溯本求源，尽善尽美——关于无柱雨棚的思考

盛晖

（中铁第四勘察设计院集团有限公司 总建筑师、教授级高级工程师，湖北 武汉 430063）

进入本世纪以来，我国铁路建设高歌猛进，铁路客站也得到了前所未有的快速发展。无柱雨棚几乎伴随新时期客站建设的整个发展历程，成为我国第三代铁路客站的标志之一。

1 无柱雨棚的创新成就

“无柱雨棚”是“站台无立柱型大跨度钢结构雨棚”的简称。设立无柱雨棚在我国是一次理念的创新，其初衷是贯彻“以人为本”的理念，减少站台上影响旅客行进和遮挡视线的障碍物，为旅客创造更明亮、更舒适的乘车环境[1]。它带来的直接好处是极大改善了铁路车站的环境面貌，进而促进了铁路服务意识的增强，并推动了建造技术的进步。在设计理念上，无柱雨棚的设立还改变了我国铁路客站重站房轻站台的传统观念，与发达国家的车站空间概念逐渐接近，是客站水平一次质的飞跃。

现代车站越来越讲求高效便捷，可能会有一半的旅客（即出站旅客），直接通过地下换乘系统方便迅速地离开车站。我们在为高效率叫好的同时，也会有些许失望，因为出站旅客欣赏不到那些“建设前期各方都非常重视、几经筛选、巨资打造的”城市大门形象。但无柱雨棚的出现改变了这一尴尬局面，无柱雨棚使车站的“城市大门”形象由过去的单向型变成了全方位的立体型。例如，乘坐高速列车第一次在武汉站下车的旅客，一踏上站台就会感受到武汉站那与众不同的、具有震撼感的明亮恢弘空间，从而留下对武汉这个城市深刻的第一印象，这要部分归功于无柱雨棚这一创新理念（见图1）。

图1 武汉站中央大厅

2 无柱雨棚存在的问题

然而，一切事物总存在着正反两个方面。通过这些年无柱雨棚的建设实践，无可否认，无柱雨棚也给我们带来了不少挑战，还存在着难以破解的问题。

概括起来主要有以下几个方面：1）工程量加大使造价较过去大幅提高；2）由于是跨线钢结构雨棚，装饰吊顶、屋面板等抗风、耐久性问题突出，易成为行车安全的隐患；3）立柱在铁路线间，柱位选择余地小、安全性要求高；4）空间高，防飘雨性能有所降低；5）在接触网上空检修、维护、清洁困难；6）标识、接触网等吊挂困难。

3 对无柱雨棚的几个疑问和探讨

分析无柱雨棚的优势缺点、权衡利弊得失，可以发现，过去更多关注的是立竿见影的效果，如外在的形式美和直接的服务提升，对一些长远深层次的问题探究不够。而这些存在问题，有些是为更高的追求付出的必要代价，有些涉及到完善设计标准和质量体系，也有些则可能是我们对一种创新理解的片面化或绝对化引发的后果。

3.1 无柱雨棚的本质

无柱雨棚的本质是什么？它的生命力在哪里？提出无柱雨棚的本意是希望铁路客站设计“以人为本”，为旅客创造更明亮、更舒适的乘车环境。其创新理念的可贵本质，并不应在于其字面上传达的站台没有立柱的存在，而在于它所带来的车站空间效果的巨大改变。反过来说，低矮、黑暗、压抑的空间即使站台一根柱都没有，对旅客又有多少价值呢？这样的无柱雨棚又怎么会有强大的生命力呢？

溯本求源，知道了“无柱”的本意，就不会把注意力盯在站台上有没有立柱，就可以把无柱雨棚理解成是“高大空间无阻碍雨棚”。这里的无阻碍是指立柱对旅客视线和流线的无阻碍。由于雨棚跨度加大，立柱就会大大减少。例如老长沙站4个站台，共有雨棚立柱近500个，而新长沙站（长沙南站）站台多了1倍，却仅有雨棚立柱40个。如果将有限的柱子设在站台上，也不会对旅客视线和流线造成阻碍，其所创造的高大明朗的空间与“为旅客创造更明亮、更舒适的乘车环境”的初衷仍相一致，却解决了线间立柱带来的安全、技术、经济等问题。

其实，在国外这样的例子很多，高大空间雨棚的立柱比较灵活，且以立在旅客站台或“工作站台”上为多。由于立柱少，立在站台并不会感觉不方便，但安全性有保障（见图2）。

图2 比利时勒芬火车站大跨度雨棚

3.2 雨棚和站房的关系

长期以来，站场（站台雨棚）、站房、广场，是铁路客站的三要素。过去，它们一字平面排开，相对独立，关系稳定，相安无事。例如我国第一代客站的代表北京站就是这种布局的典型。后来，这种关系悄悄发生了变化，首先是站房架到了站场之上，于是有了我国第二代客站的代表，率先采用南北开口高架候车的上海站；今天，不仅有站房架到了站场之上，还有广场移到了站场之下，出现了采用叠合式立体布局的我国第三代铁路客站武汉站。可见，三要素的布局关系不是一成不变的。

对于其规模比例关系，应该说目前在我国，站场（站台雨棚）、站房、广场这三者还是共进同退，门当户对的。但是在西方发达国家，铁路车站广场可能不大，纯客运站房空间也越来越小，更不设专门的候车室。但是，无论过去还是现在，站台始终是各种车站的重要空间。

根据我国的情况，过去小站小广场配小候车室、大站大广场配大候车室，这是没有问题的。但是在今天，这种关系不应一成不变。随着客运技术装备的进步，客专、城际等高效率铁路逐渐占据主流，我国的客运理念会发展得更加先进。站台少不一定发送旅客少，站台多也不一定需要大站房。

如与发达国家的车站空间概念靠近，提高进出站的通过效率、售票电子化、站台短时间候车，那么，我们应该更重视站台空间，适当淡化主要由候车室、售票厅构成的站房。无柱雨棚的设置就适应了这一趋势。

雨棚和站房可以在某种程度上形成互补，建议在设置高大空间雨棚的同时，可以适当减少候车室的规模。而少设候车空间，就可能控制住车站的总体造价和运营费用，加大对无柱雨棚的投入，解决其安全要求高而单方造价标准低的问题。

3.3 无柱雨棚适用范围

无柱雨棚是高大空间雨棚，由于空间高，它必定属于（接触）网上雨棚，与网下雨棚（有柱雨棚）相比，一定是造价高、维修难，这就注定了它是一种高标准雨棚。如同任何分级别的设施一样，雨棚也应分级别，设立也必须有控制条件，高标准的无柱雨棚是不应全面推广的。

作者建议可在要求高、经济和技术条件好的省会级大站设无柱雨棚，或将其用于那些高效率的可在站台上短时间候车的客运专线车站。与此同时，进一步提高无柱雨棚技术标准，在安全、维修和耐久上下功夫提高无柱雨棚品质。大站无柱雨棚标准高、管理集中，是有条件解决检修保养问题的；另一方面，以精心设计的结构本身的美感替代附属的虚假装饰，也会大大减少检修工作量。

这样，虽然提高了标准，但从全国整体范围来看，仍然可以减少国家总体投资。

3.4 无柱雨棚的安全问题

目前，无柱雨棚出现了不少质量问题，如屋面金属板被狂风掀起，吊顶板在恶劣气候条件下摇摇欲坠。这些隐患严重影响了行车安全。分析原因也许是多种多样，众说纷纭，如设计深度问题、施工质量问题、监理把关问题、建设管理问题等等，还存在着对技术标准、构造体系、认证试验、工期造价的种种质疑。虽说这些原因都可能存在，但建筑质量问题全世界都存在，金属屋面问题各行业都遇到，为什么只有雨棚问题会发展得这么严重？作者认为，这里最根本的症结是，一个普通易发的建筑维护装饰的质量问题把一个绝对性命攸关的行车安全问题拉扯了进来，成为我们不能承受之重负。

如果这一分析是正确的话，那么，寻找根治雨棚安全隐患的方法就有了入手点。行车安全和一般的建筑构件质量安全是完全不在一个级别上的风险，我们必须将建筑问题限定在自身范围，避免将普通的建筑质量问题升级为行车安全问题。因此建议，对于高速运行的正线上方的跨越，一定要慎之又慎。此时要么不做无柱雨棚，要么以最坚固直接的方式跨越，或对正线进行全方位防护，做到万无一失。当然，最好能像国外车站那样，尽量减少列车高速穿越的现象。

在国外大都市里，最常见的火车站多是那种尽端类型的（见图3），本没有列车高速穿越过站情况；中间大站，列车必须停靠也不会高速穿越；中间小站如有穿越，则如前述留足安全距离做好隔离防护。这样就基本杜绝了建筑配件坠落而引发的行车安全风险。

图3 西班牙普林西比尽端式火车站

例如，140多年前建成的伦敦圣潘克勒斯车站，拱顶跨度74 m，上面覆盖了14 080块玻璃，创造出的水晶宫般的透亮空间一直是英国人的骄傲，却从没有成为人们对欧洲之星国际高速列车运行安全的担心（见图4）。

图4 英国圣潘克勒斯火车站大跨度雨棚

如果雨棚安全与行车安全问题不再牵扯在一起，同时建立科学严谨的雨棚建筑质量安全体系，就不会再因雨棚问题寝食难安。总之，对雨棚的问题既不能掉以轻心，也不必因噎废食。

4 提高无柱雨棚的技术标准

我国现行的各种设计规范中,根据建筑物的性质、类型及规模等的不同，综合考虑现有技术和经济条件，提出了各种针对性的技术标准，以利于建筑工程设计中对适用、安全与经济的平衡把握。无柱雨棚在规范中并没有明确的类型划定，其技术标准也不应以其结构形式类比其他建筑确定。无柱雨棚紧邻高速运行的铁路线，其安全除了影响自身外，还关系着铁路的行车安全。针对无柱雨棚的特点，有必要对其主要的技术标准进行单独研讨。

4.1 结构安全等级

GB 50153—2008《工程结构可靠性设计统一标准》、GB 50068—2001《建筑结构可靠度设计统一标准》规定，建筑结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果的严重性，采用不同的安全等级。建筑结构安全等级划分为三个等级（见表1）。

表1 建筑结构安全等级

根据这一原则，大跨度无站台柱雨棚，当其发生破坏时，可能造成重大的车毁人亡事故或造成列车中断运行，从而产生恶劣的社会影响，因此建议跨线雨棚的结构安全等级比一般建筑提高一级，即确定为一级。

4.2 耐久等级

现行国家标准GB 50352—2005《民用建筑设计通则》规定民用建筑的设计使用年限如表2分为四类。

表2 民用建筑设计使用年限分类

由于无柱雨棚规模和形式各不相同，其主体建筑的耐久年限可以根据项目具体情况确定为3～4类。

根据GB 50153—2008《工程结构可靠性设计统一标准》3.1.2，结构应具有足够的耐久性。所谓足够的耐久性能，系指结构在规定的工作环境中，在预定时期内，其材料性能的劣化不致导致结构出现不可接受的失效概率。当结构所处环境对其耐久性有较大影响时，应根据不同的环境类别采用相应的结构材料、设计构造、防护措施、施工质量要求等，并应制定结构在使用期间的定期检修和维护制度，使结构在设计使用年限内不致因材料的劣化而影响其安全或正常使用。所以，对于无柱雨棚这样的网上钢结构，在设计标准中就考虑到使用期间的定期检修维护方便是很有必要的，建议设置滑轨式检修天车、巡检马道等日常养护设施。国外也有此案例。

除主体结构以外，无柱雨棚大都是采用金属屋面。如何做到易维护、易检修、易更换，使其使用寿命达到与主体结构相匹配，也是需要解决的问题。

4.3 屋面防水等级

GB 50345—2004《屋面工程技术规范》把屋面防水等级分为Ⅰ～Ⅳ级，其中永久性工程分为Ⅰ～Ⅲ级。

Ⅰ级设防的是指特别重要、对防水有特殊要求的工程，一旦渗漏会造成不可挽回的损失或严重灾害的建筑等，属Ⅰ级设防，要求合理使用年限25年。

Ⅱ级设防是大部分，为重要的建筑和高层建筑，合理使用年限为15年。

Ⅲ级指一般建筑，合理使用年限10年。

Ⅳ级为临时非永久性建筑，合理使用年限定为5年。

由于无柱雨棚为半开敞建筑，对于防水可相对要求不高，因渗漏造成的损失也不会很严重，但必须避免渗水引起隐蔽部位的锈蚀。建议采用Ⅱ级设防。

4.4 抗震等级

GB 50223—2008《建筑工程抗震设防分类标准》3.0.2规定：建筑工程应分为以下四个抗震设防类别。

1）特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑。简称甲类。

2）重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。简称乙类。

3）标准设防类：指大量的除 1）、2）、4）款以外按标准要求进行设防的建筑。简称丙类。

4）适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑。简称丁类。

根据该《标准》5.3.3规定：铁路建筑中，高速铁路、客运专线（含城际铁路）、客货共线Ⅰ、Ⅱ级干线和货运专线的铁路枢纽的行车调度、运转、通信、信号、供电、供水建筑，以及特大型站和最高聚集人数很多的大型站的客运候车楼，抗震设防类别应划为重点设防类。站台雨棚属交通建筑，应根据其在交通运输线路中的地位、修复难易程度和对抢险救灾、恢复生产所起的作用划分抗震设防类别。鉴于当地震发生时，如果雨棚发生破坏，可能造成运输中断，从而影响地震救援，建议对于跨线雨棚可以将其抗震设防分类标准确定为重点设防类（乙类），一般雨棚则抗震设防分类可以确定为标准设防类（丙类）。

4.5 屋面抗风揭

建筑屋面系统的安全包括防水、防火、抗风揭、抗冰雹、抗踩踏、耐久性等方面，其中的抗风揭对建筑的安全性影响重大。尤其是铁路站台雨棚，一旦产生破坏造成的次生危险非常严重，所以说雨棚金属屋面安全的首要问题是抗风。

在全国范围内，每年被风掀翻的金属屋面可以说是屡见不鲜，金属屋面被风掀开的原因很多、很复杂。金属屋面必须进行抗风揭设计已逐步成为共识。金属屋面系统的抗风揭实验，能够有效评价设计的屋面系统所能达到的抗风揭能力，通过模拟压型金属屋面板在风力条件下，挠度变形与风荷载、板厚、板型、檩距之间的关系，总结出压型金属屋面板抗风荷载设计的试验依据，解决这类设计没有可靠依据的问题。设计人员可以依此合理选择屋面系统所用的各种材料（包括表面材料、基层材料、保温材料、固定件），优化整个屋面系统。建设方则可做到对屋面系统设计的可靠性、经济性和可行性心中有数。据了解，即将发布的《金属屋面技术规程》会把屋面抗风揭实验作为一个要求列入其中。

5 合理选定无柱雨棚的材料和构造

5.1 屋面材料的选择

无柱雨棚屋面应尽量采用轻型、抗风、易检修、免维护的构造和材料。可以是金属的，也可以是非金属的。

金属屋面由于具有轻巧、美观、防水性好、构造简单、便于装配施工等优点，成为无柱雨棚最常用的材料。金属屋面材料按档次高低依次为：钛合金板、钛锌板、铜板、铝镁锰合金板、普通铝合金板、镀铝锌钢板、镀锌铁皮。

钛合金板在“国家大剧院”中使用，价格太高不适用于一般的建筑；钛锌板易洁，可自愈划痕，使用年限可达100年以上；铜板一般用于有特别要求的工程。目前铁路车站无柱雨棚屋面主要采用压型镀铝锌钢板，少量使用压型铝合金板，标准偏低。鉴于铝合金屋面板在国内外发展的经验，具有使用年限长、防水性能强、构造成熟、耐候性好、配件多等诸多优势，建议金属屋面优先选用这种材料（见图5）。

图5 压型铝合金板屋面系统构造

无柱雨棚采用非金属面板也值得研究。

海南国际会展中心的钢结构屋面采用现浇GRC面板抵御海风的侵蚀，可以做为非金属面板无柱雨棚的借鉴。还可以参照组合楼板研发“压型钢板-轻混凝土组合结构”的雨棚屋面板，目标就是抗风、耐蚀、免维修。

5.2 屋面连接构造的选择

金属屋面连接构造的关键在于防水、抗风、适应变型和可操作易维护。压型钢板的连接方式有紧固件连接 （打钉）、180°立边咬合、360°立边双咬合、直立缝锁边等连接等方式（见图6）。连接构造的选择不能单看构造措施是否强，还要看施工质量是否可控，是否具有可操作性。

图6 压型钢板360°咬合连接

直立锁边压型铝合金板屋面系统，其高强铝合金支座与压型铝合金屋面板采用专用电动锁边机咬合（见图7），与下承构件间的连接方式则分为点支撑和面支撑。对于开敞的无柱雨棚屋面上下受风，钢檩条易锈蚀的特点，建议采用面支撑体系，可以外露或简化檩条，方便维修，同时支座布置更加灵活。广州白云机场采用的技术是将箱型压型钢板支撑在钢桁架上。箱型压型钢板集结构承重、屋盖支撑、建筑吸音、吊顶装饰等功能于一身，跨度可达14 m，省去了次梁、檩条、吊顶等繁琐构造，美观易维护。产品注册了中国专利。而广州南站铝镁锰直立锁边屋面系统采用高波下承钢板，檩条明露，便于观察检修。屋面系统属成套引进，其验收标准及检测报告符合美国FM标准和德国工业设计协会检查标准。

图7 压型铝合金板锁边咬合连接

需要指出的是，金属屋面系统是在国外发明、发展并被引进的，其研发是比较复杂和科学的过程，在改进时应注意配套性和兼容性，必须有可靠的实验数据和标准依据。例如，在有些工程中，压型钢板屋面也照搬铝合金屋面的构造和配件，其可靠性就值得怀疑了。

在大风地区，为提高屋面的抗风能力，必要时可以增加“防风夹具”屋面抗风构造措施（见图8）。原理是利用夹具将装有挡雪片的横杆固定在屋面板的直立肋上，夹具可增强屋面板与支座的咬合，挡雪片可阻止屋面板的变形，横杆使屋面系统成为一个具有较大刚度的整体，达到抗风揭的效果。该系统构造简单、美观、不损伤板面，同时也可以防止屋面积雪整体滑落而造成伤害危险。

图8 压型铝合金板屋面挡雪抗防风杆

6 结语

《论语·八佾》记载：“子谓《韶》：尽美矣，又尽善也。谓《武》：尽美矣，未尽善也。”孔子认为，美虽然能给人以感官的愉快，但美必须符合“仁”的要求，即具有善的内涵，才有社会的意义和价值。因此他主张既要“尽美”，也要“尽善”，美与善要实现完满的统一。

无柱雨棚作为一种为广大旅客提供更好的列车乘降服务的重要设施，虽功能简单但重要性高，形式单纯但技术难度大。过去我们关注更多的是“尽美”的一面，对其“尽善”的研究不够。当前，雨棚安全问题比较突出，引起了全路上下的高度重视。在下决心大力度对车站雨棚屋面采取加固补强措施之余，还应对无柱雨棚这一创新成果做好总结反思。无柱雨棚的适用范围、设计标准、构造措施、维护保养等一系列问题都亟须进一步探寻完善，并在建设方针和设计原则上做出适当改进。只有做到尽善，才会更显尽美。

[1]郑健.我国铁路客站规划与建设[J].铁道经济研究，2007（4）：20—30