穆 亮 楊 光

(中鐵一院集團山東建筑設(shè)計院有限公司，264200,威海//第一作者,工程師)

城市軌道交通建設(shè)對城市發(fā)展的帶動作用日益凸顯，其沿線的土地價值升值較快。傳統(tǒng)的城市軌道交通車輛基地存在占地面積大、建筑密度低、用地強度小、對周邊地塊嚴重分割等明顯弊端，使車輛基地上蓋物業(yè)開發(fā)的建設(shè)意義及經(jīng)濟價值越發(fā)突出，同時也契合我國集約用地的發(fā)展理念。

城市軌道交通車輛基地綜合開發(fā)模式有兩種：

(1) 地面式車輛基地物業(yè)開發(fā)。此種模式主要是將車輛基地布置在地面上，通過對各種廠房及庫房進行整合，形成整體平臺，做為物業(yè)開發(fā)的建設(shè)用地。車輛基地工作空間與上蓋物業(yè)通過平臺結(jié)構(gòu)板及圍墻徹底隔離，以便于管理。車輛基地位于地面，生產(chǎn)貨運流線組織便捷，且工程量相對較少。通過模擬微地形處理將車輛基地上蓋邊緣與城市空間的結(jié)合部層次化、豐富化、多元化[1]。實施案例如：青島大田路車輛基地，深圳前海車輛基地等。

(2) 地下式車輛基地物業(yè)開發(fā)。此種模式是將車輛基地的主要大型工藝廠房布置在地下，一些人員集中的辦公空間及火災(zāi)危險性高的廠房、倉庫布置于地上。這種車輛基地開發(fā)模式充分利用地下空間，結(jié)合軌道交通地下正線布置，減少出入段線拉坡需求，避免設(shè)置地面U型槽，從而保證在工藝生產(chǎn)的同時將地面城市空間還給公眾，極大地節(jié)約了城市土地，保留了原有城市空間尺度與脈絡(luò)。實施案例如：青島靈山衛(wèi)車輛基地，深圳中心公園車輛基地等。

由于上蓋物業(yè)開發(fā)的引入，使得車輛基地的設(shè)計變得異常復(fù)雜。筆者主要以地面式車輛基地為研究對象，從消防設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、預(yù)留接口設(shè)計3個方面，闡述自己的理念及觀點，提出設(shè)計過程中的一些注意事項。

1 車輛基地上蓋物業(yè)的概念設(shè)計

1.1 消防概念設(shè)計

(1)車輛基地內(nèi)按同一時間內(nèi)發(fā)生1次火災(zāi)工況進行消防設(shè)計。

(2)做為“上民用+下工業(yè)”的建筑綜合體，消防設(shè)計的重點在于保持兩者的獨立性，減少相互影響，采取有效的防火分隔措施。

(3)車輛基地和上蓋物業(yè)均應(yīng)設(shè)置不少于2條與外界城市道路相連通的消防車道，且均應(yīng)滿足大型消防車通行的要求。

(4)上蓋物業(yè)以設(shè)有消防車道的蓋板為地面層，計算建筑的層數(shù)及高度，按照現(xiàn)行GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》進行消防設(shè)置。

(5)蓋下車輛段消防設(shè)計的難點在于建筑物的定性，防火分區(qū)面積的設(shè)定以及人員疏散方式。通過前期規(guī)劃設(shè)計，為蓋下車輛基地爭取盡量多的直接對外的開敞空間，以提高蓋下疏散及救援環(huán)境；應(yīng)提高蓋下耐火等級標準和主要受力構(gòu)件的耐火極限；庫內(nèi)應(yīng)設(shè)置機械排煙、自動噴淋及自動報警系統(tǒng)，提高消防救援設(shè)施的標準。

1.2 結(jié)構(gòu)概念設(shè)計

(1)轉(zhuǎn)換層及其以下結(jié)構(gòu)組成剛度相對較大的平臺，與上蓋物業(yè)共同形成大底盤多塔結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)盡量使上部結(jié)構(gòu)的綜合質(zhì)心與底盤結(jié)構(gòu)質(zhì)心接近。

(2)盡量降低轉(zhuǎn)換層設(shè)置高度，應(yīng)將轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)布置在大底盤內(nèi)，調(diào)整轉(zhuǎn)換層上下樓層的剪切剛度，宜盡量接近。

(3)應(yīng)保證轉(zhuǎn)換層樓蓋的剛度，盡量減少樓蓋削弱。樓蓋應(yīng)滿足上部結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件傳來的水平力，并傳遞到下部結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件上去。

(4)抗震設(shè)計中需加強的部分應(yīng)包括底部及轉(zhuǎn)換層以上1～2層的樓板、剪力墻和柱。結(jié)構(gòu)的延性耗能機制宜呈現(xiàn)在加強部位以上的結(jié)構(gòu)中[2]。

1.3 預(yù)留接口概念設(shè)計

(1)結(jié)構(gòu)預(yù)留應(yīng)采取安全、經(jīng)濟、可靠、便于施工的原則，宜適當考慮上蓋物業(yè)的調(diào)整，具有一定的包絡(luò)性。

(2)設(shè)備預(yù)留設(shè)計應(yīng)遵循靈活可變原則，同時兼顧經(jīng)濟性及節(jié)省能源原則，使得系統(tǒng)具有高度安全及可靠性，能靈活適應(yīng)不同功能區(qū)域運作變化的需求。

2 車輛基地上蓋物業(yè)的消防設(shè)計

車輛基地上蓋物業(yè)開發(fā)是將車輛基地的廠房與物業(yè)開發(fā)的汽車庫、住宅、商業(yè)用房上下疊加建造?，F(xiàn)行國家規(guī)范及標準對此類工業(yè)與民用組合建筑的防火設(shè)計尚無明確規(guī)定，無設(shè)計依據(jù)可循。由于蓋上平臺占地面積較大，而平臺下車輛基地范圍直接對外的空間有限,自然通風(fēng)和采光條件差，火災(zāi)救援及人員疏散比較困難，因此導(dǎo)致設(shè)計復(fù)雜。

2.1 消防設(shè)計的依據(jù)

一是借鑒相關(guān)規(guī)范，如GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》，《地鐵設(shè)計防火規(guī)范》(報批稿)；二是結(jié)合國內(nèi)外已建成類似工程的設(shè)計經(jīng)驗；三是進行消防性能優(yōu)化專項設(shè)計。

2.2 消防設(shè)計的總原則

以車輛基地蓋板作為設(shè)計界面，界面上下劃分上蓋物業(yè)開發(fā)與蓋下車輛基地，通過蓋板進行完全防火分隔，蓋上、蓋下消防獨立且互不影響。上蓋物業(yè)開發(fā)與車輛基地分別設(shè)置消防車道、人員疏散口、消防設(shè)施，各類管線不宜穿越蓋板，如圖1所示。

圖1 消防設(shè)計原則示意圖

上蓋物業(yè)按GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》中民用建筑部分要求執(zhí)行；蓋下車輛基地定性為工業(yè)建筑(單、多層廠房、倉庫),按GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》中廠房、倉庫部分要求執(zhí)行。

上蓋物業(yè)消防控制中心與蓋下車輛基地消防控制中心各自獨立，并保證發(fā)生火災(zāi)時實現(xiàn)火災(zāi)信息共享，從而有效提高預(yù)警報警能力，為快速撲救提供保障。

2.3 消防車道及消防救援場地的設(shè)置

上蓋物業(yè)開發(fā)的消防車道及救援場地設(shè)置在蓋上平臺，此平臺為開敞的室外空間，可視為上蓋物業(yè)建筑的地面層。蓋板上平臺建筑密度不宜大于30%，以確保足夠的開敞空間作為人員疏散的安全區(qū)，以滿足人員疏散、滯留和等待救援的需求。蓋上平臺通向地面標高的城市道路車行出入口不應(yīng)小于2條，且每條寬度不宜小于7 m，同時均勻布置人行出入口，使人員可以最終到達地面標高的城市道路[3]。

蓋下車輛基地在工藝廠區(qū)內(nèi)設(shè)環(huán)行消防車道，至少設(shè)置2個出入口與地面標高的城市道路連通，且每條寬度不宜小于7 m。蓋下消防車道頂部盡可能加大敞開范圍，滿足自然通風(fēng)和排煙的要求，建議開敞率原則上不小于25%。對于地下式車輛基地消防車道，應(yīng)在消防車道與運用庫、檢修庫等建筑之間設(shè)置防火隔墻。防火隔墻上應(yīng)設(shè)置供消防人員出入的通道，通道處應(yīng)設(shè)甲級防火門等進行分隔。蓋下消防車道的頂棚、墻面、地面裝修材料均為A級，車道范圍內(nèi)不得擺放任何可燃物，不得用于除人員和車輛通行以外的其他用途。

2.4 車輛基地的防火分區(qū)

地面式車輛基地防火間距及防火分區(qū)可按GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》中關(guān)于地上廠庫、倉庫的相關(guān)規(guī)定來設(shè)計。地下式車輛基地內(nèi)的運用庫、檢修庫等廠房，可參照《地鐵設(shè)計防火規(guī)范》(報批稿)規(guī)定的8 000 m2控制(需設(shè)置自動滅火系統(tǒng))；咽喉區(qū)視為無人區(qū)、無可燃物，按照構(gòu)筑物設(shè)計，不劃分防火分區(qū)，只劃分防煙分區(qū)；輔助邊跨設(shè)置獨立的防火分區(qū)。

2.5 蓋下車輛基地人員疏散

對于人員相對集中的廠房輔助邊跨應(yīng)盡量靠近蓋板邊緣設(shè)置，以減小消防疏散距離。地面式車輛基地工藝廠房通向蓋下消防車道的出口可視為安全出口，數(shù)量不得少于2個；蓋下人員由室內(nèi)經(jīng)蓋下消防車道最終疏散到蓋外。地下式車輛基地的人員直接通過廠房內(nèi)的封閉樓梯間或防煙樓梯間疏散到地面層；或通過設(shè)置在蓋下消防車道通向地面的出入口進行疏散；亦可采用下沉式廣場等開敞空間進行疏散，廣場內(nèi)引入消防車道并設(shè)置水泵接合器等消防設(shè)施。

人員到安全出口的距離應(yīng)按照GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》表3.7.4控制，地下車輛基地疏散距離可參照北京市DB-11-995—2013《城市軌道交通工程設(shè)計規(guī)范》第24.2.58條規(guī)定,車輛段基地地下停車列檢庫室內(nèi)至疏散樓梯間或其他安全出口的距離不應(yīng)超過120 m。

2.6 結(jié)構(gòu)構(gòu)件防火設(shè)計

結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限應(yīng)在一級的基礎(chǔ)上相應(yīng)提高，采取加厚鋼筋保護層厚度等措施，保證結(jié)構(gòu)柱的耐火極限不小于4 h、蓋板及蓋板梁的耐火極限不小于3 h。同時蓋下結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件強度需滿足蓋上消防車的通行要求。

2.7 車輛基地消防設(shè)施

除咽喉區(qū)及不宜用水保護或滅火的場所外，蓋下其余位置均設(shè)自動噴水滅火系統(tǒng)，庫房區(qū)域采用快速響應(yīng)噴頭，按照“非倉庫類高大凈空建筑”考慮噴水強度和作用面積。咽喉區(qū)內(nèi)部不設(shè)置室內(nèi)消火栓，沿咽喉區(qū)外消防車道布置距離適當加密的室外消火栓。

2.8 車輛基地防排煙設(shè)施

咽喉區(qū)宜采用自然排煙，且自然排煙有效面積不應(yīng)小于5%；當確有困難無法自然排煙時應(yīng)設(shè)置機械排煙。蓋下車輛基地?zé)o法自然排煙的廠房、庫房采取機械排煙、補風(fēng)，補風(fēng)量為排煙量的50%，煙氣結(jié)合蓋上建筑排出室外或直接排放到蓋板邊緣。消防車道頂部蓋板設(shè)自然排煙口，自然排煙口距最不利點距離不大于30 m。

2.9 蓋上、蓋下建筑的防火分隔

設(shè)置于蓋上平臺的蓋下進風(fēng)、排風(fēng)、排煙口的邊緣與上蓋民用建筑的防火間距建議按照13 m控制，宜采用頂部進排風(fēng)方式，避免蓋板上下的相互影響。例如,青島靈山衛(wèi)車輛基地、青島海洋大學(xué)車輛基地及青島遼陽東路車輛基地均采用上述原則及措施。

3 車輛基地上蓋物業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 上蓋物業(yè)的結(jié)構(gòu)形式分析

車輛基地依據(jù)線路布置可分為引導(dǎo)區(qū)、咽喉區(qū)和庫區(qū)3個部分。引導(dǎo)區(qū)的用地特點為帶狀，垂直線路方向?qū)挾容^小，通常無法進行上蓋物業(yè)開發(fā)；咽喉區(qū)部分線路道岔集中布置，結(jié)構(gòu)柱位置、構(gòu)件尺寸等都嚴格受限，一般結(jié)合建筑布局蓋上布置綠地或其他荷載較輕的開發(fā)模式；庫區(qū)上方為物業(yè)開發(fā)的重點部分。車輛基地上蓋物業(yè)開發(fā)結(jié)合周圍環(huán)境、城市規(guī)劃、經(jīng)濟收益等通常采用多層建筑(7層以下)、小高層建筑(7～11層)和高層建筑(11層以上)[4]，具體如圖2～圖4所示。

圖2 厚板式轉(zhuǎn)換示意圖

上蓋物業(yè)為多層建筑時，多采用框架結(jié)構(gòu)形式。上蓋物業(yè)框架柱宜結(jié)合場庫區(qū)內(nèi)柱位置布置(庫區(qū)內(nèi)受工藝、限界等專業(yè)限制，垂直線路方向柱位通常調(diào)節(jié)能力較差)，應(yīng)盡量減少需轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件。當豎向構(gòu)件不能連續(xù)時，可采用轉(zhuǎn)換梁、桁架梁或厚板等轉(zhuǎn)換形式。例如,青島靈山衛(wèi)車輛基地，將7層框架結(jié)構(gòu)地鐵綜合樓布置于庫區(qū)上方，采用轉(zhuǎn)換梁形式完成轉(zhuǎn)換。

圖3 梁式轉(zhuǎn)換示意圖

圖4 預(yù)留核心筒示意圖

上蓋物業(yè)為小高層建筑時，多采用剪力墻結(jié)構(gòu)。受庫區(qū)功能限制,上蓋物業(yè)剪力墻均不能落地，此種結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，不能滿足規(guī)范要求，需進行結(jié)構(gòu)超限審查[5]。轉(zhuǎn)換形式通?？刹捎每蛑ЫY(jié)構(gòu)或桁架轉(zhuǎn)換。例如,青島海洋大學(xué)車輛基地，將11層剪力墻結(jié)構(gòu)住宅及地下式物業(yè)車庫布置于庫區(qū)上方，所有剪力墻均不落地，采用全框支結(jié)構(gòu)體系在物業(yè)車庫頂完成轉(zhuǎn)換。

上蓋物業(yè)為高層建筑時，多采用框架核心筒或剪力墻結(jié)構(gòu)。因上蓋物業(yè)結(jié)構(gòu)荷載較大和抗震設(shè)計要求，核心筒無法完成轉(zhuǎn)換，必須落地，周圍框架可進行轉(zhuǎn)換，庫區(qū)建筑布置時應(yīng)結(jié)合核心筒位置設(shè)計。當高層建筑采用剪力墻結(jié)構(gòu)時，建筑宜采用平面呈長方形的布局，總平面布置時，各單體宜沿線路方向呈帶狀分布，所有剪力墻全部落地，結(jié)構(gòu)不需轉(zhuǎn)換。例如,重慶大竹林車輛基地，將18層剪力墻筒體結(jié)構(gòu)住宅布置于庫區(qū)上方，采用核心筒落地，外圍豎向構(gòu)件采用梁式轉(zhuǎn)換。

3.2 車輛基地上蓋物業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

3.2.1 合理的豎向剛度分布

轉(zhuǎn)換層上下的結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心宜接近重合，轉(zhuǎn)換層上下層的側(cè)向剛度比不宜大于2，豎向剛度宜連續(xù)，避免突變。因車輛基地層高通常高于住宅、商業(yè)類建筑，結(jié)構(gòu)概念設(shè)計時不宜照搬規(guī)范,對薄弱層的加強應(yīng)有針對性。

3.2.2 合理的轉(zhuǎn)換構(gòu)件選擇

結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換構(gòu)件可采用轉(zhuǎn)換梁、桁架、空腹桁架、箱形結(jié)構(gòu)、斜撐、厚板等，轉(zhuǎn)換構(gòu)件的選擇應(yīng)結(jié)合上部荷載條件及功能要求。厚板式轉(zhuǎn)換雖然對上部結(jié)構(gòu)適應(yīng)性較強，利于建筑外立面造型，但其傳力路徑不明、結(jié)構(gòu)概念不清晰、抗震性能差，應(yīng)慎重采用。

3.2.3 精確的結(jié)構(gòu)計算

對于復(fù)雜的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，需采用不同的力學(xué)模型進行對比計算，輔以靜力或動力彈塑性分析，找到結(jié)構(gòu)薄弱位置，對關(guān)鍵節(jié)點可采用有限元或試驗等方法深化研究。對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)構(gòu)件提出性能優(yōu)化目標，例如轉(zhuǎn)換梁、框支梁、轉(zhuǎn)換柱等宜滿足設(shè)防地震工況下的抗剪彈性、抗彎彈性，以及罕遇地震工況下的抗剪彈性、抗彎不屈服等指標，保證關(guān)鍵結(jié)構(gòu)構(gòu)件不發(fā)生脆性破壞。

3.2.4 恰當?shù)臉?gòu)造性措施

結(jié)構(gòu)構(gòu)件的細節(jié)設(shè)計和有針對性的構(gòu)造措施是安全性的重要保障，對復(fù)雜的轉(zhuǎn)換構(gòu)件應(yīng)采用有限元分析方法，提高設(shè)計精度。

3.2.5 結(jié)構(gòu)抗浮

部分車輛基地采用地下式。對于地下水位較高的地區(qū)，底板水浮力較大，可能存在結(jié)構(gòu)不滿足抗浮的要求。車輛基地占地面積較大，平面基本呈方形，利用圍護結(jié)構(gòu)通常亦不滿足結(jié)構(gòu)抗浮要求?？刹捎眯顾疁p壓方式，降低底板水壓力，解決結(jié)構(gòu)局部抗浮，甚至整體抗浮不滿足要求的問題，亦可合理利用水資源。對比傳統(tǒng)的抗拔樁、增加上部自重等方式，大幅降低工程造價，經(jīng)濟性較好。

4 車輛基地與上蓋物業(yè)預(yù)留接口設(shè)計

上蓋物業(yè)開發(fā)受規(guī)劃、市場、開發(fā)主體等影響很大，可能存在與車輛基地設(shè)計不能同步進行的情況,即使同步設(shè)計，亦會存在不同步施工的情況;后期因外部因素上蓋物業(yè)還可能進行重新調(diào)整設(shè)計。因此,經(jīng)濟、合理、有一定適應(yīng)性的結(jié)構(gòu)與設(shè)備預(yù)留接口是設(shè)計需考慮的重要因素之一。

結(jié)構(gòu)預(yù)留接口設(shè)計需在一定的既定條件下開展，當已知上蓋物業(yè)開發(fā)為多層建筑時，可考慮以下預(yù)留方法：①將轉(zhuǎn)換層置于結(jié)構(gòu)第2層，僅施工第1層車輛基地部分，對可能的上蓋部分進行包容性設(shè)計，加強轉(zhuǎn)化范圍內(nèi)的構(gòu)件強度，使得后期上蓋物業(yè)開發(fā)調(diào)整具有一定的靈活性，但第2層柱位已確定，該層建筑布置受限。②采用厚板轉(zhuǎn)換形式，上蓋物業(yè)在厚板上后續(xù)施工。③結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計宜留有后續(xù)加強的可能性，例如留有體外預(yù)應(yīng)力等加強措施的施工條件。當已知上蓋物業(yè)開發(fā)為高層建筑時，可考慮以下預(yù)留方法,即設(shè)計中應(yīng)確定核心筒、落地剪力墻的位置，對周圍底層框架柱及周邊框架梁進行加強，從而使后續(xù)上蓋物業(yè)有一定的調(diào)整能力。

針對地下式車輛基地因不同步施工引起的結(jié)構(gòu)抗浮問題，通過采用泄水減壓方法，并使泄水量具有一定的調(diào)節(jié)能力，來提高結(jié)構(gòu)在上部荷載未施加的工況下的抗浮能力，為分步施工提供可能性，避免僅靠自重抗浮引起的投資。

設(shè)備預(yù)留應(yīng)從軌道交通運營安全及管線安裝維修方便等方面考慮，在蓋板上預(yù)留共用管廊供上蓋物業(yè)開發(fā)管線使用，亦可在車輛基地廠房上設(shè)有物業(yè)車庫層兼作為管線轉(zhuǎn)換層。物業(yè)開發(fā)管線不應(yīng)穿越車輛段，以蓋板為界，將上蓋物業(yè)與蓋下車輛基地完全隔離。

對于上蓋物業(yè)開發(fā)建設(shè)方或業(yè)態(tài)功能不能同步確定的項目，以上預(yù)留方式為后續(xù)建設(shè)提供了一定的靈活性和前瞻性。

5 結(jié)語

城市軌道交通上蓋物業(yè)開發(fā)已成為國內(nèi)城市軌道交通建設(shè)的共識，是城市軌道交通建設(shè)和城市發(fā)展的必然趨勢。筆者從消防設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、預(yù)留接口設(shè)計角度分析了部分設(shè)計要點，可為后續(xù)城市軌道交通上蓋物業(yè)開發(fā)的設(shè)計提供參考。