膜結(jié)構(gòu)在有軌電車車站建筑中應(yīng)用
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摘要：車站作為現(xiàn)代有軌電車的重要組成部分，形式多種多樣、功能日益復(fù)雜。分析膜結(jié)構(gòu)車站的設(shè)計(jì)思路，以某城市有軌電車膜結(jié)構(gòu)車站為例，介紹膜結(jié)構(gòu)在有軌電車車站中的應(yīng)用。闡述膜結(jié)構(gòu)有軌電車車站的特色，包括內(nèi)部構(gòu)成、結(jié)構(gòu)體系和建筑特點(diǎn)；提出膜結(jié)構(gòu)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，提升有軌電車使用品質(zhì)，助力有軌電車發(fā)展，為城市發(fā)展增添活力。
關(guān)鍵詞：有軌電車；膜結(jié)構(gòu)車站；結(jié)構(gòu)；可塑性；透光性
膜結(jié)構(gòu)車站是由多種高強(qiáng)薄膜材料及加強(qiáng)構(gòu)件（鋼架、鋼柱或鋼索）形成的空間覆蓋結(jié)構(gòu)。膜結(jié)構(gòu)車站首先擺脫凌亂布置的站臺(tái)，減少突兀的設(shè)備擺放，將車站功能和車站整體效果融為一體，滿足乘客需求。膜結(jié)構(gòu)在軌道交通建設(shè)中應(yīng)用較多，但在有軌電車領(lǐng)域應(yīng)用較少。以某城市有軌電車膜結(jié)構(gòu)為例，分析膜結(jié)構(gòu)有軌電車車站特色，介紹其內(nèi)部構(gòu)成、結(jié)構(gòu)體系和建筑特點(diǎn)，分析膜結(jié)構(gòu)車站在實(shí)際應(yīng)用過程中的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。
1有軌電車車站的基本特點(diǎn)
現(xiàn)代有軌電車低地板的車輛制式，限定車站站臺(tái)距地面高度一般在0.2~0.3m，車站長(zhǎng)度根據(jù)車輛編組數(shù)量確定，車站高度與車輛限界存在函數(shù)關(guān)系，電車獨(dú)立路權(quán)使車站集中布置在道路中央[1]。車站功能主要分三部分：雨棚、站臺(tái)和設(shè)施。其中，有軌電車車站雨棚為乘客提供擋風(fēng)遮雨的屏障，隔絕道路上機(jī)動(dòng)車行駛干擾；站臺(tái)為乘客提供上、下車和休憩等候功能；設(shè)施主要有各類電氣設(shè)施、管理設(shè)施和便民設(shè)施，如攝像機(jī)、廣播、售/檢票機(jī)、廣告屏、垃圾桶等，設(shè)置有線路、交通查詢和燈光照明等功能，為乘客提供便捷、安全、高效的站內(nèi)服務(wù)[2]。此外，車站作為有軌電車系統(tǒng)的核心部分，是城市現(xiàn)代精神面貌的展示空間，也是人與人之間的交流平臺(tái)[3]。
2膜結(jié)構(gòu)車站設(shè)計(jì)思路
膜結(jié)構(gòu)車站在滿足有軌電車車站基本特點(diǎn)的同時(shí)，將現(xiàn)代建筑技術(shù)與建筑藝術(shù)有機(jī)結(jié)合，使之成為具有當(dāng)?shù)靥厣某鞘酗L(fēng)景線。1）力量之美。密斯凡德羅曾說過：“當(dāng)清晰的結(jié)構(gòu)得到精準(zhǔn)設(shè)計(jì)時(shí)，就升華為建筑藝術(shù)”。由纖維基層和涂層形成的張拉膜結(jié)構(gòu)，通過設(shè)計(jì)賦予其穩(wěn)定體系，使得膜面成為一個(gè)負(fù)高斯曲率的曲面，將膜面設(shè)計(jì)成馬鞍形雙曲拋物面，膜面兩端向上翹曲形成向上生長(zhǎng)，賦予其力量感，造型簡(jiǎn)潔有力，整體穩(wěn)重，與向上蓬勃發(fā)展的城市精神完美契合。2）律動(dòng)之美。韻律是建筑的靈魂。這句話同樣適合車站建筑。首先定義車站中的各個(gè)構(gòu)件如立柱、膜結(jié)構(gòu)雨棚等，使其具有一定的規(guī)律性和邏輯性，并在此之上將部分構(gòu)件與有軌電車設(shè)施相結(jié)合，形成相似元素的差異性；將立柱有規(guī)律地交錯(cuò)排列，既有變化又有統(tǒng)一，最后張拉膜結(jié)構(gòu)形成自由流暢的外形和此起彼伏的曲面，構(gòu)成連續(xù)具有韻律的排列，凸顯建筑結(jié)構(gòu)的律動(dòng)美感，給車站一種流動(dòng)感，代表城市的生命力和創(chuàng)造力。3）夜景之美。當(dāng)代社會(huì)，隨著物質(zhì)生活和精神文明的不斷提高，人們的夜間生活也不斷豐富，建筑夜景照明也越發(fā)重要。有軌電車車站常常位于道路中央，處于城市景觀中的C位，車站夜景照明是城市生活品質(zhì)的體現(xiàn)。首先，采用城市景觀體系中的色系，將膜結(jié)構(gòu)車站各雨棚布置成一個(gè)個(gè)獨(dú)立發(fā)光源；其次，車站內(nèi)部之間采用統(tǒng)一調(diào)度的照明運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)，各個(gè)光源相互協(xié)調(diào)，有序統(tǒng)一；再次，充分介入沿街建筑和路燈照明系統(tǒng)，分析車站照明與城市沿街照明之間的內(nèi)在規(guī)律，使路中車站照明和路側(cè)建筑照明相輔相成；最后，利用膜體本身漫反射特性，膜面內(nèi)的燈光通過膜體照亮星空，營(yíng)造一個(gè)整體和夢(mèng)幻的視覺效果。
3膜結(jié)構(gòu)車站實(shí)例分析
3.1張江有軌電車車站
張江有軌電車位于上海浦東新區(qū)張江地區(qū)，線路全長(zhǎng)9.8km，設(shè)15座車站，平均線間距約600m，串起張江高科技園區(qū)內(nèi)產(chǎn)業(yè)、科研、大學(xué)和生活區(qū)域，于2009年5月通車。車站多為路中對(duì)稱側(cè)式車站，型式采用膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。車站的膜結(jié)構(gòu)雨棚沿站臺(tái)單邊設(shè)柱，再通過立柱頂部懸挑出雙層鋼管，并在雙層鋼管之間織拉曲面膜，構(gòu)成膜結(jié)構(gòu)雨棚2.5m為一組的模數(shù)組件，進(jìn)而由4組相同組件構(gòu)成一個(gè)完整的膜結(jié)構(gòu)雨棚[4]。為凸顯車站力量感，膜結(jié)構(gòu)雨棚區(qū)別于一般車站造型，采用2組1/4圓弧組合形式，形成向站臺(tái)側(cè)拱造型，使車站雨棚結(jié)構(gòu)受力更加均勻和穩(wěn)定，由此塑造出雨棚面向車輛的向心力量和包裹感，拉近有軌電車與站臺(tái)之間距離。同時(shí)，通過鋼管之間的膜面設(shè)計(jì)成相互正交的兩個(gè)法面，再將法面膜面切線形成方向相反的2條曲線，使膜結(jié)構(gòu)兩側(cè)向上膨脹凸起，塑造出一個(gè)繃緊的馬鞍形雙曲面。兩側(cè)向上繃起（見圖1），中部張拉繃緊，給人以向上生長(zhǎng)和充滿肌肉的力量感，契合張江科技園區(qū)欣欣向榮的發(fā)展勢(shì)頭。
3.2珠海有軌電車車站
珠海有軌電車首期工程線路全長(zhǎng)約8.722km，全線共設(shè)車站14座，全部為地面站，分為9座路中島式車站、2座路中側(cè)式車站和3座路中錯(cuò)開側(cè)式車站。珠海有軌電車采用膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與張江有軌電車車站有所不同，珠海有軌電車膜結(jié)構(gòu)雨棚采用獨(dú)立式充氣膜結(jié)構(gòu)，充氣膜支承于鋼柱和鋼梁上，利用鋼制夾具將2層ETFE膜固定在鋼梁兩端，內(nèi)部充斥氣體形成封閉氣枕系統(tǒng)。為體現(xiàn)建筑的韻律感，沿車站縱向分別設(shè)置5個(gè)充氣膜結(jié)構(gòu)，單個(gè)膜面采用相同設(shè)計(jì)手法，設(shè)置一大一小2個(gè)圓弧曲面造型，大圓弧與車站前進(jìn)方向相同，小圓弧作為膜結(jié)構(gòu)尾部，細(xì)長(zhǎng)飄逸，寓意一片前進(jìn)的云朵。5個(gè)充氣膜寓意5片追逐前進(jìn)的多彩云，形狀統(tǒng)一，前后排列，大小不等，相似相容，通過一定的內(nèi)在規(guī)律性和邏輯性組合成一個(gè)整體。同時(shí)，為體現(xiàn)建筑韻律差異性，膜面與膜面之間首尾相接，高低交錯(cuò)排列，將氣枕系統(tǒng)設(shè)置成不同飽滿度的曲面狀態(tài)，既統(tǒng)一又有變化，在重復(fù)的規(guī)律性下產(chǎn)生韻律差異性，給人以高低錯(cuò)落的起伏感和流動(dòng)感，打破有軌電車車站的單調(diào)和呆板印象，塑造膜結(jié)構(gòu)車站獨(dú)有的韻律感和節(jié)奏感。珠海素有“浪漫城市”之稱，為充分展示珠海旅游城市的夜景，在設(shè)計(jì)膜結(jié)構(gòu)車站時(shí)，分別在外側(cè)ETFE膜和鋼立柱中植入細(xì)長(zhǎng)條燈管，燈管管線的進(jìn)出路全程隱蔽，站臺(tái)無外露管線和燈槽，減少內(nèi)部構(gòu)造對(duì)夜間照明的負(fù)面影響。同時(shí)，燈管色彩的變化和亮度由中央系統(tǒng)統(tǒng)一管理，根據(jù)不同環(huán)境、季節(jié)、日照和時(shí)段進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，形成不同燈光組合效果。并且，在設(shè)計(jì)夜間照明景觀中，充分融入《珠海市城市建筑色彩規(guī)劃管理?xiàng)l例》的要求，以珠海城市色彩淡雅、明快的冷色系和中性色系為主，將車站沿線所經(jīng)過的建筑風(fēng)貌、周邊環(huán)境和夜間照明燈等主導(dǎo)色作為設(shè)計(jì)中的背景協(xié)調(diào)色，與之充分融合、協(xié)調(diào)，創(chuàng)造多種照明方案，塑造一體化照明景觀，最終形成色彩統(tǒng)一、風(fēng)格鮮明的夜間照明景觀帶。此外，通過膜結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置燈管，燈光投過膜面發(fā)射，其亮度依靠光線漫反射，使光線更加柔和、發(fā)散均勻，烘托出車站安詳靜謐的夜間氛圍，豐富城市夜景（見圖2）。
3.3經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益
1）經(jīng)濟(jì)效益。前蘇聯(lián)建筑大師塔特林曾說過“最美的形式也是最經(jīng)濟(jì)的形式”。膜結(jié)構(gòu)有軌電車車站不但造型優(yōu)美，本身也具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益。無論是張江有軌電車車站還是珠海有軌電車車站，車站本身結(jié)構(gòu)都非常輕巧，用高強(qiáng)薄膜材料及加強(qiáng)構(gòu)件替代大量鋼結(jié)構(gòu)，大大減少基礎(chǔ)施工及支撐系統(tǒng)材料用料量，總耗材量?jī)H為鋼結(jié)構(gòu)的1/5，混凝土結(jié)構(gòu)的1/30，有效節(jié)約資源[4]。同時(shí)，膜結(jié)構(gòu)車站物理性能穩(wěn)定，具有卓越的耐高溫性、阻燃性和抗震性，使用壽命長(zhǎng)達(dá)25a以上。通過車站膜面上附加防污涂層，使膜面具有超強(qiáng)自潔性能，灰塵及污垢不易在薄膜表面堆積，極易通過雨水沖刷清洗，減少人工清洗次數(shù)，有效降低維養(yǎng)頻率，節(jié)約人工維護(hù)成本。此外，膜結(jié)構(gòu)車站在白天可充分依靠自然光滿足照明需求，降低用電量；在夜間利用膜結(jié)構(gòu)內(nèi)燈光投射光線，發(fā)光效果顯著，光線散布均勻，節(jié)省用電量10%~15%。最后，膜結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)模塊化組件，可在工廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)拼裝，減少現(xiàn)場(chǎng)施工周期，提高施工效率，具有極佳經(jīng)濟(jì)效益[5]。2）社會(huì)效益。在研究膜結(jié)構(gòu)車站案例中發(fā)現(xiàn)，膜結(jié)構(gòu)車站所用膜材料從生產(chǎn)到加工，全程無毒無害，使用壽命長(zhǎng)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何影響，主要膜材料均可回收循環(huán)利用，完全契合有軌電車綠色公共交通的建設(shè)理念。此外，張拉狀態(tài)下的膜結(jié)構(gòu)呈獨(dú)特曲面造型，具有極強(qiáng)雕塑感，使體型較大的車站結(jié)構(gòu)看似擺脫了重力般飄浮于天地之間，活躍城市氣氛。膜結(jié)構(gòu)車站擁有無遮擋的可視空間，具有藝術(shù)感的同時(shí)富有表現(xiàn)效果，極易成為城市景觀中的聚光點(diǎn)。最后，膜結(jié)構(gòu)車站充分發(fā)揮膜結(jié)構(gòu)技術(shù)特點(diǎn)，將自然美、藝術(shù)美和技術(shù)美有機(jī)結(jié)合，顛覆傳統(tǒng)有軌電車車站造型，從基本幾何形態(tài)中脫穎而出，形成一個(gè)新的空間形態(tài)，曲線柔美，富于空間變化，給人以強(qiáng)烈建筑技術(shù)和藝術(shù)效果（見圖3），與行駛中的有軌電車車輛高度統(tǒng)一，創(chuàng)造美感。
4結(jié)語(yǔ)
以張江有軌電車膜結(jié)構(gòu)車站和珠海有軌電車膜結(jié)構(gòu)車站為例，介紹膜結(jié)構(gòu)在有軌電車車站中的應(yīng)用，分析膜結(jié)構(gòu)有軌電車車站的特色，介紹其內(nèi)部構(gòu)成、結(jié)構(gòu)體系和建筑特點(diǎn)，總結(jié)膜結(jié)構(gòu)車站在實(shí)際應(yīng)用過程中的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。膜結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)建筑相比，性能優(yōu)越，結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定，透光能力強(qiáng)，空間效果好，無毒無害、使用壽命長(zhǎng)，維修方便，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)，膜結(jié)構(gòu)車站擁有十足的力量感和建筑韻律，在夜間更是城市景觀照明中的主角，與有軌電車的氣質(zhì)十分貼近，充分體現(xiàn)有軌電車的藝術(shù)性、美觀性和科技性，是城市景觀中的一道亮麗風(fēng)景線。
參考文獻(xiàn)：
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作者:李耀 單位:上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司