膜结构在有轨电车车站建筑中的应用
发布时间:2021年9月2日 点击数:1413
膜结构车站是由多种高强薄膜材料及加强构件（钢架、钢柱或钢索）形成的空间覆盖结构。膜结构车站首先摆脱凌乱布置的站台，减少突兀的设备摆放，将车站功能和车站整体效果融为一体，满足乘客需求。膜结构在轨道交通建设中应用较多，但在有轨电车领域应用较少。
以某城市有轨电车膜结构为例，分析膜结构有轨电车车站特色，介绍其内部构成、结构体系和建筑特点，分析膜结构车站在实际应用过程中的特点和优势。
1 有轨电车车站的基本特点
现代有轨电车低地板的车辆制式，限定车站站台距地面高度一般在0.2～0.3 m，车站长度根据车辆编组数量确定，车站高度与车辆限界存在函数关系，电车独立路权使车站集中布置在道路中央[1]。
车站功能主要分三部分：雨棚、站台和设施。其中，有轨电车车站雨棚为乘客提供挡风遮雨的屏障，隔绝道路上机动车行驶干扰；站台为乘客提供上、下车和休憩等候功能；设施主要有各类电气设施、管理设施和便民设施，如摄像机、广播、售/检票机、广告屏、垃圾桶等，设置有线路、交通查询和灯光照明等功能，为乘客提供便捷、安全、高效的站内服务[2]。
此外，车站作为有轨电车系统的核心部分，是城市现代精神面貌的展示空间，也是人与人之间的交流平台[3]。
2 膜结构车站设计思路
膜结构车站在满足有轨电车车站基本特点的同时，将现代建筑技术与建筑艺术有机结合，使之成为具有当地特色的城市风景线。
1）力量之美。密斯凡德罗曾说过：“当清晰的结构得到精准设计时，就升华为建筑艺术”。由纤维基层和涂层形成的张拉膜结构，通过设计赋予其稳定体系，使得膜面成为一个负高斯曲率的曲面，将膜面设计成马鞍形双曲抛物面，膜面两端向上翘曲形成向上生长，赋予其力量感，造型简洁有力，整体稳重，与向上蓬勃发展的城市精神完美契合。
2）律动之美。韵律是建筑的灵魂。这句话同样适合车站建筑。首先定义车站中的各个构件如立柱、膜结构雨棚等，使其具有一定的规律性和逻辑性，并在此之上将部分构件与有轨电车设施相结合，形成相似元素的差异性；将立柱有规律地交错排列，既有变化又有统一，最后张拉膜结构形成自由流畅的外形和此起彼伏的曲面，构成连续具有韵律的排列，凸显建筑结构的律动美感，给车站一种流动感，代表城市的生命力和创造力。
3）夜景之美。当代社会，随着物质生活和精神文明的不断提高，人们的夜间生活也不断丰富，建筑夜景照明也越发重要。有轨电车车站常常位于道路中央，处于城市景观中的C位，车站夜景照明是城市生活品质的体现。首先，采用城市景观体系中的色系，将膜结构车站各雨棚布置成一个个独立发光源；其次，车站内部之间采用统一调度的照明运转系统，各个光源相互协调，有序统一；再次，充分介入沿街建筑和路灯照明系统，分析车站照明与城市沿街照明之间的内在规律，使路中车站照明和路侧建筑照明相辅相成；最后，利用膜体本身漫反射特性，膜面内的灯光通过膜体照亮星空，营造一个整体和梦幻的视觉效果。
3 膜结构车站实例分析
3.1 张江有轨电车车站
张江有轨电车位于上海浦东新区张江地区，线路全长9.8 km，设15座车站，平均线间距约600 m，串起张江高科技园区内产业、科研、大学和生活区域，于2009年5月通车。车站多为路中对称侧式车站，型式采用膜结构设计。
车站的膜结构雨棚沿站台单边设柱，再通过立柱顶部悬挑出双层钢管，并在双层钢管之间织拉曲面膜，构成膜结构雨棚2.5 m为一组的模数组件，进而由4组相同组件构成一个完整的膜结构雨棚[4]。
为凸显车站力量感，膜结构雨棚区别于一般车站造型，采用2组1/4圆弧组合形式，形成向站台侧拱造型，使车站雨棚结构受力更加均匀和稳定，由此塑造出雨棚面向车辆的向心力量和包裹感，拉近有轨电车与站台之间距离。同时，通过钢管之间的膜面设计成相互正交的两个法面，再将法面膜面切线形成方向相反的2条曲线，使膜结构两侧向上膨胀凸起，塑造出一个绷紧的马鞍形双曲面。两侧向上绷起（见图1），中部张拉绷紧，给人以向上生长和充满肌肉的力量感，契合张江科技园区欣欣向荣的发展势头。
3.2 珠海有轨电车车站
珠海有轨电车首期工程线路全长约8.722 km，全线共设车站14座，全部为地面站，分为9分械菏匠嫡尽�2座路中侧式车站和3座路中错开侧式车站。
珠海有轨电车采用膜结构设计，与张江有轨电车车站有所不同，珠海有轨电车膜结构雨棚采用独立式充气膜结构，充气膜支承于钢柱和钢梁上，利用钢制夹具将2层ETFE膜固定在钢梁两端，内部充斥气体形成封闭气枕系统。
为体现建筑的韵律感，沿车站纵向分别设置5个充气膜结构，单个膜面采用相同设计手法，设置一大一小2个圆弧曲面造型，大圆弧与车站前进方向相同，小圆弧作为膜结构尾部，细长飘逸，寓意一片前进的云朵。5个充气膜寓意5片追逐前进的多彩云，形状统一，前后排列，大小不等，相似相容，通过一定的内在规律性和逻辑性组合成一个整体。同时，为体现建筑韵律差异性，膜面与膜面之间首尾相接，高低交错排列，将气枕系统设置成不同饱满度的曲面状态，既统一又有变化，在重复的规律性下产生韵律差异性，给人以高低错落的起伏感和流动感，打破有轨电车车站的单调和呆板印象，塑造膜结构车站独有的韵律感和节奏感。
珠海素有“浪漫城市”之称，为充分展示珠海旅游城市的夜景，在设计膜结构车站时，分别在外侧ETFE膜和钢立柱中植入细长条灯管，灯管管线的进出路全程隐蔽，站台无外露管线和灯槽，减少内部构造对夜间照明的负面影响。同时，灯管色彩的变化和亮度由中央系统统一管理，根据不同环境、季节、日照和时段进行相应调整，形成不同灯光组合效果。并且，在设计夜间照明景观中，充分融入《珠海市城市建筑色彩规划管理条例》的要求，以珠海城市色彩淡雅、明快的冷色系和中性色系为主，将车站沿线所经过的建筑风貌、周边环境和夜间照明灯等主导色作为设计中的背景协调色，与之充分融合、协调，创造多种照明方案，塑造一体化照明景观，最终形成色彩统一、风格鲜明的夜间照明景观带。
此外，通过膜结构内设置灯管，灯光投过膜面发射，其亮度依靠光线漫反射，使光线更加柔和、发散均匀，烘托出车站安详静谧的夜间氛围，丰富城市夜景（见图2）。
3.3 经济效益和社会效益
1）经济效益。前苏联建筑大师塔特林曾说过“最美的形式也是最经济的形式”。膜结构有轨电车车站不但造型优美，本身也具有较强的经济效益。
无论是张江有轨电车车站还是珠海有轨电车车站，车站本身结构都非常轻巧，用高强薄膜材料及加强构件替代大量钢结构，大大减少基础施工及支撑系统材料用料量，总耗材量仅为钢结构的1/5，混凝土结构的1/30，有效节约资源[4]。
同时，膜结构车站物理性能稳定，具有卓越的耐高温性、阻燃性和抗震性，使用寿命长达25 a以上。通过车站膜面上附加防污涂层，使膜面具有超强自洁性能，灰尘及污垢不易在薄膜表面堆积，极易通过雨水冲刷清洗，减少人工清洗次数，有效降低维养频率，节约人工维护成本。
此外，膜结构车站在白天可充分依靠自然光满足照明需求，降低用电量；在夜间利用膜结构内灯光投射光线，发光效果显著，光线散布均匀，节省用电量10%～15%。
最后，膜结构可实现模块化组件，可在工厂内进行预制、现场拼装，减少现场施工周期，提高施工效率，具有极佳经济效益[5]。
2）社会效益。在研究膜结构车站案例中发现，膜结构车站所用膜材料从生产到加工，全程无毒无害，使用寿命长，不会对环境造成任何影响，主要膜材料均可回收循环利用，完全契合有轨电车绿色公共交通的建设理念。
此外，张拉状态下的膜结构呈独特曲面造型，具有极强雕塑感，使体型较大的车站结构看似摆脱了重力般飘浮于天地之间，活跃城市气氛。膜结构车站拥有无遮挡的可视空间，具有艺术感的同时富有表现效果，极易成为城市景观中的聚光点。
最后，膜结构车站充分发挥膜结构技术特点，将自然美、艺术美和技术美有机结合，颠覆传统有轨电车车站造型，从基本几何形态中脱颖而出，形成一个新的空间形态，曲线柔美，富于空间变化，给人以强烈建筑技术和艺术效果（见图3），与行驶中的有轨电车车辆高度统一，创造美感。
4 结语
以张江有轨电车膜结构车站和珠海有轨电车膜结构车站为例，介绍膜结构在有轨电车车站中的应用，分析膜结构有轨电车车站的特色，介绍其内部构成、结构体系和建筑特点，总结膜结构车站在实际应用过程中的特点和优势。膜结构与传统建筑相比，性能优越，结构体系稳定，透光能力强，空间效果好，无毒无害、使用寿命长，维修方便，具有良好的经济效益和社会效益。同时，膜结构车站拥有十足的力量感和建筑韵律，在夜间更是城市景观照明中的主角，与有轨电车的气质十分贴近，充分体现有轨电车的艺术性、美观性和科技性，是城市景观中的一道亮丽风景线。
