北京城市軌道交通車輛基地 上蓋開發(fā)裝配式住宅設(shè)計研究

王宇彤，鄭 昕，徐 寧

（北京城建設(shè)計發(fā)展集團股份有限公司，北京 100037）

1 北京市車輛基地上蓋開發(fā)概況

從1999 年建成的北京四惠車輛段上蓋綜合開發(fā)項目，到正在設(shè)計中的東壩、歇甲村、次渠等車輛段上蓋綜合開發(fā)，北京車輛基地上蓋綜合開發(fā)項目一直在迭代更新。多代車輛基地上蓋開發(fā)持續(xù)圍繞著規(guī)劃 布局、交通組織、景觀處理、消防設(shè)計、減振降噪、結(jié)構(gòu)設(shè)計、管線布置等多維度技術(shù)層面展開研究，設(shè)計策略日趨完善?；诒本┦熊囕v基地的地理位置、土地價值、市場價格和資金周轉(zhuǎn)速度等因素，上蓋開發(fā)多以居住功能為主，配置部分商業(yè)及公建。

2017 年，北京市提出關(guān)于裝配式住宅實施明確要求。政策導(dǎo)向必然會把車輛基地綜合開發(fā)與裝配式建筑聯(lián)系在一起，北京地鐵6 號線東小營車輛段上蓋開發(fā)項目也應(yīng)運而生。而裝配式住宅要求成為新的設(shè)計輸入條件，對車輛基地綜合開發(fā)產(chǎn)生影響，并對預(yù)留工程提出技術(shù)要求，這需要項目實踐與研究予以解答。

2 裝配式住宅與車輛基地上蓋開發(fā)契合度分析

裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系主要分為兩大類，裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)。其中裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)又分為裝配整體式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)、預(yù)制圓孔板剪力墻結(jié)構(gòu)及裝配式型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。北京市裝配式住宅運用較多的是裝配整體式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。由于套筒連接技術(shù)成熟，預(yù)制構(gòu)件可按設(shè)計設(shè)定的狀況參與受力，實驗數(shù)據(jù)和實踐檢驗證明其工況等同于現(xiàn)澆，因此當(dāng)時唯一實施的上蓋裝配式住宅項目——東小營車輛段上蓋開發(fā)項目，采用這種結(jié)構(gòu)形式。本文所述的裝配式住宅為裝配整體式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)住宅。

裝配式住宅在車輛基地上蓋開發(fā)平臺上進行設(shè)計，兩者的契合度是項目成立的基礎(chǔ)；在開發(fā)設(shè)計原則及要點中，發(fā)掘裝配式與上蓋開發(fā)的符合程度，可展現(xiàn)兩者結(jié)合的積極效果。

2.1 規(guī)劃及平面設(shè)計

裝配式住宅規(guī)劃設(shè)計，優(yōu)先采用由套型模塊組合的住宅單元進行規(guī)劃。戶型單元拼合建議采用平移組合，以減少預(yù)制構(gòu)件的種類。為實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件等相關(guān)構(gòu)造的標(biāo)準(zhǔn)化，平面宜規(guī)則并設(shè)計遵循模數(shù)協(xié)調(diào)原則；優(yōu)化戶型種類，實現(xiàn)各功能空間尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化。規(guī)則化、標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化的裝配式住宅，可滿足蓋下蓋上結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的經(jīng)濟性和合理性，在蓋下一個柱跨進深內(nèi)完成核心筒與梁柱轉(zhuǎn)換的關(guān)系。

2.2 建筑立面設(shè)計

裝配式建筑的立面具有裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化的套型組合特點，可通過不同外墻構(gòu)件的靈活組合，實現(xiàn)富有工業(yè)化建筑特征的立面效果，形成秩序感強烈的公建化立面。上蓋住宅的公建化立面，與車輛基地(工業(yè)建筑)的側(cè)立面、廠前區(qū)(辦公建筑)的立面、住宅配套公建(商業(yè)建筑)的立面更易形成統(tǒng)一。

2.3 技術(shù)信息化要求

在裝配式設(shè)計中采用BIM 技術(shù)，可以提高預(yù)制構(gòu)件的完成度和精確度，同時可以滿足裝配式住宅在裝配率得分項上的需求。而車輛基地上蓋開發(fā)項目，由于功能的復(fù)合性、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的復(fù)雜性及專業(yè)交叉的綜合性，因此采用BIM 技術(shù)，可同時滿足蓋上開發(fā)及蓋下優(yōu)化的雙重需求。

3 上蓋開發(fā)裝配式住宅影響因素分析

在規(guī)劃設(shè)計、單體設(shè)計及技術(shù)信息化等維度上，車輛基地上蓋開發(fā)與裝配式住宅設(shè)計有一定的契合度，但由于車輛基地上蓋開發(fā)的特殊性與復(fù)雜性，蓋上蓋下項目互為制約條件，上蓋開發(fā)裝配式住宅直接影響車輛基地及綜合開發(fā)的實現(xiàn)程度。

3.1 對規(guī)劃層面的影響

裝配式構(gòu)件的運輸、存放對坡道及場地要求高。車輛基地上蓋開發(fā)裝配式住宅，其通往上蓋的機動車坡道在轉(zhuǎn)彎半徑、寬度、坡度等方面需滿足構(gòu)件運輸要求，較常規(guī)坡道要求更高；坡道占地面積相應(yīng)增大，會導(dǎo)致用地規(guī)模增加。當(dāng)采用裝配式構(gòu)件蓋上蓋下周轉(zhuǎn)方式時，則需要用地內(nèi)有相應(yīng)的場地進行構(gòu)件的臨時存放，對用地條件同樣要求較高。如果項目用地條件緊張，沒有條件設(shè)置滿足要求的坡道或構(gòu)件存放區(qū)，則裝配式住宅無法施工。以東小營車輛段上蓋開發(fā)為例，項目位于城市新區(qū)，因開發(fā)裝配式住宅等原因，增加了坡道及場地等用地區(qū)域，在市政規(guī)劃部門的配合下，相應(yīng)調(diào)整了規(guī)劃用地條件。而已建成的未按裝配式結(jié)構(gòu)預(yù)留的車輛基地上蓋開發(fā)工程，或已確定用地條件的車輛段上蓋開發(fā)項目，因用地條件受限，會導(dǎo)致運輸坡道無法設(shè)置或構(gòu)件存放場地?zé)o法協(xié)調(diào)等情況。因此，用地條件限制較多的項目不適合開發(fā)裝配式住宅。

3.2 對建筑單體的影響

上蓋開發(fā)裝配式住宅導(dǎo)致戶型靈活度不高，單體設(shè)計問題更多地指向預(yù)制率的實現(xiàn)。12～15 層住宅在使用水平預(yù)制構(gòu)件時預(yù)制率在15%左右，而北京市裝配式住宅要求單體建筑預(yù)制率不低于40%[1]。為滿足要求，12～15 層住宅必須采取豎向預(yù)制構(gòu)件，全部外維護結(jié)構(gòu)及大量內(nèi)部剪力墻需同時采用預(yù)制才能達到預(yù)制率的比例要求。外維護結(jié)構(gòu)及大量內(nèi)部剪力墻需與車輛基地結(jié)構(gòu)工程整體考慮設(shè)計，在車輛基地一級預(yù)留階段確定完成，由此導(dǎo)致戶型輪廓及內(nèi)部大量墻體位置不可調(diào)整，后期戶型靈活性不高。

由于開發(fā)時序的問題，車輛基地的一級工程完成后，上蓋開發(fā)部分一般存在2～3 年甚至更長的間隔期，在上蓋住宅開發(fā)主體、產(chǎn)品策劃等條件不確定的情況下，裝配式住宅致使戶型的可調(diào)整性低，對未來住宅上市的經(jīng)濟性影響較大。

3.3 對結(jié)構(gòu)荷載的影響

1) 上蓋開發(fā)整體荷載增加。開發(fā)住宅戶型確定的條件下，裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)住宅的整體荷載較傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)住宅的整體荷載有所增加。荷載增加，導(dǎo)致相應(yīng)地震力及蓋下車輛段結(jié)構(gòu)承載能力加大，進而影響蓋下柱徑尺寸，使整體車輛段布局尺度進一步加大。以東小營車輛段上蓋開發(fā)為例，該工程90 m2以下戶型較多，按現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)樓層板要求一般為110～120 mm，而裝配式工藝要求樓層板最小130 mm；6 層以上住宅剪力墻厚度，現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)可選用180 mm，但裝配式工藝要求需統(tǒng)一為200 mm；外墻增加60 mm 厚混凝土外葉板；預(yù)制率要求導(dǎo)致剪力墻的數(shù)量增加。這些因素都使上蓋住宅的整體荷載增加，給車輛基地開發(fā)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計、平面布局帶來不利的影響。

2) 提前預(yù)留塔吊位置。裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的住宅施工對塔吊要求極為嚴(yán)格，塔吊設(shè)置基本為一樓一塔。以東小營車輛段上蓋開發(fā)為例，塔吊數(shù)量較現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)時增加60%，最大吊重增加250%，工作吊重從1.5 t增加至5 t。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)確定施工塔吊的位置，在相應(yīng)支撐塔吊的位置進行結(jié)構(gòu)加強處理。

3) 臨時防護范圍增大。為保證下方車輛段的運營安全，在開發(fā)間隔期及上蓋開發(fā)施工期間需設(shè)置臨時防護設(shè)施。因施工塔吊為一樓一塔，且位于樓中區(qū)域，塔吊工作范圍無可避免地進入車輛基地運營上空區(qū)域。為保證地鐵運營安全，塔吊回轉(zhuǎn)半徑覆蓋范圍內(nèi)的地鐵建筑、露天道路、設(shè)備設(shè)施等上方應(yīng)設(shè)置臨時防護設(shè)施。一般采用鋼結(jié)構(gòu)雙層防砸棚，防護面積較現(xiàn)澆施工方式增大。防護結(jié)構(gòu)設(shè)置同時受場地限制，如防護區(qū)域與場站管線布置區(qū)重疊，所以一級預(yù)留工程時應(yīng)考慮防護結(jié)構(gòu)的可實施性。當(dāng)車輛基地進入運營狀態(tài)后，新增防護工程的難度極大。

4) 對施工影響區(qū)域采取措施。因裝配式剪力墻構(gòu)件荷載較大，施工運輸荷載相應(yīng)增加，在施工車輛、構(gòu)件堆載等施工影響區(qū)域，不得在結(jié)構(gòu)板面上直接作業(yè)。作業(yè)面為防水保護層時，需增加找坡層、防水保護層的材料等級，避免施工重載損壞。

3.4 對車輛基地運營的影響

已建成未按裝配式結(jié)構(gòu)預(yù)留的車輛段上蓋開發(fā)工程，如果上蓋開發(fā)住宅采用裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)荷載及二級開發(fā)預(yù)留等條件不能滿足時，需要進行相應(yīng)的加固改造，而加固改造的區(qū)域勢必對運營造成影響。

從運營安全角度看，如果上部開發(fā)荷載預(yù)留不足、未考慮塔吊設(shè)置的位置，則需整體評估加固措施，從底部至上部進行加固，而加固改造工程會影響車輛基地的整體運營。由于施工裝配式結(jié)構(gòu)導(dǎo)致施工防護范圍擴大，在增補實施防護措施時，會對相應(yīng)防護區(qū)域的正常運營產(chǎn)生影響。另外，在臨建或已實施坡道上跨運營的區(qū)域，對于運輸裝配式構(gòu)件途徑的坡道，若其標(biāo)準(zhǔn)無法達到運輸要求，則行駛風(fēng)險較大，運輸風(fēng)險也影響地鐵的正常運營。

從防水設(shè)防角度看，在上蓋施工影響區(qū)域已完成但屋面做法不滿足施工荷載時，需進行拆改；重新設(shè)置塔吊時，塔吊基礎(chǔ)周圍防水搭接需局部加強；拆改原屋面時，會對已閉合屋面的防水產(chǎn)生破壞，所以應(yīng)保證施工的連續(xù)性，避免防水失效影響下方運營。

裝配式預(yù)制構(gòu)件安裝工程屬于危險性較大的分部分項工程[2]，而車輛基地屬于影響城市交通及民生安全的重要工程。當(dāng)車輛基地進入運營狀態(tài)后，為保證運營的安全，危險性較大的裝配式構(gòu)件安裝工程有可能無法實施。

綜上所述，車輛基地上蓋開發(fā)裝配式住宅面臨兩個重要問題，即開發(fā)時序和經(jīng)濟效益。從開發(fā)時序角度看，在車輛基地一級開發(fā)時期，綜合開發(fā)設(shè)計方案的主要訴求是滿足車輛基地功能的實現(xiàn)和實施，但對于裝配式住宅開發(fā)，其初始指向性是預(yù)制率、裝配率標(biāo)準(zhǔn)的實現(xiàn)和施工的可行性。因此，項目前期需充分考慮二級開發(fā)裝配式建筑的需求，制定好穩(wěn)定的項目策劃思路和原則。從經(jīng)濟角度看，開發(fā)裝配式住宅對場地尺度需求、結(jié)構(gòu)荷載需求的增加，都會造成蓋下一級建設(shè)需要承擔(dān)更多的經(jīng)濟成本，若二級開發(fā)主體未明確，或一級、二級開發(fā)無法有效協(xié)調(diào)并同步開展工作，則裝配式住宅的最終實施將面臨多重考驗。因此，在上蓋開發(fā)裝配式住宅的一級開發(fā)階段，為保證裝配式設(shè)計的有序?qū)嵤?，需充分考慮上蓋開發(fā)預(yù)留工程的設(shè)計，從而確保項目的可實施性和可推進性。

4 上蓋開發(fā)裝配式住宅預(yù)留工程設(shè)計

在北京東小營車輛段上蓋項目的裝配式住宅設(shè)計中，由于不同于以往的施工方式，所以在進行前期規(guī)劃及預(yù)留條件設(shè)計時，需充分考慮以下因素[3-10]來進行相應(yīng)的總平面布置及結(jié)構(gòu)預(yù)留：合理規(guī)劃場內(nèi)的運輸?shù)缆?，滿足大型構(gòu)件的進場運輸；確定各堆場的位置；控制住宅產(chǎn)業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)；充分考慮場地荷載；對起重機械選型定位，確定塔吊位置(見圖1)。

圖1 東小營車輛段的塔吊、堆放場地、施工路由布置 Figure 1 Layout of tower crane, equipment gard and construction route of Dongxiaoying depot

4.1 場地規(guī)劃

4.1.1 上蓋施工道路規(guī)劃

上蓋道路系統(tǒng)在滿足消防環(huán)路、撲救場地等布置需求的同時，還應(yīng)考慮裝配式住宅施工時對道路的要求。

1) 場地臨時道路設(shè)置盡量與小區(qū)規(guī)劃消防道路保持一致，局部可考慮卸載區(qū)能滿足在道路上錯車；道路應(yīng)考慮硬化或鋪裝處理，車輛不宜直接走在結(jié)構(gòu)板上。

2) 場內(nèi)道路盡量形成循環(huán)道路，充分考慮構(gòu)件的卸車區(qū)域和存放區(qū)域，道路盡量通至所有樓座。

3) 常規(guī)運輸構(gòu)件板車運載時，車寬2.5～2.75 m，車長12～17 m，根據(jù)車輛大小，確定施工道路參數(shù)。一般場地的施工路寬單向通行最小寬度不小于6 m，主要運輸?shù)缆冯p向通行最小寬度不宜小于8 m。道路轉(zhuǎn)彎半徑不小于15 m。素混凝土道路厚度不宜少于30 cm，配置鋼筋網(wǎng)片的道路厚度不宜小于20 cm。

4.1.2 上蓋機動車坡道要求

上蓋機動車坡道設(shè)計需考慮的因素除交通規(guī)劃、消防設(shè)計外，還應(yīng)滿足運輸車輛的使用需求。

1) 場地內(nèi)至少有一條機動車坡道滿足裝配式構(gòu)件運輸要求。

2) 坡道寬度不小于8 m，轉(zhuǎn)彎半徑不小于15 m，坡度不大于8%，坡道荷載不小于40 t。

4.1.3 構(gòu)件存放場地規(guī)劃

上蓋蓋板上構(gòu)件存放場地的位置，需考慮施工組織的要求，同時方便構(gòu)件的運輸和吊裝。

1) 原則上地塊內(nèi)每個樓座均單獨考慮設(shè)計構(gòu)件堆場，堆場位置一般設(shè)計在樓座周邊、主要運輸?shù)缆犯浇?，靠近塔吊位置，并在塔吊起重能力的范圍?nèi)。

2) 堆場容量原則上需根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)層構(gòu)件用量設(shè)計，堆場至少能存放一個施工流水段的構(gòu)件，一般面積為0.6～1.0 倍的流水段面積；構(gòu)件堆場區(qū)域應(yīng)嚴(yán)格劃分，已劃分的堆場區(qū)域不允許存放其他物料。

3) 豎向構(gòu)件存放場地需考慮設(shè)計構(gòu)件存放架，堆場設(shè)置在結(jié)構(gòu)頂板時，需預(yù)留存放架固定條件，或采用自穩(wěn)型存放架。

4.2 單體設(shè)計

4.2.1 平面設(shè)計原則

裝配式住宅體現(xiàn)建筑構(gòu)件產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)勢，但就北京地區(qū)而言，由于造價、安全、施工時序等因素，上蓋開發(fā)住宅的建筑規(guī)模并不大?！侗本┏鞘熊壍澜煌ㄜ囕v基地綜合利用規(guī)劃設(shè)計指南》指出，上蓋地坪上的建筑為居住建筑時，容積率的參考值為1.4，但這與大批量產(chǎn)業(yè)化的裝配式原則相悖。因此，當(dāng)上蓋開發(fā)為裝配式住宅時，單體設(shè)計更應(yīng)注意設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化。

1) 優(yōu)化戶型種類，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化及模數(shù)化。

2) 平面宜規(guī)則，避免過大的凹凸變化。

3) 遵循模數(shù)協(xié)調(diào)原則，優(yōu)化各功能空間的尺寸，實現(xiàn)住宅部品的系列化和通用化。

4) 戶型單元拼合，建議采用平移組合，不采用鏡像組合，以減少預(yù)制構(gòu)件種類。

5) 戶型內(nèi)相同類型的廚衛(wèi)，其凈尺寸盡量標(biāo)準(zhǔn)化。

6) 軸線尺寸應(yīng)滿足1 m；外墻墻垛結(jié)構(gòu)凈長度不小于600 mm；陽臺如采用懸挑板體系，出挑長度不宜大于1 200 mm；外墻結(jié)構(gòu)梁高不小于(板厚+10+250)mm的最小尺寸要求。

4.2.2 構(gòu)件質(zhì)量控制

住宅設(shè)計時應(yīng)控制單個構(gòu)件的最大質(zhì)量，一般不超過5 t。構(gòu)件質(zhì)量的合理控制，有助于提高存放區(qū)域、塔吊選型、運輸?shù)缆返倪\轉(zhuǎn)效率；如果構(gòu)件質(zhì)量過大，單次運量降低，單棟住宅所需構(gòu)件荷載增加，對運輸效率和存放區(qū)域荷載都造成負(fù)面影響。

4.3 結(jié)構(gòu)荷載

裝配式住宅主體與普通住宅荷載有所不同，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不僅要考慮建筑主體的荷載，同時要考慮其施工時需要的荷載。

1) 裝配式建筑主體預(yù)留荷載每層不宜小于22 kN/m2。

2) 在開發(fā)層頂板未覆土前，應(yīng)考慮構(gòu)件運輸時道路鋪裝荷載約16 kN/m2，運輸車輛折算荷載不小于35 kN/m2。運輸荷載與正常使用荷載取大值。

3) 在開發(fā)層頂板未覆土前，應(yīng)考慮構(gòu)件存放時豎向構(gòu)件存放折算荷載不小于35 kN/m2(墻板存放間距按照550 mm 計算)，樓板構(gòu)件存放荷載不小于15 kN/m2。存放荷載與正常使用荷載取大值。

4) 汽車坡道設(shè)計荷載不小于45 kN/m2。

5) 塔吊基礎(chǔ)根據(jù)所選塔吊型號預(yù)留基礎(chǔ)荷載，塔吊基礎(chǔ)周邊3 m 范圍內(nèi)不允許堆載。

4.4 施工要求

預(yù)留工程中需要考慮施工設(shè)施布置條件。由于塔吊以上蓋蓋板作為操作平面，布置在上蓋蓋板上，所以塔吊應(yīng)結(jié)合運輸?shù)缆?、?gòu)件存放、荷載等情況進行選型及布置。

1) 塔吊布置應(yīng)首要考慮在其有效臂長的覆蓋范圍內(nèi)，能覆蓋運輸?shù)缆?、建筑單體及構(gòu)件存放區(qū)域。

2) 塔吊基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)置在蓋下梁柱節(jié)點區(qū)域。

3) 需根據(jù)構(gòu)件方案選擇具備倒運及吊裝能力的塔吊，全裝配式建筑遠端控制吊重不宜大于5 t。

4) 考慮塔吊吊次，單層建筑面積小于700 m2的建筑設(shè)計1 臺塔吊，超過700 m2時宜設(shè)置2 臺。若鋼結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件較多，宜適當(dāng)增加塔吊數(shù)量。

5) 在樓群密集、塔吊交叉過多時，應(yīng)考慮部分選用更高規(guī)格的塔吊來保證錯塔高度。

5 結(jié)語

上蓋開發(fā)裝配式住宅是一個復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，需要從車輛基地綜合開發(fā)角度進行評判，充分考慮蓋上蓋下開發(fā)的制約關(guān)系。車輛基地綜合開發(fā)本身難度已經(jīng)很大，如果再增加更多的附加條件，則一定要充分考慮即將面臨的種種問題，并從設(shè)計的角度做好充分的準(zhǔn)備。若建造裝配式住宅，則要從前期策劃、規(guī)劃到后期實施提前介入，同時也需提前進行資金測算，綜合評判投資與收益的平衡。上蓋開發(fā)裝配式住宅項目應(yīng)充分理解設(shè)計需要前瞻性考慮的基本問題，進而有序地開展項目；同時，基于問題分析，對車輛基地上蓋開發(fā)裝配式住宅的可行性做好研究和預(yù)判，規(guī)避開發(fā)風(fēng)險。借此研究，期望進一步推進北京車輛基地上蓋的合理開發(fā)、合理運營，促進北京車輛基地上蓋開發(fā)的更新?lián)Q代，實現(xiàn)更科學(xué)有效、經(jīng)濟效益更高、社會效益更好的上蓋物業(yè)開發(fā)。