城市軌道交通高架車站站臺綜合吊架與雨篷結構的一體化設計

李文新

(廣州地鐵設計研究院股份有限公司，510010,廣州//高級工程師)

1 我國城市軌道交通高架車站站臺雨篷與機電系統概況

城市軌道交通已經成為解決我國城鎮居民通勤問題的首選交通方式，目前國內運營里程超120 km的一、二線城市的軌道交通線路建設呈高架化及快線化發展趨勢，各種形式及規模的高架車站日益增多。站臺雨篷是高架車站特有的構件，與站臺雨篷相搭配的站臺機電系統其安裝方式與地下車站的不同，因此有必要針對高架站進行專題研究。本文將對高架站站臺機電系統安裝與雨篷結構一體化設計進行探討。

1. 1 高架車站站臺雨篷的常見形式

根據承重結構采用的材料進行劃分，車站站臺雨篷分為鋼筋混凝土雨篷與鋼結構雨篷兩種形式。鋼筋混凝土雨篷存在自重大、跨度小、工期長、景觀差等缺點，目前已很少采用，本文不作分析。鋼結構雨篷自重輕、跨度大、便于裝配式施工、能實現復雜造型，國內軌道交通車站廣泛采用鋼結構雨篷。本文以鋼結構雨篷作為設計前提條件。

1. 2 高架車站站臺機電系統安裝方式

根據站臺上方設備及管線的分布范圍，機電系統工程安裝方式可分為專業分散式與綜合集中式兩種(見圖1)。

圖1 高架車站站臺機電系統工程安裝方式

國內早期建成的高架車站對于室內設計要求不高，且計算機模擬三維管線綜合設計尚不普及，因此,機電系統管線綜合設計普遍較為簡單粗放，基本是在同一標高內進行平面設計，站臺上方機電系統工程采用設備及管線均勻平鋪的專業分散式安裝。采用專業分散式安裝，在施工過程中需要在雨篷結構或屋面板下進行大量鉆孔與焊接操作，這對鋼結構構件的防銹層及屋面板完整性破壞較大，存在遺留鋼材銹蝕及屋面漏水的隱患，不利于后期運營使用。

后期國內個別城市出于視覺效果考慮，嘗試采用將管線敷設在金屬屋面系統內部的暗埋形式，這在一定程度改善了室內裝修效果，但存在難以檢修維護、不利于管線散熱、易產生消防隱患等問題，目前已基本不采用暗埋形式。隨著國內城市軌道交通建設的日益發展，市民對于車站室內視覺環境質量的追求大大提高，設備與管線的隨意排布變得難以接受，簡單粗放的平面管線綜合設計已無法適應室內裝修設計需求，因此國內近年新建成的車站逐漸采用綜合集中式的機電安裝方式。

2 高架車站站臺設備管線綜合吊架系統的特點

高架車站站臺上方機電系統工程采用集中方式安裝需要具備一定的設施條件，最基本的設施是站臺設備管線綜合吊架系統(以下簡稱“綜合吊架”)。綜合吊架分為柱立式與吊掛式(見圖2)。

圖2 高架車站站臺綜合吊架形式

柱立式綜合吊架適用于站臺空間高大、吊架無法從雨篷下方直接落下的車站。由于城市軌道交通高架車站規模有限，站臺長度一般不超過150 m，并列站臺數量一般不超過4個，室內空間凈高很少大于7 m，因此極少采用柱立式綜合吊架。吊掛式綜合吊架是常見形式，適用于室內空間凈高不大于9 m的島式站臺及凈高不大于7 m的側式站臺，與雨篷結構進行一體化設計時應采用此種形式。

3 綜合吊架與雨篷結構一體化設計方法

3. 1 整體設計思路

一體化設計的目標是通過整合綜合吊架與雨篷結構來解決高架車站站臺上方空間問題，并優化建筑效果，設計思路如下：

1) 提高土建與機電施工的統一性與可控性，理順土建施工與機電安裝施工的矛盾，減少人為因素影響，使界面與工序更加合理，使施工過程與質量更加可控；

2) 優化站臺空間效果，改善機電系統外觀，避免管線凌亂及裸露，使管線排布清晰規整，提升室內環境品質；

3) 優化雨篷結構體系，提高材料強度利用率，節約結構桿件數量，降低工程造價；

4) 改善運營維保條件，簡化日常管理流程，減輕檢修工作強度；

5) 預留機電系統升級擴展條件，為機電系統持續更新提供便利的平臺。

3. 2 雨篷結構設計過程

雨篷結構方案是一體化設計的核心問題。由于綜合吊架位于站臺上方，需要懸掛在雨篷結構下方，如獨立設置一套結構體系，不但給雨篷增加了荷載，還增加了較多桿件，對于改善室內空間效果適得其反，因此須將綜合吊架內部結構與雨篷結構的受力桿件進行整合。整合時，一方面要考慮吊架吊桿的間距與雨篷結構的模數一致，另一方面要將吊架內部結構嵌入雨篷結構體系中，將單純荷載轉變為結構自重。具體設計過程見表1。

3. 3 站臺空間效果優化

優化站臺空間效果的目標是改善站臺范圍內的視覺環境品質，避免設備、管線及橋架等影響裝修效果，最大限度凈化與美化站臺空間。具體方法如下：

1) 將雨篷結構的張弦梁垂直腹桿作為綜合吊架的吊桿，將綜合吊架的主梁作為雨篷結構的張弦梁下水平支撐，通過二者共用桿件最大限度地減少站臺空間內的構件數量(見圖3)。

圖3 綜合吊架與雨蓬結構共用結構桿件

2) 綜合吊架主梁外包裹可開啟封閉式外殼，所有設備整齊有序地排布在外殼上，所有管線、橋架敷設在外殼內部，外觀不可見,其橫斷面見圖4。

圖4 綜合吊架橫斷面圖

3) 通過工業設計將綜合吊架打造為創意產品，使其成為車站裝修的裝飾構件，從而完全融入并美化站臺空間。

表1 綜合吊架與雨篷結構一體化設計過程

圖5 綜合吊架與雨逢結構一體化設計方案A

圖6 綜合吊架與雨逢結構一體化設計方案B

4 一體化設計在城市軌道交通建設與運營階段的優勢

4. 1 建設階段的優勢

車站雨篷施工分為土建與機電安裝兩個階段。對于未進行一體化設計的項目，土建階段僅施工鋼結構、屋面系統等與房屋建筑相關的工程，不施工綜合吊架內部結構。吊架結構需要在雨篷結構完工后二次進場施工，這樣勢必造成對雨篷結構的破壞及材料浪費，增加不必要的荷載。

圖7 綜合吊架與雨逢結構一體化設計方案C

圖8 綜合吊架與雨逢結構一體化設計最終雨篷結構布置方案示意圖

一體化設計為實現建設全過程可控創造了有利條件。站臺雨篷在土建階段已完成綜合吊架內部結構施工，吊架結構作為車站整體結構的組成部分同步進行拼裝、除銹及噴漆施工，通過簡化工序提高施工效率。機電安裝階段僅安裝吊架外殼、管線及設備，通過良好的界面預留條件提高施工質量。

4. 2 運營階段的優勢

車站運營階段需解決運營維保與系統升級兩方面問題。一體化綜合吊架外殼采用防水防塵、全可開啟形式，便于打掃檢修，基本不需日常維護。外殼采用上翻蓋機制，以合頁+鎖扣方式固定，構造安全可靠，無需登高亦可在地面進行調試操作，改善了運營維保工作條件。

因通信、信號、綜合監控等系統的更新換代非?？?，所以綜合吊架采用了模塊化設計及統一的設備終端接口形式，下部設置了通長的設備連接槽(見圖9)，所有設備終端通過連接槽固定，可獨立安裝或拆卸。一體化設計預留了擴展條件，能夠適應設備更新與系統升級，為運營階段持續發展提供了便利的平臺。

圖9 綜合吊架下部的設備連接槽

5 結語

本文結合工程實例對城市軌道交通高架站站臺綜合吊架與雨篷結構一體化設計進行了探討和分析。目前，國內城市軌道交通建設處于高速發展時期，車站結構與管線綜合設計，一方面要滿足日益提升的室內環境品質要求，另一方面要滿足科技進步帶來技術升級的可持續發展。新材料、新裝備的不斷涌現必然催生全新的設計理念，一體化設計探索尚處于廣泛試驗階段，許多細節處理需要在各種環境條件下的運營實踐中不斷優化改進。今后，需要更加深入細致地開發綜合吊架與雨篷結構一體化設計的多方面優勢，力求在高架車站環境友好性、建筑工業化、可持續發展等方面進行突破創新。