鐵道運輸沙盤結構設計探討論文
引言
近年來，隨著我國高鐵建設開放的不斷深入，中國高鐵總里程達到10463公里，居世界第一位。高速鐵路安全、便捷、高效、綠色發展，造福人類已是我國目前戰略性產業之一。各地方鐵路培訓機構、鐵路專業院校相繼投入了大量資金建設了鐵道運輸沙盤，鐵道運輸沙盤模擬教學系統是一種全新的教學手段，學生學習的過程類似參加企業實戰，讓學生直接面對各種問題，可以有效激發學生的學習興趣，激發學習潛能，培養實作性技能型人才。鐵道運輸教學沙盤即為在盤上模擬調度系統運行的整個過程，它運用獨特直觀的鐵道運輸教具，提供了鐵道運輸調度系統的各個環節模擬，隨著鐵道運輸教學沙盤結構朝著大型化、多樣化、復雜化的趨勢發展，沙盤結構建造也從最初由施工制作單位自己設計、自己施工階段逐步發展到專業化設計、專業化制作施工階段。在滿足要求的同時，沙盤結構的穩定性尤為重要。
1.沙盤結構特點
目前國內尚無相關的沙盤結構設計規范，由于鐵道運輸演練沙盤模擬教學時往往有大量學生。因此，沙盤自身結構穩定性極為重要。沙盤結構與其他固定的建筑結構相比，主要有如下一些不同特點：
（1）沙盤屬于輕型建筑結構，但一般使用年限在十年以上，考慮日后的維護，盡可能選擇能夠抗白蟻蟲柱且耐腐蝕金屬結構；
�。�2）大部分建設場地在室內是不允許現場焊接，沙盤應多采用鋼、鋁合金結構，所有的構件均在工廠加工，然后在現場通過螺栓連接進行安裝，這種方便、安全做法符合場地對于沙盤快速搭建要求；
�。�3）沙盤結構在現場不能做基礎，以免會損壞室內結構，使得柱腳設計有所不同；
�。�4）通過沙盤結構深化設計，借助于沙盤結構本身，根據現場要求來設置LED燈帶和音響設備等。
通過此次110m滬寧高鐵動車運輸演練沙盤鋼結構設計，其使用效果良好，得到學校的高度評價，本文對鋼結構沙盤設計中的`一些特點進行探討。同時為后續鐵道運輸演練沙盤結構設計工作提供一些借鑒。
2.工程實例
2.1工程概況
該鐵道運輸演練沙盤平面呈“L”型，長110m寬2.44m高0.84m，總建筑面積約268.4m2。是按滬寧高鐵一定比例制作沙盤模擬教學場境，共分為8個站（南京南、鎮江南、丹陽北、常州北、無錫東、蘇州北、昆山南、上海虹橋）
圖1沙盤平面布置圖
沙盤盤體采用金屬管材框架結構（鋼架組件）組合拼接。臺面采用實心細木工板制作，沙盤裙邊采用1.5毫米優質冷軋鋼板表面噴塑處理，裙邊上沿口護板采用1.2毫米不銹鋼拉絲板45°造型收邊。正線線路真實模擬8個車站的線路、道岔及信號機的布置，并設置模擬站房、車站值班員控制臺以及車站信號操作終端。
圖2正在調試中的沙盤
圖3正在施工中的沙盤
2.2結構設計
在沙盤結構設計中主要考慮以下幾個方面的內容。
2.2.1結構形式
大型建筑平臺結構由于無調節腳，因此無法做到水平度調節（運輸演練沙盤使用要求表面平整度≦3毫米），為保證結構的整體穩定性，需要在結構上設置抗側力構件來抵抗和傳遞側向力，通常采用的是剛性斜桿。而沙盤結構設計不同，側向力不是太大，通常采用的做法是上下水平拉桿。這樣既可以保證結構的穩定，又方便制作。
圖4結構圖
2.2.2荷載
荷載包括沙盤結構自重以及沙盤上部設備重量。運輸演練沙盤教學期間，因人員密集，流動性大，因而在設計沙盤時因根據房屋建筑樓面荷載考慮。通常建筑荷載取為500kg/m2。
2.2.3結構分析
對于運輸演練沙盤框架結構來說，梁柱節點連接處理成鏈接，安裝也方便。沙盤屬于輕型建筑，沙盤的柱腳是不能做基礎的。進行結構分析時，所有的柱腳均簡化成鏈接，鏈接柱腳在實際施工中也是比較容易做到的。由于整個結構都是鏈接節點，必須在立面兩個方向設有鋼管以保持結構的整體穩定性。
2.2.4材料的通用性
目前國內一些沙盤企業仍是在現場制作傳統做法，導致生產工藝技術難以改進，阻礙了企業向現代化、專業化、規模化邁進的步伐，易造成環境污染。如果能夠實現零部件的標準化與通用性，企業就可以建立一個標準的零、部件庫。而標準零、部件庫的建立可以顯著地提高生產效率、提升材料利用率、降低生產和運輸成本。
采用零部件組合沙盤，是以幾種規格的部件，按一定方式用連接件裝配組合起來，并且所有部件規格均已形成“三化”（標準化、系列化、通用化），便于工廠組織大批量生產。此次設計采用通用主材骨架部分為40*40*1.5異型冷鍍鋅鋼管，沙盤裙邊為標準定制605*610（630）*1.5優質冷軋鋼板表面噴塑處理，臺面采用標準2440*1220*18的實心細木工板。由于模塊化程度高，準備工作做得較為充分。這些標準尺寸零部件模塊可以通過各種鏈接構件連接組合成形狀各異的沙盤，從根本上實現沙盤的創新性、靈活性和可變性。這一類型的沙盤因為其組合單元是一個個標準零部件模塊，類似于小孩子玩的積木。因此，也稱為“積木組合式沙盤”，是現代組合沙盤的主要形式。
圖5模塊化組合
2.2.5局部設計
在沙盤在制作過程中，我們需要大量敷設線纜及安裝設備，如何安裝這些線纜及設備一直是困惱施工人員的問題。由于設計中采用了組合元素，沙盤裙邊可以在調試完成后組裝，只要不超過沙盤裙邊高度的電器設備，無論是線纜安裝還是設備調試，都能方便施工人員進出。同時也減輕施工人員工作強度。
圖6上沿口護板
近幾年來，燈光裝飾常常運用在各類沙盤建設上。室內配置不同亮度或不同顏色的燈光，從某種程度上講破壞了沙盤的整體效果。此次設計中我們將常用于裝飾建筑物的燈帶通過裙邊上沿口護板隱藏其中，巧妙的解決燈光直射的問題，以及造成的光污染。通過燈光的區分使人一目了然。使運輸演練沙盤增添藝術的色彩，使人感到現代化的氣息。
3.結語
從以上鐵道運輸演練沙盤設計中可看出，運輸演練沙盤結構形式、結構分析和結構柱腳設計，均與一般建筑沙盤結構有所不同。目前我國還缺少有關沙盤結構設計的規程，對這些方面沒有做出明確的規定。
圖7正在運行中的沙盤
面對越來越復雜的鐵道運輸演練沙盤結構，有必要對其結構形式、構造、通用性做進一步的研究。以達到拋磚引玉、提高結構設計水平的目的。
參考文獻
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[3]李錦.CTC鐵道運輸教學沙盤系統設計研究[J].福建廣播電視大學學報，2013（4）.
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