1、1 国家大剧院工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴 212.2m，南北短轴143.64m，总高度46.285m，总投资38亿。内设歌剧院（2416席）、音乐厅（2017席）及戏剧院（1040席）及公共大厅等。屋面采用钛金属板，整个网壳外环绕人工湖（35500m2），各种通道及入口均设在水下。设计者为法国 巴黎机场公司安德鲁建筑师，北京市建筑设计研究院参与主体设计。美国今日 美国报评论认为，国家大剧院的落成象征了中国强大的经济实力，并将吸引国 际文化产业投资。案例:国家大剧院国家 大剧 院建 筑设 计方 案为 法国 设计2国家大剧院设计师 保罗安德鲁国家大剧院由法国设计师保罗安德
2、鲁设计。事实上，安德鲁只是 提出了一个设计概念和要求，而具体的施工图设计大多是由北京市 建筑设计研究院完成的，这就导致了设计方案和施工图不匹配的问 题。我国没有能独立完成EPC或DB的工程公司。3由于国家大剧院地处特 殊，于天安门广场附近，按照规定国家大剧院高 度不能超过46公尺（米），唯一解决办法是，将 建筑物往下盖。施工约束条件1.高度不能超过周围建筑物国家大剧院地下建筑深 达32.5米，大部分建筑 物必须埋在地下。这大大提高了施工难度 和工程造价4工地下方18米处，有一条地下河流-永定河。在如此高的水位上作业，任何挖掘和震动都会增加土壤中的 水压，使地基不稳定，地质学中称 之为“液化作用
3、”。工程师必须设法不 让地下水渗入地基，否则将使天安 门广场附近建筑物发生形变甚至倒 塌，后果不堪设想施工约束条件2.不能对周围建筑产生破坏解决办法：抽水、防堵首先用28台抽水机每天抽掉50万加仑（约1800吨）水，持续7 个月，以降低水床防堵抽水接着用1万多立方米的防 水水泥打造约1米厚的地 下防水墙，以防止地下 水渗入到挖开的工地。5由于施工所在地土质不 良，无法得到施工所需 的稳定地面，地桩无法 完全固定，因此施工人 员不能只挖出标准或者 深入的地基，还要设法 解决地面压力问题。施工约束条件3.地质不良产生地面稳定性差解决办法：浮床在地面铺上场213米、宽144米的浮床，中间留有一个空洞
4、。浮床空洞能使建筑物产生的 下压力均匀分布，产生 施工所需要的全面稳定 性6北京的恶劣天气举世闻名，且处于 极其活跃的地震带上。强风和地震 是两个看似不相关，实际上却紧密 联系的问题。建筑物要求在季节性 强风下表现出较好的刚性，而在地 震状态下，要保持足够的弹性，以 免建筑物倒塌。施工约束条件4.地震、强风等自然条件的挑战解决办法：隔震轴承隔震轴承在长跨距桥梁中常用到，这种隔震轴承让结构在强风中 保持稳固，同时又能使建筑物在地震剪力中保持弹性金门大桥 隔震轴承强风强震隔震轴承地震剪力设计方案不合理，可施工性差，造成施工成本不必要的增加。如：由于采用钛合金的外壳，加上设计 者对现场地质条件不熟悉
5、，需要花 费大量的勘察、试验费；其60的 建筑在地下，地下工程造价远高于 地上工程的成本，如施工过程中需 要挖一个深坑，由于没有余地可以 放坡，必须构筑厚度为1.5米，深达40米的钢筋混凝土连续墙，这是 人力、物力和财力的巨大耗费，不 仅如此，功能上也造成种种困难，观众入场和设备存放等大都在地下，容易造成消防安全隐患。1、方案设计的不合理性国家大剧院的预留地及施工现场原设计方案存在的主要问题：8 原设计任务书规定的建筑面积约为 12万平方米，但是，设计者保罗安德 鲁提交的设计方案的建筑面积为25.9万 平方米，由此造成设计概算达到45亿 元，远远超过投资估算近20亿元；建筑面积增加的同时，座位
6、反而减 少300座，许多基本的功能还得不到应 有的满足，增加造价的同时，并没有带 来项目价值的增加。2、建筑面积严重超标：交响乐专用厅舞台剧、京剧专用厅芭蕾、歌剧专用厅 设计方案中采用的巨大 的钛合金外壳在北京这一 沙尘暴频发的地区，至今 仍无有效地清洗方案，如 果加上雨水的冲洗，将很 难再见流光溢彩，晶莹剔 透的设计效果；设计方案的运行和维护 成本巨大，据估算，仅每 月的电费就需要400万元人 民币，这样势必给造成资 源的巨大的浪费和政府财 政负担增加。3、设计方案维护成本巨、设计方案维护成本巨大大910对原设计方案的修改 修改方案主要是对原方案进行了“两压一完善”的局 部修改。修改后的方案
7、取消了小剧场的设计,并对原设 计方案中的消防通道进行了修改。同时将建设规模压缩 到14.9万平方米,4万平方米的停车场工程从原方案中脱 离出来。整个工程的投资,由原来预计的50多亿元压缩 到38亿元。11“水立方”国家游泳中心“水滴”天津奥体中心随着我国的经济实力的增强，中国正在各个方面赶超西方国家，包括大型的建设项目。加之 2008年北京奥运会的来临，出现了越来越多的超大型项目,如国家大剧院、国家体育场、国家游 泳中 心、天津奥林匹克体育场等，这些大型工程建设项目为了满足特殊的功能设计和突出文化理 念，往往没有前例可循，还具有建设周期长、投资额大、工程质量要求高等特点，这给工程施工 带来了新
8、的挑战。在许多超大型项目建造过程中，有许多建筑师对这些项目的设计提出异议。事实上，在新旧思想碰撞时，争议是在所难免的，悉尼歌剧院以及巴黎卢浮宫在建造过程中也都克服了最初面临 的责难，新思想最终会顺应时代发展而逐渐成熟，成为主流。工程施工技 术新挑战“鸟巢”-国家体育场 天津奥林匹克体育场，总投资14.8亿人民币。建筑底面面积为80,000m2，屋顶面积 76,719m2，地上层数6层，最高点高度53.00m，可容纳观众数60,000人。屋顶结构采用钢 桁架悬挑结构。屋面桁架落地，形似水滴。天津奥林匹克体育场1采用高强混凝土预应力管桩在保证工程安全度的前提下，合 理地选择桩型可以达到节省资金、缩
9、短工期的目的，从而实现显著 的经济效益和社会效益。在本工 程桩基础设计前，对桩型选择进 行了分析比较。从经济效益方面 考虑，分别对3种备选桩基方案需 投入的资金进行了估算(见表)。可以看出，高强混凝土预应力管 桩在满足承载力要求的前提下，在经济效益方面有明显的优势。3天津奥体中心体育场清水混凝 土看台板精细安装施工技术施工难度高、造价高、由于已安装的钢结构桁架的覆盖,两层看台之间 重叠达近万平方米,致使看台板安装时吊机安装空间受到限制，而单纯使用行走式吊车费用高。、看台板型号多达596种,安装管理工作复杂。同 时测量放线工作量大,精度要求高3、由于体育场看台为椭圆形,设计图要求预制看台 板的板
10、形也要按照相应曲率弧形进行制作,以使安装 后的看台板边沿口呈椭圆顺滑曲线。而面积达36万 M2,看台上的预制看台板按照相应的不同曲率做成曲 线状板形,其模板设计、制作工作复杂,且投入大、成本高。14优化设计、施工方案：看台板施工设备的优化：以塔式起重机 为主、行走式吊车为辅的方案。使塔式 起重机覆盖面积大、工作性能稳定、使 用费用低的优点和行走式吊车的机动灵 活性相结合,克服了塔式起重机不能自行 移动而出现覆盖盲区的缺点,解决了单纯 使用行走式吊车费用高的不足。使安装 机械方案具有更好的操作性、安全性、经济性。看台板的优化设计：通过对看台板板型 进行设计优化,以看台板支座的看台径 向斜梁轴线为
11、折弯点,将看台板设计成 直边折线板形,使单跨设置为直边板,双 跨设置为直边折线板。15将看台板安装平面按照12个塔 位分成3个大安装区,每个安装 区包括4个塔位,使3台塔式起重机各负责1个安装区内的4个区段。南京是全国内地第六个拥有地铁的城市，在确保工程进度的同时研究解决建设过程中 的关键技术难题，南京地铁共完成科研项目21项，目前已完成11项科研成果鉴定。南京地铁工程南京地铁案例地铁并不一定要建在 地下，把地铁建到地面上，可免去地下隧道的通风、照 明、排水等设施。新加坡的 地铁70%都是建在地上的。南京地铁也根据实际情 况，选用了不同类型。一号 线一期工程线路全长21.72 公里，其中地下线
12、14.33公 里，地上线7.39公里;二号 线一期工程线路全长21.63 公里，其中地下线19.11公 里，高架线0.83公里，地 面线1.69公里。南京地铁 一号线南延线和二号线西延 线过江后尽量采用地面线和 高架线。17南京地铁建设1、确定合适的线路标准根据城市特征、客流预测等选择适合的轨道交通模 式，如轻轨、地铁等。不同的线路类别造价差别很 大，通常高架线是地下线造价的1/4 1/3，地面线 又是高架线造价的1/31/2左右。南京地铁高架线南京地铁建设2、实现有效的线路规划南京地铁在事先的规划 控制中，新街口地区的中央、新百、东方等大商场，在建 设时就预留了地铁出入口、风亭、风道等设施，
13、中ft南 路南下工程也为地铁预留了 高架桥空间。正是有了前期 多年的充分酝酿，地铁一号 线才得以在2000年12月12 日正式开工，拆迁费用也大 为节省。广州地铁一号线，拆迁 花了33亿元，而南京地铁一 号线的拆迁只花了约5亿元。地下线路及车站埋深在 有条件的情况下尽量浅埋，浅埋既节约土建费用，还有 可能减少一些设备投入。同 时，尽量避开了不良地段和 地下管线大干道，并考虑与 地面市政设施或建筑相结18 合 综合开发。合理的线路规划南京地铁建设施工工艺和方法对造价的影响较大，南京地铁结合地质、环境、工期等具体情况 认真研究。根据周边建筑和地下管线的布置情况，确定施工时基坑的保护等级；围 护结构
14、型式主要从结构防水、基坑保护等级和降低围护结构造价方面考虑；根据地 质条件、场地情况、对交通的影响等因素的分析，选择合理的挖掘方式。4、选择合理的施工方法南京地铁对有条件的地 方，尽量采用明挖施工法，明挖法比暗挖法施工节省 投资约20%50%，但要 充分考虑对周边地区交通 的影响，做好交通流的疏 散工作。南京地铁还努力通过科 研成果转化、设计及施工 方案的优化、技术创新的 细化推进工程建设。积极 采用新工艺、新材料、新技术，节约成本，节省工期。盾构浅挖20 国家游泳中心位于北京奥林匹克公园内，总投资约8.3亿人民币，2008年北京奥运会标志性建筑物之一。其与国家体育场分列于北京城市中 轴线北端
15、的两侧，共同形成相对完整的北京历史文化名城形象。国家游泳 中心的设计方案，是经全球设计竞赛产生的“水的立方”（H2O3）方案。国家游泳中心规划建设用地62950M2，总建筑面积65000-80000平方米，其 中地下部分的建筑面积不少于15000M2。国家游泳中心“水立 方”是一个 完全由膜结 构来进行全 封闭的大型 公共建筑，但是这种膜 结构施工难 度非常大，而且维修费 用昂贵。21国家游泳中心“水立方”为 176.5389m176.5389m29.3786m的立方体,赛时座位17000座,赛后 永久座位6000座。根据使用功能,采用一道东西向和一道南北向内墙 将方形平面分割为比赛大厅、热身
16、 区和嬉水大厅三个相对独立的空 间,其中比赛大厅为净跨 126m117m的大空间。混凝土结构 地下2层,地上4层,泳池底位于地下 2层-11.3m标高,比赛大厅的临时看 台赛后拆除,另建3层楼层用作赛后运营。水立方内部平面图与剖面图热 身 区比赛大厅嬉水大厅赛时剖面赛后剖面22膜材料聚四氟乙烯(ETFE)的作用“水立方”表面膜结构大量应用聚四氟乙烯，ETFE的英文名称为Ethylene Tetra Fluoro Ethylene是一种乙烯和四氟乙烯的共聚物。它 是经过改进了的一种粉式聚合树脂.跟PTFE(也叫做特富龙)属于同一家族。用于建筑中的ETFE通常是通过挤压形成很薄的薄片生产出来.这种
17、薄片较 多用于建筑的双、多层充气膜结构中。单片膜的跨度与其载荷有关.一 般为2m一5m。最大的ETFE膜 结构可伸展达50m。ETFE薄膜 能够制成任何尺寸和形状.满足 大跨度的要求.节省了中间支撑 结构。这就使得设计者能够把 扭层跟结构相结合创造出极为 轻质、简洁和高雅的结构。水立方入口23聚四氟乙烯在“水立方”的中特殊作用由于组成这种膜材的分子是 自然界中最稳定的有机物之 一，故由ETFE为膜材的膜 结构一般受环境影响极小。对于此种材料厂家的保质期 为10年。厂家提出的寿命 是30年。但这并不意味着 30年后必须要进行更换。可能在30年后会有局部的 更新。ETFE膜材料的透光 率约为90%
18、。ETFE膜的可 选色为白色此种情况的透光 率为70%。水立方内部施工图优点：寿命期长更换频率低透光性好运营能耗低24聚四氟乙烯在“水立方”的中特殊作用ETFE是一种阻燃性且自熄性材 料。熔点在275左右。当材料接近 它的熔化温度时(大约275C)它就会 软化。叶片内部气压作用使得ETFE 超过它的延展界限.这样在表面形成 孔洞。这就有效地让热空气或底下的 火排出去。当有明火时.ETFE将会燃 烧但很快就会熄灭。此外.由于这种材料的平均厚度 仅为0.2mm，单位重量极轻.故如果发生火灾，其造成的损害也是极小的。ETFE在离开火源后会自动熄灭。一 个2000m2ETFE膜结构建筑.其所用 的ET
19、FE膜材总体积大约只有0.8m3。水立方优点：阻燃性-火灾情况损失小材料轻25聚四氟乙烯在“水立方”的中特殊作用ETFE本身为自洁性材料，摩擦系数非常小.表面很光滑.加 上曲线形的形状.灰尘很难附。即使有少量的附粉发生.也会在 干燥后被风等自然力非常容易地 清除掉。由于它是氟的聚合物.很难与 空气中的其它化学物质产生反应。对于屋项.一般情况下.每4或5年 清洗一次即可。清洗时可用清水 及软布，一般不需清洗玻璃幕墙 时所用的不利于环保的化学药剂。优点：摩擦系数小-便于清洁“水立方”的其他先进技术国家游泳中心的设计中应用了大量的新技术。这些 技术有些在中国的建筑业中，甚至是世界的建筑业中还 从没有
20、用过。这些新技术的目的是最大限度地提高运动 员的比赛水平，提高观众在现场参观比赛时的感受，同 时为国家游泳中心的运营提供最大的便利。1、尽量减少水的使用(90%可循环）。主要措施包括使 用高效过滤系统、中水系统 和雨水收集系统；2、没有热量损失的设计：透明的薄膜起到了温室的效果，太阳能被尽量吸收，并为游 泳池和周围地区提供热；3、尽量采用自然照明和自然通风，减少对人工系统的依 赖；4、采用与建筑物相结合的光电系统以节省能源；5、利用地下水进行制冷和加热；6、语言辅助系统：观众可以选择自己需要的语言广播，功能提高。7、交通指示系统：对人流的走向提供指示，功能提高。8、热电联供技术2627可建筑性
21、、可施工性可建筑性、可施工性专家、学者专家、学者可建筑性的定义可建筑性的定义专家、学专家、学 者者可施工性的定义可施工性的定义CIRIA(1983)在使最终的建筑能满足所在使最终的建筑能满足所 有的既定要求的前提下，有的既定要求的前提下，设计使得施工更加容易的设计使得施工更加容易的 程度。程度。美国建筑业美国建筑业 协会（协会（CII）可施工性是在工程的规划、设可施工性是在工程的规划、设 计、采购、现场施工中最优地计、采购、现场施工中最优地 利用施工知识和经验以达到项利用施工知识和经验以达到项 目的整体目标。目的整体目标。在既定的质量要求下，高在既定的质量要求下，高 效地、经济地建造建筑物效地
22、、经济地建造建筑物 的能力。的能力。澳大利亚建澳大利亚建 筑业协会筑业协会可施工性是一个系统，其目的可施工性是一个系统，其目的 是在施工过程中获得施工技能是在施工过程中获得施工技能 的最佳组合，协调各种项目的的最佳组合，协调各种项目的 及环境的制约因素，以使项目及环境的制约因素，以使项目 目标和建筑功能达到最优。目标和建筑功能达到最优。Ferguson(1989)在整个建筑采购过程中，在整个建筑采购过程中，考虑了影响项目及项目其考虑了影响项目及项目其 他目标所做出得决策，能他目标所做出得决策，能 够使施工变得容易并且保够使施工变得容易并且保 证施工质量的程度。证施工质量的程度。廖美薇廖美薇可施
23、工性延伸到使用阶段，要可施工性延伸到使用阶段，要 求项目的设计使整个生命周期求项目的设计使整个生命周期 内获得最大收益而最小限度消内获得最大收益而最小限度消 耗资源耗资源Chen(1991)规划阶段概念设计阶段详细设计阶段施工阶段运行阶段可施 工性 研究 效益时间图：不同阶段实施可施工性研究效益28尽早实施可施工性研究在项目概念规划阶段就开始实施可施工性研究，让经验丰富的施工专家尽早参与项目的实施，能够充分利用他们的施工经验，为早期决策提供 信息，适当影响业主、策划者、设计者和材料、设备的供应商等，因此可 以产生最大的效益，使项目的工期缩短、总体质量提高，可操作性、可维 护性以及使用的可靠性都
24、有所提高，并使项目全生命周期成本降低。如下图：可施工性研究是为了更好地实现项目的目标，要求施工人员尽早 地参与项目的规划、设计、采购等阶段工作，将施工经验和知识等应用大项目实施的全过程中，避免了传统的设计与施工分离所带来的问题。可施工性研究应考虑以下几个方面的因素：承发包模式；风险管理；项目工作分解；劳动力计划；现场出入口（考虑设备的尺寸）、气候条 件、区域环境条件等；施工顺序、施工装备计划；预制、预拼装以及标 准化；现场设施（办公室、临时用电、给排水、保安、道路、停车等）；可操作性和可维护性。以上因素都会对可施工性产生影响，因此要综合考虑。29可施工性研究内容可施工性研究内容可施工性研究是在
25、项目实施的全过程中，对以下方面进行优化和改进：项目的总体目标；项目的策划和设计；施工进度计划；费用或 预算；施工和主要施工技术。30施工阶段运行阶段规划阶段设计阶段进度 节省成本 节省可施工性研究价值可施工性研究价值可施工性研究在国外推行多年并获得重大成 效，被视为建设管理技 术中非常具有潜力的新 兴建设管理技术之一，可降低工程造价，提高 工程建设生产力。文献显示，实施可施工性研究可节约工程成本6%-10%，减少作业时间8.7%-43.3%1。从整体看，可施工性研究的投资回报率可以高达10-20倍。有研究表明，一个石化扩建项目在实施可施工性研究后，业主和承包商都承认 可施工性可以带来相当于项目
26、总投资1.1%的效益，针对可施工性研究的投资回报 率相当与10：1，而且实施可施工性研究还将项目进度加快了10%2。图：实施可施工性对项目进度、成本的影响1 The Construction Management Committee of the ASCE Construction Division.Constructability and Constructability Programs:white PaperJ.Journal of Constrution Engineering andM2anRaugsesme lelnJt,S1,9G9o1g,e1l1J7G(1,)R:a6d7t-k
27、8e9M W.Documented Constructability Savings for Petrochemical-Facility Expansion J.Journal of Performance of Constructed Facilities,1993,7(1):27-451.允允的使用承包商的源的使用承包商的源的 使 用 和 力 技的 使 用 和 力 技使使性工作容易化性工作容易化使用可用的材料、配件、使用可用的材料、配件、品和零部件品和零部件行行2.使使要求易于被工作人理解要求易于被工作人理解和和 修修改改更新和修改更新和修改文件文件使已完工程可使已完工程可化化准确定准确
28、定管的位置管的位置3允承包商采用其他的施工方法允承包商采用其他的施工方法允允承包商采用新的施工方法承包商采用新的施工方法允允技 新技 新取材料的范广取材料的范广4能使承包商克服施工的能使承包商克服施工的限限 制制条件条件与情况相互匹配与情况相互匹配方案方便布置、存和出入方案方便布置、存和出入5.允允准化和重复准化和重复6.允允在制和制作中自由在制和制作中自由部部 件件的施工方案的施工方案7.化非常部件的施工工序化非常部件的施工工序8.通通采用灵活的施工方案最小化天气采用灵活的施工方案最小化天气施施 工的不工的不利影响利影响9.能保施工安全施工能保施工安全施工31可建筑性的影响因素可建筑性的影响
29、因素32可施工性的原则可施工性的原则、（一）概念设计阶段（一）概念设计阶段正式的可施工性正式的可施工性划是工程行划的一部分划是工程行划的一部分将建将建知和融入到工程早期划中知和融入到工程早期划中建建施工人参与到决策中施工人参与到决策中工程工程度受施工要求的影响度受施工要求的影响基基的方案要考到施工的主要技的方案要考到施工的主要技布置有利于施工布置有利于施工工程参与人工程参与人工程的可施工性工程的可施工性采用先采用先的信息技的信息技（二）设计和采购阶（二）设计和采购阶 段段 和采和采 度受施工要求的影响度受施工要求的影响 方案要易于施工方案要易于施工 部件要部件要准化准化在制定施工在制定施工范范
30、考考施工效率施工效率准准件和件和安装件的安装件的 要便于制造、运要便于制造、运和安装。和安装。在不利天气下在不利天气下，要便于施工要便于施工工程参与人工程参与人 工程的可施工性工程的可施工性 和施工工和施工工便于系便于系运运。（三）现场施工阶段（三）现场施工阶段采用新的施工技采用新的施工技，如如新的施工新的施工序安排、使用序安排、使用 施施工工 系系使用新的施工使用新的施工。崔云静，王旭峰（2007）在对建设项目的可施工性进行研究后指出：可施工性问题分类可施工性问题分类第二类可施工性问题：是与总体施工方案有关的问题,如项目总进度计划、总平面图的布置是否考虑到施工布置的实际需要等。主要表现在项目
31、实施的早期阶段,通常的设计质量管理没有从总体上考虑后续施工的需求。第一类可施工性问题：指常见设计质量问题中那些“不便施工”或“不能施 工”的问题,也可称之为“狭义的不可施工问题”。如:钢筋过密,混凝土难以浇 筑等。第一类不可施工问题比较直观,一般来说,这些问题发生在某个工序的施工过程中，是设计原因引起的难以顺利完成施工的问题。“错漏碰缺”与设计深度不够第二类可施工性问题第一 类可 施工 性问 题常见设计质量问题可施工性研究的问题图 设计的可施工性问题分类3334王成芳（2006）对设计的可施工性问题进行了分析并指出，产生设计的 可施工性差的原因主要有：设计的可施工性产生原因设计的可施工性产生原
32、因可施工性差的原因直接原因：设计与施工相分离一方面，它导致设计人员的可施工性经验是通用的，考虑施工问题带有主观性；另一方面，导致施工方在拿到施工图纸后，才可能进行施工组织设计，其优化施工流程的创造性活动受到既有图纸的限制。承发包模式选择的局限性国家招投标制度方面的规定限制了设计与施工的交流。施工方在招投标结束之后才能参与项目，承包商在项目前期决策阶段无法直接参 与设计的可施工性研究。设计项目管理水平低下首先，可施工性问题涉及到的是和总体施工方案有关的问题，通常的 设计质量管理不能有效解决这类问题。其次，我国的设计项目管理主 要通过设计阶段的校对等，在发现目标偏离后再采取纠正措施，它对 提高建设
33、工程整体目标存在明显的不足。显然，造成可施工性差的最直接原因，就是设计与施工相分离而产生的。在我国，业主和设计单位是项目前期的主要参与方，而施工单位则必须在设计结束且施工招标完成后才能确定参与项目，这就导致设计与施工的分离。EPC模式与可施工性问题的解决模式与可施工性问题的解决李立新（2004）对如何从可施工性角度改进设计管理质量进行了研究，指出：DBB模式(即传统的建设项目设计-招投标-施工模式)是专业化分工的产物，其建设周期长、设计可施工性差、早期无法确定工程造价是该模式固 有的缺点。35许多学者和实际工作部门同志认为，EPC总承包商拥有设计方和施工方的 双重身份，和传统的DBB建设模式相
34、比，两阶段利益的一致性使得总承包商 更有了全过程设计管理的动力，因此，EPC模式这种特殊的合同结构形式决定了其进行可施工性研究的必要性。施工阶段向设计阶段的延伸，即设计阶段 对于可施工性的研究和运用便成为了总承包商规避施工风险，提高设计质量 的可行之策。EPC下可施工性研究操作手册编制程序成立可施工 性研究小组明 确 可 施 工 性 研 究 目标研 究 提 高 设 计 可 施 工 性 的措施对 提 高 可施 工 性 的 措 施 进 行优 化 或 择 优选择应 用 设 计 可 施 工 性 研 究 的成果对设计可施工性 研究活动及其实 施效果进行评价EPC模式下设计阶段开展可施工性研究的基本工作程
35、 序可分为六步：3637 中央电视台新台址位于北京东三环路的中央商务区内，由中央电视 台(CCTV)主楼、服务楼、电视文化中心(TVCC)及室外工程组成，总投资 约50亿人民币，其中主楼高234米，地上52层、地下3层，设10层裙楼，建筑面积47万平方米。主楼的两座塔楼双向内倾斜6度，在163米以上由“L”形悬臂结构连为一体，建筑外表面的玻璃幕墙由强烈的不规则几何图案组成，造型独特、结构新颖、高新技术含量大，在国内外均属“高、难、精、尖”的特大型项目。CCTV新台址主楼中央电视台新楼设中央电视台新楼设 计体现了后现代主计体现了后现代主 义思想，它一反男义思想，它一反男 性图腾崇拜的传统，性图腾
36、崇拜的传统，摈弃摩天大楼，选摈弃摩天大楼，选 择了大胆的耸入云择了大胆的耸入云 霄旋转再插入自体霄旋转再插入自体 的设计方案，彰显的设计方案，彰显 一种人类无性繁殖一种人类无性繁殖 的趋势。这种惊世的趋势。这种惊世 骇俗的设计理念遭骇俗的设计理念遭 到社会舆论的批评。到社会舆论的批评。当然项目的实施和当然项目的实施和 管理更成为难点。管理更成为难点。可建筑性、可施工性案例实际工程中基于可建筑性、可施工性的方案38CCTV新台址可建筑性、可施工性的讨论CCTV新台址 可建筑性可施工性BCabA难抗火灾维持两柱倾斜 成本增大不对称性的 抗震难题10层高的悬梁压力问题10层高的悬梁安装问题可建筑性(
37、buildability)：建筑物满足功能的前提下，设计 使施工容易的程度D基础压力不平均（由于两侧不等高力柱、9层 高裙楼及其对角面3层地下建筑所形成的不均匀压力）可施工性(constructability)：是可建筑性的延伸，延伸到使 用阶段和寿命终了时期央视新楼的地基将承受3种截 然不同的压力:两座塔楼的地上层 数分别为51层和45层,高约230米。由于塔楼主体并不是垂直于 地面的,而是呈84度斜角向天空延 伸,其压力相当于约300米高楼的 压力,超过150吨/平方米;地上建 筑为9层的裙楼,其压力与一般建 筑物相当,大约是40吨/平方米;而 主塔楼的旁边是地上1层、地下3 层的低矮建筑
38、,这部分地基的压力 仅有15吨/平方米,甚至还没有挖掉的土的压力大。“两座巨型塔楼和旁边的低矮建 筑位于同一个地基之上,这就像把 一辆坦克和一张书桌放在跷跷板 的两边”针对塔楼压力,专家们的解决方案是在塔楼下面加铺一个长宽各120米、高8米的钢 筋混凝土底板这样就可以减小压力到110吨/平方米。“这就好像在雪地里放一块大木 板,人站上去就不会陷进去。”压力问题的解决方案40地下水常年水位-15m最低水位-3m地下水的浮力可导致基础上浮,基础 会像空盒子一样漂起来,危险性不只在 于土。地基压力极小的低矮建筑部分还 要受到地下水的严重影响。由于低矮建筑部分压力过小,在地下 水浮力的影响下,地基可能
39、要上浮;另一 方面,央视工程的地下水位在地下15米 左右,但其历史最高水位曾达到地下3米。“如果地下水位上升,低矮建筑就会像空 盒子在水里漂起来。”解决方案打桩。将采用一种直径 达1米、长达50米的桩基钉入地下,它一方面可将地下土层“挤”得更密 实,增强抗压能力;另一方面可与周围 土层产生强大的摩擦力,桩的作用是“抗浮”。就像将钉子钉入木头一样,再往下压就会很困难。地下水浮力问题的解决方案土壤桩基50m4112月26日，采取架桥的方法，塔吊将重几十吨的钢架慢慢地 抓到了162米的高空。悬臂共 14层、宽39.1米、高56米，用钢量为1.8万吨.钢架通过 钢筋牵引固定，钢筋一边连着 钢架，一头连
40、着大楼主体，从 而搭设一个横断面钢梁。高强 螺栓将钢架的一端固定在大楼 主体上，焊接后松开钢筋，校 正钢梁的精确角度。两栋塔楼分别以大跨度外伸部 分在162米以上高空悬挑75米 和67米，然后折形相交对接，在大楼顶部形成折形门式结构 体系，总用钢量14万吨。悬臂合龙标志着央视大楼最 关键的建筑环节完成，此后 大楼将进入安装阶段，预计 2009年1月完工。悬臂安装问题的解决方案第一阶段：悬臂内侧间合龙第二阶段：悬臂外侧全面合龙第三阶段：合龙平面上搭建钢 架于2007年12月8日完成42其他问题的解决抗震性：央视新大楼是世界上最大的单体钢结构建筑，大楼的钢结构非常坚固，一般建筑为抗7级地震，而央视
41、新址可抗8至9级地震，使用寿命达到100年，做 到小震不坏，大震不倒。12级以下的风不会对大楼产生任何影响。悬臂压力：由于大楼的钢结构非常坚固，完全可以支撑整个悬臂悬空的重量以 及在悬臂中进行办公、观光等活动产生的力量。塔楼倾斜：央视新大楼塔楼由于倾斜，有些柱子是永久性受拉。为了使永久性 受拉柱坚固可靠，设计采用了高强度的锚栓，把柱子牢牢地锚固在底板里。各种可建筑性、可施工性的难点都得到了解决，但并不意味着央视新大楼设计的可建筑性、可施工性合理；恰恰相反，各种解决方案的使用，大大提高 了工程造价，这正是可建筑性、可施工性差的体现。但央视新大楼作为北京市新地标，为了突出标志性，其结构合理性、可建
42、 筑性、可施工性必然削弱。43设计阶段的可建筑性、可施工性案例苏通长江公路大桥苏通大桥位于江苏南通和苏州常熟之间，东距长江入海口公里，是国家高速公 路沈阳至海口的重要通道。大桥全线采用双向六车道高速公路标准，设计车速每小时100公 里，车流量每天可达7万辆，大桥主跨1088米，全长32.4公里，总投资约85亿元，由跨江 大桥工程和南、北岸接线工程三部分组成，为世界最大跨径斜拉桥，创造了最深桥梁桩基础、最高索塔、最大跨径、最长斜拉索4项斜拉桥世界纪录。该工程项目于2003年6月开工，历时近5年。44苏通长江大桥苏通长江大桥主航道桥型方案主航道桥型方案及及索塔方案索塔方案设设 计可建筑性、可施工性
43、的比较研究计可建筑性、可施工性的比较研究苏通长江大桥可建筑性可施工性BCabA受力分析结构耐久性问 题分析施工难度比较梁段施工难度分析桥面铺装问题分析主航道桥型备选方案：主要包括 七跨连续钢箱梁斜拉桥、五跨连 续混合梁斜拉桥两种方案。D梁段受力性能分析索塔设计方案：主要包括A型、钻石型和倒“Y”型三种方案。45一、苏通长江大桥主航道桥型方案主航道桥型方案设计可建 筑性、可施工性的比较研究梁段受力性能分析 目前已建或在建混合梁斜拉 桥的混凝土梁段跨径都较小，一 般在70 m以下，且和与之相邻的 跨径相差不太大；而苏通大桥由 于通航的需要，混凝土梁段至少 需要100m跨径，相邻跨径需要 300m，
44、这就给混凝土梁段的受力 带来了不利影响，并给大桥的安 全和使用寿命带来一定隐患，而 钢箱梁可以解决这样问题。混合梁斜拉桥混凝土梁段跨径布置比较苏通大桥主 桥桥跨布置梁段受力性能分析（续一）本桥混合梁方案混凝土梁段的平面有限元应力计算结果表 明，混凝土梁的应力虽然基本满足规范要求，但处于较高的应 力和较大的应力幅状态（尤其辅助墩支点处），直接影响结构 的安全和使用寿命。边跨混凝土梁 主要截面应力 单位：MPa注：组合栏的数据为最大/最小；组合栏的数据为最大/最 小46梁段施工难度分析47梁段施工难度分析：由于桥位处地质条件较差，宽阔的深水域中边跨混凝土梁 段的施工需要搭设高度达80 m的支架，难
45、度大、风险高。所以更宜采用钢箱梁 的形式。苏通大桥多多罗大桥诺曼底大桥 诺曼底大桥和多多罗大桥受两岸地形（为陆地和ft丘）的限制，两个索塔和边跨基本都在 岸上，边跨没有通航的需要，从经济性、施工难度和实用的角度考虑，边跨长度无须很大，采 用混合梁方案是适和的；而苏通大桥处于广阔的水域中心，且边孔要求通航，使用功能要求结 构具有较大的边跨，避不开在水中施工边跨混凝土梁段的困难。桥面铺装问题：由于钢梁和混凝土梁这两种材料的收缩系数不同，结构刚度也 不同，这就会直接影响到桥面铺装使用的耐久性；若采用两种材料共同铺装的 形式，还存在不同铺装的衔接问题。结构耐久性问题：本桥桥面结构宽近60米，大型薄壁混
46、凝土箱梁抗裂性能不理 想（目前已建混合梁斜拉桥最大宽度为30.6m）；钢梁和混凝土梁的接头处是结 构特性和材料特性突变处，容易形成结构的弱点，处理不当极易出现问题。所 以宜采用钢箱梁的形式。其他问题的分析4849两种桥型方案的综合比较 通过上述的比较，我们可以知道主航道桥若采用五跨连续混合梁方案，混凝土梁段处于较高的应力和较大的应力幅状态，且施工困难，不如七跨连 续全钢箱梁斜拉桥方案安全、可靠。因此，虽然全桥建安费超出将近1亿元，但从受力性能、施工风险及耐久性等功能指标考虑，大桥的价得到很大提升，推荐采用主航道桥采用七跨连续钢箱梁斜拉桥方案。50苏通长江大桥苏通长江大桥索塔方案索塔方案设计可建
47、筑性、可设计可建筑性、可 施工性的比较研究施工性的比较研究索塔设计的三种方案倒Y型钻石型H型主航道桥为双塔双索面斜 拉桥主跨为1088米，索 塔为倒Y型塔高300.4米，主梁宽度为39.788米，梁高4.5米。主墩基础为 钻孔桩基础，沉井基底为长圆形，尺寸为78X30米，大桥专用航道桥为三跨连 续刚构主孔跨度达258米。主航道桥为双塔双索面斜 拉桥，主跨为1088米，索塔为钻石型，塔高 294.3米，主梁宽度为39.788米，梁高4.5米，主墩基础为钻孔桩基础，沉井基底为长圆形，尺寸 为60X30米。主航道桥为双塔悬索桥，主跨为1510米，采用门式桥塔，塔高230.7米，主梁宽度为39.000
48、米，梁高4.5米，主墩基础为钻孔桩基础，沉井基底为长圆形，尺寸为65X35米51索塔受力性能分析在纵横向分析中，三种塔形在纵向均可简化为一端固定、一端多点弹性支撑的竖直 杆，因此纵向受力无本质区别，在顺桥向荷载作用下（其中包括风力和地震力），内力 差别不大。而在横向荷载作用下（包括地震力和风力），由于钻石型索塔下塔柱向内侧 倾斜，力线传递有转折，对于传递横向荷载而言是不利的。下图为三种塔形在成桥阶段 极限风荷载作用下的弯矩图，从中可以发现钻石型索塔的塔根弯矩数值最大，横向受力 特性较差。52索塔受力性能分析结论索塔受力性能分析表明倒Y型塔和A型塔要优于钻石型塔。前两则具有稳固的三角形受力结构，
49、两塔柱能够较好的共同作 用，从而有力地抵抗来自拉索和桥面系的风荷载。其中倒Y型 塔斜拉索与塔柱相交于桥轴中心线上，斜拉索形成空间斜索面，使其能够具有较好的抗风稳定性，与A型塔相比，能够更有效 减少扭转变形。倒Y型塔方案53天津奉化桥是中心城区快速路工程南横的一部分，连接河东区 大直沽西路和河西区奉化道，是横跨海河上的首座中承式全钢结构 拱桥，总投资1.28亿。该桥全长257.3米，共分为三个跨，跨径 128米，直接跨海河，桥梁最大宽度58.5米，桥面设计为双向6车 道，两边是人行桥和景观道，一直和两岸亲水平台相连接。桥梁结 构形式为中承式、全钢构、拱肋（花蕊）与（花瓣）组合型拱桥。奉化桥存 在
50、的可建筑 性和可施工 性差问题：1设计技术 含 量 高，施 工 工 艺 要 求 高，须 使 用 多 项 特 殊 施工工艺2钢花瓣重 量 大，施 工 困 难，设 计 阶 段 对 施 工 方 案 考 虑 不足可建筑性、可施工性案例54可建筑性、可施工性案例天津慈海桥是天津海河综合开发改造重要项目之一。慈海桥位于三岔 河口，横跨子牙河，连接河北区五马路和红桥区三条石横街，全长330米，分为两层，上层为机动车专用道路，下层为人行道桥。慈海桥主体建筑摩天 轮直径为110米，相当于35层楼高，轮外装挂64个360度透明悬挂式座舱，每个座舱可乘坐8个人，可同时供512个人观光。摩天轮旋转一周所需时间为30分
