張 蔭, 梁守科, 朱金鳳

(中鐵二院工程集團有限公司，四川成都 610031)

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雙層地鐵車輛段及上蓋物業(yè)設計研究

張 蔭, 梁守科, 朱金鳳

(中鐵二院工程集團有限公司，四川成都 610031)

文章結合青島市地鐵2號線遼陽東路車輛段工程設計實例，對雙層地鐵車輛段及上蓋物業(yè)從總圖、結構以及消防設計幾個方面進行分析研究，提出相應的設計思路和工作要點，供雙層地鐵車輛段及上蓋物業(yè)的規(guī)劃、設計和建設參考。

雙層地鐵車輛段； 上蓋物業(yè)； 設計要點

城市軌道交通車輛段是車輛停放以及車輛、系統(tǒng)設施的維護檢修基地，是保障城市軌道交通安全運營的重要組成部分。本文結合青島市地鐵2號線遼陽東路車輛段工程設計實例，對雙層地鐵車輛段及上蓋物業(yè)的設計進行研究分析，提出相應的設計思路和工作要點，供雙層地鐵車輛段及上蓋物業(yè)的規(guī)劃、設計和建設參考。

1 概況

青島市地鐵2號線一期工程線路長約25.2 km，設置遼陽東路車輛段一處，承擔2號線一期工程全部地鐵車輛的停放和檢修任務，同時承擔2、4、5號線地鐵車輛的大架修任務。

遼陽東路車輛段段址在嶗山主城區(qū)的中心區(qū)域，位于地鐵2、4號線換乘站附近,在區(qū)域發(fā)展規(guī)劃中具有明顯的區(qū)位優(yōu)勢以及便利的交通條件，結合地鐵功能進行綜合物業(yè)開發(fā)符合城市發(fā)展規(guī)劃，契合城市發(fā)展需求。經(jīng)過物業(yè)開發(fā)前期策劃及研究，征得城市規(guī)劃委員會審批后，決定結合地鐵車輛段項目進行綜合物業(yè)開發(fā)。

2 總體設計

2.1 車輛段總平面布置

遼陽東路車輛段用地形狀不規(guī)則，有效長約810 m，有效寬約350 m，為南高北低的坡地地形，最大高差達28.5 m，紅線面積為26.69 ha。車輛段設計規(guī)模為：大架修4列位，定修1列位，臨修1列位，雙周三月檢6列位，停車列檢54列位。結合用地條件，進行了單層和雙層車輛段總平面布置方案研究。

單層車輛段總平面布置方案(圖1)，以運用和檢修廠房為主體，呈順向并列式布置，為適應不規(guī)則用地，運用和檢修廠房拆分為停車列檢庫、周月檢、定修庫、大架修庫3大主庫錯落布置，運轉綜合樓、物資總庫設置于周月檢、定修庫北側空地，調機工程車庫設于檢修廠房西南側，與出入段線順接，牽引降壓混合所、綜合維修車間設于咽喉區(qū)東北側，洗車線按八字往復式布置于入段線東側。除人員相對密集的綜合樓以及火災危險性為甲類的雜品庫不考慮上蓋外，其余區(qū)域均按上蓋考慮。單層布置方案所有股道及房屋基本滿鋪用地，地鐵功能用地面積為24.69 ha，僅留出約2 ha白地可做落地物業(yè)開發(fā)。受用地限制，遠期最大停車能力為48列，尚缺6列停車能力。

圖1 遼陽東路車輛段單層總平面布置示意

雙層車輛段總平面布置方案(圖2)，借鑒國內首座投入運營的雙層地鐵車輛段——深圳地鐵3號線橫崗車輛段的節(jié)約用地和集約化利用土地的設計理念，將出入段線、運用庫庫前及庫內線群(包括停車、列檢、洗車、鏇輪、列檢、雙周三月檢線路)進行雙層布置(圖3)，以減小地鐵功能的平面占地，盡量留出可落地開發(fā)的用地。一層設置洗車、鏇輪、停車庫線，二層設置列檢、雙周三月檢庫線。車輛段總平面布置分為蓋外及蓋下區(qū)域2部分：蓋外為雜品庫、污水處理站、綜合樓，蓋下為運用庫、檢修主廠房、工班房、物資總庫、調機工程車庫、綜合維修車間、牽引降壓混合所及庫前岔區(qū)等。 雙層布置后遠期停車能力為54列，滿足計算需求。用地寬度在平層方案基礎上壓縮約105 m，地鐵功能用地面積為17.43 ha，較單層布置節(jié)約7.26 ha用地，總計約9.26 ha白地可做落地物業(yè)開發(fā)。

圖2 遼陽東路車輛段雙層總平面布置示意

圖3 雙層運用庫橫剖面

2.2 上蓋物業(yè)規(guī)劃及方案

結合地鐵功能及物業(yè)開發(fā)條件，將車輛段用地劃分為不同類型區(qū)域,并對各區(qū)域可建設的物業(yè)層數(shù)進行整體規(guī)劃及結構計算，不同區(qū)域物業(yè)開發(fā)建筑層數(shù)規(guī)劃見表1。

經(jīng)過物業(yè)開發(fā)前期策劃及研究，并經(jīng)過城市規(guī)劃委員會審批后，最終采用的物業(yè)方案為：車輛段西北側沿合肥路為落地建設的33層住宅，東南側庫區(qū)蓋上主要為11層住宅，

表1 遼陽東路車輛段不同區(qū)域物業(yè)開發(fā)建筑層數(shù)規(guī)劃

東北側沿深圳路地塊落地建設18～24層辦公樓，庫前岔區(qū)蓋上為配套商業(yè)，西南側三角地塊內落地建設33層住宅，咽喉區(qū)西南側建設24層辦公樓。物業(yè)開發(fā)地上建筑面積約59.4×104m2，容積率約為2.42(圖4)。

圖4 遼陽東路車輛段蓋上物業(yè)效果

2.3 豎向設計

遼陽東路車輛段段址原始地形起伏較大，南高北低，地面高程在18.66～47.16 m之間，地形最大高差達28.5 m，在如此大型坡地上建造車輛段及蓋上物業(yè)綜合體，合理進行豎向設計尤為重要。出入段線由地塊南側接入，利用“南高”的地形特點，為充分利用地下空間，將出入段線上下分層接入段內，運用庫及庫前岔區(qū)布置為雙層型式(圖5)。同時，南側蓋頂標高與周邊既有地形標高接近，南側蓋上物業(yè)開發(fā)與周邊落地物業(yè)開發(fā)的地坪標高接近，消除了“蓋上”與“蓋下”的錯臺，使南側蓋上與落地開發(fā)自然融合一體，利于物業(yè)開發(fā)的整體規(guī)劃和建設。

圖5 遼陽東路車輛段及出入段線縱剖示意

遼陽東路車輛段縱向及橫向兩個典型剖面示意(圖6)清楚表達了蓋下庫區(qū)、蓋上物業(yè)以及周邊物業(yè)、道路的標高關系。

圖6 遼陽東路車輛段典型剖面示意

3 設計要點分析

雙層地鐵車輛段及上蓋物業(yè)工程設計非常復雜，涉及專業(yè)眾多，本文結合青島地鐵2號線遼陽東路車輛段設計實例，除了對總體設計思路和要點進行分析研究外，重點對結構以及消防兩個方面的設計要點進行了分析研究。

3.1 結構設計

3.1.1 結構方案確定

地鐵車輛段及上蓋物業(yè)整體結構設計方案的合理確定對于充分滿足蓋上、蓋下不同的使用功能要求至關重要。

為改善蓋上物業(yè)戶型條件，更好地適應市場需求，遼陽東路車輛段蓋頂設置11層剪力墻結構住宅，住宅下部為一層物業(yè)車庫，物業(yè)車庫下部為車輛段，整體結構形式采用塔樓區(qū)域為框支-剪力墻結構，裙房為鋼筋混凝土框架結構。蓋體范圍內樓屋蓋采用主次梁結構布置形式。由于功能要求，蓋下部分柱網(wǎng)間距較大(>15 m)，運用庫2層樓面股道區(qū)域為整體道床，不均勻沉降變形量要求不大于20 mm，同時樓層荷載較大，正常計算梁的撓度變形很難滿足使用要求，設計除了將該區(qū)域較大跨度的主次梁采用了后張法預應力結構外，還創(chuàng)造性地考慮了合理的施工順序，提前釋放梁的撓度變形，分2次澆筑找平，以較低的成本滿足工藝對混凝土梁較高的變形要求；蓋下庫區(qū)其他范圍柱網(wǎng)較大時，由于對沉降變形的要求不及整體道床，在設計時兼顧了經(jīng)濟性和適用性，主要采用了型鋼混凝土梁、型鋼混凝土柱結構的形式，而對于材料堆場兼新車裝卸場地范圍內，梁的跨度達到了40 m，采用混凝土梁已很難滿足設計要求，在該區(qū)域采用了大跨度簡支鋼梁，以減輕結構自重和減小結構構件截面，同時，為了便于施工，樓承板采用鋼筋桁架模板兼做底膜；塔樓下物業(yè)車庫的轉換構件，采用巨柱轉換，剪力墻全部不落地，最大限度地兼顧了物業(yè)開發(fā)需求和車輛段使用功能要求。

國內帶上蓋開發(fā)地鐵車輛段結構轉換高度有兩種型式，如杭州地鐵1號線七堡車輛段、深圳地鐵3號線橫崗車輛段在蓋體2層進行結構轉換，而寧波地鐵1號線天童莊車輛段在蓋體1層進行轉換。兩種轉換層高度的選擇各具優(yōu)勢。地鐵車輛段蓋下空間普遍要求較高，在蓋體較低樓層處轉換更符合結構抗震的要求，且夾層物業(yè)車庫可采用較小的結構截面，增大了夾層車庫的空間利用率，減少了造價，但主要問題是蓋上建筑的墻、柱等豎向構件伸進夾層車庫，造成夾層車庫柱網(wǎng)較凌亂，庫內汽車位布置不整齊，且蓋上物業(yè)建筑型式的布置局限性較大；而在蓋體2層進行結構轉換，較難控制結構側向剛度及承載力的突變，對結構抗震不利，結構超限情況也會比較嚴重，但夾層車庫柱網(wǎng)整齊，便于車庫內的車位布置及交通組織，且蓋上物業(yè)建筑型式的布置比較靈活，更容易滿足物業(yè)開發(fā)多變的需求。所以，結構轉換高度的選擇應根據(jù)工程實際情況綜合確定。遼陽東路車輛段為考慮后續(xù)物業(yè)開發(fā)的靈活性，采用蓋體2層進行結構轉換，即在物業(yè)車庫頂層進行轉換。

3.1.2 結構抗震縫設置

遼陽東路車輛段工程南北向總長約810 m，東西向總寬約350 m，總體結構超長超寬，綜合分析各種因素后，以少設縫，減小漏水點為原則，對于結構超長超寬，考慮采用設置后澆帶、計算考慮溫度應力、分倉施工等措施來避免混凝土構件的非受力開裂。

3.1.3 結構超限設計

上蓋物業(yè)車輛段結構受限于蓋上蓋下使用功能需求的矛盾，抗震計算過程中極易出現(xiàn)扭轉不規(guī)則、剛度突變、構件間斷、承載力突變、塔樓偏置等不規(guī)則項，易造成超限高層。遼陽東路車輛段及上蓋物業(yè)屬于復雜超限高層，具備4項不規(guī)則項。針對超限情況進行了專題研究，采用不同軟件對結構進行了對比分析，權衡了結構方案的可行性及計算模型的合理性，本工程抗震設防烈度提高一度，按7度0.10g進行設防，蓋上部分按標準設防(丙類)考慮，蓋下范圍按重點設防(乙類)考慮；同時采取了抗震性能化設計的措施，設定抗震性能目標為C級，其中框支柱、框支梁等關鍵構件抗震等級提高一級，除庫前岔區(qū)部分為一級外，均考慮為特一級，并按中震彈性、大震不屈服進行性能化設計。

3.2 消防設計

3.2.1 建筑消防設計原則

遼陽東路車輛段11.8 m(檢修主廠房一層蓋頂)、16.1 m(運用庫二層蓋頂)標高的蓋體上部進行物業(yè)開發(fā)。蓋上為民用建筑，蓋下為工業(yè)建筑，兩種不同性質的建筑進行組合建造，現(xiàn)行防火規(guī)范未涵蓋此類建筑，借鑒其它城市類似工程經(jīng)驗及消防安全性能評估分析研究成果，確定消防設計原則如下：

(1)蓋上物業(yè)按《建筑設計防火規(guī)范》民用建筑部分、《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規(guī)范》執(zhí)行。蓋下車輛基地為工業(yè)建筑(單、多層廠房、倉庫)，按《建筑設計防火規(guī)范》的廠房和倉庫部分執(zhí)行。蓋下建筑耐火等級為一級。蓋下柱、梁、樓板等承重結構耐火極限不應低于3.0 h。

(2)蓋上、蓋下區(qū)域防火完全分隔，蓋上物業(yè)的溝槽管線均在蓋上敷設，不與蓋下空間發(fā)生關系。

(3)蓋體采光通風口的邊緣距離上蓋物業(yè)建筑的防火間距應滿足《建筑設計防火規(guī)范》中關于民用建筑與工業(yè)建筑之間的防火間距規(guī)定。

3.2.2 地下、地上區(qū)域的劃分

遼陽東路車輛段地形起伏較大、南高北低，南側區(qū)域蓋頂標高與周邊既有地形標高接近，南側區(qū)域(包括庫前岔區(qū)、物資總庫、調機工程車庫、綜合維修車間及牽引降壓混合所)均位于地下，無自然通風和采光，按照地下廠房、倉庫設計。北側廠房區(qū)域(運用庫、運轉綜合樓、檢修主廠房及工班房)地面標高高于周邊規(guī)劃道路及北邊既有合肥路路面的標高，東、西、北三面均可自然通風，設室外消防道路，按地上丁類廠房設計。

3.2.3 消防車道設計

遼陽東路車輛段設置4個出入口，分別與合肥路、規(guī)劃路相接，在發(fā)生火災的情況下，消防車可同時從東側、北側進入場區(qū)進行消防救援。蓋下地上建筑設置不小于4 m寬的環(huán)形消防車道，三側蓋邊設置，一側蓋下。運用庫、檢修主廠房之間設置不小于4 m寬的蓋下穿過式消防車道。蓋下消防車道兩側設置防火分隔，車道上方設置機械排煙。設于蓋外的雜品庫、綜合樓的周邊分別設置不小于4 m寬環(huán)形消防道路。

3.2.4 防火分區(qū)及人員疏散

對于乙炔瓶庫、酸性蓄電池充電間、氧氣瓶庫、油漆庫等火災危險性類別屬于甲、乙類的廠房(庫房)不應設置在蓋下，遼陽東路車輛段存放有乙炔瓶、氧氣瓶的雜品庫設置于蓋體外。調機庫、工程車庫、變電所等火災危險性類別屬于丙類的廠房(庫房)也不宜放在蓋下，如設于蓋下，宜布置在蓋體邊緣并應單獨設置防火分區(qū)，遼陽東路車輛段物資總庫、調機工程車庫、綜合維修車間及牽引降壓混合所布置于蓋下并單獨設置防火分區(qū)，按《建筑設計防火規(guī)范》地下建筑劃分防火分區(qū)、計算疏散距離，人員疏散至相鄰蓋外和蓋上區(qū)域為安全。蓋下運用庫、檢修主廠房、洗車庫、鏇輪庫等火災危險性類別屬于丁、戊類的廠房按《建筑設計防火規(guī)范》進行消防設計，防火分區(qū)面積、疏散距離不限。為進一步提高蓋下消防的安全性，遼陽東路車輛段檢修主廠房、運用庫、洗車庫、鏇輪庫、運轉綜合樓、班組用房等不同功能區(qū)域分別劃分為獨立的防火分區(qū)。檢修主廠房內還采用防火隔墻劃分為不同的區(qū)域，蓋下檢修主廠房、運用庫內任一點至安全出口的疏散距離按120 m控制。

3.2.5 防排煙設計

遼陽東路車輛段建于南高北低的大型坡地上，南側區(qū)域位于地下，北側區(qū)域位于地上，合理做好不同區(qū)域的防排煙設計也是本工程消防設計的要點之一。借鑒其它城市地鐵工程建設經(jīng)驗及消防安全性能評估分析研究, 不同區(qū)域的防排煙設計考慮如下：

(1)車輛段內各廠房防排煙設計參照《建筑防排煙系統(tǒng)技術規(guī)范》(報批稿)，采用美國 NFPA92B 中的煙氣量計算方法來計算排煙量。該計算方法主要是基于火災中的煙羽流模型來計算火災產(chǎn)生的煙氣量，根據(jù)確定室內火災所需維持的煙氣層高度來確定所需的排煙量。同時結合結構梁和固定擋煙垂壁劃分防煙分區(qū)，丁類廠房按照小于2 000 m2劃分防煙分區(qū)，丙類廠房按1 000 m2劃分防煙分區(qū)，丙類庫房按600 m2劃分防煙分區(qū)。排煙時僅開啟著火防煙分區(qū)的排煙系統(tǒng)。采用機械排煙，機械補風的方式，補風量大于排煙量的 50 %。

(2)蓋下交通區(qū)及消防車道按照《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規(guī)范》的要求進行設計。蓋下消防車道半開敞區(qū)域采用機械排煙，自然補風的方式；蓋下交通區(qū)采用機械排煙，機械補風的方式，補風量大于排煙量的 50 %。

(3)庫前岔區(qū)排煙系統(tǒng)：庫前岔區(qū)無可燃物、無人員停留、空間高大、蓄煙散熱能力較強，采用機械排煙，自然補風方式，不劃分防煙分區(qū)，排煙量按照美國NFPA92B煙氣計算方法計算。

(4)蓋下其他辦公區(qū)域或工班用房等按照GB 50016-2014《建筑設計防火規(guī)范》要求執(zhí)行，防排煙部分按照GB 50016-2006《建筑設計防火規(guī)范》執(zhí)行。

4 結論

通過對青島市地鐵2號線遼陽東路雙層地鐵車輛段及上蓋物業(yè)的設計進行研究分析，得出如下結論：

(1)地鐵車輛段及上蓋物業(yè)的總體規(guī)劃布局應因地制宜，在常規(guī)單層布置方案難以滿足地鐵功能和不利于物業(yè)開發(fā)情況下，可結合用地條件考慮采用部分線路和庫房雙層布置方案，盡量留出白地進行綜合物業(yè)開發(fā)。

(2)地鐵車輛段及上蓋物業(yè)應結合地鐵功能及物業(yè)需求進行統(tǒng)一規(guī)劃、整體設計，以充分滿足蓋上、蓋下不同的使用功能需求。

(3)本文提出了雙層地鐵車輛段及上蓋物業(yè)的總圖、結構、消防設計的設計思路和要點，可供類似工程設計時參考。

[1] GB 10057-2013 地鐵設計規(guī)范[S].

[2] GB 50016-2014 建筑設計防火規(guī)范[S].

[3] 徐久勇.深圳地鐵3號線橫崗車輛段雙層總平面布置分析[J].鐵道工程學報，2011(8):112-115.

[4] 劉桂江,王棟.蘇州太平車輛段上蓋開發(fā)消防設計[J].鐵道工程學報，2012(11):67-72.

[5] 朱金鳳，王攀.預留上蓋開發(fā)的地鐵車輛基地消防設計研究[J].城市建設理論研究，2015(5).

張蔭(1971～)，女，高級工程師。

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[定稿日期]2017-03-03