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摘要：地铁是缓解城市交通压力的重要途径，其高效建设及稳定运营对城市发展具有推动作用。因此，研究装配式地铁车站智能设计关键技术具有重要意义。下面笔者就对此展开探讨。
关键词：装配式;地铁车站;智能设计;关键技术;
1装配式地铁车站概述
相较常规的地铁车站，装配式车站具有施工效率高、质量可靠、成本低等多重应用优势，在城市地铁工程领域的应用频率逐步提高。装配式车站施工使用的构件采取厂内预制、现场拼装的方式，全程各项工作可高效开展，形成流水化施工作业模式，且施工的规范化水平较高。与此同时，其在现场施工对脚手架的需求量较小，可达到节省材料、缩短作业时间的效果。通过试验预制构件，可有效提高施工的灵活性、可控性，可从源头上规避风险。
2 装配叠合整体式地下车站关键技术研究
2.1 结构整体受力性能研究
1）围护结构的地下连续墙作为主体结构的一部分，与侧墙组成复合式结构，共同承担外部作用，围护结构与侧墙之间不能传递弯矩与剪力，只可传递法向压应力。考虑结构从构件预制、构件吊装、现浇混凝土到正常使用的各施工阶段的影响，分析各构件在受力变过程中的力学特性和整体结构的力学行为，确保各构件在各阶段满足承载能力、稳定性、变形及抗裂性能要求。2）多因素条件下的结构体系抗震性能分析。建立土-地下连续墙-主体结构非线性动力相互作用的数值仿真模型，充分考虑构件协调变形特征、材料非线性、地震动频谱特性等因素，通过对结构层间位移角、加速度反应等计算结果的分析，综合评价装配式车站的抗震性能。3）装配式车站;与传统非装配式车站结构的动力性能对比分析。
2.2 关键构件节点试验研究
装配式地下车站构件种类、连接方式较多，各构件节点具有明显的偏心受力特性，其力学性能直接关系到装配式地下车站结构在建设及运营使用过程中的承载能力、整体受力状态，是装配整体式结构体系的核心点，仅通过理论研究难以反应各节点在不同作用下的损伤状态。因此对各构件节点进行试验研究，主要研究内容如下。
1）侧墙底节点抗震性能试验研究。為研究侧墙底节点的抗震性能，优化节点设计，设计制作了 3 个预制拼装侧墙底节点足尺模型试件和 1 个现浇侧墙底节点试件。采用低周往复加载试验对侧墙底试件的抗震性能进行分析，主要研究侧墙底节点的承载能力、破坏形态及耗能性能，并对比预制装配式节点与传统现浇节点的受力性能，验证单侧预制叠合墙板节点的可靠性。2）侧墙顶节点抗震性能试验研究。为验证侧墙顶节点的抗震性能，设计制作了3个预制拼装侧墙顶节点和1 个现浇侧墙顶节点试件，采用低周往复加载试验对侧墙顶试件的抗震性能进行分析，主要研究侧墙顶节点的裂缝发展过程及形态、破坏机理及耗能性能;对比预制装配节点与现浇节点的试验结果，改进预制装配节点设计。3）顶层纵向梁柱节点静力性能试验研究。顶层梁柱节点由叠合板、型钢混凝土叠合梁、钢管混凝土柱组成，其节点成为影响结构受力性能的薄弱部位。
2.3装配整体式地下车站抗裂、防水综合技术研究
考虑到地下车站采用预制装配 + 现浇混凝土的施工技术，且所处地区具有地下水丰富、大气降水量大的特点，通过对结构抗裂及自防水性能、防水构造措施等多方面进行研究，解决装配式地下车站在工程建设及运营过程中可能面临的复杂抗裂、防水使用功能问题。
3 新型装配式地铁车站智能设计流程
3.1 具体流程
3.1.1 参数化特征的确定
装配式地铁车站结构有柱断面的分块模式如图 1 所示。装配式地铁车站结构各分块分别为底板A块、底角部 B1、B2 块、边墙 C1、C2 块、中板 D1、D2 块、顶角部 E1、E2 块和顶板 F 块。对车站结构各分块进行形态分析，以 A 块为例，将 A 块分为主体结构、防水密封垫槽、纵向接头凸台、纵向接头榫槽、内部空腔、预紧装置孔槽和螺栓套筒，共 7 个部分，并通过分析确定形态基本参数。
3.1.2 联动机制的建立
结合装配式地铁车站结构设计特点，通过对各分块基本参数之间的拓扑关系、结构特征进行分析，确定其关联特性：当车站分块部分参数确定时，自动计算出与其有预定关联性的其他参数;当改变某一分块基本参数的数值时，可智能调整其他分块尺寸及相应位置，以保证车站横、纵断面的完整性。
4 应用实例
4.1 程序界面
以装配式地铁车站的智能设计流程为依据，开发装配式地铁车站智能设计程序界面。程序主界面如图 2所示。
主界面上布置有 5 个功能按钮，以实现结构各分块的生成、装配、清除及将整体车站结构导入 ABAQUS 计算等功能。
（1）位于左侧的形态参数说明区;（2）位于中间的数据输入区;（3）位于右侧的形态参数图示区。用户开始建立一个新的车站结构模型时，必须要在数据输入区域内输入必要的参数，不输入或者少输入初始数值都无法正常建立构件模型。 程序的有限元模型计算参数子界面如图3所示。
该子界面包含模型导入 ABAQUS 后进行有限元计算的所有相关参数。用户在该界面输入所有参数后，程序方可进行有限元计算。
4.2 操作流程
（1）输入装配式地铁车站结构基本参数;在装配式地铁车站形态参数子界面上，依据子界面所提供的相关图示信息，输入 A 块～Z2 块的所有尺寸参数及车站长度数据。在有限元模型计算参数子界面上，输入有限元计算相关的所有参数。
（2）生成各分块;依次点击装配式地铁车站结构尺寸参数子界面 A 块～Z2 块上的“生成分块模型”按钮，在CATIA 软件中依次生成三维模型;或直接在软件主界面上，点击“结构分块生成”按钮，生成所有分块。
（3）将各分块装配为车站模型;在软件主界面上，点击“结构分块装配”按钮，可将生成的各分块装配为车站横断面，再基于用户输入的车站长度数据，将车站横断面沿纵向装配为完整的车站模型。
4.4 应用情况
研究成果已在我国某轨道交通四期修编装配式车站专题研究及咨询投标工作中得到应用，经实践，可将建模及结构计算效率提高 30%以上。该项技术后续将推广至其它装配式地铁车站项目，同时也可为同类装配式地下结构的设计工作提供借鉴。
结论
（1）创新性地将参数化引入到装配式地铁车站结构设计中，确定了控制车站结构形态的所有参数化特征，通过智能算法建立了车站结构分块内部及分块之间的联动机制，该参数化方法切合了装配式结构初设阶段“柔性设计”的特点，对装配式地铁车站的全面参数化设计具有积极的工程意义。
（2）以建立的参数化特征及其联动机制为依据，利用 CATIA 软件的二次开发接口，形成装配式地铁车站结构的三维参数化建模技术，一键快速建立车站结构模型，并可根据设计需要迅速修改模型，极大地提升了建模效率。
（3）创新了装配式地铁车站结构从方案设计、参数优化到结构计算的一体化设计工作，推动了车站结构设计向智能化发展，为装配式地下结构的推广应用提供了技术支持。
参考文献
[1] 李志勇. 城市地铁装配式车站复合防水施工技术研究[J]. 四川建材，2020 （09）：123-124.
关键词：装配式;地铁车站;智能设计;关键技术;
1装配式地铁车站概述
相较常规的地铁车站，装配式车站具有施工效率高、质量可靠、成本低等多重应用优势，在城市地铁工程领域的应用频率逐步提高。装配式车站施工使用的构件采取厂内预制、现场拼装的方式，全程各项工作可高效开展，形成流水化施工作业模式，且施工的规范化水平较高。与此同时，其在现场施工对脚手架的需求量较小，可达到节省材料、缩短作业时间的效果。通过试验预制构件，可有效提高施工的灵活性、可控性，可从源头上规避风险。
2 装配叠合整体式地下车站关键技术研究
2.1 结构整体受力性能研究
1）围护结构的地下连续墙作为主体结构的一部分，与侧墙组成复合式结构，共同承担外部作用，围护结构与侧墙之间不能传递弯矩与剪力，只可传递法向压应力。考虑结构从构件预制、构件吊装、现浇混凝土到正常使用的各施工阶段的影响，分析各构件在受力变过程中的力学特性和整体结构的力学行为，确保各构件在各阶段满足承载能力、稳定性、变形及抗裂性能要求。2）多因素条件下的结构体系抗震性能分析。建立土-地下连续墙-主体结构非线性动力相互作用的数值仿真模型，充分考虑构件协调变形特征、材料非线性、地震动频谱特性等因素，通过对结构层间位移角、加速度反应等计算结果的分析，综合评价装配式车站的抗震性能。3）装配式车站;与传统非装配式车站结构的动力性能对比分析。
2.2 关键构件节点试验研究
装配式地下车站构件种类、连接方式较多，各构件节点具有明显的偏心受力特性，其力学性能直接关系到装配式地下车站结构在建设及运营使用过程中的承载能力、整体受力状态，是装配整体式结构体系的核心点，仅通过理论研究难以反应各节点在不同作用下的损伤状态。因此对各构件节点进行试验研究，主要研究内容如下。
1）侧墙底节点抗震性能试验研究。為研究侧墙底节点的抗震性能，优化节点设计，设计制作了 3 个预制拼装侧墙底节点足尺模型试件和 1 个现浇侧墙底节点试件。采用低周往复加载试验对侧墙底试件的抗震性能进行分析，主要研究侧墙底节点的承载能力、破坏形态及耗能性能，并对比预制装配式节点与传统现浇节点的受力性能，验证单侧预制叠合墙板节点的可靠性。2）侧墙顶节点抗震性能试验研究。为验证侧墙顶节点的抗震性能，设计制作了3个预制拼装侧墙顶节点和1 个现浇侧墙顶节点试件，采用低周往复加载试验对侧墙顶试件的抗震性能进行分析，主要研究侧墙顶节点的裂缝发展过程及形态、破坏机理及耗能性能;对比预制装配节点与现浇节点的试验结果，改进预制装配节点设计。3）顶层纵向梁柱节点静力性能试验研究。顶层梁柱节点由叠合板、型钢混凝土叠合梁、钢管混凝土柱组成，其节点成为影响结构受力性能的薄弱部位。
2.3装配整体式地下车站抗裂、防水综合技术研究
考虑到地下车站采用预制装配 + 现浇混凝土的施工技术，且所处地区具有地下水丰富、大气降水量大的特点，通过对结构抗裂及自防水性能、防水构造措施等多方面进行研究，解决装配式地下车站在工程建设及运营过程中可能面临的复杂抗裂、防水使用功能问题。
3 新型装配式地铁车站智能设计流程
3.1 具体流程
3.1.1 参数化特征的确定
装配式地铁车站结构有柱断面的分块模式如图 1 所示。装配式地铁车站结构各分块分别为底板A块、底角部 B1、B2 块、边墙 C1、C2 块、中板 D1、D2 块、顶角部 E1、E2 块和顶板 F 块。对车站结构各分块进行形态分析，以 A 块为例，将 A 块分为主体结构、防水密封垫槽、纵向接头凸台、纵向接头榫槽、内部空腔、预紧装置孔槽和螺栓套筒，共 7 个部分，并通过分析确定形态基本参数。
3.1.2 联动机制的建立
结合装配式地铁车站结构设计特点，通过对各分块基本参数之间的拓扑关系、结构特征进行分析，确定其关联特性：当车站分块部分参数确定时，自动计算出与其有预定关联性的其他参数;当改变某一分块基本参数的数值时，可智能调整其他分块尺寸及相应位置，以保证车站横、纵断面的完整性。
4 应用实例
4.1 程序界面
以装配式地铁车站的智能设计流程为依据，开发装配式地铁车站智能设计程序界面。程序主界面如图 2所示。
主界面上布置有 5 个功能按钮，以实现结构各分块的生成、装配、清除及将整体车站结构导入 ABAQUS 计算等功能。
（1）位于左侧的形态参数说明区;（2）位于中间的数据输入区;（3）位于右侧的形态参数图示区。用户开始建立一个新的车站结构模型时，必须要在数据输入区域内输入必要的参数，不输入或者少输入初始数值都无法正常建立构件模型。 程序的有限元模型计算参数子界面如图3所示。
该子界面包含模型导入 ABAQUS 后进行有限元计算的所有相关参数。用户在该界面输入所有参数后，程序方可进行有限元计算。
4.2 操作流程
（1）输入装配式地铁车站结构基本参数;在装配式地铁车站形态参数子界面上，依据子界面所提供的相关图示信息，输入 A 块～Z2 块的所有尺寸参数及车站长度数据。在有限元模型计算参数子界面上，输入有限元计算相关的所有参数。
（2）生成各分块;依次点击装配式地铁车站结构尺寸参数子界面 A 块～Z2 块上的“生成分块模型”按钮，在CATIA 软件中依次生成三维模型;或直接在软件主界面上，点击“结构分块生成”按钮，生成所有分块。
（3）将各分块装配为车站模型;在软件主界面上，点击“结构分块装配”按钮，可将生成的各分块装配为车站横断面，再基于用户输入的车站长度数据，将车站横断面沿纵向装配为完整的车站模型。
4.4 应用情况
研究成果已在我国某轨道交通四期修编装配式车站专题研究及咨询投标工作中得到应用，经实践，可将建模及结构计算效率提高 30%以上。该项技术后续将推广至其它装配式地铁车站项目，同时也可为同类装配式地下结构的设计工作提供借鉴。
结论
（1）创新性地将参数化引入到装配式地铁车站结构设计中，确定了控制车站结构形态的所有参数化特征，通过智能算法建立了车站结构分块内部及分块之间的联动机制，该参数化方法切合了装配式结构初设阶段“柔性设计”的特点，对装配式地铁车站的全面参数化设计具有积极的工程意义。
（2）以建立的参数化特征及其联动机制为依据，利用 CATIA 软件的二次开发接口，形成装配式地铁车站结构的三维参数化建模技术，一键快速建立车站结构模型，并可根据设计需要迅速修改模型，极大地提升了建模效率。
（3）创新了装配式地铁车站结构从方案设计、参数优化到结构计算的一体化设计工作，推动了车站结构设计向智能化发展，为装配式地下结构的推广应用提供了技术支持。
参考文献
[1] 李志勇. 城市地铁装配式车站复合防水施工技术研究[J]. 四川建材，2020 （09）：123-124.