膜結構在有軌電車車站建筑中的應用
發(fā)布時間:2021年9月2日 點擊數(shù):3666
膜結構車站是由多種高強薄膜材料及加強構件(鋼架、鋼柱或鋼索)形成的空間覆蓋結構。膜結構車站首先擺脫凌亂布置的站臺,減少突兀的設備擺放,將車站功能和車站整體效果融為一體,滿足乘客需求。膜結構在軌道交通建設中應用較多,但在有軌電車領域應用較少。
以某城市有軌電車膜結構為例,分析膜結構有軌電車車站特色,介紹其內部構成、結構體系和建筑特點,分析膜結構車站在實際應用過程中的特點和優(yōu)勢。
1 有軌電車車站的基本特點
現(xiàn)代有軌電車低地板的車輛制式,限定車站站臺距地面高度一般在0.2~0.3 m,車站長度根據車輛編組數(shù)量確定,車站高度與車輛限界存在函數(shù)關系,電車獨立路權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、站臺和設施。其中,有軌電車車站雨棚為乘客提供擋風遮雨的屏障,隔絕道路上機動車行駛干擾;站臺為乘客提供上、下車和休憩等候功能;設施主要有各類電氣設施、管理設施和便民設施,如攝像機、廣播、售/檢票機、廣告屏、垃圾桶等,設置有線路、交通查詢和燈光照明等功能,為乘客提供便捷、安全、高效的站內服務[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[3]。
2 膜結構車站設計思路
膜結構車站在滿足有軌電車車站基本特點的同時,將現(xiàn)代建筑技術與建筑藝術有機結合,使之成為具有當?shù)靥厣某鞘酗L景線。
1)力量之美。密斯凡德羅曾說過:“當清晰的結構得到精準設計時,就升華為建筑藝術”。由纖維基層和涂層形成的張拉膜結構,通過設計賦予其穩(wěn)定體系,使得膜面成為一個負高斯曲率的曲面,將膜面設計成馬鞍形雙曲拋物面,膜面兩端向上翹曲形成向上生長,賦予其力量感,造型簡潔有力,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構件如立柱、膜結構雨棚等,使其具有一定的規(guī)律性和邏輯性,并在此之上將部分構件與有軌電車設施相結合,形成相似元素的差異性;將立柱有規(guī)律地交錯排列,既有變化又有統(tǒng)一,最后張拉膜結構形成自由流暢的外形和此起彼伏的曲面,構成連續(xù)具有韻律的排列,凸顯建筑結構的律動美感,給車站一種流動感,代表城市的生命力和創(chuàng)造力。
3)夜景之美。當代社會,隨著物質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的體現(xiàn)。首先,采用城市景觀體系中的色系,將膜結構車站各雨棚布置成一個個獨立發(fā)光源;其次,車站內部之間采用統(tǒng)一調度的照明運轉系統(tǒng),各個光源相互協(xié)調,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在規(guī)律,使路中車站照明和路側建筑照明相輔相成;最后,利用膜體本身漫反射特性,膜面內的燈光通過膜體照亮星空,營造一個整體和夢幻的視覺效果。
3 膜結構車站實例分析
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9.8 km,設15座車站,平均線間距約600 m,串起張江高科技園區(qū)內產業(yè)、科研、大學和生活區(qū)域,于2009年5月通車。車站多為路中對稱側式車站,型式采用膜結構設計。
車站的膜結構雨棚沿站臺單邊設柱,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,構成膜結構雨棚2.5 m為一組的模數(shù)組件,進而由4組相同組件構成一個完整的膜結構雨棚[4]。
為凸顯車站力量感,膜結構雨棚區(qū)別于一般車站造型,采用2組1/4圓弧組合形式,形成向站臺側拱造型,使車站雨棚結構受力更加均勻和穩(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之間距離。同時,通過鋼管之間的膜面設計成相互正交的兩個法面,再將法面膜面切線形成方向相反的2條曲線,使膜結構兩側向上膨脹凸起,塑造出一個繃緊的馬鞍形雙曲面。兩側向上繃起(見圖1),中部張拉繃緊,給人以向上生長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約8.722 km,全線共設車站14座,全部為地面站,分為9分械菏匠嫡盡�2座路中側式車站和3座路中錯開側式車站。
珠海有軌電車采用膜結構設計,與張江有軌電車車站有所不同,珠海有軌電車膜結構雨棚采用獨立式充氣膜結構,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,沿車站縱向分別設置5個充氣膜結構,單個膜面采用相同設計手法,設置一大一小2個圓弧曲面造型,大圓弧與車站前進方向相同,小圓弧作為膜結構尾部,細長飄逸,寓意一片前進的云朵。5個充氣膜寓意5片追逐前進的多彩云,形狀統(tǒng)一,前后排列,大小不等,相似相容,通過一定的內在規(guī)律性和邏輯性組合成一個整體。同時,為體現(xiàn)建筑韻律差異性,膜面與膜面之間首尾相接,高低交錯排列,將氣枕系統(tǒng)設置成不同飽滿度的曲面狀態(tài),既統(tǒng)一又有變化,在重復的規(guī)律性下產生韻律差異性,給人以高低錯落的起伏感和流動感,打破有軌電車車站的單調和呆板印象,塑造膜結構車站獨有的韻律感和節(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,在設計膜結構車站時,分別在外側ETFE膜和鋼立柱中植入細長條燈管,燈管管線的進出路全程隱蔽,站臺無外露管線和燈槽,減少內部構造對夜間照明的負面影響。同時,燈管色彩的變化和亮度由中央系統(tǒng)統(tǒng)一管理,根據不同環(huán)境、季節(jié)、日照和時段進行相應調整,形成不同燈光組合效果。并且,在設計夜間照明景觀中,充分融入《珠海市城市建筑色彩規(guī)劃管理條例》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,將車站沿線所經過的建筑風貌、周邊環(huán)境和夜間照明燈等主導色作為設計中的背景協(xié)調色,與之充分融合、協(xié)調,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、風格鮮明的夜間照明景觀帶。
此外,通過膜結構內設置燈管,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 經濟效益和社會效益
1)經濟效益。前蘇聯(lián)建筑大師塔特林曾說過“最美的形式也是最經濟的形式”。膜結構有軌電車車站不但造型優(yōu)美,本身也具有較強的經濟效益。
無論是張江有軌電車車站還是珠海有軌電車車站,車站本身結構都非常輕巧,用高強薄膜材料及加強構件替代大量鋼結構,大大減少基礎施工及支撐系統(tǒng)材料用料量,總耗材量僅為鋼結構的1/5,混凝土結構的1/30,有效節(jié)約資源[4]。
同時,膜結構車站物理性能穩(wěn)定,具有卓越的耐高溫性、阻燃性和抗震性,使用壽命長達25 a以上。通過車站膜面上附加防污涂層,使膜面具有超強自潔性能,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)約人工維護成本。
此外,膜結構車站在白天可充分依靠自然光滿足照明需求,降低用電量;在夜間利用膜結構內燈光投射光線,發(fā)光效果顯著,光線散布均勻,節(jié)省用電量10%~15%。
最后,膜結構可實現(xiàn)模塊化組件,可在工廠內進行預制、現(xiàn)場拼裝,減少現(xiàn)場施工周期,提高施工效率,具有極佳經濟效益[5]。
2)社會效益。在研究膜結構車站案例中發(fā)現(xiàn),膜結構車站所用膜材料從生產到加工,全程無毒無害,使用壽命長,不會對環(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理念。
此外,張拉狀態(tài)下的膜結構呈獨特曲面造型,具有極強雕塑感,使體型較大的車站結構看似擺脫了重力般飄浮于天地之間,活躍城市氣氛。膜結構車站擁有無遮擋的可視空間,具有藝術感的同時富有表現(xiàn)效果,極易成為城市景觀中的聚光點。
最后,膜結構車站充分發(fā)揮膜結構技術特點,將自然美、藝術美和技術美有機結合,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,形成一個新的空間形態(tài),曲線柔美,富于空間變化,給人以強烈建筑技術和藝術效果(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 結語
以張江有軌電車膜結構車站和珠海有軌電車膜結構車站為例,介紹膜結構在有軌電車車站中的應用,分析膜結構有軌電車車站的特色,介紹其內部構成、結構體系和建筑特點,總結膜結構車站在實際應用過程中的特點和優(yōu)勢。膜結構與傳統(tǒng)建筑相比,性能優(yōu)越,結構體系穩(wěn)定,透光能力強,空間效果好,無毒無害、使用壽命長,維修方便,具有良好的經濟效益和社會效益。同時,膜結構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,與有軌電車的氣質十分貼近,充分體現(xiàn)有軌電車的藝術性、美觀性和科技性,是城市景觀中的一道亮麗風景線。