暗挖地铁车站建筑设计方法探析
摘要
关键词
暗挖;地铁车站;建筑设计;方法
正文
1暗挖车站建筑设计原则
1.1适用性
适用性是指暗挖车站建筑设计应根据车站的所在地段、地质条件、交通需求、施工方法等因素,选择合适的建筑结构形式和设计方案,使车站能够适应地下空间的特点,满足地铁运营的要求,符合乘客的出行习惯,满足社会的发展需求。适用性是暗挖车站建筑设计的基本原则,也是评价车站设计优劣的重要标准。
1.2安全性
安全性是指暗挖车站建筑设计应保证车站的结构稳定、防火防灾、防水防渗、防震抗震、防爆防破坏等方面的安全性能,使车站能够抵御自然灾害和人为破坏的影响,保障乘客和设备的安全,减少事故的发生和损失。安全性是暗挖车站建筑设计的重要原则,也是保证车站正常运营的必要条件。
1.3经济性
经济性是指暗挖车站建筑设计应考虑车站的建设成本、运营成本、维护成本等方面的经济效益,采用合理的设计方案、技术措施、材料选择等方法,使车站的投资和效益达到最佳的平衡,实现车站的经济合理性。经济性是暗挖车站建筑设计的实用原则,也是提高车站的社会效益的重要途径。
2暗挖地铁车站的建筑结构形式、特点、适用条件
2.1采用暗挖车站的前提条件
当地面环境存在历史文化遗产、重要建筑物、繁华商业区、交通枢纽等敏感区域时,为了保护地面环境的完整性和稳定性,避免对地面交通的干扰,采用暗挖车站可以减少或消除对地面的占用和影响。当地下空间存在丰富的地下资源、地下水位较低、覆土较厚、地质条件较好等有利条件时,采用暗挖车站可以充分利用地下空间,提高地下空间的开发效率和价值,减少对地下资源的浪费和破坏。当施工条件存在地下管线密集、地下水位较高、覆土较薄、地质条件较差等不利条件时,采用暗挖车站可以降低施工风险,提高施工安全性和可靠性,减少施工事故的发生和损失。
2.2建筑结构、特点、适用条件
2.2.1明暗结合车站
明暗结合车站结构形式多样,可以根据地下空间的形状和大小,采用不同的暗挖方法,如盾构法、顶管法、盾构顶管法、盾构顶管组合法等,形成不同的截面形式,如圆形、椭圆形、马蹄形、矩形等。空间组织灵活,可以根据车站的功能、位置、规模、结构等因素,确定车站的平面布置、立面造型、空间组织等内容,实现车站的功能分区、空间分层、流线分流等目标。建筑效果丰富,可以根据车站的所在地段、地质条件、交通需求等因素,选择合适的建筑材料、装饰风格、灯光效果等手段,创造出与地面环境和地下空间相协调的建筑效果,体现车站的特色和文化。
明暗结合车站的地面环境的限制不严格,可以在地面开挖部分空间,但不能影响地面的主要功能和交通。地下空间的利用不充分,可以在地下开挖主要空间,但不能破坏地下的重要资源和结构。施工风险的控制不困难,可以采用不同的暗挖方法,但不能造成地面和地下的不稳定和变形。
2.2.2全暗挖车站
全暗挖车站结构形式统一,通常采用盾构法或顶管法等单一的暗挖方法,形成相同或相似的截面形式,如圆形或椭圆形等。空间组织紧凑,通常采用单层或双层的平面布置,将车站的各个功能空间集中在一个或两个暗挖空间内,实现车站的空间最小化和流线最简化。建筑效果简洁,通常采用简单的建筑材料、装饰风格、灯光效果等手段,创造出与地下空间相适应的建筑效果,体现车站的功能和安全。
全暗挖车站对地面环境的限制非常严格,不能在地面开挖任何空间,必须保护地面的完整性和稳定性,避免对地面的任何影响和干扰。地下空间的利用非常充分,不能在地下开挖多余的空间,必须保护地下的重要资源和结构,避免对地下的任何浪费和破坏。施工风险的控制非常困难,必须采用安全可靠的暗挖方法,避免造成地面和地下的不稳定和变形。
3建筑功能对车站分布的影响
3.1系统功能对车站规模的影响
3.1.1通风空调系统
通风空调系统需要占用车站的一定的空间,如通风井、通风机房、空调机房等,这些空间会增加车站的总体积和总面积,影响车站的空间利用率和经济性。通风空调系统需要与车站的其他系统和空间进行协调和配合,如通风管道和空调管道需要与综合管线进行统一的布置和管理,通风井和空调机房需要与出入口和站厅进行合理的连接和分布,通风空调系统的运行和维护需要与车站的安全和舒适进行平衡和考虑。
3.1.2供电系统
供电系统需要占用车站的一定的空间,如变电站、配电室、配电柜等,这些空间会增加车站的总体积和总面积,影响车站的空间利用率和经济性。供电系统需要与车站的其他系统和空间进行协调和配合,如电缆沟和电缆桥需要与综合管线进行统一的布置和管理,变电站和配电室需要与出入口和站厅进行合理的连接和分布,供电系统的运行和维护需要与车站的安全和舒适进行平衡和考虑。
3.1.3电扶梯系统
电扶梯系统需要占用车站的一定的空间,如电扶梯、自动扶梯、自动扶梯井、自动扶梯机房等,这些空间会增加车站的总体积和总面积,影响车站的空间利用率和经济性。电扶梯系统需要与车站的其他系统和空间进行协调和配合,如电扶梯和自动扶梯需要与站厅、站台、联络通道等空间进行合理的连接和分布,电扶梯系统的运行和维护需要与车站的安全和舒适进行平衡和考虑。
3.2综合管线的问题
3.2.1综合管线的布置原则和方法
综合管线的布置应遵循安全、经济、美观、便利等原则,尽量减少对车站的空间占用和影响,尽量降低对车站的造价和维护成本,尽量提高对车站的美观和舒适度,尽量方便对车站的检修和维护。综合管线的布置应考虑综合管线的安全、稳定、耐久等因素,采用合理的设计方案、技术措施、材料选择等方法,使综合管线能够抵御自然灾害和人为破坏的影响,保证综合管线的安全性和可靠性。综合管线的布置应考虑综合管线的建设成本、运营成本、维护成本等方面的经济效益,采用简化的设计方案、节约的技术措施、优化的材料选择等方法,使综合管线的投资和效益达到最佳的平衡,实现综合管线的经济性和合理性。综合管线的布置应考虑综合管线的外观、颜色、形状等因素,采用适当的设计方案、技术措施、材料选择等方法,使综合管线能够与车站的建筑结构、装饰风格、灯光效果等相协调,保证综合管线的美观性和协调性。
3.2.2综合管线的协调和管理
综合管线的组织协调是指在综合管线的设计和施工过程中,应建立一个由车站的设计、施工、运营等各方参与的协调机制,明确各方的职责、权限、关系等,实现综合管线的统一规划、统一设计、统一施工、统一运营等,保证综合管线的组织性和协调性。综合管线的沟通交流是指在综合管线的设计和施工过程中,应建立一个有效的信息传递、意见反馈、问题解决等的沟通渠道,及时地交流综合管线的需求、配置、布置、连接等内容,及时地反馈综合管线的进度、质量、安全等情况,及时地解决综合管线的冲突、难题、风险等问题,保证综合管线的沟通性和交流性。综合管线的监督检查是指在综合管线的设计和施工过程中,应建立一个严格的质量控制、安全管理、环境保护等的监督机制,定期地检查综合管线的设计、施工、运营等各个环节,及时地发现综合管线的缺陷、隐患、问题等,及时地采取纠正、整改、处罚等措施,保证综合管线的监督性和检查性。综合管线的维护保养是指在综合管线的运营过程中,应建立一个完善的维修、保养、更新等的维护机制,定期地对综合管线的设备、管道、结构等进行检测、清洁、润滑、更换等操作,及时地消除综合管线的故障、损坏、老化等现象,及时地更新综合管线的技术、标准、规范等内容,保证综合管线的维护性和保养性。
4暗挖地铁车站建筑设计方法
4.1暗挖车站的结构设计方法
4.1.1结构分析
结构分析应对车站的结构受力、变形、稳定等性能进行计算和评估的过程,以确定车站的结构方案、参数、材料等内容。结构分析的方法主要有理论分析、数值分析、试验分析等,其中理论分析是指运用结构力学、土力学、岩力学等基础理论,建立车站的结构模型,求解车站的结构响应的方法;数值分析是指运用有限元、有限差分、边界元等数值方法,建立车站的结构离散模型,求解车站的结构响应的方法;试验分析是指运用模型试验、现场试验、监测试验等试验方法,模拟车站的结构实际情况,求解车站的结构响应的方法。
4.1.2结构优化
结构优化应对车站的结构方案、参数、材料等内容进行调整和改进的过程,以提高车站的结构性能、降低车站的结构成本、增加车站的结构美观等目标。结构优化的方法主要有经验优化、数学优化、智能优化等,其中经验优化是指运用已有的结构设计经验和规范,根据车站的结构特点和要求,选择合适的结构方案、参数、材料的方法;数学优化是指运用线性规划、非线性规划、动态规划等数学方法,建立车站的结构目标函数和约束条件,求解车站的结构最优解的方法;智能优化是指运用遗传算法、模拟退火算法、人工神经网络等智能方法,模拟车站的结构演化过程,求解车站的结构最优解的方法。
4.1.3结构控制
结构控制应对车站的结构受力、变形、稳定等性能进行控制和调节的过程,以减小车站的结构响应、提高车站的结构安全、延长车站的结构寿命等目标。结构控制的方法主要有被动控制、主动控制、半主动控制等,其中被动控制是指运用增加结构刚度、阻尼、质量等方法,提高车站的结构抗力和耗能的方法;主动控制是指运用外加力、外加位移等方法,改变车站的结构受力和变形的方法;半主动控制是指运用可变刚度、可变阻尼、可变质量等方法,根据车站的结构实时状态,调节车站的结构响应的方法。
4.2暗挖车站的建筑设计方法
4.2.1建筑规划
建筑规划应对车站的平面布置、立面造型、空间组织等内容进行确定和安排的过程,以实现车站的功能分区、空间分层、流线分流等目标。建筑规划的方法主要有功能分析、形式分析、空间分析等,其中功能分析是指根据车站的功能、位置、规模、结构等因素,确定车站的功能空间的位置、大小、形式、数量、关系等内容的方法;形式分析是指根据车站的形式、风格、特色等因素,确定车站的立面造型、材料选择、色彩搭配等内容的方法;空间分析是指根据车站的空间、氛围、效果等因素,确定车站的空间组织、灯光效果、装饰风格等内容的方法。
4.2.2建筑设计
建筑设计应对车站的平面布置、立面造型、空间组织等内容进行细化和完善的过程,以实现车站的功能完善、形式美观、空间舒适等目标。建筑设计的方法主要有图纸设计、模型设计、计算机设计等,其中图纸设计是指运用平面图、立面图、剖面图、细部图等图纸,表达车站的建筑设计内容的方法;模型设计是指运用实体模型、数字模型、虚拟模型等模型,模拟车站的建筑设计内容的方法;计算机设计是指运用CAD、BIM、VR等计算机软件,辅助车站的建筑设计内容的方法。
4.2.3建筑评价
建筑评价应对车站的平面布置、立面造型、空间组织等内容进行评估和检验的过程,以实现车站的建筑质量、建筑效果、建筑创新等目标。建筑评价的方法主要有标准评价、专家评价、用户评价等,其中标准评价是指运用已有的建筑设计标准和规范,对车站的建筑设计内容进行量化和客观的评价的方法;专家评价是指运用专业的建筑设计人员和学者,对车站的建筑设计内容进行定性和主观的评价的方法;用户评价是指运用实际的或潜在的车站使用者,对车站的建筑设计内容进行感性和反馈的评价的方法。
结论
暗挖地铁车站建筑设计是一项综合性的工程,涉及多个专业和领域,需要根据不同的地理、地质、地下、地面等条件,选择合适的建筑、结构、机电、景观等设计方法,以实现车站的功能、安全、经济、美观等目标。本文从建筑设计的角度,对暗挖地铁车站的建筑设计方法进行了探析,提出了一些基本的原则、技术、工具等,希望能够为暗挖地铁车站的建筑设计提供一些参考和启示。当然,本文的内容还有很多不足和缺陷,需要进一步的研究和完善。
参考文献
[1] 于浩亮,张昆,郭建斌,等.暗挖地铁车站内区间盾构接收施工技术研究[J].工程技术研究, 2022, 7(24):80-82.
[2] 孙朝晖.地铁暗挖车站施工保护技术探究[J]. 2021.
[3] 刘金波姜磊杨成蛟王铁东.明-暗挖结合地铁车站结构抗震分析[J].北方交通, 2022(10):44-47.
...