【能源世界导读】：建筑总高528米的中国尊，将于年底封顶，届时将取代国贸三期成为北京第一高楼。本篇全面解析BIM技术在该项目中的应用。
中国尊，总建筑面积约42.7万平方米，地上108层，地下7层，建成后将取代国贸三期成为北京第一高楼。该项目位于北京CBD核心区内编号为Z15地块正中心，西侧与北京目前最高的建筑国贸三期对望，建筑总高528米，未来将被规划为中信集团总部大楼。于2011年9月12日左右动工，2016年底封顶，预计总投资达240亿元。通过对本项目项目的解析了解BIM技术的全面应用。
一、工程概况
北京中央商务区核心区的标志性超高层建筑项目——中国尊大厦，工程场地位于北京市朝阳区东三环北京商务中心区(CBD)核心区Z15地块，建筑面积约43.7万m2(地上约35万m2，地下约8.7万m2)。主要建筑功能为办公、观光和商业。该塔楼地上108层，地下7层(局部设夹层)，建筑高度528m，外轮廓尺寸从底部的78m×78m向上渐收紧至54m×54m，再向上渐放大至顶部的59m×59m，似古代酒器“樽”而得名，建筑效果图如图1所示。
图1 中国尊大厦
工程主要结构体系由外框筒和核心筒组成，其中外框筒由巨型柱、巨型斜撑、转换桁架以及次框架组成。巨型柱位于塔楼角部，贯通至结构顶部，并在各区段分别与转换桁架、巨型斜撑连接。巨型柱底部截面形状为多边形，中部及上部为矩形，采用多腔钢管混凝土柱。在设备层及避难层共设置8道转换桁架，其杆件截面采用焊接箱形截面。巨型斜撑沿各区外皮设置，也为焊接箱形截面。次框架包括重力柱和外环梁，均为焊接H形截面，其仅承担本区重力荷载，不参与整体抗侧。
二、巨型外框筒建筑-结构一体化设计
2.1 巨型外框筒几何控制面的生成
中国尊大厦外轮廓的水平截面形状为倒圆角的正方形，并沿着高度平滑收放，其外完成面几何控制尺寸见图2。巨型外框筒的外控制面采用分段折面的形式，既可以较好控制巨型外框筒与建筑外完成面的距离，又可降低结构自身的加工难度。
图2 外完成面几何控制尺寸
2.2 巨型柱外轮廓的生成
巨型柱从基础顶面(-31.3m)至106层(503.2m)的截面形式根据一定的规则进行变化，其具有三种截面形式：1)7层以下(-31.3～43.15m)为4根八边形截面，截面面积约为63.9m2;2)7~19层(43.15～98.65m)为8根六边形截面，截面面积约为19.5～21.3m2;3)19~106层(98.65～503.2m)为8根矩形截面，截面面积约为19.2～2.56m2。巨型柱共设置12个控制转折标高，具体见表1。
为使结构受力最优，要求12个控制转折标高位置对应的巨型柱截面形心都位于竖直面γ内，此面与水平或竖直夹角为27°，如图3所示。
图3 巨型柱截面示意
综合巨型柱12个控制转折标高位置截面形心共于竖直面γ内、角点(P，P′点)连续、每层巨型柱角点与外完成面的距离不小于500mm(底部为1200mm)等3个条件，最终确定巨型柱的几何定位。其俯视定位图如图4所示。
图4 巨型柱俯视定位图
2.3 转换桁架、巨型斜撑及次框架的生成
在确定外框筒外控制面及巨型柱外轮廓后，可以确定转换桁架、巨型斜撑及次框架等定位。此处控制的目的是各构件之间的连接要做到平齐对接，避免出现错边，并且方便加工和安装。整个塔楼由8道转换桁架分成了9个区段，每个区段生成的规则是一致的，不同的只是巨型柱倾斜的程度，本节仅选取典型区段进行介绍，如图5所示。
图5 外框筒典型区段示意
转换桁架、巨型斜撑及次框架的外皮均与外框筒外控制面平齐。转换桁架弦杆、巨型斜撑等构件与巨型柱连接位置均需要设置水平加劲肋，且结合与巨型柱转折标高位置的关系，转换桁架弦杆的截面形式控制为平行四边形截面(图6(a))，而没有采用常规截面形式(图6(b))。
图6 转换桁架截面生成方案
例如截面尺寸为800×700，表示截面垂直高度为800mm，沿水平向宽度为700mm，此截面定义规则可认为由相距800mm的一对水平面和平行于巨型柱外控制面、水平距离(非垂直距离，下同)为700mm的一对斜面，所围区域作为弦杆轮廓尺寸。
转换桁架腹杆的截面定义规则也参照弦杆的截面定义规则，例如截面为900×700的斜腹杆，由相距900mm平行于腹杆轴线，且都垂直于竖直面的一对斜面和平行于巨型柱外完成面、水平距离为700mm的另一对斜面，所围区域作为斜腹杆轮廓尺寸。角部桁架弦杆与腹杆的生成规则与转换桁架的生成规则也基本一致。
巨型斜撑的生成规则与转换桁架腹杆的生成规则类似。略有不同的是转换桁架的斜腹杆、弦杆与巨型斜撑轴线交点标高与外框筒转折标高不在同一标高(相差半个弦杆高)(图7)。为避开上述问题，巨型斜撑截面生成方案按如下方案进行：例如1 600×900截面，取平行于巨型斜撑轴线、相距1 600mm且垂直于竖直面的一对斜面，和平行于下轮廓面、水平距离为900mm的一对斜面，所围区域作为巨型斜撑轮廓尺寸。
图7 巨型斜撑节点定位示意
次框架的空间定位主要以分析重力柱为主。重力柱的定位与幕墙玻璃分格对应，幕墙分格规则则是以外完成面为基础，按照加强层建筑完成面标高水平剖切出其对应的幕墙轮廓线，等分为128份(图8)，进而得到各层的幕墙分格点。
图8 重力柱中心线定位
然后在外完成面每6个分格点取一格点再投影到转换桁架上弦、下弦中心线上。连接相邻两道转换桁架上、下弦的交点即为重力柱中心线定位，连接每道转换桁架上、下弦的交点即为转换桁架竖腹杆中心线定位。在确定重力柱轴线定位之后，以平行于轴向且垂直于竖直面的一对斜面与平行于外框筒外完成面的一对斜面所围区域作为重力柱外轮廓，重力柱采用焊接H形截面，以便施工。
