系统因为空间有限、管道压力大而面临的种种难题。
结论:
超高层建筑在设计和施工阶段需要考虑建筑物本身应对地震和风摆的能力,但在注重质量的同时也需要兼顾工程的进度。消防系统是能否实现安全生产的重要因素,需要既能高效抵抗和缓解强力,又能快速安装的产品保障系统的安全,进而保障建筑整体的安全。事实证明,沟槽式机械连接拥有快速施工的安装能力,优良的外力缓冲性能,适于超高层建筑内管路的连接工作。同时,随着对建筑物中可用面积占建筑面积比要求的不断提高,各种基础设施,如消防系统的产品体积在不断缩小,因此,结构紧凑型产品将成为消防市场的发展趋势。