高邑西站设计的挑战与创新.pdf

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·其 他· 收稿日期:2014 11 04 高邑西站设计的挑战与创新 刘砚超 (中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600) 摘 要 从地域文化设计和绿色建筑设计的角度,阐述了新建石家庄至武汉铁路客运专线高邑西站的复杂程度和 技术难点。设计从建筑、结构、暖通、电力等各个专业技术方面,将艺术与科技紧密融合,从而解决该工程设计中面 临挑战及创新的各种问题。 关键词 高邑西站 旅客车站 建筑设计 地域文化 绿色建筑 中图分类号 U291.61 文献标识码 A 文章编号 1009 4539 (2015)01 0051 06 Challenges and Innovation of Gaoyi West Station Design Liu Yanchao (China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co.Ltd.,Beijing 102600,China) Abstract The paper,from the angle of regional culture design and green building design,describes the complexity and technical difficulty of the Gaoyi West Station on newbuilt Shijiazhuang to Wuhan Railway Passenger Dedicated Line.The design from each fields of architecture,structure,equipment,electricity,etc,integrate art and technology to solve the vari ous problems facing the challenges and innovation in this project. Key words Gaoyi West station;passenger station;architecture design;regional culture;green building 1 项目概况 新建石家庄至武汉铁路客运专线,是京广客运 专线的组成部分。高邑西站是自石家庄东站向南 的第一个中间站,位于高邑县城西北侧,北临石家 庄南部工业区,为这一区域的人流、物流提供了重 要中转节点,是华北中南工业及产业带的核心基 地,区位优势明显。 高邑西站站场总规模为2 台面4 线,车站中心 里程为DK327 +710,车站设4 条到发线(含2 条正 线)。预计远期(2030 年)旅客发道量为34 万人/年, 高峰小时流量为93 人/高峰小时,最高聚集人数150 人。设2 座侧式站台,站台长度450 m,宽9.0 m,高 1.25 m。车站中心设旅客地道1 处,宽12.0 m,站 台上设双向出入口,宽4.5 m。车站中心轨顶标高 为69.954 m。 高邑西站为线侧下式旅客车站。车站建筑总 面积26 870 m2,其中客运站房建筑面积5 000 m2, 风雨棚投影面积21 870 m2。站房建筑地上主体2 层,地下局部一层,车站总长度116 m,总宽度30 m。 建筑高度20.730 m。 2 设计特点与风格 2.1 城市文化的意象表达———古邑新站浑然天成 高邑西站处于对高邑的城市意象的认知和体 验的门户位置。“汉台飞凤”的设计理念成为高邑 西站城市精神的沉淀,凸现出设计作品特有的城市 可想象的张力和城市意象的定位。 汉台冀韵———汉光武帝刘秀于高邑筑千秋台, 举行登基大典即位。千秋台成为见证高邑灿烂文 化的重要基石,是高邑悠久文化和历史的城市象 征。高邑西站的建筑形象取意于千秋台,采用“正 梯形”的台体为车站建筑的体量形式,以体现“功在 今世,利在千秋”为理念的建筑意象。 鸾飞凤舞———高邑位于华北平原西部边缘,太 铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2015(1) 51 ·其 他· 行山脉东麓,自汉代起就被誉为“凤凰城”。高邑西 站横向伸展的建筑构件和玻璃幕墙连续向上的延 伸,遥望整体建筑出挑深远的曲线形屋顶,翱翔天 际,彰显出城市历史文化的沉淀。 2.2 功能性特征———布局合理效率为先 高邑西站为线侧下式站房,内部交通流线采用 “下进下出”的设计构思。 总平布置方面,景观广场与车站主体位于视觉 中心,广场两侧分设社会交通、出租交通、公共交通 等集散场所,站房两端分别为办公及其他交通场 所,避免旅客公共人流与生产生活人流的交叉。 公共空间方面,以候车大空间为设计重点,两 侧分设售票和出站空间,明确空间细部与室内标识 的引导,广告、动静态媒体以及系统照明都分区域 化设计,形成高效的交通流线模式。 功能流线方面,公共流线,如候车大厅、出站 厅、售票厅、贵宾候车室等出入口面对广场和站台。 办公流线,如车站用房、公安用房、四电设备用房出 入口面对站房两端,互不交叉。 2.3 室内设计风格———简约大气细致内敛 高邑西站建筑装修风格内外兼修,整体简洁明 快,节点设计细致,装修规格较高。公共空间统一 采用铝合金条板吊顶,干挂花岗岩石材墙面,花岗 岩地面,标识清晰明确,充分体现交通建筑空间的 集中性和流动性相互统一的特征。 2.4 科技性主导———新技术、新材料在工程中应用 节能技术方面,采用了钢铝合金双层中空Low E 玻璃幕墙系统,干挂花岗岩石材复合保温外墙体 系。采用全空气分层系统和地源热泵体系来制冷 和供热。 结构技术方面,采用曲线型钢网架大屋面结合 钢筋混凝土框架结构体系。 屋面技术方面,采用虹吸式屋面排水系统结合 直立锁边镀铝锌钢板屋面体系。 3 设计理念与创新 3.1 建筑造型与空间功能的融合 设计的本质即是彰显场所精神,以创造一个有 归属感的场所,使人得以栖居。高邑西站以“汉台” 的场所同一性和“冀韵”地域文化性,蕴含了场所精 神的内核。 高邑西站体现出简洁的重台建筑形象,建筑表 面采用多条水平横线划分,形成具有凹凸感的宽 缝,整个建筑造型层次鲜明,营造出“重轩三阶”的 意境,映射出带汉代建筑大基座风格的新时代特 征。建筑的屋顶吸取了汉代兴起大屋顶形式,将其 演化成现代的结构造型,并通过新的结构设计和造 型表达,营造出建筑形式之美,车站整体浑厚的建 筑形象给人以震撼的视觉冲击力,使人感受到整体 客站建筑的大气和典雅,整体建筑外部造型和空间 功能完美融合(见图1)。 图1 高邑西站侧透视 3.2 技术与艺术的完美融合 高邑地处中原腹地,环绕众多皇家建筑群,无 一不气势雄伟,建筑细部精致华丽,而华北的传统 民居质朴素雅,贴近自然。高邑西站建筑外墙采用 的浅黄色石材,就是在传统民居的砖石砌筑基础上 进行的现代演绎;边线的回文构件结合建筑正中部 的雕花幕墙构件,巧妙地解决了西晒的建筑遮阳问 题,同时勾勒出精致的建筑细部[1](见图2)。设计 将冀中民居建筑的古朴素雅和宫殿建筑的华丽精 致完美融合,也将石材、木材和玻璃的质感完美结 合,形成了强烈虚实对比,为公共的室内大空间体 验带来了美轮美奂的光影效果。 图2 高邑西站细部 52  铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2015 (1 ) ·其 他· 在新时期铁路客站的设计中,为体现和营造大 空间、通透的功能需求,实现功能的结构构件和装 修构件往往会形成一定规律,并产生一定的变化, 充分体现结构自身的形式美,增强细部形象设计的 表现力,是获得艺术感染力的有效途径。在高邑西 站的设计中,为体现和完善空间的功能需求,同时 体现和传达地域文化特色,出挑深远的大曲线屋面 形成高挑的室内空间,结合精致的金属花格采光玻 璃幕墙,形成一个通透明快的内部氛围,在空间高 宽比适宜的前提下,很好的解决了公共大空间的自 然采光。从结构的构思出发,结合细部形式的设计 和变化,使技术与艺术得到完美的结合。 3.3 设计立意与地域文化的融合 凯文·林奇在《城市意象》[2]中提出,“城市感 知”意象要素,他认为每个人在自己的环境中形成 对城市的局部印象,叠加后则对城市的整体印象形 成共识。城市意象是一种城市特色,虽然它不是城 市特色的唯一指标,但它是城市特色的重要因素。 城市特色作为城市长期积淀的结果,充分的反映在 人们的城市意象中。铁路车站处于城市意象的门 户位置,凸显并延展城市意象的认知格局。高邑西 站的选址定位是在平原晨曦的城市未开放区域,在 车站的构思创作中,解读城市文化精神,追求车站 建筑设计的城市可想象张力,对高邑独特清晰的城 市意象的总结和萃取,是设计理念形成和建筑创作 开展的关键性前提。“汉台飞凤”的设计理念是联 系这种城市意象的有效途径。 创作初期,将“千秋台”和“凤凰城”两个地域历 史文化概念分别提取,之后又使之完美融合。遥望 出挑深远的建筑屋顶,建筑形态寓意飞凤,象征祥 瑞和平的城市环境和展翅高飞的城市印象;浑厚稳 重的建筑台体造型,建筑体量承继汉台,体现重轩 三阶的汉代特点和精致素雅的冀中特色(见图3)。 人文精神影响着城市意象的各个层面,在建筑创作 中要实现理性与情感的统一。高邑西站的设计充 分展现了具有历史文化精神和现代设计风格的地 域性交通建筑,充满了阳刚之美,浑厚之质。 3.4 “以人为本”的平面布局和流线形式 高邑西站的站前广场垂直于站前规划道路布 置,由站房平台、旅客车站专用场地、交通车场及绿 化用地组成。道路另一侧为城市文化广场。交通车 场从站房近端到远端布置依次为公交车停车场、出 租车停车场、社会车辆停车场。设在站房两端的内 部停车场为旅客车站专用场地。广场、平台和站房 均采用缓坡连接。 图3 高邑西站正透视 在车站的流线设计中,进站旅客进入候车大 厅,检票后通过两侧外挂的楼扶梯和无障碍电梯上 到相应站台;出站旅客从站台通过两侧外挂的楼扶 梯和无障碍电梯下到地道和平台,从出站厅到达车 站广场(见图4)。贵宾可由贵宾候车室通过电梯直 达站台。高邑西站“下进下出”的客流组织,清晰的 内部功能设置及流线设计,将大量的客流合理组织 到站房内部且互相不交叉干扰,使旅客能快速到达 目的地,满足旅客日益提高的乘车需求,便捷流畅 无阻碍,充分体现“以人为本”,是中小型铁路旅客 车站的典型。 图4 高邑西站外挂扶梯 3.5 完善的设备细部设计及环保节能设计 高邑西站大空间通透性高,设计中,进站出入 口和售票厅入口都采用门斗和风幕结合的设计方 式,减少到室内外的冷热交换,有效控制整体建筑 的能量损耗,达到环保节能的效果。 高邑西站的候车厅等公共空间有信息引导系 统、静态标识、消火栓、手动报警、广播、无线信息、 铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2015(1) 53 ·其 他· 商服广告等功能,但空间高大通透,这些设施不能 散乱的布置,就需要对这些设施进一步的整合,结 合室内公共空间功能区的划分和装修方案,布置指 示标志、动静态标识等系统,将消火栓、出风口等外 露设施结合装修设计暗装,不能暗装的设施要结合 装修的排版设计,规则的布置在石材中部,达到美 观、整洁的视觉效果(见图5)。 图5 高邑西站候车大厅 4 复杂程度与挑战 4.1 建筑造型要求高———造型体量合理,尺度比 例适宜 高邑西站的建筑造型既要承载地域文化,又要 针对车站的平面尺寸进行合理的结构选型,避免不 适于当前规模车站的结构形式,合理结构形式和平 面功能衍生合理的建筑造型。 高邑西站作为中小型的客运旅客车站,建筑的 细节比例和旅客的人体尺度是设计把握的重点。 交通建筑的大比例如何呼应人体的小尺度,要靠各 个部位的协调来实现,各部分之间的比例和尺度关 系的确定,要有统一的建筑比例和尺度参考系。高 邑西站的设计为了更接近形式美的原则,经过一系 列的度量、计算、反复考虑各种比例关系,设计的比 例不仅是一个技术形的问题,也是物理属性的数的 关系。这种围绕比例和尺度通盘考虑,反复推敲, 朝着良好比例反复的努力,塑造了造型体量合理, 尺度比例适宜的高邑西站。 4.2 结构设计要求多———超长结构,基础设计难 度大 高邑西站站房主体结构为钢筋混凝土框架结 构,中间候车大厅部分为单层大空间,采用曲线型 钢网架结构屋面。站房结构全长110 m,属于超长 结构。考虑到连接两翼结构的中间候车大厅仅有 一层,且屋面为曲线型钢网架轻型结构,抗变形能 力较强,故站房结构不设伸缩缝。但为减小因结构 的收缩和温度影响而造成的结构开裂,设一道800 宽后浇带,除基础外上下贯通。 高邑西站为线下式,站台面高于站房室外地面 7.8 m,两站台之间线路整体道床高于室外地面 6.0 m,两站台外侧均为9 m 高钢筋砼扶壁式挡墙, 挡墙之间的站台及线路下方分别为7.8 m 和6.0 m 的高填方,填方下满布CFG 桩复合地基。CFG 桩、 站台挡墙及填方均已施工完成,除挡土外,站台挡 墙未考虑其它不利的外加荷载。站台风雨棚需设 计成无柱雨棚。如果采用单柱悬挑钢结构(悬挑 10 m),那么雨棚柱只能依附在站台挡墙侧壁上,巨 大的柱底弯矩将可能导致已经施工完成的站台挡 墙的破坏,同时会造成高铁路基填方的坍塌。因 此,设计采用四柱三跨的结构形式,将边跨两柱置 于挡墙侧壁内侧,柱底按铰结设计,中间两柱设在 线路中间,柱底按固结设计(见图6)。柱下采用人 工挖孔墩基础,基础持力层为高填方下的CFG 桩复 合地基基础。 图6 高邑西站站台风雨棚 通过以上设计,既满足了风雨棚站台无柱的要 求,也解决了站台挡墙的安全性问题。因为四柱三 跨整体式风雨棚钢结构的两边柱紧靠站台挡墙内 侧,对站台无视觉影响,反而增加了站台雨棚的美 观性。其柱底与人工挖孔墩基础(和站台挡墙浇筑 成一体)为铰结连接,对基础和挡墙的作用主要为 竖向力,并且通过墩基础传至挡墙底板上,对站台 挡墙和路基填方的安全影响很小。 对比单柱悬挑结构和四柱三跨结构,后者雨棚 投影面积有增加,但梁柱截面有了大幅减小,更重 要的是避免了站台挡墙和路基填方的大量返工。 最终该设计获得了铁道部鉴定中心专家的认可并 已成功实施。 54 铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2015(1) ·其 他· 4.3 暖通设计复杂———冷热源及空调系统多样化 高邑西站站址远离城市中心,无市政供暖,因 此,空调冷热源采用地源热泵机组,机房设在地下 一层,膨胀水箱设置在屋顶水箱间。一方面可以减 少电能的消耗量,另一方面,没有了市政供暖的排 放,保护了环境,因而具有很好的经济效益和社会 效益。 站房候车大厅、售票厅等大空间设置中央空调 系统,采用可变新风比一次回风全空气系统,过渡 季节采用全新风空调运行方式,充分利用室外冷源 对室内尤其进深较大的内部区域进行降温和通风 换气。高大空间采用全空气分层空调方式,采用喷 口侧送风,集中回风,空调送、回风口均设置在中下 部区域,保证下部人员活动区域的空调效果,同时 利用外侧墙上设置可调电动高侧窗排除上部非空 调区域污浊的热空气,达到节能目的。 通信机械室、信息系统机房等设备用房空调要 求时段较长和基于独立运行管理的区域采用机房 专用空调。信号计算机房、总控室等设置变冷媒多 联机系统。变冷媒多联机空调室内机采用超薄型 天花板内藏风管式(带冷凝水提升泵),设置在吊顶 上。每套变冷媒多联机冷暖空调系统为成套供应, 纳入中央控制以便集中管理,系统自带控制和故障 保护、显示及中央智能化管理,每个房间室内机配 套温控进行就地控制。 4.4 电力设计要求高———智能照明控制系统 在本次工程实践中,应用了智能照明控制系 统:CBus 智能照明系统与BA 系统集成,实现远程 监控和现场控制。其主要功能有:定时开关状态监 控;累计运行时间;故障报警显示及打印等。本次 设计的智能照明系统主要涵盖铁路旅客站房的候 车大厅、售票厅、出站厅、以及景观照明。 候车大厅是旅客集散的公共场所,CBus 系统 根据预先定义,触发相应照明回路的开启及关闭, 也可使用就地手动控制或值班室集中控制。正常 使用时,本系统根据外界自然采光照度进行照明调 整,分别开启全部照明或全部照明的1 /2、1 /3、1 /4 光源,以满足旅客候车舒适以及节能的要求。售票 厅与出站厅均为人员流动较为频繁的场所,照度需 要保持相对恒定。CBus 系统可根据光度传感器探 头探测到的照度来控制本照明场所内的灯具开启 与关闭,保持恒定照度。 本工程的景观照明(包含广告照明)回路较分 散,若采用传统照明控制方式只能实现简单的开启 关闭功能。电源线缆截面比较大且控制形式单一。 本次设计采用辅助输入单元实现对泛光灯、广告灯 箱等特殊照明以及场地照明的不同照明要求的控 制与监视。通过软件设置,可根据需要任意修改个 照明回路的时间控制表。 整体电力系统设计包括高压配电系统(站房混 合电源变电所)、低压配电系统、电力系统、照明系 统、防雷及接地系统、火灾自动报警系统、楼宇自动 控制系统。在5 000 m2 的建筑物里,融和十几个专 业的技术及要求,形成了复杂的电力系统设计,是 新时期高速铁路客运专线的旅客车站不同于以往 建筑形式的技术难点。 5 技术水平与对比 高邑西站的设计根据工程实际情况,采用新技 术、新工艺、新理念应用到整体工程中,应用并体现 绿色建筑的设计要求。 在智能化设计方面,应用了CBus 智能照明系 统与BA 系统集成的智能化控制系统,实现远程监 控和现场控制,满足旅客候车舒适及节能的要求。 在节能化设计方面,应用了地源热泵冷热源系 统、全空气式分层空调系统、风机盘管加新风空调 系统与变冷媒多联机系统,减少电能消耗,没有废 气排放,充分利用自然冷源对进深高大空间进行降 温和通风换气,达到节能目的。 在结构设计方面,应用了钢筋混凝土框架为主 体结合曲线型钢网架屋面的超长结构形式,以一道 800 宽上下贯通的后浇带取代伸缩缝,站台风雨棚 采用四柱三跨钢结构形式,人工挖孔墩基础结合高 填方的CFG 桩复合地基。 在建筑设计方面,应用干挂花岗岩石材复合岩 棉保温外墙体系,钢铝明框双层中空LowE 玻璃幕 墙系统,直立锁边镀铝锌压型钢板复合岩棉保温屋 面体系,热工性能指标符合国家公共建筑节能标准 的规定,结合智能化设计和节能化设计,有效的实 现了公共交通建筑的低负荷、低能耗,可持续发展 铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2015(1) 55 ·其 他· 的绿色建筑设计标准。 在地域文化设计方面,从建筑外部造型到建筑 内部空间,与当地文化、环境、气候、地貌相和谐,充 分展现了具有高邑文化精神的现代设计风格的地 域性交通建筑,被社会媒体誉为“建筑书法”。 高邑西站作为新时期高速铁路客运专线的旅 客车站,设计标准和投资规格高,在建筑、装修、结 构、暖通、电力、信息、信号等各个专业和领域,集合 了迄今国内外同行业领先的技术和理念,是国内较 早设计并建成的高速铁路客运车站,也是中国高速 铁路大发展时期较早通车运行的一批铁路客运车 站,是中小型高速铁路客运车站的设计典型。 6 社会与经济效益 高邑西站经历了近2 年的运行,不仅高标准带 动站前广场和路网建设,带动周边区域,开建并完 成府前路西延工程,南环路拓宽改造和107 国道亮 化整治工程,而且大力提升城市交通承载功能,带 动商贸物流业发展,实现县城与西部新城之间人流 物流的快速连通,构建起城市发展的黄金走廊,推 动两城共同、协调发展,进一步提升城市交通枢纽 功能,建设全省物流节点城市和省会南部现代物流 基地。 依托石武高铁高邑西站建设,带来投资近200 亿元的“一县两城”的建设,依托高邑西站区位交通 优势,围绕打造冀中南重要交通枢纽,对地方发展 产生了巨大的社会效益和经济效益,将打造一座一 流的现代化、园林化的新城。 参考文献 [1] 刘砚超,李佳琦.浅论中小型铁路客站建筑设计——— 高邑西站建筑创作[J].城市建筑,2010(4):24 -27. [2] 凯文·林奇.城市意象[M].方益萍,何晓军,译.1 版. 北京:华夏出版社,2001: 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 1 -11. (上接第15 页) 槽形梁在张拉预应力阶段实测应力与理论计 算相差不大,在二期恒载加载阶段由于钢弦式应变 计与混凝土中钢筋绑扎协同受力,在混凝土徐变作 用下,混凝土与钢筋之间出现应力重分布,从而导 致实测值较理论值偏大;钢桁架部分受力状态与设 计状态基本相符。 5 结论 钢-混组合桁架梁具有重量轻、跨越能力强、 建筑高度小等特点,解决了上跨京广线净空问题, 也减少和方便了运营以后的检修和维护。 钢-混组合桁架梁的受力影响因素繁多且复 杂,尤其是桥梁腹杆与混凝土联结节点部位受力复 杂,影响因素多,钢-混组合桁架梁腹杆与混凝土 联结节点部位在复杂应力状态下的受力性能和设 计方法的研究,以前基于结构分析的方法和经验都 是在理论及实验模型下得到的,都有不同的局限性 和计算精度的误差,不能很好反映实际情况。 通过该桥典型下弦节点(E1 节点)区域足尺模 型试验研究,了解该桥钢混组合节点构造的传力特 性,验证其是否能够满足设计所需受力要求,以考 察该类节点设计的安全性及合理性,并为同类桥梁 节点的设计提供参考。 本工程采用侧位现浇、拖拉横移就位的方法施 工与工程的特点和地形条件比较吻合,横移速度 快,横移过程梁体内力变化小,对既有线影响小;施 工过程达到了预期的效果。 参考文献 [1] 齐永前.80 m 钢-混凝土组合桁架梁钢结构制造安装 技术[J].世界桥梁,2011(5):2 -3. [2] 胡建华.PBL 剪力键承载力影响因素和计算公式研究 [J].铁道科学与工程学报,2007(12):20 -25. [3] 刘玉擎.组合结构桥梁[M].北京:人民交通出版 社,2005. [4] 李德,张晟,蔺鹏臻.新型钢-混凝土组合桁架铁路桥 梁的力学特征研究[J].兰州交通大学报,2010,29 (6):2 -4. [5] 张劭明,过民龙.RPCNC 叠合面剪切滑移试验研究 [J].铁道标准设计,2013(9):70 -75. [6] 康炜.梁桁组合结构在客运专线桥梁中的应用分析 [J].铁道标准设计,2013(6):59 -65. [7] 张吉,陆元春.槽形梁结构在轨道交通中的应用与发 展[J].铁道标准设计,2013(10):78 -83. 56 铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2015(1)

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