本文來源：土木論壇
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上海中心大廈以632米的高度
刷新了上海天際線
成為中國最高的建築
它融合了中國的自然環境和文化底蘊
將上海這座傳統城市的豐富內涵
以垂直的形態重新詮釋
不對稱形體、錐形建築輪廓和圓角設計
有利於抵禦上海常見的颱風
01.
設計靈感
設計團隊充分利用蜿蜒的黃浦江勾勒出的城市線條，和不對稱布局帶來的各種可能性，將上海市的城市肌理融入設計。
垂直空間規劃來源於中國人生活中緩衝室內與室外的「朦朧空間」，這是在上海特有的石庫門建築常見的元素。長長的裡弄和庭院是上海社交生活的背景，上海中心的設計將這種裡弄的布局垂直呈現。
▼從上海中心大廈俯瞰黃浦江 Connie Zhou
▼建築立面 Connie Zhou
上海中心大廈的旋轉形體讓建築帶有幾何規律的緩緩自地面延伸向雲端。而螺旋所隱喻的宇宙間的旋轉，正是萬物生命的起源，比如最小物理單位——原子的運動和結構。
▼旋轉形體 Blackstation
▼向上旋轉攀升，象徵著超脫時間與空間 Blackstation
02.
垂直城市
上海中心是一座垂直的城市，由九大分區組成，每12至15層為一個分區。每個分區都形成一個多功能的社區，滿足用戶的日常所需。
創新的空中花園，使上海中心不同於以往任何一座超高層建築。通過強調公共空間，在空中大堂設置文化、商業、餐飲等配套設施，上海中心大廈提供了全新的超高層建築生活和工作體驗。
▼樓層分區示意 Gensler
▼室內環境 Connie Zhou
03.
外型解讀
Gensler設計團隊運用三大關鍵設計策略——不對稱形體、錐形建築輪廓和圓角設計——有利於上海中心大廈抵禦上海常見的颱風。
Gensler和結構顧問（Thornton Tomasetti）合作，在加拿大實驗室進行風洞試驗，進一步優化大樓外立面，使建築風荷載減少了24%，成就了更輕量的結構，並為業主節省了3.6億人民幣的材料開支。
▼設計示意 Gensler
▼不對稱形體、錐形建築輪廓和圓角設計有利於抵禦上海常見的颱風 Connie Zhou
設計團隊運用參數化設計技術深入研究不同的立面方案，精準規劃兩萬多塊幕牆組合，製造七千種不同規格的玻璃面板。
不同於傳統建築，上海中心大廈的玻璃外牆是分別在各層分區由上往下施工的。獨特的懸臂吊掛著鐵桿的外牆系統，克服了一個極大的設計挑戰。
▼獨特的懸臂吊掛著鐵桿的外牆系統 Connie Zhou
▼建築外觀-塔頂 Connie Zhou
V字形的凹槽凸顯了外牆的螺旋幾何形體，同時緩減了建築周邊的風力。
▼外牆的V字形凹槽 Blackstation
04.
外幕牆系統的參數化設計研究
上海中心大廈創造性地設計了從未在超高層建築中大規模使用的內、外分離的雙層幕牆系統，在雙層幕牆之間形成環境緩衝區，雙層幕牆的外表皮成逐層旋轉並逐漸向上收分的形態，這意味著大樓的每個樓層均保持了幾乎相同的幾何外形，但是逐層旋轉縮小。
為了達到設計目標，確定外幕牆的最佳形態，設計團隊制定並遵循一套嚴謹的參數化設計流程，從幾何學的角度對塔樓的扭轉和收分這兩種主要的運動方式進行準確的描述，其幾何生成的過程理論上可以被稱為生成算法（Generative Algorithms）。
根據設定的算法在參數化軟體中建立關聯性模型，由計算機自動完成複雜的運算，創建起一個整合了建築結構和表皮的關聯模型 。
這一步的工作包括定義二維幾何、三維幾何的生成規則。在參數化軟體裡，算法本身不斷被優化，直到快速，最直接的找到需要的信息。
輸入參數也被限定在最小範圍，比如最主要的旋轉、收分等，通過這些關鍵參數就可以對模型進行從總體到局部的動態調整。
模型調整完畢之後，設計團隊將設計結果提交給風工程顧問公司進行風洞實驗，以驗證和確定最終的外幕牆形態。
▲外幕牆參數化設計
在整個外幕牆的選型設計中，主要解決兩個關鍵問題：確定外幕牆水平向基準平面，確定外幕牆豎向旋轉角度和縮放比例。
在水平外形設計上，由於外立面45m以下區域基本上被周邊建築遮擋，為此以45m標高處的圓角三角形輪廓作為建築表皮的基準平面沿高度方向逐層扭轉、收分形成整個光滑、連續的流線形建築表皮。
圓角三角形由兩段半徑分別88.38m 和19.453m的大小圓弧圍繞建築的幾何中心交替銜接重複3次，並在其中一個圓角開95°的V形口。
其中大圓弧圓心距建築幾何中心47.565m，圓心角46.6°，小圓弧與大圓弧在端部相切連接，圓心角73.4°。
▲外幕牆設計理念
在外幕牆的豎向設計上，為了讓建築形態更加優美、輕盈，在方案設計早期，建築師從數學和美學的雙向角度，對建築扭轉角度進行了反覆論證和優化。從90°開始按10°量級遞增，一直到180°，每個遞增角度分別輸出模型進行比較。
通過比較發現，旋轉角度越大，建築體量動態效果就越強烈，但過於強烈的動態感將破壞上海中心和陸家嘴超高層建築群體之間的和諧關係。為確保建築幾何造型的最優化，最終藉助風洞實驗對大樓外形進行空氣動力學優化。
▲外幕牆旋轉角度
相較於外表皮的線性旋轉，其收分並不是一個線性過程，收分表現在樓層平面上即為相對於基準平面的縮放比率。
為了最大化外層表皮所能覆蓋的內層圓柱空間的使用面積，即實現最大體表比，收分按冪函數ex 的方式進行，整個外表皮的幾何可由下述公式準確描述，頂部相對基準平面縮小了45%。
▲外幕牆收縮比例
通過進行許多參數建模研究和物理測試所建立的原型後，設計團隊選擇一個從底部到頂端旋轉120°及縮放比例為55％的原型，該設計模型發給風工程顧問公司進行風洞實驗後，最終確定了幾何造型。
同時，設計團隊以底傾覆彎矩為比較指標，與最初的設計旋轉100°造型相比，設計風荷載降低了約24%，等效體型係數僅為0.95，節省結構造價約3.5 億。
▲BIM幕牆安裝
上海中心大廈幕牆方案確定之後，所設計的外立面共計約13萬平方米，19317個單元，以每個單元中平均包含30個不同種類的主要構件(不包括螺栓／釘等標準件)計算，約為58萬個主要構件。
面對如此海量的設計數據，幕牆設計團隊必須用BIM技術代替傳統的設計手段，完成幕牆的初步設計、施工圖設計以及加工圖設計。
在初步設計階段，幕牆設計團隊採用Rhino與Grasshopper軟體，通過程序模塊驅動設計出初步的建築外皮模型，建模精度達到LOD100，初步設計模型經由建築師確認後，幕牆工程師將該模型導入REVIT軟體，繼續完成幕牆的施工圖設計。
在施工圖設計階段，設計師團隊以REVIT軟體作為主要建模軟體，通過數據接口將REVIT模型與綠建分析軟體、結構設計軟體等進行模型對接，完成幕牆的性能設計、結構計算、系統構造等設計工作，並不斷與各個專業協調設計問題，經過多輪的「設計——審核——調整」，幕牆施工圖BIM模型逐漸豐滿與完善，建模精度達到LOD300；
▲BIM幕牆深化設計
審圖通過之後，幕牆設計團隊在LOD300精度等級的基礎上，再對BIM模型進行深化，增加開孔、端切、板材與龍骨具體尺寸等加工數據，此時的BIM模型精度可達到LOD400，模型中包含的加工數據可以自動提取，為後續的幕牆加工深化奠定了基礎，大大提高了後續幕牆加工圖設計的準確率與工作效率。
▲BIM全程預控建造實錄
05.
可持續設計
上海中心大廈是世界上最先進的可持續高層建築之一，採用各種綠色技術和策略展現了對於城市環境的承諾。
Gensler設計中的一個核心元素，是包裹建築的雙層透明幕牆，減少了制暖和製冷的能源消耗。
建築設計充分利用最先進的節水措施、高效建築管理系統和提供大廈部分能耗的發電系統。
▼首層空間外觀 Connie Zhou
日光利用- 玻璃幕牆最大幅度地利用自然光，降低了對電力照明的需求。
▼觀光層 Connie Zhou
▼玻璃幕牆外觀 Connie Zhou
景觀設計 – 三分之一的空間培有綠植，大面積景觀綠化讓場地更加清爽。
綜上，上海中心的幕牆參數化設計與BIM設計，在500米以上的超高層建築幕牆設計中，具有廣泛的指導意義。
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