傳統建筑業(yè)為我國高能耗行業(yè)，每年生產(chǎn)建材消耗各種礦產(chǎn)資源100億t以上，水泥、鋼鐵、鋁板等各類(lèi)建筑材料生產(chǎn)能耗、建筑工程施工能耗等廣義建造能耗約占全國能耗總量的26%[1]。

相比發(fā)達國家，國內建筑業(yè)還較為粗放，科技水平低，以現場(chǎng)濕作業(yè)、半手工操作為主，施工質(zhì)量、進(jìn)度不僅受制于施工人員綜合素質(zhì)，同時(shí)受季節、氣候影響較大。進(jìn)而加劇建筑工程建設活動(dòng)與自然環(huán)境的矛盾，高能耗、高污染、低效率的傳統建造模式與當前的新型城鎮化、工業(yè)化、信息化發(fā)展要求不相適應，也與我國承諾2030年前實(shí)現“碳達峰”的目標背道而馳。

為改變建筑工程帶來(lái)的資源消耗、環(huán)境污染等問(wèn)題，自1992年里約熱內盧“聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會(huì )”首次提出“綠色建筑”概念后，綠色建筑在越來(lái)越多的國家實(shí)施和推廣。在發(fā)展過(guò)程中，專(zhuān)家學(xué)者逐漸認識到綠色建筑不應僅僅是一個(gè)結果，還應貫徹在工程建造全過(guò)程。因而近幾年，各國紛紛將綠色建造納入國家戰略。2018年，美國發(fā)布《美國重建基礎設施立法綱要》，關(guān)注工程建造過(guò)程的經(jīng)濟效益和可持續發(fā)展，提出建筑產(chǎn)品全壽命周期成本到2025年降低50%，到2030年實(shí)現工程建造過(guò)程100%碳中和。英國則制定了《英國建造2025》，提出通過(guò)數字設計、智慧建造等措施實(shí)現綠色、可持續的工程建造過(guò)程[2]。

我國住建部于2021年1月發(fā)布《關(guān)于開(kāi)展綠色建造試點(diǎn)工作的函》，要求在湖南省、廣東省深圳市、江蘇省常州市開(kāi)展綠色建造試點(diǎn)工作，到2023年底形成可復制推廣的綠色建造技術(shù)體系、管理體系、實(shí)施體系和評價(jià)體系，為全國其他地區推行綠色建造奠定基礎[3]。通過(guò)采用多種綠色技術(shù)、一體化設計、裝配化施工、信息化管理等生產(chǎn)方式推廣綠色建造模式，不僅將明顯降低建筑工程資源消耗和環(huán)境影響，并將促進(jìn)我國建筑業(yè)轉型發(fā)展，實(shí)現我國建筑產(chǎn)業(yè)的現代化。

從國外的工程經(jīng)驗來(lái)看，目前綠色建造模式的體系化應用還主要集中于居住建筑[4]，并逐步推廣至辦公、酒店等功能相對簡(jiǎn)單、單元性強的建筑工程，大型交通工程應用實(shí)例較少，但其中部分內容對于鐵路客站的設計、施工有著(zhù)同樣積極的指導意義。

1）前期設計綠色化。在鐵路客站設計前期，結合工程所在地氣候條件、環(huán)境特征進(jìn)行綠色設計策劃，統籌考慮建筑形態(tài)、地方特色材料、綠色建筑技術(shù)、能源使用方案等設計內容，實(shí)現節地、節材、節能的綠色設計目標。

2）工程體系工業(yè)化。在鐵路客站分部分項工程設計、建設過(guò)程中制定模數協(xié)調、構件選型、連接方式等標準，逐步建立鐵路客站工程標準部品構件庫，采用少規格、多組合的設計方法，建立鐵路客站工業(yè)化體系。

3）建設過(guò)程信息化。在應用BIM技術(shù)輔助鐵路客站設計、施工的基礎上，搭建整合能源管理、設備管理、客運管理等系統信息的集成平臺，采集并分析設計、施工、運營(yíng)各階段信息，提高工程管理效率。

4）工程管理集約化。充分利用鐵路客站工程管理中全過(guò)程設計、設計采購施工總承包（EPC）等模式，促進(jìn)設計、生產(chǎn)、施工深度融合，提高工程管理集約化水平。

建筑工程工業(yè)化體系包含建筑設計工業(yè)化、建筑體系裝配化、構件生產(chǎn)工廠(chǎng)化、現場(chǎng)施工機械化、組織管理科學(xué)化各個(gè)環(huán)節。全過(guò)程以設計為主導，協(xié)同生產(chǎn)、施工、管理各個(gè)環(huán)節，以工廠(chǎng)化生產(chǎn)、實(shí)施的建筑工程為最終成果[5]。

鐵路客站建筑規模較大、工藝流線(xiàn)復雜、關(guān)聯(lián)專(zhuān)業(yè)眾多，在現階段工程整體采用工業(yè)化體系難度較大，因而相比其他幾項綠色建造模式內容，鐵路客站的工業(yè)化發(fā)展尚在起步階段。但相較其他類(lèi)型工程，鐵路客站的部分設計特性對促進(jìn)工業(yè)化設計頗為有利。

其一，體現在鐵路客站的功能布局。為滿(mǎn)足列車(chē)運營(yíng)的安全性及旅客上下客的舒適性，鐵路客站工程中的站臺、站臺雨棚、進(jìn)出站口等分部分項工程設計標準相對統一，在單個(gè)客站工程內具有同一性，在不同類(lèi)型鐵路客站中具有規律性，通過(guò)工業(yè)化設計、工廠(chǎng)化生產(chǎn)，逐步建立標準構件庫，進(jìn)而適用于不同類(lèi)型鐵路客站，形成規模效應后可提高工程質(zhì)量、施工效率及經(jīng)濟效益。

其二，體現在鐵路客站的設計模式。鐵路客站設計實(shí)行設計方全過(guò)程負責制，把握整體方案、室內外裝修、景觀(guān)照明等各個(gè)設計環(huán)節。這與由設計為主導的工業(yè)化建造方式極為契合，能有效保障裝修與建筑同步開(kāi)展、裝修與結構一體化設計、深化設計與施工協(xié)同推進(jìn)，有利于在建造全過(guò)程中貫徹“少規格、多組合”的工業(yè)化設計核心理念并形成系統的技術(shù)標準，兼顧建筑功能與造型的同時(shí)提高建筑工程經(jīng)濟性，從而逐步建立鐵路客站工業(yè)化設計體系。

因而，采用工業(yè)化設計思想開(kāi)展鐵路客站中具有同一性、規律性的分部分項工程建設，將成為在鐵路客站中應用綠色建造模式的新切入點(diǎn)。

受到同濟大學(xué)禮堂拱形屋頂采用裝配式鋼筋混凝土網(wǎng)殼結構的啟發(fā)[6]，綜合考慮建筑造型、結構受力、施工便利等不同影響因素，鄭州南站站臺雨棚設計采用工業(yè)化設計思想，對構件模數、構件單元尺寸、構件單元拼裝方式進(jìn)行研究，將鄭州南站預制裝配清水混凝土聯(lián)方網(wǎng)殼雨棚作為鐵路客站工業(yè)化設計的一次積極探索。

鄭州南站雨棚為無(wú)站臺柱雨棚，位于站房南北兩側，單側站臺雨棚由17拱連續而成，順軌方向長(cháng)98.1 m，垂軌方向長(cháng)370 m，兩側站臺雨棚投影總面積為66 420 m2。站臺雨棚采用的混凝土聯(lián)方網(wǎng)殼結構，兼顧結構耐久性及維護便利性，斜向交叉的次梁不僅有效傳遞受力且形成了富有韻律感的菱形單元，充分表達了結構之美（圖1）。

模數協(xié)調是實(shí)現建筑工程工業(yè)化設計的基礎，便于大批量構件的規格化和定型化生產(chǎn)，從而穩定工程質(zhì)量并降低生產(chǎn)成本。我國建筑工程結構構件所采用的基本模數1M為100 mm,在具體工程中結合建筑布置特點(diǎn)會(huì )采用擴大模數，即基本模數的整數倍，用Nm表示。鄭州南站雨棚順軌方向柱跨為11 400 mm，因此擬選用2M (200 mm）或3M (300mm）為雨棚構件單元的模數尺寸。

鄭州南站雨棚順軌方向柱跨為22 800 mm，垂軌方向跨度有21 240/21 500/21 800 mm等7種（圖2），以21 500 mm居多，拱矢高4 100 mm，矢跨比約1/5，網(wǎng)殼板厚120 mm,肋梁截面200 mm×500 mm。

取22 800 mm×21 500 mm為一個(gè)屋面研究單元，拱形屋面弧長(cháng)約為21 400 mm。將順軌柱跨11400 mm分別按4等分/3等分/2.5等分及2等分斜向劃分后，可得到以下4種菱形構件單元（圖3):

*單元邊長(cháng)為2 200 mm,垂軌方向分為7格；

*單元邊長(cháng)為2 700 mm,垂軌方向分為6格；

*單元邊長(cháng)為3 600 mm,垂軌方向分為4格；

*單元邊長(cháng)為4 700 mm,垂軌方向分為3格。

除邊長(cháng)為4 700 mm的構件單元外，其余構件單元尺寸為2M(200 mm）或3M(300 mm），符合雨棚構件模數尺寸。

從建筑造型角度來(lái)看，構件單元尺寸變化會(huì )明顯影響空間感受。單元邊長(cháng)為2 200 mm時(shí)，與1 300 mm見(jiàn)方的雨棚柱尺寸較相近，形成的整體網(wǎng)殼較為密集，與站臺空間尺度感不相匹配；網(wǎng)殼單元邊長(cháng)為4 700 mm時(shí)，順軌方向僅有3個(gè)單元，整體網(wǎng)殼過(guò)于稀疏，難以形成令人愉悅的韻律感。

從結構受力角度來(lái)看，聯(lián)方網(wǎng)殼結構荷載主要為結構自重，通過(guò)肋梁將網(wǎng)殼板、梁荷載轉遞到兩個(gè)方向主梁。聯(lián)方網(wǎng)殼結構單元為22 800 mm×21 500 mm，縱橫柱距比例接近1:1，網(wǎng)殼單元夾角接近90°時(shí)，肋梁相互垂直，傳力更均衡，結構整體受力更合理。

從裝配工藝角度來(lái)看，聯(lián)方網(wǎng)殼構件在工廠(chǎng)完成預制，運輸到現場(chǎng)并起吊至離地面10 m以上進(jìn)行拼接，網(wǎng)殼構件單元越小、單元數越多，則運輸、起吊、拼裝工作量越大。構件單元擴大，則構件單元自重相應增加。4種網(wǎng)殼構件單元對應的構件自重分別約為320 kg、460 kg、720 kg和1 100 kg，其中邊長(cháng)為4 700 mm的網(wǎng)殼單元自重超過(guò)1 t，大幅增加起吊和拼接難度。同時(shí)，網(wǎng)殼構件單元擴大、單元數減少后，需要較高的預制精度及現場(chǎng)拼接精度，才能保證整個(gè)雨棚網(wǎng)殼屋面的圓順光滑。

綜合考慮建筑造型、結構受力、施工便利三方面制約因素，邊長(cháng)為2 700 mm的構件單元便于吊裝，對施工精度要求較低，結構受力合理，且形成的整體聯(lián)方網(wǎng)殼空間效果較為理想，較好地平衡了三方面要素。

在確定聯(lián)方網(wǎng)殼構件單元尺寸后，仍以順軌柱跨21 500 mm，拱矢高4 100 mm的斷面為研究對象，進(jìn)一步研究可適應各種跨度的構件拼裝方式，以獲得較高的預制裝配率。因雨棚結構斷面為拱形，如按豎向受力結構方向拼裝構件單元，單個(gè)構件的上下表面尺寸一致，但順軌方向的網(wǎng)殼板、肋梁構件尺寸均有微差，不僅增加構件種類(lèi)，還會(huì )增加現場(chǎng)拼裝的難度。

因此，將邊長(cháng)2 700 mm，厚度120的菱形網(wǎng)殼板及200 mm×500 mm肋梁作為一個(gè)網(wǎng)殼標準構件單元，單個(gè)網(wǎng)殼構件單元順軌方向弧長(cháng)約為3 600mm、夾角為15.69°，5個(gè)構件單元沿網(wǎng)殼弧線(xiàn)法線(xiàn)方向拼接，與主梁連接處為半個(gè)構件單元。頂部設置天窗的構件單元，外形尺寸與標準構件相同，其天窗尺寸由標準構件尺寸內偏400 mm，為邊長(cháng)2 300 mm的菱形單元（圖4）。

其余網(wǎng)殼結構斷面順軌柱跨不等，但拱高一致，因而如以相同方式拼接構件單元，對應的構件單元尺寸有一定差異，如21 240 mm柱跨對應的構件單元弧長(cháng)為3 520 mm、夾角為15.71°，而21 800mm柱跨對應的構件單元弧長(cháng)為3 605 mm、夾角15.28°。多個(gè)相近且未對應模數的構件單元尺寸明顯增加工廠(chǎng)預制及現場(chǎng)拼裝難度，與“少規格多組合”的工業(yè)化設計思想相違背�？紤]到不同柱跨所對應的構件尺寸差值較小，因而嘗試在柱跨為21 800 mm、21 240 mm這兩種網(wǎng)殼結構斷面沿用弧長(cháng)約為3 600 mm、夾角為15.69°的標準構件，即圖5中紅色區域用標準構件拼裝，與主梁相連的半個(gè)構件單元尺寸（圖5藍色區域）根據不同柱跨調整尺寸（圖5）。

通過(guò)模擬以標準單元為主的拼裝方式在21 800 mm、21 240 mm這兩種網(wǎng)殼結構斷面的排布效果，最外側半個(gè)單元與標準單元拼接處在理論上存在的折角對實(shí)際空間效果影響較小。隨后，對聯(lián)方網(wǎng)殼整體建模以進(jìn)一步驗證該種拼接方式的可行性。除部分雨棚端部曲線(xiàn)半徑較小處，弧長(cháng)約為3 600 mm、夾角為15.69°的標準構件可適用于不同柱跨的大部分區域，整體裝配率可達87%。

在常規裝配式混凝土結構工程中，標準構件整體在工廠(chǎng)預制加工、非標構件現澆施工，構件之間的拼裝節點(diǎn)是結構抗震的薄弱環(huán)節，一般通過(guò)在節點(diǎn)部位加強配筋、提高鋼筋接頭性能、在結合面上設置鍵槽、粗糙面等方式提高節點(diǎn)強度。鄭州南站站房承軌結構采用“橋建合一”形式，正線(xiàn)高速列車(chē)通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的激勵力對站房結構的振動(dòng)影響較為明顯。而聯(lián)方網(wǎng)殼構件單元結合面高度僅120 mm，采用加強措施后雖能保證其結構安全性，但在長(cháng)期振動(dòng)影響下，構件單元結合面易開(kāi)裂，進(jìn)而降低結構耐久性、防水性。

因而，鄭州南站聯(lián)方網(wǎng)殼構件單元最終采用預制疊合構件，即60 mm預制屋面板+60 mm疊合現澆屋面板，利用預制屋面板作為上層疊合現澆屋面板的模板，與梁模板密封后，現澆肋梁作為剛性節點(diǎn)將預制構件可靠連接（圖6）。

確定標準構件的預制疊合做法后，為降低運輸成本，選擇距離工程所在地1 h車(chē)程以?xún)鹊膶?zhuān)業(yè)PC構件廠(chǎng)作為鄭州南站雨棚的疊合板構件樣板生產(chǎn)廠(chǎng)家。樣板生產(chǎn)時(shí)模板采用6 mm不銹鋼板，并通過(guò)激光切割拼焊成模板鋼骨架，流水線(xiàn)工藝完成混凝土施工，樣板成品顏色均勻，表面光潔，重量適中，便于裝配施工。

鄭州南站站臺雨棚燈具、視頻監控、廣播等設施沿聯(lián)方網(wǎng)殼肋梁點(diǎn)狀布置，所需電纜按20%的備用量在施工網(wǎng)殼肋梁時(shí)預埋鋼管。確保站臺空間效果的同時(shí)，也便于日后維護。此外，還在屋面板內預埋6 mm厚鋼板，預設光伏板支架及避雷帶措施。

現場(chǎng)大面積施工前，為保證清水混凝土結構的整體成型效果，對于混凝土配比、模板體系、現澆部分梁板結構是否分次澆筑等關(guān)鍵點(diǎn)通過(guò)多次試驗、研究樣板，確定采用木模板體系、一次澆筑梁板結構的施工方案。

施工雨棚屋面時(shí)，待梁模板搭建完畢后起吊預制屋面板并封閉木模板與預制板間隙。因預制屋面板強度較高，現場(chǎng)待屋面板鋪裝完畢后即可綁扎梁、板面筋，在拱形屋面底部?jì)A角較大處增加鋼絲網(wǎng)進(jìn)行阻隔，減小混凝土向下流動(dòng)，隨后一次澆筑梁、板。

因單跨屋面順軌長(cháng)度98.1 m，超過(guò)50 m，根據規范要求分兩次澆筑混凝土，采用上述工序施工一跨雨棚屋面，9天可完成一半預制屋面板吊裝，4天完成一半梁板面筋綁扎，1天完成一半混凝土澆筑，同時(shí)穿插組織施工，合計21天完成一跨雨棚屋面，充分體現在實(shí)際工程應用工業(yè)化設計的優(yōu)越性。

鄭州南站雨棚采用預制裝配清水混凝土聯(lián)方網(wǎng)殼結構，將工業(yè)化設計方法與工程固有特性相結合，標準構件采用工廠(chǎng)預制構件與現澆相結合的預制疊合構件，兼顧了結構安全性和裝配施工經(jīng)濟性，將建筑造型、結構形式和施工工藝三者相融合，是鐵路客站工業(yè)化設計的一次有效嘗試，也為鐵路客站綠色建造模式的發(fā)展開(kāi)拓新思路。