盛暉

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司 總建筑師、教授級高級工程師，湖北 武漢 430063）

進入本世紀以來，我國鐵路建設(shè)高歌猛進，鐵路客站也得到了前所未有的快速發(fā)展。無柱雨棚幾乎伴隨新時期客站建設(shè)的整個發(fā)展歷程，成為我國第三代鐵路客站的標志之一。

1 無柱雨棚的創(chuàng)新成就

“無柱雨棚”是“站臺無立柱型大跨度鋼結(jié)構(gòu)雨棚”的簡稱。設(shè)立無柱雨棚在我國是一次理念的創(chuàng)新，其初衷是貫徹“以人為本”的理念，減少站臺上影響旅客行進和遮擋視線的障礙物，為旅客創(chuàng)造更明亮、更舒適的乘車環(huán)境[1]。它帶來的直接好處是極大改善了鐵路車站的環(huán)境面貌，進而促進了鐵路服務(wù)意識的增強，并推動了建造技術(shù)的進步。在設(shè)計理念上，無柱雨棚的設(shè)立還改變了我國鐵路客站重站房輕站臺的傳統(tǒng)觀念，與發(fā)達國家的車站空間概念逐漸接近，是客站水平一次質(zhì)的飛躍。

現(xiàn)代車站越來越講求高效便捷，可能會有一半的旅客（即出站旅客），直接通過地下?lián)Q乘系統(tǒng)方便迅速地離開車站。我們在為高效率叫好的同時，也會有些許失望，因為出站旅客欣賞不到那些“建設(shè)前期各方都非常重視、幾經(jīng)篩選、巨資打造的”城市大門形象。但無柱雨棚的出現(xiàn)改變了這一尷尬局面，無柱雨棚使車站的“城市大門”形象由過去的單向型變成了全方位的立體型。例如，乘坐高速列車第一次在武漢站下車的旅客，一踏上站臺就會感受到武漢站那與眾不同的、具有震撼感的明亮恢弘空間，從而留下對武漢這個城市深刻的第一印象，這要部分歸功于無柱雨棚這一創(chuàng)新理念（見圖1）。

圖1 武漢站中央大廳

2 無柱雨棚存在的問題

然而，一切事物總存在著正反兩個方面。通過這些年無柱雨棚的建設(shè)實踐，無可否認，無柱雨棚也給我們帶來了不少挑戰(zhàn)，還存在著難以破解的問題。

概括起來主要有以下幾個方面：1）工程量加大使造價較過去大幅提高；2）由于是跨線鋼結(jié)構(gòu)雨棚，裝飾吊頂、屋面板等抗風、耐久性問題突出，易成為行車安全的隱患；3）立柱在鐵路線間，柱位選擇余地小、安全性要求高；4）空間高，防飄雨性能有所降低；5）在接觸網(wǎng)上空檢修、維護、清潔困難；6）標識、接觸網(wǎng)等吊掛困難。

3 對無柱雨棚的幾個疑問和探討

分析無柱雨棚的優(yōu)勢缺點、權(quán)衡利弊得失，可以發(fā)現(xiàn)，過去更多關(guān)注的是立竿見影的效果，如外在的形式美和直接的服務(wù)提升，對一些長遠深層次的問題探究不夠。而這些存在問題，有些是為更高的追求付出的必要代價，有些涉及到完善設(shè)計標準和質(zhì)量體系，也有些則可能是我們對一種創(chuàng)新理解的片面化或絕對化引發(fā)的后果。

3.1 無柱雨棚的本質(zhì)

無柱雨棚的本質(zhì)是什么？它的生命力在哪里？提出無柱雨棚的本意是希望鐵路客站設(shè)計“以人為本”，為旅客創(chuàng)造更明亮、更舒適的乘車環(huán)境。其創(chuàng)新理念的可貴本質(zhì)，并不應(yīng)在于其字面上傳達的站臺沒有立柱的存在，而在于它所帶來的車站空間效果的巨大改變。反過來說，低矮、黑暗、壓抑的空間即使站臺一根柱都沒有，對旅客又有多少價值呢？這樣的無柱雨棚又怎么會有強大的生命力呢？

溯本求源，知道了“無柱”的本意，就不會把注意力盯在站臺上有沒有立柱，就可以把無柱雨棚理解成是“高大空間無阻礙雨棚”。這里的無阻礙是指立柱對旅客視線和流線的無阻礙。由于雨棚跨度加大，立柱就會大大減少。例如老長沙站4個站臺，共有雨棚立柱近500個，而新長沙站（長沙南站）站臺多了1倍，卻僅有雨棚立柱40個。如果將有限的柱子設(shè)在站臺上，也不會對旅客視線和流線造成阻礙，其所創(chuàng)造的高大明朗的空間與“為旅客創(chuàng)造更明亮、更舒適的乘車環(huán)境”的初衷仍相一致，卻解決了線間立柱帶來的安全、技術(shù)、經(jīng)濟等問題。

其實，在國外這樣的例子很多，高大空間雨棚的立柱比較靈活，且以立在旅客站臺或“工作站臺”上為多。由于立柱少，立在站臺并不會感覺不方便，但安全性有保障（見圖2）。

圖2 比利時勒芬火車站大跨度雨棚

3.2 雨棚和站房的關(guān)系

長期以來，站場（站臺雨棚）、站房、廣場，是鐵路客站的三要素。過去，它們一字平面排開，相對獨立，關(guān)系穩(wěn)定，相安無事。例如我國第一代客站的代表北京站就是這種布局的典型。后來，這種關(guān)系悄悄發(fā)生了變化，首先是站房架到了站場之上，于是有了我國第二代客站的代表，率先采用南北開口高架候車的上海站；今天，不僅有站房架到了站場之上，還有廣場移到了站場之下，出現(xiàn)了采用疊合式立體布局的我國第三代鐵路客站武漢站?？梢?，三要素的布局關(guān)系不是一成不變的。

對于其規(guī)模比例關(guān)系，應(yīng)該說目前在我國，站場（站臺雨棚）、站房、廣場這三者還是共進同退，門當戶對的。但是在西方發(fā)達國家，鐵路車站廣場可能不大，純客運站房空間也越來越小，更不設(shè)專門的候車室。但是，無論過去還是現(xiàn)在，站臺始終是各種車站的重要空間。

根據(jù)我國的情況，過去小站小廣場配小候車室、大站大廣場配大候車室，這是沒有問題的。但是在今天，這種關(guān)系不應(yīng)一成不變。隨著客運技術(shù)裝備的進步，客專、城際等高效率鐵路逐漸占據(jù)主流，我國的客運理念會發(fā)展得更加先進。站臺少不一定發(fā)送旅客少，站臺多也不一定需要大站房。

如與發(fā)達國家的車站空間概念靠近，提高進出站的通過效率、售票電子化、站臺短時間候車，那么，我們應(yīng)該更重視站臺空間，適當?shù)饕珊蜍囀?、售票廳構(gòu)成的站房。無柱雨棚的設(shè)置就適應(yīng)了這一趨勢。

雨棚和站房可以在某種程度上形成互補，建議在設(shè)置高大空間雨棚的同時，可以適當減少候車室的規(guī)模。而少設(shè)候車空間，就可能控制住車站的總體造價和運營費用，加大對無柱雨棚的投入，解決其安全要求高而單方造價標準低的問題。

3.3 無柱雨棚適用范圍

無柱雨棚是高大空間雨棚，由于空間高，它必定屬于（接觸）網(wǎng)上雨棚，與網(wǎng)下雨棚（有柱雨棚）相比，一定是造價高、維修難，這就注定了它是一種高標準雨棚。如同任何分級別的設(shè)施一樣，雨棚也應(yīng)分級別，設(shè)立也必須有控制條件，高標準的無柱雨棚是不應(yīng)全面推廣的。

作者建議可在要求高、經(jīng)濟和技術(shù)條件好的省會級大站設(shè)無柱雨棚，或?qū)⑵溆糜谀切└咝实目稍谡九_上短時間候車的客運專線車站。與此同時，進一步提高無柱雨棚技術(shù)標準，在安全、維修和耐久上下功夫提高無柱雨棚品質(zhì)。大站無柱雨棚標準高、管理集中，是有條件解決檢修保養(yǎng)問題的；另一方面，以精心設(shè)計的結(jié)構(gòu)本身的美感替代附屬的虛假裝飾，也會大大減少檢修工作量。

這樣，雖然提高了標準，但從全國整體范圍來看，仍然可以減少國家總體投資。

3.4 無柱雨棚的安全問題

目前，無柱雨棚出現(xiàn)了不少質(zhì)量問題，如屋面金屬板被狂風掀起，吊頂板在惡劣氣候條件下?lián)u搖欲墜。這些隱患嚴重影響了行車安全。分析原因也許是多種多樣，眾說紛紜，如設(shè)計深度問題、施工質(zhì)量問題、監(jiān)理把關(guān)問題、建設(shè)管理問題等等，還存在著對技術(shù)標準、構(gòu)造體系、認證試驗、工期造價的種種質(zhì)疑。雖說這些原因都可能存在，但建筑質(zhì)量問題全世界都存在，金屬屋面問題各行業(yè)都遇到，為什么只有雨棚問題會發(fā)展得這么嚴重？作者認為，這里最根本的癥結(jié)是，一個普通易發(fā)的建筑維護裝飾的質(zhì)量問題把一個絕對性命攸關(guān)的行車安全問題拉扯了進來，成為我們不能承受之重負。

如果這一分析是正確的話，那么，尋找根治雨棚安全隱患的方法就有了入手點。行車安全和一般的建筑構(gòu)件質(zhì)量安全是完全不在一個級別上的風險，我們必須將建筑問題限定在自身范圍，避免將普通的建筑質(zhì)量問題升級為行車安全問題。因此建議，對于高速運行的正線上方的跨越，一定要慎之又慎。此時要么不做無柱雨棚，要么以最堅固直接的方式跨越，或?qū)φ€進行全方位防護，做到萬無一失。當然，最好能像國外車站那樣，盡量減少列車高速穿越的現(xiàn)象。

在國外大都市里，最常見的火車站多是那種盡端類型的（見圖3），本沒有列車高速穿越過站情況；中間大站，列車必須停靠也不會高速穿越；中間小站如有穿越，則如前述留足安全距離做好隔離防護。這樣就基本杜絕了建筑配件墜落而引發(fā)的行車安全風險。

圖3 西班牙普林西比盡端式火車站

例如，140多年前建成的倫敦圣潘克勒斯車站，拱頂跨度74 m，上面覆蓋了14 080塊玻璃，創(chuàng)造出的水晶宮般的透亮空間一直是英國人的驕傲，卻從沒有成為人們對歐洲之星國際高速列車運行安全的擔心（見圖4）。

圖4 英國圣潘克勒斯火車站大跨度雨棚

如果雨棚安全與行車安全問題不再牽扯在一起，同時建立科學嚴謹?shù)挠昱锝ㄖ|(zhì)量安全體系，就不會再因雨棚問題寢食難安?？傊瑢τ昱锏膯栴}既不能掉以輕心，也不必因噎廢食。

4 提高無柱雨棚的技術(shù)標準

我國現(xiàn)行的各種設(shè)計規(guī)范中,根據(jù)建筑物的性質(zhì)、類型及規(guī)模等的不同，綜合考慮現(xiàn)有技術(shù)和經(jīng)濟條件，提出了各種針對性的技術(shù)標準，以利于建筑工程設(shè)計中對適用、安全與經(jīng)濟的平衡把握。無柱雨棚在規(guī)范中并沒有明確的類型劃定，其技術(shù)標準也不應(yīng)以其結(jié)構(gòu)形式類比其他建筑確定。無柱雨棚緊鄰高速運行的鐵路線，其安全除了影響自身外，還關(guān)系著鐵路的行車安全。針對無柱雨棚的特點，有必要對其主要的技術(shù)標準進行單獨研討。

4.1 結(jié)構(gòu)安全等級

GB 50153—2008《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標準》、GB 50068—2001《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》規(guī)定，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果的嚴重性，采用不同的安全等級。建筑結(jié)構(gòu)安全等級劃分為三個等級（見表1）。

表1 建筑結(jié)構(gòu)安全等級

根據(jù)這一原則，大跨度無站臺柱雨棚，當其發(fā)生破壞時，可能造成重大的車毀人亡事故或造成列車中斷運行，從而產(chǎn)生惡劣的社會影響，因此建議跨線雨棚的結(jié)構(gòu)安全等級比一般建筑提高一級，即確定為一級。

4.2 耐久等級

現(xiàn)行國家標準GB 50352—2005《民用建筑設(shè)計通則》規(guī)定民用建筑的設(shè)計使用年限如表2分為四類。

表2 民用建筑設(shè)計使用年限分類

由于無柱雨棚規(guī)模和形式各不相同，其主體建筑的耐久年限可以根據(jù)項目具體情況確定為3～4類。

根據(jù)GB 50153—2008《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標準》3.1.2，結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的耐久性。所謂足夠的耐久性能，系指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的工作環(huán)境中，在預定時期內(nèi)，其材料性能的劣化不致導致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不可接受的失效概率。當結(jié)構(gòu)所處環(huán)境對其耐久性有較大影響時，應(yīng)根據(jù)不同的環(huán)境類別采用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)材料、設(shè)計構(gòu)造、防護措施、施工質(zhì)量要求等，并應(yīng)制定結(jié)構(gòu)在使用期間的定期檢修和維護制度，使結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用年限內(nèi)不致因材料的劣化而影響其安全或正常使用。所以，對于無柱雨棚這樣的網(wǎng)上鋼結(jié)構(gòu)，在設(shè)計標準中就考慮到使用期間的定期檢修維護方便是很有必要的，建議設(shè)置滑軌式檢修天車、巡檢馬道等日常養(yǎng)護設(shè)施。國外也有此案例。

除主體結(jié)構(gòu)以外，無柱雨棚大都是采用金屬屋面。如何做到易維護、易檢修、易更換，使其使用壽命達到與主體結(jié)構(gòu)相匹配，也是需要解決的問題。

4.3 屋面防水等級

GB 50345—2004《屋面工程技術(shù)規(guī)范》把屋面防水等級分為Ⅰ～Ⅳ級，其中永久性工程分為Ⅰ～Ⅲ級。

Ⅰ級設(shè)防的是指特別重要、對防水有特殊要求的工程，一旦滲漏會造成不可挽回的損失或嚴重災害的建筑等，屬Ⅰ級設(shè)防，要求合理使用年限25年。

Ⅱ級設(shè)防是大部分，為重要的建筑和高層建筑，合理使用年限為15年。

Ⅲ級指一般建筑，合理使用年限10年。

Ⅳ級為臨時非永久性建筑，合理使用年限定為5年。

由于無柱雨棚為半開敞建筑，對于防水可相對要求不高，因滲漏造成的損失也不會很嚴重，但必須避免滲水引起隱蔽部位的銹蝕。建議采用Ⅱ級設(shè)防。

4.4 抗震等級

GB 50223—2008《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》3.0.2規(guī)定：建筑工程應(yīng)分為以下四個抗震設(shè)防類別。

1）特殊設(shè)防類：指使用上有特殊設(shè)施，涉及國家公共安全的重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴重次生災害等特別重大災害后果，需要進行特殊設(shè)防的建筑。簡稱甲類。

2）重點設(shè)防類：指地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復的生命線相關(guān)建筑，以及地震時可能導致大量人員傷亡等重大災害后果，需要提高設(shè)防標準的建筑。簡稱乙類。

3）標準設(shè)防類：指大量的除 1）、2）、4）款以外按標準要求進行設(shè)防的建筑。簡稱丙類。

4）適度設(shè)防類：指使用上人員稀少且震損不致產(chǎn)生次生災害，允許在一定條件下適度降低要求的建筑。簡稱丁類。

根據(jù)該《標準》5.3.3規(guī)定：鐵路建筑中，高速鐵路、客運專線（含城際鐵路）、客貨共線Ⅰ、Ⅱ級干線和貨運專線的鐵路樞紐的行車調(diào)度、運轉(zhuǎn)、通信、信號、供電、供水建筑，以及特大型站和最高聚集人數(shù)很多的大型站的客運候車樓，抗震設(shè)防類別應(yīng)劃為重點設(shè)防類。站臺雨棚屬交通建筑，應(yīng)根據(jù)其在交通運輸線路中的地位、修復難易程度和對搶險救災、恢復生產(chǎn)所起的作用劃分抗震設(shè)防類別。鑒于當?shù)卣鸢l(fā)生時，如果雨棚發(fā)生破壞，可能造成運輸中斷，從而影響地震救援，建議對于跨線雨棚可以將其抗震設(shè)防分類標準確定為重點設(shè)防類（乙類），一般雨棚則抗震設(shè)防分類可以確定為標準設(shè)防類（丙類）。

4.5 屋面抗風揭

建筑屋面系統(tǒng)的安全包括防水、防火、抗風揭、抗冰雹、抗踩踏、耐久性等方面，其中的抗風揭對建筑的安全性影響重大。尤其是鐵路站臺雨棚，一旦產(chǎn)生破壞造成的次生危險非常嚴重，所以說雨棚金屬屋面安全的首要問題是抗風。

在全國范圍內(nèi)，每年被風掀翻的金屬屋面可以說是屢見不鮮，金屬屋面被風掀開的原因很多、很復雜。金屬屋面必須進行抗風揭設(shè)計已逐步成為共識。金屬屋面系統(tǒng)的抗風揭實驗，能夠有效評價設(shè)計的屋面系統(tǒng)所能達到的抗風揭能力，通過模擬壓型金屬屋面板在風力條件下，撓度變形與風荷載、板厚、板型、檁距之間的關(guān)系，總結(jié)出壓型金屬屋面板抗風荷載設(shè)計的試驗依據(jù)，解決這類設(shè)計沒有可靠依據(jù)的問題。設(shè)計人員可以依此合理選擇屋面系統(tǒng)所用的各種材料（包括表面材料、基層材料、保溫材料、固定件），優(yōu)化整個屋面系統(tǒng)。建設(shè)方則可做到對屋面系統(tǒng)設(shè)計的可靠性、經(jīng)濟性和可行性心中有數(shù)。據(jù)了解，即將發(fā)布的《金屬屋面技術(shù)規(guī)程》會把屋面抗風揭實驗作為一個要求列入其中。

5 合理選定無柱雨棚的材料和構(gòu)造

5.1 屋面材料的選擇

無柱雨棚屋面應(yīng)盡量采用輕型、抗風、易檢修、免維護的構(gòu)造和材料?？梢允墙饘俚模部梢允欠墙饘俚?。

金屬屋面由于具有輕巧、美觀、防水性好、構(gòu)造簡單、便于裝配施工等優(yōu)點，成為無柱雨棚最常用的材料。金屬屋面材料按檔次高低依次為：鈦合金板、鈦鋅板、銅板、鋁鎂錳合金板、普通鋁合金板、鍍鋁鋅鋼板、鍍鋅鐵皮。

鈦合金板在“國家大劇院”中使用，價格太高不適用于一般的建筑；鈦鋅板易潔，可自愈劃痕，使用年限可達100年以上；銅板一般用于有特別要求的工程。目前鐵路車站無柱雨棚屋面主要采用壓型鍍鋁鋅鋼板，少量使用壓型鋁合金板，標準偏低。鑒于鋁合金屋面板在國內(nèi)外發(fā)展的經(jīng)驗，具有使用年限長、防水性能強、構(gòu)造成熟、耐候性好、配件多等諸多優(yōu)勢，建議金屬屋面優(yōu)先選用這種材料（見圖5）。

圖5 壓型鋁合金板屋面系統(tǒng)構(gòu)造

無柱雨棚采用非金屬面板也值得研究。

海南國際會展中心的鋼結(jié)構(gòu)屋面采用現(xiàn)澆GRC面板抵御海風的侵蝕，可以做為非金屬面板無柱雨棚的借鑒。還可以參照組合樓板研發(fā)“壓型鋼板-輕混凝土組合結(jié)構(gòu)”的雨棚屋面板，目標就是抗風、耐蝕、免維修。

5.2 屋面連接構(gòu)造的選擇

金屬屋面連接構(gòu)造的關(guān)鍵在于防水、抗風、適應(yīng)變型和可操作易維護。壓型鋼板的連接方式有緊固件連接 （打釘）、180°立邊咬合、360°立邊雙咬合、直立縫鎖邊等連接等方式（見圖6）。連接構(gòu)造的選擇不能單看構(gòu)造措施是否強，還要看施工質(zhì)量是否可控，是否具有可操作性。

圖6 壓型鋼板360°咬合連接

直立鎖邊壓型鋁合金板屋面系統(tǒng)，其高強鋁合金支座與壓型鋁合金屋面板采用專用電動鎖邊機咬合（見圖7），與下承構(gòu)件間的連接方式則分為點支撐和面支撐。對于開敞的無柱雨棚屋面上下受風，鋼檁條易銹蝕的特點，建議采用面支撐體系，可以外露或簡化檁條，方便維修，同時支座布置更加靈活。廣州白云機場采用的技術(shù)是將箱型壓型鋼板支撐在鋼桁架上。箱型壓型鋼板集結(jié)構(gòu)承重、屋蓋支撐、建筑吸音、吊頂裝飾等功能于一身，跨度可達14 m，省去了次梁、檁條、吊頂?shù)确爆崢?gòu)造，美觀易維護。產(chǎn)品注冊了中國專利。而廣州南站鋁鎂錳直立鎖邊屋面系統(tǒng)采用高波下承鋼板，檁條明露，便于觀察檢修。屋面系統(tǒng)屬成套引進，其驗收標準及檢測報告符合美國FM標準和德國工業(yè)設(shè)計協(xié)會檢查標準。

圖7 壓型鋁合金板鎖邊咬合連接

需要指出的是，金屬屋面系統(tǒng)是在國外發(fā)明、發(fā)展并被引進的，其研發(fā)是比較復雜和科學的過程，在改進時應(yīng)注意配套性和兼容性，必須有可靠的實驗數(shù)據(jù)和標準依據(jù)。例如，在有些工程中，壓型鋼板屋面也照搬鋁合金屋面的構(gòu)造和配件，其可靠性就值得懷疑了。

在大風地區(qū)，為提高屋面的抗風能力，必要時可以增加“防風夾具”屋面抗風構(gòu)造措施（見圖8）。原理是利用夾具將裝有擋雪片的橫桿固定在屋面板的直立肋上，夾具可增強屋面板與支座的咬合，擋雪片可阻止屋面板的變形，橫桿使屋面系統(tǒng)成為一個具有較大剛度的整體，達到抗風揭的效果。該系統(tǒng)構(gòu)造簡單、美觀、不損傷板面，同時也可以防止屋面積雪整體滑落而造成傷害危險。

圖8 壓型鋁合金板屋面擋雪抗防風桿

6 結(jié)語

《論語·八佾》記載：“子謂《韶》：盡美矣，又盡善也。謂《武》：盡美矣，未盡善也?！笨鬃诱J為，美雖然能給人以感官的愉快，但美必須符合“仁”的要求，即具有善的內(nèi)涵，才有社會的意義和價值。因此他主張既要“盡美”，也要“盡善”，美與善要實現(xiàn)完滿的統(tǒng)一。

無柱雨棚作為一種為廣大旅客提供更好的列車乘降服務(wù)的重要設(shè)施，雖功能簡單但重要性高，形式單純但技術(shù)難度大。過去我們關(guān)注更多的是“盡美”的一面，對其“盡善”的研究不夠。當前，雨棚安全問題比較突出，引起了全路上下的高度重視。在下決心大力度對車站雨棚屋面采取加固補強措施之余，還應(yīng)對無柱雨棚這一創(chuàng)新成果做好總結(jié)反思。無柱雨棚的適用范圍、設(shè)計標準、構(gòu)造措施、維護保養(yǎng)等一系列問題都亟須進一步探尋完善，并在建設(shè)方針和設(shè)計原則上做出適當改進。只有做到盡善，才會更顯盡美。

[1]鄭健.我國鐵路客站規(guī)劃與建設(shè)[J].鐵道經(jīng)濟研究，2007（4）：20—30