京張高鐵客站清水混凝土站臺雨棚創新設計

李宇辰,韓永偉

(1.中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055； 2.中國鐵路北京局集團有限公司站房工程項目管理部,北京 100860)

鐵路客站的功能系統一般由客站廣場、站房和鐵路車場三要素組成，鐵路車場是鐵路客站的設計基礎，其主要功能是完成旅客的乘降、換乘以及列車的停靠和駛離。

現今鐵路系統發達國家的鐵路客流流線大多為“通過式”，站房空間是提供短暫候車、購票、換乘、購物、休憩等復合功能的場所，站臺和雨棚構成的空間才是最主要的旅客集散空間，也是鐵路客站最重要的、最富有感染力的空間；站臺雨棚的設計感、尺度感，在車場空間的構建中起著愈發重要的作用。

1 有柱站臺雨棚的應用現狀及功能發展

1.1 概念與分類

我國傳統鐵路客站的站臺雨棚與站房相對獨立，其建筑形式分為有柱式與跨線式，如圖1、圖2所示。有柱式雨棚主體結構材料多為鋼筋混凝土，雨棚柱立于站臺之上，結構形式簡單，跨度較小，投資較低，多應用于中小型客站；跨線式雨棚將柱子設置在線路中間，采用大跨結構形式，多應用于大型客站。

圖1 有柱式雨棚

圖2 跨線式雨棚

1.2 應用現狀

以京張高鐵各客站為例，清河站為大型車站，采用跨線雨棚；張家口站為中型車站，局部采用跨線雨棚，主要采用有柱雨棚，如圖3所示；昌平、東花園北、懷來、下花園北等小型車站，全部采用有柱雨棚。縱觀全線鐵路車場，有柱雨棚的覆蓋面積達到了60%以上。

圖3 京張高鐵混凝土雨棚

美觀的車場空間是首次到達旅客對城市的第一印象，也是即將離開的旅客對城市的最后記憶[1]，有柱雨棚正是構建這一空間的最關鍵因素。有柱雨棚擁有安全系數高、耐久性好、遮雨效果好、投資造價低、施工周期短等優點，在全路應用極為廣泛。

1.3 功能發展

站臺雨棚最基礎的功能是擋雨及照明，而伴隨“智能鐵路”建設的蓬勃開展，雨棚搭載了很多的信息傳遞功能，越來越多的信息設備出現，如動態標識屏、靜態標識、攝像機、電子時鐘、WIFI盒子、揚聲器、電鈴等，雨棚成為一種信息的載體。

2 新型雨棚設計概述

2.1 傳統雨棚設計問題剖析

首先，傳統雨棚的結構體系(圖4)是以柱承梁，以梁承板，板在梁上，梁在柱上，梁間有格，格間封板[2]。很多外觀缺陷，如雨水管接口不居中、筒燈整體明露、橋架整體明露、末端設備明露等問題，均因未曾突破梁板柱的體系或其順位關系。

圖4 傳統雨棚典型案例

其次，傳統雨棚設計對運維便捷性與成本考慮不足。如外飾涂料的使用，部分雨棚的雨水管埋于柱中、管線埋于板內的做法，都將對后期的運營維護造成很大負擔。

再次，傳統雨棚造型較為呆板，千篇一律，已無法滿足旅客審美與當代鐵路設計發展需求。

最后，由于智能化設備的日益增多，傳統雨棚的設備搭載能力愈顯不足，對管線橋架的處理方式也走進了“死胡同”。

2.2 新型雨棚結構形式與建筑形態設計過程

第一，柱梁交接節點，是傳統混凝土雨棚多個核心問題的集中區段。雨水管偏心設置并不美觀，若居中設置，則要求雨水收集點位于柱心連線，且順軌向主梁不居于柱心；筒燈高約20 cm，為達到美觀要求，需將燈身盡量隱沒；順雨棚通長存在有大量線纜，要求有較為隱蔽的空間完成其鋪設。經綜合考慮，以“一柱二梁”的手法作為解決上述問題的核心點，順軌主梁采用雙梁并行的模式，梁間結構板上作水溝、下作線槽。

第二，優化旅客可見的梁格空間，將結構板下移至梁下皮，人視可見為整板。此時上返梁格成了蓄水槽，需將梁格間使用輕質材料填充才可完成排水，卻不甚經濟。

第三，與造型結合的持續優化，尋求造型與功能的切合。維持順軌向邊梁不動，主梁下沉，以保證在無冗余填充的情況下排水順暢。

第四，結合材質與功能的需求，調整雨棚細部結構形態，達到功能與美觀的結合統一，如圖5所示。

圖5 新型雨棚形成過程

2.3 新型雨棚外觀概況

新型雨棚采用清水混凝土材質；柱截面自下而上逐漸放大，最終隱沒于屋面板下；梁柱交接處設明縫；順軌向主梁為并行雙梁，其間設裝飾格柵，格柵內部布置線纜及設備末端；雨水管設置于雨棚柱凹槽處，通長不設卡件；垂軌向屋面板根據模板分格設置明縫；旅客可見區域不設梁窩，設備線路不明敷，如圖6所示。

圖6 新型雨棚效果圖

3 新型雨棚設計要點

3.1 清水混凝土材質的應用

清水混凝土是直接利用混凝土成型后的自然質感作為飾面效果的混凝土。根據質量和表觀效果，可分為普通清水混凝土、飾面清水混凝土和裝飾清水混凝土[3]，本次雨棚設計，采用飾面清水混凝土，即表觀顏色統一，有規律的明縫與蟬縫，以混凝土的本色、本質示人。

清水混凝土的應用在我國車站設計中還處于起步狀態[4]。本次有柱雨棚的設計，由于可近觀、可觸碰，對設計和施工提出了更為精細化的要求，這也是清水混凝土工藝在我國鐵路有柱雨棚建設上的首次應用。

首先，清水混凝土表觀效果上佳，符合現代審美要求[5]。清水混凝土充分展現水泥本身特有的原始與樸素，顏色端莊穩重、易維護，極具東方文化特點；同時清水混凝土規避了飾面涂料的使用，綠色環保，與綠色建筑的理念相迎合[6-8]。

其次，清水混凝土的耐久性遠高于傳統涂料，極大降低了運維成本。站臺是旅客非靜止區域，行李拖行可能造成雨棚涂料易污損、脫落；清水混凝土以材質為飾面，強度極高，不易污損，有效避免人為破壞產生的翻修。清水混凝土自身的抗滲性能、抗融凍性能，混凝土成型后，其表面附加的滲透型保護劑，會在表面3 cm左右厚度內形成封閉區段，對其耐腐蝕性、防塵性能、抗滲透性、耐紫外線能力都將有所提高，進而增加其耐久性[9]。

再次，清水混凝土的應用與實施還倚仗了設計、施工及模板加工技術的進步[10]。雨棚尺寸，要求采用大鋼模，準確切割；雨棚的近人效果，要求施工精度極高，配合比控制準確；人機的承重能力與效率需求，要求設計必須考慮明縫分格位置、脫模難易度、振搗方式等問題。在設計水平與施工工藝同時達到一定高度后，二者才可互相滿足、互相成就，清水混凝土材質，方可應用于雨棚工程。

3.2 “槽”的設置

基于管線通路、屋面排水、設備安裝等需求，于順軌主梁間設置400 mm(寬)×450 mm(高)的“槽”，這個空腔便是混凝土站臺雨棚除遮雨功能外，其余功能的載體。

站臺雨棚每隔4 m布置1個筒燈，其供電線路的鋪設，采用順軌道方向橋架，尺寸為10 cm×10 cm。站臺雨棚上存在有大量動、靜態標識屏、攝像頭以及揚聲器、WIFI等，其控制核心位于站房內的信息機房，為達到對每臺設備的控制與監測，需順軌道方向滿鋪線纜， 線路橋架尺寸為10 cm×15 cm。

大量設備的分散布局、管線的支吊明裝，都是影響美觀及與大幅清水混凝土不貼合的因素，“隱匿”不失為管線與設備布局的最佳選擇[11]，整合的“槽”應運而生，在最小空間內滿足管綜與檢修需求，如圖7所示。

圖7 “槽”內管線布局(單位：mm)

結合雨棚整體樣式、橋架與燈具及其他設備的安裝需求，采用順軌向方通對“槽”進行裝飾。順軌向梁窩內側設有預埋件，焊接L50 mm角鋼連接件；連接件上焊接L50 mm角鋼，用作2條橋架的架設龍骨，同時其下部用螺栓連接L40 mm角鋼，用作方通的加設龍骨，螺栓設于方通縫隙間；燈具安裝件與上部L50 mm角鋼連接，燈具下皮與方通下皮平齊。這樣將多種設備橋架龍骨結合考慮，節約了鋼材用量；同時方通龍骨的巧妙連接方式，使得方通可以整組拆裝，方便運維，如圖8所示。

圖8 “槽”下方通的安裝固定方式(單位：mm)

本混凝土雨棚設計的另一個槽，用于柱截面設計，如圖9所示，以寬約20 cm、深15 cm的凹槽，作為直徑10 cm的雨水管的布設空間。為方便運維，鐵路運營管理部門一般會要求雨水管明設，而此凹槽解決了雨水管明設過于突兀、影響美觀的問題，同時還通過結構柱配筋的調整，未增大柱截面，使得柱體纖細；在雨水管卡扣的細節處理上，不再采用通常1 m間距1個卡件的固定方式，而是于方通以上、地面以下、旅客不可見位置設置2組加強的鍍鋅卡件，以形成與清水混凝土同樣純凈的立面效果。

圖9 柱上的“槽”(單位：mm)

3.3 “縫”的設計

混凝土脫模后，造型轉接處所形成的明縫，與模板拼接處的細小禪縫，是清水混凝土的最大特色之一，縫的存在，被視為清水混凝土的建筑語言。該雨棚存在有2處明縫，第一處位于梁柱分界處，第二處用作檐口滴水，如圖10所示。

圖10 柱頂及檐口的“槽”

梁柱分界處的明縫設置，主要是為了滿足施工需要。基于工序、載具、模板拆裝等因素，混凝土雨棚的立柱需先行澆筑，而后梁板一體澆筑；在這種施工順序下，柱體與梁板雖可做到交接處截面一致，卻無法完美拼接，且可能會造成色差，設計上索性將此處設置明縫，不但可規避以上問題，還可作為柱頭造型，將雨水管處向上延伸的凹槽做出形態變化，順接上部的異形梁體。

因施工需求，雨棚檐口下部轉折處一定存在模板交接，若做整板處理則在脫模時容易損傷混凝土表皮；檐口下皮造型較為圓潤，雨水易順勢滑落至屋面的下板面，需在弧段結束處完成檐口滴水[12]。結合以上2個條件，設計上順勢而為，在經過3種檐口滴水形式的比較后，選擇半圓形明縫(形式3)作為滴水。雨棚板上的減法，便是模板上的加法，僅需在模板內墊硬質PVC條即可，這樣形成的滴水很容易保證順直，且脫模方便，無碎角、脫落風險，如圖11所示。

圖11 檐口滴水形式比選

禪縫位置設計，講求規整與對位準確，并根據施工技術條件，盡量減少。柱面設4條禪縫，分別位于柱四角弧段拐點，如圖12所示，柱凹槽處不設縫，通過模板加工一體成形。梁板順軌向禪縫設置以直線、弧線拐點為分界，垂軌向禪縫設置對應槽下方通及燈具布點，采用統一模數，完全貼合。

圖12 柱模板平面

3.4 精細化設計

由于清水混凝土一次成形，不再修飾的特性，要求所有預埋件都必須在施工前進行精準對位，如圖13所示。站臺雨棚上設有動態標識、靜態標識、監控攝像頭、時鐘等，是一個龐大的末端設備組團，出于行車安全考慮，兼顧美觀效果，所有固定件必須預埋，不可后植，以避免后植件脫落造成事故，或施工時破壞清水混凝土的表觀效果；此外，梁板禪縫位置與槽內方通及燈具對應，燈具依靠方通龍骨進行固定；以上所有設備、縫隙全部聯系在一起，需統籌考慮[13]。這對多專業的協同設計水平與精度提出了更高的要求，同時也推進了精細化設計、精品化工程的進步。從京張高鐵站臺雨棚的實踐結果看，精細化多專業協同設計是可以做到的。

圖13 燈具、預埋點位、禪縫對位示意

4 結語

作為清水混凝土有柱雨棚1.0版的初踐者，經過對結構形態的突破、清水混凝土材質的應用，槽、明縫、禪縫、滴水等細節的雕琢，將多專業的線纜及末端設備協同考慮、一體化布局，最后經設計方與施工方、模板加工方的多次磨合，形成了較為完善的有柱站臺雨棚形式，推廣應用于京張、贛深、鄭濟、太焦、昌景黃等多條國鐵線路上，如圖14所示。該形式雨棚適用性廣泛，其造型中部存在平直段，可通過調整平直段長度來適應站臺寬度變化，亦能夠較好地應用于大車場的曲線站臺；但由于混凝土自重限制，該形態并不適用于高架站下站臺樓扶梯斜段及橋式站臺。

圖14 建成后的站臺雨棚

隨著清水混凝土雨棚的推廣，問題也隨之出現；由于商品混凝土質量、施工工藝、氣候條件因素的差異，造成了清水混凝土表觀效果的區別、局部的缺陷，在工藝、流程、原料配合比等方面仍處于實際工程探索階段，有待通過實踐與總結形成標準。

鐵路建設標準的提高、國民審美水平的提升、智能化要求的增加，必將對站臺雨棚設計提出新的挑戰；清水混凝土雨棚作為站臺乘降空間優化的重要組成部分、站臺雨棚演化歷程的重要節點，現已步入了裝配式雨棚的研究階段；以其開辟出的構造新思路為出發點，后續站臺雨棚的設計也開始向多元化發展，共同為提升客站品質、讓旅客具有滿足感的奮斗目標，提供動力與支持。