京张高铁客站清水混凝土站台雨棚创新设计

李宇辰,韩永伟

(1.中铁工程设计咨询集团有限公司,北京 100055； 2.中国铁路北京局集团有限公司站房工程项目管理部,北京 100860)

铁路客站的功能系统一般由客站广场、站房和铁路车场三要素组成，铁路车场是铁路客站的设计基础，其主要功能是完成旅客的乘降、换乘以及列车的停靠和驶离。

现今铁路系统发达国家的铁路客流流线大多为“通过式”，站房空间是提供短暂候车、购票、换乘、购物、休憩等复合功能的场所，站台和雨棚构成的空间才是最主要的旅客集散空间，也是铁路客站最重要的、最富有感染力的空间；站台雨棚的设计感、尺度感，在车场空间的构建中起着愈发重要的作用。

1 有柱站台雨棚的应用现状及功能发展

1.1 概念与分类

我国传统铁路客站的站台雨棚与站房相对独立，其建筑形式分为有柱式与跨线式，如图1、图2所示。有柱式雨棚主体结构材料多为钢筋混凝土，雨棚柱立于站台之上，结构形式简单，跨度较小，投资较低，多应用于中小型客站；跨线式雨棚将柱子设置在线路中间，采用大跨结构形式，多应用于大型客站。

图1 有柱式雨棚

图2 跨线式雨棚

1.2 应用现状

以京张高铁各客站为例，清河站为大型车站，采用跨线雨棚；张家口站为中型车站，局部采用跨线雨棚，主要采用有柱雨棚，如图3所示；昌平、东花园北、怀来、下花园北等小型车站，全部采用有柱雨棚。纵观全线铁路车场，有柱雨棚的覆盖面积达到了60%以上。

图3 京张高铁混凝土雨棚

美观的车场空间是首次到达旅客对城市的第一印象，也是即将离开的旅客对城市的最后记忆[1]，有柱雨棚正是构建这一空间的最关键因素。有柱雨棚拥有安全系数高、耐久性好、遮雨效果好、投资造价低、施工周期短等优点，在全路应用极为广泛。

1.3 功能发展

站台雨棚最基础的功能是挡雨及照明，而伴随“智能铁路”建设的蓬勃开展，雨棚搭载了很多的信息传递功能，越来越多的信息设备出现，如动态标识屏、静态标识、摄像机、电子时钟、WIFI盒子、扬声器、电铃等，雨棚成为一种信息的载体。

2 新型雨棚设计概述

2.1 传统雨棚设计问题剖析

首先，传统雨棚的结构体系(图4)是以柱承梁，以梁承板，板在梁上，梁在柱上，梁间有格，格间封板[2]。很多外观缺陷，如雨水管接口不居中、筒灯整体明露、桥架整体明露、末端设备明露等问题，均因未曾突破梁板柱的体系或其顺位关系。

图4 传统雨棚典型案例

其次，传统雨棚设计对运维便捷性与成本考虑不足。如外饰涂料的使用，部分雨棚的雨水管埋于柱中、管线埋于板内的做法，都将对后期的运营维护造成很大负担。

再次，传统雨棚造型较为呆板，千篇一律，已无法满足旅客审美与当代铁路设计发展需求。

最后，由于智能化设备的日益增多，传统雨棚的设备搭载能力愈显不足，对管线桥架的处理方式也走进了“死胡同”。

2.2 新型雨棚结构形式与建筑形态设计过程

第一，柱梁交接节点，是传统混凝土雨棚多个核心问题的集中区段。雨水管偏心设置并不美观，若居中设置，则要求雨水收集点位于柱心连线，且顺轨向主梁不居于柱心；筒灯高约20 cm，为达到美观要求，需将灯身尽量隐没；顺雨棚通长存在有大量线缆，要求有较为隐蔽的空间完成其铺设。经综合考虑，以“一柱二梁”的手法作为解决上述问题的核心点，顺轨主梁采用双梁并行的模式，梁间结构板上作水沟、下作线槽。

第二，优化旅客可见的梁格空间，将结构板下移至梁下皮，人视可见为整板。此时上返梁格成了蓄水槽，需将梁格间使用轻质材料填充才可完成排水，却不甚经济。

第三，与造型结合的持续优化，寻求造型与功能的切合。维持顺轨向边梁不动，主梁下沉，以保证在无冗余填充的情况下排水顺畅。

第四，结合材质与功能的需求，调整雨棚细部结构形态，达到功能与美观的结合统一，如图5所示。

图5 新型雨棚形成过程

2.3 新型雨棚外观概况

新型雨棚采用清水混凝土材质；柱截面自下而上逐渐放大，最终隐没于屋面板下；梁柱交接处设明缝；顺轨向主梁为并行双梁，其间设装饰格栅，格栅内部布置线缆及设备末端；雨水管设置于雨棚柱凹槽处，通长不设卡件；垂轨向屋面板根据模板分格设置明缝；旅客可见区域不设梁窝，设备线路不明敷，如图6所示。

图6 新型雨棚效果图

3 新型雨棚设计要点

3.1 清水混凝土材质的应用

清水混凝土是直接利用混凝土成型后的自然质感作为饰面效果的混凝土。根据质量和表观效果，可分为普通清水混凝土、饰面清水混凝土和装饰清水混凝土[3]，本次雨棚设计，采用饰面清水混凝土，即表观颜色统一，有规律的明缝与蝉缝，以混凝土的本色、本质示人。

清水混凝土的应用在我国车站设计中还处于起步状态[4]。本次有柱雨棚的设计，由于可近观、可触碰，对设计和施工提出了更为精细化的要求，这也是清水混凝土工艺在我国铁路有柱雨棚建设上的首次应用。

首先，清水混凝土表观效果上佳，符合现代审美要求[5]。清水混凝土充分展现水泥本身特有的原始与朴素，颜色端庄稳重、易维护，极具东方文化特点；同时清水混凝土规避了饰面涂料的使用，绿色环保，与绿色建筑的理念相迎合[6-8]。

其次，清水混凝土的耐久性远高于传统涂料，极大降低了运维成本。站台是旅客非静止区域，行李拖行可能造成雨棚涂料易污损、脱落；清水混凝土以材质为饰面，强度极高，不易污损，有效避免人为破坏产生的翻修。清水混凝土自身的抗渗性能、抗融冻性能，混凝土成型后，其表面附加的渗透型保护剂，会在表面3 cm左右厚度内形成封闭区段，对其耐腐蚀性、防尘性能、抗渗透性、耐紫外线能力都将有所提高，进而增加其耐久性[9]。

再次，清水混凝土的应用与实施还倚仗了设计、施工及模板加工技术的进步[10]。雨棚尺寸，要求采用大钢模，准确切割；雨棚的近人效果，要求施工精度极高，配合比控制准确；人机的承重能力与效率需求，要求设计必须考虑明缝分格位置、脱模难易度、振捣方式等问题。在设计水平与施工工艺同时达到一定高度后，二者才可互相满足、互相成就，清水混凝土材质，方可应用于雨棚工程。

3.2 “槽”的设置

基于管线通路、屋面排水、设备安装等需求，于顺轨主梁间设置400 mm(宽)×450 mm(高)的“槽”，这个空腔便是混凝土站台雨棚除遮雨功能外，其余功能的载体。

站台雨棚每隔4 m布置1个筒灯，其供电线路的铺设，采用顺轨道方向桥架，尺寸为10 cm×10 cm。站台雨棚上存在有大量动、静态标识屏、摄像头以及扬声器、WIFI等，其控制核心位于站房内的信息机房，为达到对每台设备的控制与监测，需顺轨道方向满铺线缆， 线路桥架尺寸为10 cm×15 cm。

大量设备的分散布局、管线的支吊明装，都是影响美观及与大幅清水混凝土不贴合的因素，“隐匿”不失为管线与设备布局的最佳选择[11]，整合的“槽”应运而生，在最小空间内满足管综与检修需求，如图7所示。

图7 “槽”内管线布局(单位：mm)

结合雨棚整体样式、桥架与灯具及其他设备的安装需求，采用顺轨向方通对“槽”进行装饰。顺轨向梁窝内侧设有预埋件，焊接L50 mm角钢连接件；连接件上焊接L50 mm角钢，用作2条桥架的架设龙骨，同时其下部用螺栓连接L40 mm角钢，用作方通的加设龙骨，螺栓设于方通缝隙间；灯具安装件与上部L50 mm角钢连接，灯具下皮与方通下皮平齐。这样将多种设备桥架龙骨结合考虑，节约了钢材用量；同时方通龙骨的巧妙连接方式，使得方通可以整组拆装，方便运维，如图8所示。

图8 “槽”下方通的安装固定方式(单位：mm)

本混凝土雨棚设计的另一个槽，用于柱截面设计，如图9所示，以宽约20 cm、深15 cm的凹槽，作为直径10 cm的雨水管的布设空间。为方便运维，铁路运营管理部门一般会要求雨水管明设，而此凹槽解决了雨水管明设过于突兀、影响美观的问题，同时还通过结构柱配筋的调整，未增大柱截面，使得柱体纤细；在雨水管卡扣的细节处理上，不再采用通常1 m间距1个卡件的固定方式，而是于方通以上、地面以下、旅客不可见位置设置2组加强的镀锌卡件，以形成与清水混凝土同样纯净的立面效果。

图9 柱上的“槽”(单位：mm)

3.3 “缝”的设计

混凝土脱模后，造型转接处所形成的明缝，与模板拼接处的细小禅缝，是清水混凝土的最大特色之一，缝的存在，被视为清水混凝土的建筑语言。该雨棚存在有2处明缝，第一处位于梁柱分界处，第二处用作檐口滴水，如图10所示。

图10 柱顶及檐口的“槽”

梁柱分界处的明缝设置，主要是为了满足施工需要。基于工序、载具、模板拆装等因素，混凝土雨棚的立柱需先行浇筑，而后梁板一体浇筑；在这种施工顺序下，柱体与梁板虽可做到交接处截面一致，却无法完美拼接，且可能会造成色差，设计上索性将此处设置明缝，不但可规避以上问题，还可作为柱头造型，将雨水管处向上延伸的凹槽做出形态变化，顺接上部的异形梁体。

因施工需求，雨棚檐口下部转折处一定存在模板交接，若做整板处理则在脱模时容易损伤混凝土表皮；檐口下皮造型较为圆润，雨水易顺势滑落至屋面的下板面，需在弧段结束处完成檐口滴水[12]。结合以上2个条件，设计上顺势而为，在经过3种檐口滴水形式的比较后，选择半圆形明缝(形式3)作为滴水。雨棚板上的减法，便是模板上的加法，仅需在模板内垫硬质PVC条即可，这样形成的滴水很容易保证顺直，且脱模方便，无碎角、脱落风险，如图11所示。

图11 檐口滴水形式比选

禅缝位置设计，讲求规整与对位准确，并根据施工技术条件，尽量减少。柱面设4条禅缝，分别位于柱四角弧段拐点，如图12所示，柱凹槽处不设缝，通过模板加工一体成形。梁板顺轨向禅缝设置以直线、弧线拐点为分界，垂轨向禅缝设置对应槽下方通及灯具布点，采用统一模数，完全贴合。

图12 柱模板平面

3.4 精细化设计

由于清水混凝土一次成形，不再修饰的特性，要求所有预埋件都必须在施工前进行精准对位，如图13所示。站台雨棚上设有动态标识、静态标识、监控摄像头、时钟等，是一个庞大的末端设备组团，出于行车安全考虑，兼顾美观效果，所有固定件必须预埋，不可后植，以避免后植件脱落造成事故，或施工时破坏清水混凝土的表观效果；此外，梁板禅缝位置与槽内方通及灯具对应，灯具依靠方通龙骨进行固定；以上所有设备、缝隙全部联系在一起，需统筹考虑[13]。这对多专业的协同设计水平与精度提出了更高的要求，同时也推进了精细化设计、精品化工程的进步。从京张高铁站台雨棚的实践结果看，精细化多专业协同设计是可以做到的。

图13 灯具、预埋点位、禅缝对位示意

4 结语

作为清水混凝土有柱雨棚1.0版的初践者，经过对结构形态的突破、清水混凝土材质的应用，槽、明缝、禅缝、滴水等细节的雕琢，将多专业的线缆及末端设备协同考虑、一体化布局，最后经设计方与施工方、模板加工方的多次磨合，形成了较为完善的有柱站台雨棚形式，推广应用于京张、赣深、郑济、太焦、昌景黄等多条国铁线路上，如图14所示。该形式雨棚适用性广泛，其造型中部存在平直段，可通过调整平直段长度来适应站台宽度变化，亦能够较好地应用于大车场的曲线站台；但由于混凝土自重限制，该形态并不适用于高架站下站台楼扶梯斜段及桥式站台。

图14 建成后的站台雨棚

随着清水混凝土雨棚的推广，问题也随之出现；由于商品混凝土质量、施工工艺、气候条件因素的差异，造成了清水混凝土表观效果的区别、局部的缺陷，在工艺、流程、原料配合比等方面仍处于实际工程探索阶段，有待通过实践与总结形成标准。

铁路建设标准的提高、国民审美水平的提升、智能化要求的增加，必将对站台雨棚设计提出新的挑战；清水混凝土雨棚作为站台乘降空间优化的重要组成部分、站台雨棚演化历程的重要节点，现已步入了装配式雨棚的研究阶段；以其开辟出的构造新思路为出发点，后续站台雨棚的设计也开始向多元化发展，共同为提升客站品质、让旅客具有满足感的奋斗目标，提供动力与支持。