張 明

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063）

1 引言

地鐵車輛段承擔(dān)列車的檢修、停放和維護(hù)保養(yǎng)工作，具有占地面積大、建筑密度小、用地強(qiáng)度低等特點(diǎn)，與近年來(lái)倡導(dǎo)的土地綜合、集約、高效利用理念相違背，車輛段綜合開(kāi)發(fā)是解決這一沖突的有效方法。地鐵車輛段綜合開(kāi)發(fā)儼然已成為我國(guó)大中城市國(guó)土空間規(guī)劃、城市結(jié)構(gòu)優(yōu)化、土地集約利用的重要發(fā)展方向，為城市發(fā)展帶來(lái)了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。但目前我國(guó)在該領(lǐng)域仍處于探索和發(fā)展階段，仍有很多問(wèn)題需要解決。車輛段綜合開(kāi)發(fā)需要處里好軌道交通層和上蓋開(kāi)發(fā)層之間的突出矛盾，主要包括以下方面：①協(xié)調(diào)蓋下車輛段封閉空間消防問(wèn)題，開(kāi)展綜合開(kāi)發(fā)導(dǎo)致的通風(fēng)、排煙系統(tǒng)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)；②為提高綜合開(kāi)發(fā)品質(zhì)，降低環(huán)境影響，采取有效的減振降噪措施；③處理好綜合開(kāi)發(fā)土建工程與車輛段綜合管線的空間布置關(guān)系。本文將從以上幾個(gè)方面重點(diǎn)分析車輛段綜合開(kāi)發(fā)存在的關(guān)鍵設(shè)計(jì)問(wèn)題，并給出建議措施，以指導(dǎo)相關(guān)技術(shù)研究或工程建設(shè)。

2 特殊消防設(shè)計(jì)

2.1 消防設(shè)計(jì)問(wèn)題

車輛段綜合開(kāi)發(fā)相當(dāng)于在工業(yè)建筑上部建設(shè)民用建筑，兩者作為一個(gè)整體進(jìn)行實(shí)施，分開(kāi)進(jìn)行管理。由于車輛段層高較高、蓋下空間大，防火分隔困難，火災(zāi)煙氣羽流不受限，容易造成火勢(shì)蔓延。另外，蓋下軌道線路復(fù)雜，消防車及救援設(shè)施不能直接進(jìn)入庫(kù)內(nèi)、咽喉等區(qū)域，只能在消防車道內(nèi)開(kāi)展救援，因而在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)采取有效措施保證消防救援區(qū)域的安全?；谥T多復(fù)雜因素的綜合影響，且工業(yè)建筑和上部民用建筑都把蓋板平臺(tái)作為安全區(qū)域，因而須分別對(duì)蓋板上部和下部進(jìn)行防火措施設(shè)計(jì)，綜合考慮在同一個(gè)建筑里采取不同類型的消防措施。此外，針對(duì)車輛段綜合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目沒(méi)有完全可依托的消防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題，只能參照相關(guān)工業(yè)建筑與民用建筑消防設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行特殊性能化設(shè)計(jì)，采取特殊消防措施。

2.2 應(yīng)對(duì)措施

2.2.1 設(shè)置機(jī)械排煙和誘導(dǎo)排煙系統(tǒng)

（1）自然排煙。對(duì)于庫(kù)外上蓋開(kāi)發(fā)部分，當(dāng)有條件時(shí)，可在車道、咽喉區(qū)等上部開(kāi)設(shè)排煙孔或排煙窗，采取自然排煙的方式，如圖1所示。另外，根據(jù)GB 50157-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》，當(dāng)距蓋板邊緣距離小于30 m時(shí)，認(rèn)為該區(qū)域滿足自然排煙條件，也可采用自然排煙方式。通常當(dāng)采用自然排煙方式時(shí)，要求排煙孔開(kāi)口面積不小于該排煙區(qū)域面積的25%。

（2）機(jī)械排煙。對(duì)于進(jìn)行上蓋開(kāi)發(fā)的單體建筑或不具備開(kāi)孔條件的庫(kù)外區(qū)域，可采用機(jī)械排煙系統(tǒng)，把火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣和熱量通過(guò)排煙口排至室外，同時(shí)在火災(zāi)區(qū)域形成負(fù)壓，防止煙氣向其他區(qū)域蔓延，如圖1所示。

（3）誘導(dǎo)排煙。誘導(dǎo)排煙也可視為機(jī)械排煙的一種，但其與管排方式有較大區(qū)別，是指在不具備開(kāi)孔條件的上蓋開(kāi)發(fā)庫(kù)外區(qū)域，沿一定方向設(shè)置射流風(fēng)機(jī)群，如圖2所示。當(dāng)煙氣從風(fēng)機(jī)口以速度V0射入一個(gè)不受限制的空間時(shí)，形成自由射流，射流邊界與周邊煙氣形成紊流動(dòng)量交換，煙氣被不斷卷入射流系統(tǒng)，煙氣流動(dòng)的速度場(chǎng)從中心向四周逐漸衰減（V0＞V1＞V2），射流范圍沿射程方向不斷擴(kuò)大，再通過(guò)多組風(fēng)機(jī)的誘導(dǎo)，起到很好的排煙作用。該方式可以避免因設(shè)置機(jī)械排煙管道對(duì)蓋板凈空高度及層高的影響。對(duì)于不具備開(kāi)孔條件，無(wú)法滿足自然排煙要求的區(qū)域，可以增設(shè)機(jī)械排煙或誘導(dǎo)排煙設(shè)備。

2.2.2 增加防火分隔

圖1 自然排煙及機(jī)械排煙措施

圖2 誘導(dǎo)排煙系統(tǒng)圖

對(duì)于蓋下單體，火災(zāi)危險(xiǎn)性主要來(lái)源于車輛，通常1節(jié)地鐵列車車廂的地板面積約為50 m2，總火災(zāi)荷載約為13 725.2 MJ，火災(zāi)荷載密度約為274.5 MJ/m2。典型列車火災(zāi)荷載如表1所示，由表1可知，地鐵列車火災(zāi)荷載密度大，加之蓋下停放車輛多，因此，為避免不同區(qū)域間火災(zāi)的蔓延，有效的措施之一就是在蓋下建筑（如停車列檢庫(kù)、檢修庫(kù)等）內(nèi)部及外圍沿軌道方向設(shè)置防火隔墻。

表1 地鐵列車典型火災(zāi)荷載

對(duì)于防火隔墻的耐火極限要求，一是基于GB 51298-2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)車輛段中消防車道與停車列檢庫(kù)、檢修庫(kù)之間防火隔墻的耐火極限要求，二是基于GB 50016-2014 《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2018年版）對(duì)建筑非承重墻的耐火極限要求，三是依據(jù)地鐵列車的火災(zāi)荷載密度分析。綜合以上幾點(diǎn)，結(jié)合類似項(xiàng)目的工程經(jīng)驗(yàn)，通常要求蓋下建筑外圍防火隔墻耐火極限不低于3.0 h，建筑內(nèi)部防火隔墻耐火極限不低于1.0 h。

對(duì)于庫(kù)外咽喉區(qū)、庫(kù)內(nèi)垂直于軌道方向區(qū)域以及不同排煙措施的分界處等不具備設(shè)置防火隔墻的區(qū)域，可在結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置擋煙垂壁或高壓細(xì)水霧，使建筑內(nèi)部形成一定深度的蓄煙倉(cāng)，實(shí)現(xiàn)煙氣的有效分隔，再配合庫(kù)內(nèi)機(jī)械排煙系統(tǒng)，能夠有效控制煙氣蔓延。通常擋煙垂壁的深度不宜小于該區(qū)域凈空高度的20%。

2.2.3 其他消防措施

（1）蓋下庫(kù)內(nèi)封閉區(qū)域設(shè)置完備的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、自動(dòng)水噴淋系統(tǒng)等。一旦發(fā)生火災(zāi)，可有效控制庫(kù)內(nèi)的火災(zāi)蔓延。

（2）設(shè)置消火栓系統(tǒng)。在蓋下封閉庫(kù)房（如停車列檢庫(kù)、檢修庫(kù)等）出入口附近5～40 m范圍內(nèi)設(shè)置消火栓；在位于蓋板邊緣外的消防車道內(nèi)，按間距不大于120 m設(shè)置消火栓；在位于蓋板下的消防車道內(nèi)，按間距不大于60 m設(shè)置消火栓。

（3）提高煙霧監(jiān)測(cè)能力。在蓋下區(qū)域設(shè)置感煙探測(cè)器、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，并與機(jī)械排煙、誘導(dǎo)排煙及消防水系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到火災(zāi)時(shí)，及時(shí)啟動(dòng)各自區(qū)域內(nèi)的排煙及滅火設(shè)施。

沈侯挑了一套衣服，讓顏曉晨去試。顏曉晨裝著看款式，瞄了一眼價(jià)格牌，999元，她悄悄對(duì)沈侯說(shuō)：“不行，價(jià)格嚴(yán)重超預(yù)算！”

3 減振降噪設(shè)計(jì)

3.1 振動(dòng)噪聲影響

車輛段承擔(dān)著地鐵車輛、工務(wù)等檢修任務(wù)，同時(shí)也是運(yùn)營(yíng)人員的主要辦公場(chǎng)所，占地面積往往較大。為獲得更大的效益，開(kāi)發(fā)業(yè)態(tài)通常包括住宅、寫(xiě)字樓、酒店、醫(yī)院、學(xué)校、商業(yè)以及其他公共配套設(shè)施等，而不同使用功能建筑物的規(guī)模、結(jié)構(gòu)形式、使用時(shí)段、敏感對(duì)象及對(duì)振動(dòng)噪聲的控制指標(biāo)和限值等均不相同，因而對(duì)振動(dòng)噪聲的控制是上蓋開(kāi)發(fā)車輛段面臨的重要問(wèn)題。汪益敏、鄒超等學(xué)者參照不同國(guó)家和機(jī)構(gòu)振動(dòng)噪聲評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)研究和試驗(yàn)驗(yàn)證，提出各功能區(qū)所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)噪聲指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)，分別為上蓋居住區(qū)晝間65 dB、夜間62 dB，車輛段晝間75 dB、夜間72 dB。

車輛段軌道線路通常分為出入線、咽喉區(qū)、庫(kù)內(nèi)線及試車線等，不同區(qū)域的線路條件、行車速度、運(yùn)行時(shí)段及頻次、軌道結(jié)構(gòu)等均存在較大的差異，產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲值、頻譜特性及影響時(shí)段、影響程度也各不相同。與正線相比，車輛段振動(dòng)噪聲具有聲源種類多、傳播途徑及分布廣、早發(fā)車晚收車，以及單列車通過(guò)時(shí)間長(zhǎng)、噪聲頻域?qū)挼忍攸c(diǎn)；地鐵車輛及起重機(jī)等大型維修設(shè)備在運(yùn)行時(shí)對(duì)軌道的沖擊會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲；車輛運(yùn)行鳴笛、庫(kù)內(nèi)風(fēng)機(jī)、檢修設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生噪聲；振動(dòng)通過(guò)結(jié)構(gòu)向上傳遞，進(jìn)而激發(fā)蓋上及周邊建筑產(chǎn)生振動(dòng)；噪聲通過(guò)結(jié)構(gòu)及空氣傳遞到蓋上及周邊建筑內(nèi)；一個(gè)蓋下區(qū)域產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲可能影響到多個(gè)上蓋建筑，而一個(gè)上蓋建筑也可能受到多個(gè)蓋下分區(qū)振動(dòng)噪聲的影響，使得對(duì)振動(dòng)噪聲的分析、預(yù)測(cè)及控制變得更加復(fù)雜。車輛段振動(dòng)噪聲傳遞示意圖如圖3所示。

圖3 車輛段振動(dòng)噪聲傳遞示意圖

3.2 應(yīng)對(duì)措施

3.2.1 降低設(shè)備振動(dòng)噪聲源強(qiáng)度

減振降噪應(yīng)以滿足環(huán)保要求為前提、以對(duì)運(yùn)營(yíng)干擾最小為目標(biāo)，同時(shí)兼顧工程投資和可實(shí)施性。從源頭入手，結(jié)合擬建地鐵車輛段及綜合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的實(shí)際情況，重點(diǎn)從降低振源、聲源強(qiáng)度角度進(jìn)行研究，采用軌道交通源頭綜合治理方案。

3.2.2 控制傳播路徑

除從源頭降低振源強(qiáng)度以外，還可以從傳遞路徑上采取措施進(jìn)行控制。振動(dòng)噪聲主要是由車輛運(yùn)行時(shí)對(duì)軌道的沖擊產(chǎn)生，進(jìn)而通過(guò)道床、土建結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳遞。從國(guó)內(nèi)外軌道減振措施應(yīng)用情況來(lái)看，采用浮置板減振道床和高性能減振扣件等能夠?qū)α熊囌駝?dòng)噪聲起到很好的衰減作用。

（1）減振道床。減振道床一般由浮置板、彈性支座、底座及配套扣件等組成，通過(guò)扣件把鋼軌固定在浮置板上，再將浮置板安裝在可調(diào)節(jié)的彈性支座上，浮置板通過(guò)彈性材料進(jìn)行固定，形成彈簧-阻尼減振系統(tǒng)，如圖4所示。在軌道和基礎(chǔ)間安裝固有頻率遠(yuǎn)低于鋼輪鋼軌沖擊振動(dòng)頻率的線性諧振器，即將浮置板置于減振彈簧上，借助彈簧系統(tǒng)的慣性運(yùn)動(dòng)，平衡列車運(yùn)行引起的動(dòng)荷載，達(dá)到減振降噪的目的。以某地鐵車輛段浮置板道床實(shí)測(cè)結(jié)果為例，當(dāng)列車以25 km/h的速度在普通整體道床和浮置板道床上運(yùn)行時(shí)，地面上距離線路中心線5 m處1/3倍頻程加速度測(cè)定結(jié)果表明，浮置板道床對(duì)8～24 Hz頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)衰減效果較好，在12 Hz附近振動(dòng)衰減約為11 dB，如圖5所示。

圖4 浮置板減振道床

圖5 浮置板道床減振效果圖

（3）減振道床和減振扣件組合減振。隨著對(duì)綜合開(kāi)發(fā)車輛段減振降噪要求的不斷提高，為更好地控制振動(dòng)噪聲對(duì)開(kāi)發(fā)品質(zhì)的影響，亦可采用復(fù)合減振降噪措施，如圖6所示，其將減振道床和減振扣件進(jìn)行串聯(lián)組合，在減振系統(tǒng)質(zhì)量一定的情況下，可以有效降低系統(tǒng)剛度，起到更好的減振降噪效果。

圖6 減振道床和減振扣件組合減振

3.2.3 起重機(jī)振動(dòng)控制

為滿足檢修需要，在車輛檢修庫(kù)內(nèi)需配備1～10 t載重的起重機(jī)，其軌道通常架設(shè)在與上蓋開(kāi)發(fā)共用的立柱牛腿上，起重機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)可沿立柱向上傳遞至蓋上。根據(jù)起重機(jī)軌道與結(jié)構(gòu)的連接方式，可通過(guò)采用振動(dòng)傳遞控制措施降低對(duì)上蓋的影響，具體有以下3 種方式。

（1）采用具有減振效果的壓軌器。

（2）起重機(jī)軌道無(wú)縫化。無(wú)縫軌道使起重機(jī)在工作應(yīng)力范圍內(nèi)具有較好軌道平順性，達(dá)到減振效果。

（3）起重機(jī)走行輪采用彈性減振車輪。

4 綜合管線設(shè)計(jì)

4.1 綜合管線設(shè)計(jì)難點(diǎn)

地鐵車輛段綜合管線負(fù)責(zé)各種能源、信息的傳輸以及廢污的排放。車輛段綜合管線既包括自身給排水及消防系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通信信號(hào)系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)和燃?xì)夤芫€，又包括上蓋開(kāi)發(fā)給水、污水、雨水及供電、燃?xì)夤芫€，管線種類多和接口量大形成了交錯(cuò)復(fù)雜的管線系統(tǒng)，其綜合設(shè)計(jì)難度大，主要表現(xiàn)在以下方面。

（1）室外管線大量增加，管線種類和接口繁多，且受多種因素制約，需處理好上蓋物業(yè)專用管線與車輛段管線之間的路由關(guān)系，避免交叉碰撞，確保工藝合理。

（2）車輛段綜合開(kāi)發(fā)后，庫(kù)內(nèi)軌道兩側(cè)、庫(kù)外道路兩側(cè)及咽喉等區(qū)域增加大量結(jié)構(gòu)柱、承臺(tái)、樁基等，這些土建結(jié)構(gòu)占用原有管線空間，管線平面和豎向設(shè)計(jì)時(shí)容易出現(xiàn)與土建結(jié)構(gòu)沖突或干擾的情況。

（3）車輛段綜合開(kāi)發(fā)后，蓋板范圍內(nèi)庫(kù)外區(qū)域原則上不需要設(shè)置排水溝，但考慮到場(chǎng)地沖洗及蓋板邊緣飄雨問(wèn)題，需要根據(jù)場(chǎng)區(qū)布置及蓋板方案設(shè)置站場(chǎng)排水溝。

4.2 綜合管線設(shè)計(jì)策略

4.2.1 劃清管線界面，減少蓋上、蓋下管線交叉

蓋上、蓋下管線實(shí)為2個(gè)不同功能體系，運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理分屬于不同的責(zé)任主體，且設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)不同，因而在地面層不宜過(guò)多交叉布置。為解決權(quán)屬和運(yùn)營(yíng)管理問(wèn)題，應(yīng)嚴(yán)格劃清車輛段與上蓋開(kāi)發(fā)的管線界面，地面層在總圖布置時(shí)充分考慮用地及市政管線接駁條件，就近提供上蓋管線平面廊道及豎向管井位置，減少上蓋管線在車輛段內(nèi)部穿行，避免與車輛段管線交叉。

4.2.2 管線分層布設(shè)，充分利用豎向空間

綜合開(kāi)發(fā)后，蓋下結(jié)構(gòu)柱、承臺(tái)、樁基密布，對(duì)庫(kù)外綜合管溝、管涵布置影響較大，管線平面空間被大量壓縮。在室外綜合管線規(guī)劃時(shí)，需充分利用豎向空間，除污水、雨水等重力流管線和強(qiáng)電管線采用直埋方式外，給水、消防等壓力流管線和弱電系統(tǒng)管線可在綜合開(kāi)發(fā)平臺(tái)頂部利用綜合支架的方式吊裝。另外，對(duì)于采用電纜隧道、綜合管溝敷設(shè)的地方，可局部加大結(jié)構(gòu)柱承臺(tái)和樁基的埋深。

4.2.3 優(yōu)化站場(chǎng)排水溝數(shù)量，減小截面尺寸

常規(guī)車輛段中站場(chǎng)排水溝布設(shè)于庫(kù)外咽喉區(qū)，根據(jù)TB 10066-2000《鐵路站場(chǎng)道路和排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于站場(chǎng)路基面排水的要求，通常每3股道（降雨量小的地方可適當(dāng)增加）設(shè)置1處縱向蓋板排水溝，寬度一般采用0.4 m，溝底采用2‰縱坡，起點(diǎn)深度0.3 m，終點(diǎn)深度一般不大于1.2 m。對(duì)于咽喉加蓋板的車輛段，雨水通過(guò)蓋板平臺(tái)直接排放，原則上地面可不再設(shè)置排水溝，但考慮到蓋下場(chǎng)地清洗及蓋板邊緣飄雨等問(wèn)題，可對(duì)站場(chǎng)排水溝數(shù)量和截面尺寸進(jìn)行優(yōu)化，僅在臨近蓋板邊緣及中部的適當(dāng)位置設(shè)置排水溝。

4.2.4 管線 BIM 設(shè)計(jì)

由于管線錯(cuò)綜復(fù)雜，傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)往往很難發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)漏碰等問(wèn)題，加之要等土建完工后管線才開(kāi)始施工，因而一旦出現(xiàn)問(wèn)題，極易導(dǎo)致返工，甚至出現(xiàn)廢棄工程。

綜合管線涉及專業(yè)較多，往往通過(guò)單專業(yè)圖紙很難發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，通過(guò)建筑信息模型（BIM）設(shè)計(jì)手段，可在各專業(yè)二維管線圖紙完成后，建立具有標(biāo)高、尺寸、型號(hào)、材質(zhì)等屬性信息和相對(duì)位置關(guān)系等空間信息的三維BIM模型，立體表達(dá)管線與土建工程的關(guān)系，及時(shí)對(duì)差錯(cuò)漏碰進(jìn)行調(diào)整，如圖7所示。

5 結(jié)語(yǔ)

車輛段綜合開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為解決大中城市地鐵建設(shè)與土地資源高效利用這一核心矛盾的有效措施，具有較高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，已在北京、上海、廣州、深圳等城市的車輛段項(xiàng)目中得到充分驗(yàn)證。綜合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中軌道交通和上蓋開(kāi)發(fā)之間的一些技術(shù)難題是客觀存在的，尤其是消防、振動(dòng)噪聲和綜合管線等問(wèn)題，對(duì)這些關(guān)鍵設(shè)計(jì)問(wèn)題采取有效解決措施，制定出最優(yōu)的解決方案仍需要一個(gè)研究、論證和實(shí)踐的過(guò)程。本文對(duì)車輛段綜合開(kāi)發(fā)關(guān)鍵設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行分析和總結(jié)，并提出相應(yīng)的對(duì)策及措施，可為類似項(xiàng)目提供參考。

圖7 BIM管線碰撞應(yīng)用實(shí)例（單位：m）