城市軌道交通車輛基地上蓋物業開發的消防、結構及預留接口設計策略

穆 亮 楊 光

(中鐵一院集團山東建筑設計院有限公司，264200,威海//第一作者,工程師)

城市軌道交通建設對城市發展的帶動作用日益凸顯，其沿線的土地價值升值較快。傳統的城市軌道交通車輛基地存在占地面積大、建筑密度低、用地強度小、對周邊地塊嚴重分割等明顯弊端，使車輛基地上蓋物業開發的建設意義及經濟價值越發突出，同時也契合我國集約用地的發展理念。

城市軌道交通車輛基地綜合開發模式有兩種：

(1) 地面式車輛基地物業開發。此種模式主要是將車輛基地布置在地面上，通過對各種廠房及庫房進行整合，形成整體平臺，做為物業開發的建設用地。車輛基地工作空間與上蓋物業通過平臺結構板及圍墻徹底隔離，以便于管理。車輛基地位于地面，生產貨運流線組織便捷，且工程量相對較少。通過模擬微地形處理將車輛基地上蓋邊緣與城市空間的結合部層次化、豐富化、多元化[1]。實施案例如：青島大田路車輛基地，深圳前海車輛基地等。

(2) 地下式車輛基地物業開發。此種模式是將車輛基地的主要大型工藝廠房布置在地下，一些人員集中的辦公空間及火災危險性高的廠房、倉庫布置于地上。這種車輛基地開發模式充分利用地下空間，結合軌道交通地下正線布置，減少出入段線拉坡需求，避免設置地面U型槽，從而保證在工藝生產的同時將地面城市空間還給公眾，極大地節約了城市土地，保留了原有城市空間尺度與脈絡。實施案例如：青島靈山衛車輛基地，深圳中心公園車輛基地等。

由于上蓋物業開發的引入，使得車輛基地的設計變得異常復雜。筆者主要以地面式車輛基地為研究對象，從消防設計、結構設計、預留接口設計3個方面，闡述自己的理念及觀點，提出設計過程中的一些注意事項。

1 車輛基地上蓋物業的概念設計

1.1 消防概念設計

(1)車輛基地內按同一時間內發生1次火災工況進行消防設計。

(2)做為“上民用+下工業”的建筑綜合體，消防設計的重點在于保持兩者的獨立性，減少相互影響，采取有效的防火分隔措施。

(3)車輛基地和上蓋物業均應設置不少于2條與外界城市道路相連通的消防車道，且均應滿足大型消防車通行的要求。

(4)上蓋物業以設有消防車道的蓋板為地面層，計算建筑的層數及高度，按照現行GB 50016—2014《建筑設計防火規范》進行消防設置。

(5)蓋下車輛段消防設計的難點在于建筑物的定性，防火分區面積的設定以及人員疏散方式。通過前期規劃設計，為蓋下車輛基地爭取盡量多的直接對外的開敞空間，以提高蓋下疏散及救援環境；應提高蓋下耐火等級標準和主要受力構件的耐火極限；庫內應設置機械排煙、自動噴淋及自動報警系統，提高消防救援設施的標準。

1.2 結構概念設計

(1)轉換層及其以下結構組成剛度相對較大的平臺，與上蓋物業共同形成大底盤多塔結構體系，應盡量使上部結構的綜合質心與底盤結構質心接近。

(2)盡量降低轉換層設置高度，應將轉換結構布置在大底盤內，調整轉換層上下樓層的剪切剛度，宜盡量接近。

(3)應保證轉換層樓蓋的剛度，盡量減少樓蓋削弱。樓蓋應滿足上部結構豎向構件傳來的水平力，并傳遞到下部結構豎向構件上去。

(4)抗震設計中需加強的部分應包括底部及轉換層以上1～2層的樓板、剪力墻和柱。結構的延性耗能機制宜呈現在加強部位以上的結構中[2]。

1.3 預留接口概念設計

(1)結構預留應采取安全、經濟、可靠、便于施工的原則，宜適當考慮上蓋物業的調整，具有一定的包絡性。

(2)設備預留設計應遵循靈活可變原則，同時兼顧經濟性及節省能源原則，使得系統具有高度安全及可靠性，能靈活適應不同功能區域運作變化的需求。

2 車輛基地上蓋物業的消防設計

車輛基地上蓋物業開發是將車輛基地的廠房與物業開發的汽車庫、住宅、商業用房上下疊加建造。現行國家規范及標準對此類工業與民用組合建筑的防火設計尚無明確規定，無設計依據可循。由于蓋上平臺占地面積較大，而平臺下車輛基地范圍直接對外的空間有限,自然通風和采光條件差，火災救援及人員疏散比較困難，因此導致設計復雜。

2.1 消防設計的依據

一是借鑒相關規范，如GB 50016—2014《建筑設計防火規范》，《地鐵設計防火規范》(報批稿)；二是結合國內外已建成類似工程的設計經驗；三是進行消防性能優化專項設計。

2.2 消防設計的總原則

以車輛基地蓋板作為設計界面，界面上下劃分上蓋物業開發與蓋下車輛基地，通過蓋板進行完全防火分隔，蓋上、蓋下消防獨立且互不影響。上蓋物業開發與車輛基地分別設置消防車道、人員疏散口、消防設施，各類管線不宜穿越蓋板，如圖1所示。

圖1 消防設計原則示意圖

上蓋物業按GB 50016—2014《建筑設計防火規范》中民用建筑部分要求執行；蓋下車輛基地定性為工業建筑(單、多層廠房、倉庫),按GB 50016—2014《建筑設計防火規范》中廠房、倉庫部分要求執行。

上蓋物業消防控制中心與蓋下車輛基地消防控制中心各自獨立，并保證發生火災時實現火災信息共享，從而有效提高預警報警能力，為快速撲救提供保障。

2.3 消防車道及消防救援場地的設置

上蓋物業開發的消防車道及救援場地設置在蓋上平臺，此平臺為開敞的室外空間，可視為上蓋物業建筑的地面層。蓋板上平臺建筑密度不宜大于30%，以確保足夠的開敞空間作為人員疏散的安全區，以滿足人員疏散、滯留和等待救援的需求。蓋上平臺通向地面標高的城市道路車行出入口不應小于2條，且每條寬度不宜小于7 m，同時均勻布置人行出入口，使人員可以最終到達地面標高的城市道路[3]。

蓋下車輛基地在工藝廠區內設環行消防車道，至少設置2個出入口與地面標高的城市道路連通，且每條寬度不宜小于7 m。蓋下消防車道頂部盡可能加大敞開范圍，滿足自然通風和排煙的要求，建議開敞率原則上不小于25%。對于地下式車輛基地消防車道，應在消防車道與運用庫、檢修庫等建筑之間設置防火隔墻。防火隔墻上應設置供消防人員出入的通道，通道處應設甲級防火門等進行分隔。蓋下消防車道的頂棚、墻面、地面裝修材料均為A級，車道范圍內不得擺放任何可燃物，不得用于除人員和車輛通行以外的其他用途。

2.4 車輛基地的防火分區

地面式車輛基地防火間距及防火分區可按GB 50016—2014《建筑設計防火規范》中關于地上廠庫、倉庫的相關規定來設計。地下式車輛基地內的運用庫、檢修庫等廠房，可參照《地鐵設計防火規范》(報批稿)規定的8 000 m2控制(需設置自動滅火系統)；咽喉區視為無人區、無可燃物，按照構筑物設計，不劃分防火分區，只劃分防煙分區；輔助邊跨設置獨立的防火分區。

2.5 蓋下車輛基地人員疏散

對于人員相對集中的廠房輔助邊跨應盡量靠近蓋板邊緣設置，以減小消防疏散距離。地面式車輛基地工藝廠房通向蓋下消防車道的出口可視為安全出口，數量不得少于2個；蓋下人員由室內經蓋下消防車道最終疏散到蓋外。地下式車輛基地的人員直接通過廠房內的封閉樓梯間或防煙樓梯間疏散到地面層；或通過設置在蓋下消防車道通向地面的出入口進行疏散；亦可采用下沉式廣場等開敞空間進行疏散，廣場內引入消防車道并設置水泵接合器等消防設施。

人員到安全出口的距離應按照GB 50016—2014《建筑設計防火規范》表3.7.4控制，地下車輛基地疏散距離可參照北京市DB-11-995—2013《城市軌道交通工程設計規范》第24.2.58條規定,車輛段基地地下停車列檢庫室內至疏散樓梯間或其他安全出口的距離不應超過120 m。

2.6 結構構件防火設計

結構構件的耐火極限應在一級的基礎上相應提高，采取加厚鋼筋保護層厚度等措施，保證結構柱的耐火極限不小于4 h、蓋板及蓋板梁的耐火極限不小于3 h。同時蓋下結構承重構件強度需滿足蓋上消防車的通行要求。

2.7 車輛基地消防設施

除咽喉區及不宜用水保護或滅火的場所外，蓋下其余位置均設自動噴水滅火系統，庫房區域采用快速響應噴頭，按照“非倉庫類高大凈空建筑”考慮噴水強度和作用面積。咽喉區內部不設置室內消火栓，沿咽喉區外消防車道布置距離適當加密的室外消火栓。

2.8 車輛基地防排煙設施

咽喉區宜采用自然排煙，且自然排煙有效面積不應小于5%；當確有困難無法自然排煙時應設置機械排煙。蓋下車輛基地無法自然排煙的廠房、庫房采取機械排煙、補風，補風量為排煙量的50%，煙氣結合蓋上建筑排出室外或直接排放到蓋板邊緣。消防車道頂部蓋板設自然排煙口，自然排煙口距最不利點距離不大于30 m。

2.9 蓋上、蓋下建筑的防火分隔

設置于蓋上平臺的蓋下進風、排風、排煙口的邊緣與上蓋民用建筑的防火間距建議按照13 m控制，宜采用頂部進排風方式，避免蓋板上下的相互影響。例如,青島靈山衛車輛基地、青島海洋大學車輛基地及青島遼陽東路車輛基地均采用上述原則及措施。

3 車輛基地上蓋物業的結構設計

3.1 上蓋物業的結構形式分析

車輛基地依據線路布置可分為引導區、咽喉區和庫區3個部分。引導區的用地特點為帶狀，垂直線路方向寬度較小，通常無法進行上蓋物業開發；咽喉區部分線路道岔集中布置，結構柱位置、構件尺寸等都嚴格受限，一般結合建筑布局蓋上布置綠地或其他荷載較輕的開發模式；庫區上方為物業開發的重點部分。車輛基地上蓋物業開發結合周圍環境、城市規劃、經濟收益等通常采用多層建筑(7層以下)、小高層建筑(7～11層)和高層建筑(11層以上)[4]，具體如圖2～圖4所示。

圖2 厚板式轉換示意圖

上蓋物業為多層建筑時，多采用框架結構形式。上蓋物業框架柱宜結合場庫區內柱位置布置(庫區內受工藝、限界等專業限制，垂直線路方向柱位通常調節能力較差)，應盡量減少需轉換的豎向構件。當豎向構件不能連續時，可采用轉換梁、桁架梁或厚板等轉換形式。例如,青島靈山衛車輛基地，將7層框架結構地鐵綜合樓布置于庫區上方，采用轉換梁形式完成轉換。

圖3 梁式轉換示意圖

圖4 預留核心筒示意圖

上蓋物業為小高層建筑時，多采用剪力墻結構。受庫區功能限制,上蓋物業剪力墻均不能落地，此種結構相對復雜，不能滿足規范要求，需進行結構超限審查[5]。轉換形式通常可采用框支結構或桁架轉換。例如,青島海洋大學車輛基地，將11層剪力墻結構住宅及地下式物業車庫布置于庫區上方，所有剪力墻均不落地，采用全框支結構體系在物業車庫頂完成轉換。

上蓋物業為高層建筑時，多采用框架核心筒或剪力墻結構。因上蓋物業結構荷載較大和抗震設計要求，核心筒無法完成轉換，必須落地，周圍框架可進行轉換，庫區建筑布置時應結合核心筒位置設計。當高層建筑采用剪力墻結構時，建筑宜采用平面呈長方形的布局，總平面布置時，各單體宜沿線路方向呈帶狀分布，所有剪力墻全部落地，結構不需轉換。例如,重慶大竹林車輛基地，將18層剪力墻筒體結構住宅布置于庫區上方，采用核心筒落地，外圍豎向構件采用梁式轉換。

3.2 車輛基地上蓋物業的結構設計要點

3.2.1 合理的豎向剛度分布

轉換層上下的結構質量中心宜接近重合，轉換層上下層的側向剛度比不宜大于2，豎向剛度宜連續，避免突變。因車輛基地層高通常高于住宅、商業類建筑，結構概念設計時不宜照搬規范,對薄弱層的加強應有針對性。

3.2.2 合理的轉換構件選擇

結構轉換構件可采用轉換梁、桁架、空腹桁架、箱形結構、斜撐、厚板等，轉換構件的選擇應結合上部荷載條件及功能要求。厚板式轉換雖然對上部結構適應性較強，利于建筑外立面造型，但其傳力路徑不明、結構概念不清晰、抗震性能差，應慎重采用。

3.2.3 精確的結構計算

對于復雜的轉換結構，需采用不同的力學模型進行對比計算，輔以靜力或動力彈塑性分析，找到結構薄弱位置，對關鍵節點可采用有限元或試驗等方法深化研究。對關鍵結構構件提出性能優化目標，例如轉換梁、框支梁、轉換柱等宜滿足設防地震工況下的抗剪彈性、抗彎彈性，以及罕遇地震工況下的抗剪彈性、抗彎不屈服等指標，保證關鍵結構構件不發生脆性破壞。

3.2.4 恰當的構造性措施

結構構件的細節設計和有針對性的構造措施是安全性的重要保障，對復雜的轉換構件應采用有限元分析方法，提高設計精度。

3.2.5 結構抗浮

部分車輛基地采用地下式。對于地下水位較高的地區，底板水浮力較大，可能存在結構不滿足抗浮的要求。車輛基地占地面積較大，平面基本呈方形，利用圍護結構通常亦不滿足結構抗浮要求。可采用泄水減壓方式，降低底板水壓力，解決結構局部抗浮，甚至整體抗浮不滿足要求的問題，亦可合理利用水資源。對比傳統的抗拔樁、增加上部自重等方式，大幅降低工程造價，經濟性較好。

4 車輛基地與上蓋物業預留接口設計

上蓋物業開發受規劃、市場、開發主體等影響很大，可能存在與車輛基地設計不能同步進行的情況,即使同步設計，亦會存在不同步施工的情況;后期因外部因素上蓋物業還可能進行重新調整設計。因此,經濟、合理、有一定適應性的結構與設備預留接口是設計需考慮的重要因素之一。

結構預留接口設計需在一定的既定條件下開展，當已知上蓋物業開發為多層建筑時，可考慮以下預留方法：①將轉換層置于結構第2層，僅施工第1層車輛基地部分，對可能的上蓋部分進行包容性設計，加強轉化范圍內的構件強度，使得后期上蓋物業開發調整具有一定的靈活性，但第2層柱位已確定，該層建筑布置受限。②采用厚板轉換形式，上蓋物業在厚板上后續施工。③結構構件設計宜留有后續加強的可能性，例如留有體外預應力等加強措施的施工條件。當已知上蓋物業開發為高層建筑時，可考慮以下預留方法,即設計中應確定核心筒、落地剪力墻的位置，對周圍底層框架柱及周邊框架梁進行加強，從而使后續上蓋物業有一定的調整能力。

針對地下式車輛基地因不同步施工引起的結構抗浮問題，通過采用泄水減壓方法，并使泄水量具有一定的調節能力，來提高結構在上部荷載未施加的工況下的抗浮能力，為分步施工提供可能性，避免僅靠自重抗浮引起的投資。

設備預留應從軌道交通運營安全及管線安裝維修方便等方面考慮，在蓋板上預留共用管廊供上蓋物業開發管線使用，亦可在車輛基地廠房上設有物業車庫層兼作為管線轉換層。物業開發管線不應穿越車輛段，以蓋板為界，將上蓋物業與蓋下車輛基地完全隔離。

對于上蓋物業開發建設方或業態功能不能同步確定的項目，以上預留方式為后續建設提供了一定的靈活性和前瞻性。

5 結語

城市軌道交通上蓋物業開發已成為國內城市軌道交通建設的共識，是城市軌道交通建設和城市發展的必然趨勢。筆者從消防設計、結構設計、預留接口設計角度分析了部分設計要點，可為后續城市軌道交通上蓋物業開發的設計提供參考。