膜結構在有軌電車車站建筑中應用

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摘要：車站作為現(xiàn)代有軌電車的重要組成部分，形式多種多樣、功能日益復雜。分析膜結構車站的設計思路，以某城市有軌電車膜結構車站為例，介紹膜結構在有軌電車車站中的應用。闡述膜結構有軌電車車站的特色，包括內(nèi)部構成、結構體系和建筑特點；提出膜結構的社會效益和經(jīng)濟效益，提升有軌電車使用品質，助力有軌電車發(fā)展，為城市發(fā)展增添活力。

關鍵詞：有軌電車；膜結構車站；結構；可塑性；透光性

膜結構車站是由多種高強薄膜材料及加強構件（鋼架、鋼柱或鋼索）形成的空間覆蓋結構。膜結構車站首先擺脫凌亂布置的站臺，減少突兀的設備擺放，將車站功能和車站整體效果融為一體，滿足乘客需求。膜結構在軌道交通建設中應用較多，但在有軌電車領域應用較少。以某城市有軌電車膜結構為例，分析膜結構有軌電車車站特色，介紹其內(nèi)部構成、結構體系和建筑特點，分析膜結構車站在實際應用過程中的特點和優(yōu)勢。

1有軌電車車站的基本特點

現(xiàn)代有軌電車低地板的車輛制式，限定車站站臺距地面高度一般在0.2~0.3m，車站長度根據(jù)車輛編組數(shù)量確定，車站高度與車輛限界存在函數(shù)關系，電車獨立路權使車站集中布置在道路中央[1]。車站功能主要分三部分：雨棚、站臺和設施。其中，有軌電車車站雨棚為乘客提供擋風遮雨的屏障，隔絕道路上機動車行駛干擾；站臺為乘客提供上、下車和休憩等候功能；設施主要有各類電氣設施、管理設施和便民設施，如攝像機、廣播、售/檢票機、廣告屏、垃圾桶等，設置有線路、交通查詢和燈光照明等功能，為乘客提供便捷、安全、高效的站內(nèi)服務[2]。此外，車站作為有軌電車系統(tǒng)的核心部分，是城市現(xiàn)代精神面貌的展示空間，也是人與人之間的交流平臺[3]。

2膜結構車站設計思路

膜結構車站在滿足有軌電車車站基本特點的同時，將現(xiàn)代建筑技術與建筑藝術有機結合，使之成為具有當?shù)靥厣某鞘酗L景線。1）力量之美。密斯凡德羅曾說過：“當清晰的結構得到精準設計時，就升華為建筑藝術”。由纖維基層和涂層形成的張拉膜結構，通過設計賦予其穩(wěn)定體系，使得膜面成為一個負高斯曲率的曲面，將膜面設計成馬鞍形雙曲拋物面，膜面兩端向上翹曲形成向上生長，賦予其力量感，造型簡潔有力，整體穩(wěn)重，與向上蓬勃發(fā)展的城市精神完美契合。2）律動之美。韻律是建筑的靈魂。這句話同樣適合車站建筑。首先定義車站中的各個構件如立柱、膜結構雨棚等，使其具有一定的規(guī)律性和邏輯性，并在此之上將部分構件與有軌電車設施相結合，形成相似元素的差異性；將立柱有規(guī)律地交錯排列，既有變化又有統(tǒng)一，最后張拉膜結構形成自由流暢的外形和此起彼伏的曲面，構成連續(xù)具有韻律的排列，凸顯建筑結構的律動美感，給車站一種流動感，代表城市的生命力和創(chuàng)造力。3）夜景之美。當代社會，隨著物質生活和精神文明的不斷提高，人們的夜間生活也不斷豐富，建筑夜景照明也越發(fā)重要。有軌電車車站常常位于道路中央，處于城市景觀中的C位，車站夜景照明是城市生活品質的體現(xiàn)。首先，采用城市景觀體系中的色系，將膜結構車站各雨棚布置成一個個獨立發(fā)光源；其次，車站內(nèi)部之間采用統(tǒng)一調(diào)度的照明運轉系統(tǒng)，各個光源相互協(xié)調(diào)，有序統(tǒng)一；再次，充分介入沿街建筑和路燈照明系統(tǒng)，分析車站照明與城市沿街照明之間的內(nèi)在規(guī)律，使路中車站照明和路側建筑照明相輔相成；最后，利用膜體本身漫反射特性，膜面內(nèi)的燈光通過膜體照亮星空，營造一個整體和夢幻的視覺效果。

3膜結構車站實例分析

3.1張江有軌電車車站

張江有軌電車位于上海浦東新區(qū)張江地區(qū)，線路全長9.8km，設15座車站，平均線間距約600m，串起張江高科技園區(qū)內(nèi)產(chǎn)業(yè)、科研、大學和生活區(qū)域，于2009年5月通車。車站多為路中對稱側式車站，型式采用膜結構設計。車站的膜結構雨棚沿站臺單邊設柱，再通過立柱頂部懸挑出雙層鋼管，并在雙層鋼管之間織拉曲面膜，構成膜結構雨棚2.5m為一組的模數(shù)組件，進而由4組相同組件構成一個完整的膜結構雨棚[4]。為凸顯車站力量感，膜結構雨棚區(qū)別于一般車站造型，采用2組1/4圓弧組合形式，形成向站臺側拱造型，使車站雨棚結構受力更加均勻和穩(wěn)定，由此塑造出雨棚面向車輛的向心力量和包裹感，拉近有軌電車與站臺之間距離。同時，通過鋼管之間的膜面設計成相互正交的兩個法面，再將法面膜面切線形成方向相反的2條曲線，使膜結構兩側向上膨脹凸起，塑造出一個繃緊的馬鞍形雙曲面。兩側向上繃起（見圖1），中部張拉繃緊，給人以向上生長和充滿肌肉的力量感，契合張江科技園區(qū)欣欣向榮的發(fā)展勢頭。

3.2珠海有軌電車車站

珠海有軌電車首期工程線路全長約8.722km，全線共設車站14座，全部為地面站，分為9座路中島式車站、2座路中側式車站和3座路中錯開側式車站。珠海有軌電車采用膜結構設計，與張江有軌電車車站有所不同，珠海有軌電車膜結構雨棚采用獨立式充氣膜結構，充氣膜支承于鋼柱和鋼梁上，利用鋼制夾具將2層ETFE膜固定在鋼梁兩端，內(nèi)部充斥氣體形成封閉氣枕系統(tǒng)。為體現(xiàn)建筑的韻律感，沿車站縱向分別設置5個充氣膜結構，單個膜面采用相同設計手法，設置一大一小2個圓弧曲面造型，大圓弧與車站前進方向相同，小圓弧作為膜結構尾部，細長飄逸，寓意一片前進的云朵。5個充氣膜寓意5片追逐前進的多彩云，形狀統(tǒng)一，前后排列，大小不等，相似相容，通過一定的內(nèi)在規(guī)律性和邏輯性組合成一個整體。同時，為體現(xiàn)建筑韻律差異性，膜面與膜面之間首尾相接，高低交錯排列，將氣枕系統(tǒng)設置成不同飽滿度的曲面狀態(tài)，既統(tǒng)一又有變化，在重復的規(guī)律性下產(chǎn)生韻律差異性，給人以高低錯落的起伏感和流動感，打破有軌電車車站的單調(diào)和呆板印象，塑造膜結構車站獨有的韻律感和節(jié)奏感。珠海素有“浪漫城市”之稱，為充分展示珠海旅游城市的夜景，在設計膜結構車站時，分別在外側ETFE膜和鋼立柱中植入細長條燈管，燈管管線的進出路全程隱蔽，站臺無外露管線和燈槽，減少內(nèi)部構造對夜間照明的負面影響。同時，燈管色彩的變化和亮度由中央系統(tǒng)統(tǒng)一管理，根據(jù)不同環(huán)境、季節(jié)、日照和時段進行相應調(diào)整，形成不同燈光組合效果。并且，在設計夜間照明景觀中，充分融入《珠海市城市建筑色彩規(guī)劃管理條例》的要求，以珠海城市色彩淡雅、明快的冷色系和中性色系為主，將車站沿線所經(jīng)過的建筑風貌、周邊環(huán)境和夜間照明燈等主導色作為設計中的背景協(xié)調(diào)色，與之充分融合、協(xié)調(diào)，創(chuàng)造多種照明方案，塑造一體化照明景觀，最終形成色彩統(tǒng)一、風格鮮明的夜間照明景觀帶。此外，通過膜結構內(nèi)設置燈管，燈光投過膜面發(fā)射，其亮度依靠光線漫反射，使光線更加柔和、發(fā)散均勻，烘托出車站安詳靜謐的夜間氛圍，豐富城市夜景（見圖2）。

3.3經(jīng)濟效益和社會效益

1）經(jīng)濟效益。前蘇聯(lián)建筑大師塔特林曾說過“最美的形式也是最經(jīng)濟的形式”。膜結構有軌電車車站不但造型優(yōu)美，本身也具有較強的經(jīng)濟效益。無論是張江有軌電車車站還是珠海有軌電車車站，車站本身結構都非常輕巧，用高強薄膜材料及加強構件替代大量鋼結構，大大減少基礎施工及支撐系統(tǒng)材料用料量，總耗材量僅為鋼結構的1/5，混凝土結構的1/30，有效節(jié)約資源[4]。同時，膜結構車站物理性能穩(wěn)定，具有卓越的耐高溫性、阻燃性和抗震性，使用壽命長達25a以上。通過車站膜面上附加防污涂層，使膜面具有超強自潔性能，灰塵及污垢不易在薄膜表面堆積，極易通過雨水沖刷清洗，減少人工清洗次數(shù)，有效降低維養(yǎng)頻率，節(jié)約人工維護成本。此外，膜結構車站在白天可充分依靠自然光滿足照明需求，降低用電量；在夜間利用膜結構內(nèi)燈光投射光線，發(fā)光效果顯著，光線散布均勻，節(jié)省用電量10%~15%。最后，膜結構可實現(xiàn)模塊化組件，可在工廠內(nèi)進行預制、現(xiàn)場拼裝，減少現(xiàn)場施工周期，提高施工效率，具有極佳經(jīng)濟效益[5]。2）社會效益。在研究膜結構車站案例中發(fā)現(xiàn)，膜結構車站所用膜材料從生產(chǎn)到加工，全程無毒無害，使用壽命長，不會對環(huán)境造成任何影響，主要膜材料均可回收循環(huán)利用，完全契合有軌電車綠色公共交通的建設理念。此外，張拉狀態(tài)下的膜結構呈獨特曲面造型，具有極強雕塑感，使體型較大的車站結構看似擺脫了重力般飄浮于天地之間，活躍城市氣氛。膜結構車站擁有無遮擋的可視空間，具有藝術感的同時富有表現(xiàn)效果，極易成為城市景觀中的聚光點。最后，膜結構車站充分發(fā)揮膜結構技術特點，將自然美、藝術美和技術美有機結合，顛覆傳統(tǒng)有軌電車車站造型，從基本幾何形態(tài)中脫穎而出，形成一個新的空間形態(tài)，曲線柔美，富于空間變化，給人以強烈建筑技術和藝術效果（見圖3），與行駛中的有軌電車車輛高度統(tǒng)一，創(chuàng)造美感。

4結語

以張江有軌電車膜結構車站和珠海有軌電車膜結構車站為例，介紹膜結構在有軌電車車站中的應用，分析膜結構有軌電車車站的特色，介紹其內(nèi)部構成、結構體系和建筑特點，總結膜結構車站在實際應用過程中的特點和優(yōu)勢。膜結構與傳統(tǒng)建筑相比，性能優(yōu)越，結構體系穩(wěn)定，透光能力強，空間效果好，無毒無害、使用壽命長，維修方便，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。同時，膜結構車站擁有十足的力量感和建筑韻律，在夜間更是城市景觀照明中的主角，與有軌電車的氣質十分貼近，充分體現(xiàn)有軌電車的藝術性、美觀性和科技性，是城市景觀中的一道亮麗風景線。

參考文獻：

[1]江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設廳,江蘇省土木建筑學會城市軌道交通建設專業(yè)委員會.現(xiàn)代有軌電車工程技術指南[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2017.

[2]梁正.現(xiàn)代有軌電車的“城市綜合設計”體系化研究[J].城市軌道交通研究,2019(S1):24-27.

[3]徐正良.有軌電車概論[M].北京:中國鐵道出版社,2018.

[4]張其林.膜結構在我國的應用回顧和未來發(fā)展[J].建筑結構,2019(19):55-64.

[5]肖寧.ETFE薄膜材料在城市有軌電車車站設計中的運用[J].建材與裝飾,2016(4):114-115.

作者:李耀 單位:上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司