时间：2023-11-02 20:18:04
特色与亮点
《位置与方向》课件利用Authorware 6.5的强大交互能力，融合视频、动画、声音、图片、文字资料，最终实现“位置与方向”这部分知识从虚无抽象到直观形象的转变，让现实与课件中的地图达到有机的融合。另外，除了大量的动画和视频演示帮助学生理解外，我在环节的设计上也充分突出了学生的主体地位。
教材分析
《位置与方向》是人教版实验教科书四年级数学下册第二单元的内容，本课时内容的主要知识目标是让学生能够通过方向与距离来确定物体的位置。之所以选择这一单元制作课件，是因为在多年的小学数学教学工作中，我发现学生受到自身年龄及空间抽象思维能力的限制，对于“方向”及“位置”这部分知识掌握起来十分吃力，特别是现实中的方向与地图中的方向之间的转化更是一大难题，大部分学生特别是学困生理解起来非常困难。因此我决定制作针对性强的课件，通过恰当的信息技术手段的运用来解决这一难题，从而达到提高教学效率的目的。
内容结构
1.定向运动简介
这一环节主要是关于定向运动的一段视频，通过让学生带着问题观看视频，使其明白定向运动就是：根据地图指示，选择最佳路线，找到目的地，这是一项体力与智力并存的运动。同时，让学生了解定向运动和地图中的一些常见符号代表的意思，以拓宽学生视野。
2.自主探究
这一环节分为四部分，分别是“方位的初步认识”、“位置关系的相对性”、“定向运动路线图”与“小窍门”。
（1）方位的初步认识
主要是让学生在一次模拟的公园定向越野赛中，运用已有的知识以及同伴的帮助，确定从起点如何到达1号点。初步掌握以一个点为起点，通过给出的地图确定方向及距离，最终找到要到达的目的地（如图1）。
（2）位置关系的相对性
这一环节通过创设娟娟和强强两名同学，因为对北京和上海的位置关系描述不同而引发争论的情境，激发学生的探究兴趣，让学生通过小组合作，判断两位同学谁的答案正确，从而让学生切身感受到位置关系的相对性。从不同的观测点进行观察，所得到的结果是不同的（如图2）。
（3）定向运动路线图
这一环节主要是让学生继续第一环节的情景，利用给出的地图，让学生以小组为单位，绘制出此次公园定向越野赛的定向运动路线图，锻炼学生综合运用本单元所学知识的能力。在这一环节的教学中，如何让学生更精准地在不同阶段的观测点确定前往下一个目标点的方向与距离是关键，因此课件通过动画的演示，让学生很好地掌握了确定方向与距离的方法（如图3）。
（4）小巧门
这一环节是把本单元内容进行了精炼，归纳为三句口诀以方便学生理解与记忆，即“位置与方向，生活常用到。方向是首要，距离少不了。定位很关键，不要弄混淆”。
3.拓展练习
该部分是精心选取了本单元最有代表性的练习题进行分析与演示，并把练习分成了1星、2星及3星三个不同的难度级别（如图4），星越多题目越难，从而方便教师针对本班不同水平的学生，选取不同难度的练习题。
4.游戏娱乐
“游戏娱乐”部分含有两个小游戏：“小动物们的家”和“寻宝之旅”（如图5、图6）。目的是通过这些游戏性质的练习题，提高学生学习数学的兴趣，达到寓教于乐的目的。
艺术设计
课件整体色调以蓝、绿为主，使用了风格统一的模版，画面清新。界面中使用了很多学生喜闻乐见的卡通形象和画框，画面的整体风格符合学生的年龄特点，容易引起学生的学习兴趣。协调的画面也有利于保护眼睛。在课件的某些环节，配上了轻松愉快的背景音乐和画面切换音效，再配以精心设计的画面切换效果，更能激发学生的求知欲望。
关键技术处理
本课件使用Authorware 6.5制作，通过显示、移动、交互、计算、等待、数学电影、声音等图标的合理组合，实现了视频、动画、声音、文字描述的完美结合，极大提高了学生的学习兴趣和课堂效率。课件在打包后生成“位置与方向.exe”文件，该文件在放入源程序文件夹后，不需要安装Authorware6.5程序，可以在Windows 98以上的电脑中运行。
在整个课件的制作过程中，为了方便交互，在每个页面都设计了相应的交互按钮。例如，继续、返回本环节主页、返回课件主页等。课件在运行过程中有大量的文字和语音叙述，结合恰当的按钮设计及整个课件的树状结构，使用者只要按照图标、文字和语音提示就可以很方便地运行整个课件或选取适合自己的某一部分来运行。
在“自主探究”环节，我还设计了一个无语音版的“自主探究”，因为动画人物的声音虽然可以调动学生的学习积极性，便于学生操作，但所用时间会比较多。学生自学时这一问题不明显，但如果在课堂上使用时，会占用一部分时间，有的教师可能会为节省时间而不需要动画人物的语音叙述。
评价与反思
我充分利用了课件的辅助功能，通过让学生观看视频、动画演示以及趣味性的练习，在调动学生学习积极性的同时，还帮助学生更容易地理解了如何通过方向与距离来确定位置，取得了较好的效果。但也存在这样的不足：课件中个别页面的图片因没有找到合适的清晰素材，自己做的图片效果不太完美，有少量不规则白边出现或不够清晰，自己图片的处理水平还有待进一步提高。另外，课件中对学生的评价方面做得还不够好，可以加入一些对学生的随堂评价功能。
幕前幕后
时间倒回到2013年7月22日江苏省徐州市的云泉山庄宾馆，刚刚到达报到地点的我，看到那人山人海的景象，想到其中高手如云，就感受到了无形的压力。整个晚上，我是在反复的模拟陈述和猜测评委老师的答辩问题中度过的。
23日我作为第12名选手进行陈述。我先用PPT重点介绍了课件的版本、知识背景、制作软件、课件流程图等基本情况。再结合“技术先行，以生为本，注重合作，感受数学”的理念，演示了自己课件的重点部分。当我说完并走到答辩席前时，我感觉心脏已经要从喉咙里蹦出来了。答辩中，评委老师对我说：“你课件制作得很精美，课件的理念中提到要让学生体会生活中的数学，但你课件中为什么要提供一个北京到上海的地图素材来让学生探究呢？你是淄博的吧，为什么不提供一个更贴近学生生活的素材呢？”听了这话，我如醍醐灌顶，既感受到了评委老师的眼光之准，观察之细微，也充分认识到了自己在细节处理上的问题。
能在第一次参加NOC活动时就获得一等奖，我感到无比自豪。能与全国各地的优秀同行们共同切磋，是一次难得的机会。能得到评委老师的指点，更是一次巨大的收获。自己为了参加这次比赛付出了很多，但与收获比起来，那些付出又是渺小的。小到一件作品大到一个人，都应当与时俱进，不断吸收新的理念，不断完善自己，这样才能获得成功。
NOC活动已经结束，我将带着此次比赛中所获得的新理念、新经验、新知识，投入到下一届NOC活动的准备中，希望自己来年能够“百尺竿头，更进一步”。
评委印象
《位置与方向》是一节小学四年级的新授课，这节课的重、难点是使学生在具体情境中学会辨认东、南、西、北四个方向。小学生在日常生活中对这些知识已经积累了一些感性的经验，但他们受到自身年龄及空间抽象思维能力的限制，并不能完全理解这些知识，特别是现实中的方向与地图中的方向之间的转化更是一大难题。韩毅老师根据小学生独有的特点所制作的《位置与方向》课件就很好地解决了这个难题。
小学生好新。他们对新鲜事物敏感，喜欢颜色、声音等刺激因素。韩老师的课件有着丰富的图文声像，生动的画面，悦耳的声音，这些会将学生们深深地吸引住，从而激发了学生的学习兴趣。
小学生好玩。课件中把练习设计成了“小动物的家”和“寻宝之旅”两个小游戏，让学生们在玩中学到知识，从而达到寓教于乐的目的。这也是优秀教师们所追求的一种教学效果。
小学生好胜。课件采用自主探究、合作学习的方式让学生亲历获取知识的过程，学完新知后再通过游戏竞赛的方式进行比赛，看看谁学得又快又好。这点也很好地体现了课标中的教学理念：倡导在探究学习过程中培养学生分析问题和解决问题的能力以及交流与合作的能力。
当然课件也有一些不足，一些细节方面还有待提高，如图片不够清晰、缺少恰当的课堂评价等；另外，制作软件Authorware也相对过时了，用它制作出的课件太大，不适应现在的网络环境，建议用Flash等软件替代。不过总的来说，作为一个单机版的教学课件，它仍不失为一个优秀的教学工具。
【关键词】电梯；位置检测系统；方向；自动控制
一、位置检测系统的装置和功能
（一）旋转编码器：电梯一般采用光电型旋转编码器。光电型旋转编码器是将曳引机轴上的角度量转换为数字脉冲信号输出的传感器。它由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。光栅盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出脉冲信号(方向脉冲)，换算后得出可以反映出轿厢运行距离的脉冲信号（计数脉冲）。每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。
（二）平层检测装置：平层检测装置一般由轿顶的永磁感应开关和井道中，每层楼层的平层相对应的隔磁板所组成。电梯运行过程中，永磁感应开关经过隔磁板时切割磁力线，使永磁感应开关动作（一般为常闭点，使“1”变为“0”），并将该信号反馈给电梯控制系统。
（三）上下限位装置：上下限位装置有两个基本功能：（1）当轿厢越出顶层或底层位置后，上下限位开关动作，迫使电梯停止当前方向的运行。如下限位开关动作时，电梯向下禁止运行，但可以向上运行。（2）当电梯运行至上下限位开关并使之动作时，轿厢位置数据恢复基准值。上限位开关动作时，控制系统使用自学习时存储的上限位位置数据，替换当前旋转编码器采集的轿厢位置数据。这样可以校正电梯在运行过程中所产生的误差，确保电梯运行以及平层的精准。
二、方向系统概述
（一）方向选择：方向选择系统，是根据电梯所在位置以及（内选、外呼）呼梯信号，自动对下一次运行的方向进行选择。主要由内选、外呼及相关控制系统所组成。
（二）系统优先顺序：内选外呼，上呼梯下呼梯。
（三）控制系统方向选择数据处理基本方法：根据轿厢所在位置，得出内选与外呼的上、下方向选择数据，此数据与（内选、外呼）呼梯数据进行“与”逻辑判断，从而自动选择出电梯的运行方向。
如图1：假设轿厢在3层，得出内选上方向选择数据（11111000），内选下方向选择数据（00000011）；外呼上方向选择数据（11111100），外呼下方向选择数据（00000111）。如果内选为6层（00000010）：00000010AND11111000=00000000（上行不成立），00000010AND00000011=00000010（下行成立），电梯的方向选择为“下行”；如果7层的外呼为“上呼梯”（01000000）：01000000AND11111100=01000000（上行成立），01000000AND00000111=00000000（下行不成立），电梯的方向选择为“上行”；如果8层的外呼为“下呼梯”（10000000）： 10000000AND11111100=10000000（上行成立），10000000AND00000111=00000000（下行不成立），电梯的方向选择为“上行”。
（四）呼梯检索顺序：如图2：无方向性时，即无方向指令，轿厢停于某层时，呼梯检索顺序为：①②③④⑤⑥。
有方向性时，即已有方向指令时，呼梯检索顺序为：上方向运行时：①③⑤；下行方向运行：②④⑥。
（五）方向选择方法：根据轿厢所在位置、运行方向以及（内选、外呼）呼梯数据信息，自动判断运行方向。
如图3所示，假设电梯在3层处并且向下运行，此时，4层有上方向外呼。电梯首先检索轿厢位置“3层”，读入呼梯信息“4层上行外呼”，由于电梯已处于下行方向运行，所以进行上呼梯检索“有上呼梯”，清除下行方向选择，确立上行方向选择，即电梯（平层后，改变运行方向）向上运行。假设电梯停于3层并且无任何方向选择，此时，4层有下方向外呼，电梯首先检索轿厢位置“3层”，读入呼梯信息“4层下行外呼”，由于电梯此前无任何方向选择，所以，先进行上呼梯检索“无上呼梯”，再进行下呼梯检索“有下呼梯”，确立下行方向选择，即电梯向下开始运行。
三、结语
综上所述，电梯通过旋转编码器与楼层平层检测装置、上、下限位置开关，并根据电梯所在位置以及（内选、外呼）呼梯信号，自动对下一次运行的方向进行选择。近些年来，自动控制理论及方法得到了迅速的发展。电梯运行的自动控制是保证其正常工作的最重要的环节。电梯在现代社会和各项经济活动中的作用越来越大，并已经成为城市物质文明的一种标志。（如下图1图2图3）
三数
主持人
时间
5.11
教研主题
位置与方向单元教研记录总结
参会人员
三年级数学组全体成员
缺席人员及原因
无
教
研
内
容
记
录
上周工作总结
总结上周作业中关于位置与方向的学习情况，针对普遍现象总结了指导方法，针对直播中出现的问题交流了经验方法。
本次组本研修内容（可以是教材分析、前置备课、教法研究、读书）
制定了本节课的教学流程及重难点
1、复习并总结方法。如：三步法辨别方向①找观察点②画坐标③定方向。并以此能够描述简单的路线图
2、创设情境，在解决问题过程中突出强调东南西北的四个主方向及所夹方向在生活和平面图中的做题技巧及注意事项
3、课堂练习分层设计
4、总结方法，指导学生做笔记
特色提炼
总结本次教研主持中的亮点
关键字：高中，教学
Abstract：Teaching is very important for the senior school, esp. for providing right examples for different teaching methods. Good teaching examples can help students digest knowledges studied from teaching in the class, and also improve their learning interesting. Therefore, this paper, from the angle of teacing examples, summerized some examples for refernces.
Key Words: senior school, teaching
一、重点知识解读
（一问）弹簧振子和单摆的结构
如图 弹簧振子是由轻质弹簧一端固定在竖直墙上，另一端连接物块在光滑平面上振动；如图 单摆是由轻质且不可伸长的细绳一端固定在天花板上，另一端连接小球在竖直面上做夹角很小( )的摆动。
（二问）简谐振动的平衡位置是否是物体的平衡状态
简谐振动的平衡位置是回复力等于零的位置，而物体的平衡状态是合力等于零的位置。对于弹簧振子其平衡位置即是合力为零的位置；对于单摆在平衡位置时回复力为零，但此时小球受到的拉力和重力的合力不为零，因此平衡位置不是单摆的平衡状态。
（三问）做简谐振动的回复力是否是物体受的合力提供的
物体做简谐振动时一定需要回复力，且回复力的大小与位移的大小成正比，方向总指向平衡位置。对于弹簧振子使其做简谐振动的回复力是振子所受的合力；而单摆做简谐振动的回复力是所受重力沿圆弧切向的分力。
（四问）单摆在竖直平面上的往复运动是否一定做的是简谐振动
物体做简谐振动时必须满足条件即回复力 ( 为相对平衡位置的位移)。对于单摆（如图 所示），当夹角 很小时，有 （ 为弧度），单摆的回复力为 ，令 时，且规定向右为正，有回复力 。因此单摆在夹角很小（且忽略空气阻力）时，单摆在竖直平面内的往复运动就是简谐振动。
（五问）单摆的振动周期和频率
弹簧振子做简谐振动的周期与弹簧的劲度系数和振子的质量有关，其周期公式为 ，把单摆做简谐振动时比例系数 代入上式，可得单摆的周期公式 ，即单摆的周期与摆球的摆长和当地的重力加速度有关，而与摆球的质量和摆角无关。
（六问）简谐振动的位移、相对位移和路程与时间的关系
在质点做简谐振动中 中的 是相对于平衡位置的位移；在某段时间内，振动质点的位移大小是初始位置到末位移的距离，方向由初位置指向末位置；则振动质点的路程是运动质点轨迹的长度。已知简谐振动是周期性的往复运动，如当运动时间 时，运动的路程 ；而位移要根据其运动起始位置及运动时间具体情况做具体分析。
（七问）简谐振动图像的解读
如图 所示，由简谐振动的图像： 、直接可读出⑴振幅 ⑵周期 ⑶不同时刻振动质点相对平衡位置的位移；
、间接求出振动速度，回复力及加速度的方向及大小比较。比如 点速度方向向 轴正方向， 三点回复力方向向 轴负方向， 点与 点回复力方向相反，且 点的回复力大于 点等。
二、典型实例分析：
例1：试证明竖直方向的弹簧振子的振动是简谐振动。
解答：当物块静止时，弹簧伸长量为 ，由平衡条件得 ①；以 点为振动的平衡位置且规定向下为正（如图 ），当物体向下的位移为 时，物体受到的回复力 ②。把①式代入②式得，物体受到的回复力 满足物体做简谐振动的条件，即物体在竖直方向的振动是简谐振动。
例2：关于做简谐振动的物体的位移、加速度和速度间的关系，下列说法中正确的是（ ）
位移减小时，加速度减小，速度增大
位移的方向总跟加速度的方向相反，跟速度的方向相同
物体的运动方向指向平衡位置时，速度方向跟位移方向相同
物体的运动方向改变时，加速度的方向不变
解答 ：由物体做简谐振动满足条件 可知，当位移减小时，回复力减小，由回复力产生加速度减小，此时物体正向平衡位置靠近速度增加， 正确；已知回复力方向总跟位移方向相反，因此加速度的方向总与位移方向相反，当物体靠衡位置时，速度方向与位移方向相反， 错；物体向平衡位置移动时，速度方向与位移方向相反， 错；当物体在平衡位置一侧运动时，远离平衡位置，速度方向与加速度方向相反，靠衡位置，速度方向与加速度方向相同， 正确。答案：
例3：弹簧振子以 点为平衡位置在 、 两点之间做简谐运动，相距 。某时刻振子处于 点，经过 ，振子首次到达 点。求：
⑴振动的周期和频率
⑵振子在 内通过的路程及位移的大小
⑶振子在 点的加速度大小跟它距 点 处 点的加速度大小的比值
解答：⑴由题意知，当振子从 点首次运动 点时，有 ，振动的周期 ，频率 ；⑵由题意知 ，即振幅 ，当振动时间 ，振子又回到 点，振子的路程 ，位移为 ；⑶弹簧振子做简谐振动时回复力满足 ，因此其产生的加速度与位移成正比，因此振子的加速度有 ： ＝ ： 。
例4：一质点在平衡位置 附近做简谐运动，从它经过平衡位置起开始计时，经 质点第一次通过 点，再经 第二次通过 点，则质点振动周期的可能值为多大？
解答：当物体从平衡位置向右运动时如图 ，由题意知 段所用时间为段所用时间为， ，所以有 ，即质点振动周期
当物体从平衡位置向左运动时如图 ，设 段所用时间为 ，由题意得 ①， ②，联立①②得质点的周期
例5：如图 所示，为甲、乙两等质量的质点做简谐运动的图像，以下说法正确的是（ ）
甲、乙的振幅各为 和
甲振动的频率比乙的高
～ 内，甲、乙的速度方向均沿负方向
时，甲的速度和乙的加速度都达到各自的最大值
解答：由振动图像可知，甲的振幅为 、乙的振幅为 ， 正确；甲的周期为 、频率为 ，而乙的周期为 、频率为 ， 正确；在 ～ 内，由图像可判断甲的速度方向为负，乙的速度方向为负， 正确；由简谐振动的特点，当 时，甲在平衡位置速度最大，乙在最大位移处加速度最大， 正确。答案：
三、针对练习：
1、简谐振动的特点（ ）
回复力跟位移成正比且反向
速度跟位移成反比且反向
加速度跟位移成正比且反向
动量跟位移对成正比且反向
2、上端固定竖直弹簧下端挂一托盘，在盘中放一砝码，使其沿竖直方向振动。当托盘运动到什么位置时，砝码对盘的压力最大（ ）
当托盘运动到最低点时
当托盘运动到最高点时
当托盘向上运动经过平衡位置时
当托盘向下运动经过平衡位置时
3、一质点做简谐运动，振幅是 、频率是 。该质点从平衡位置起向正方向运动，经 质点的位移和路程分别是（选初始运动方向为正方向）（ ）
， ，
，，
4、一质点做简谐运动的图像如图 所示，下列说法正确的是（ ）
质点的振动频率是
在 内质点经过的路程是
第 末质点的速度为零
在 和 两时刻，质点位移大小相等，方向相反
关键词：隔震；近断层地震；斜拉桥；Roll-N-Cage减隔震装置；数值模型；重新定位；减震器
1. 引言
在地震敏感区域，具有大柔度和低阻尼比等特点的斜拉桥需要特别设计。以前控制斜拉桥地震反应的主要方法是采用拉索支承主梁（Ali and Abdel-Ghaffar 1995）。这种方法可实现传到主梁的地震力最小化，但导致较大的桥面位移，甚至包括运营荷载。所以多种连接主梁和主塔的装置被提出了，比如纵向弹性索限位装置、弹簧顶销、摆式连接、叶片式减震器等（Park et al. 2003）。Ali和Abdel-Ghaffar （1994）研究了弹性和滞后弹性支承作为斜拉桥隔震装置的使用效果。Wesolowsky和Wilson（2003）研究发现铅芯橡胶支座对近断层地震动作用下的斜拉桥主梁地震响应具有有利影响。为控制减隔震斜拉桥主梁的位移峰值，同时限制主塔基底剪力，Soneji和Jangid（2007）将粘滞液体阻尼器、弹性和滑动隔离系统相结合，组成了被动式混合控制系统。Soneji和Jangid（2006）研究了弹性和滑动隔离系统的阻尼比与摩擦系数变化对斜拉桥地震响应的影响。之后Saha和Jangid（2008）考虑了恢复力-摩擦基础隔震系统和附加参数，拓展了此项研究。考虑双向地震作用和隔震装置参数变化，Soneji和Jangid（2010）研究了斜拉桥隔震的有效性和限值，得出结论：隔震装置参数变化对斜拉桥地震响应具有巨大影响。
近断层地震作用下的结构响应大于远断层地震 （Markis1997； Malhotra1999）。近断层地震具有以下特点：（1）在断层垂直方向具有较大的长周期谱分量；（2）在断层平行方向具有较大的短周期谱分量；（3）具有持久的地面位移脉冲和较高的地面速度峰值。这将导致结构出现远超远场地震设计预期的地震响应。斜拉桥对大振幅长周期地震动的特殊敏感性及多模态组合的动态响应推动了隔震装置的使用，以期减轻近断层地震作用。
为提供足够的阻尼限制主梁振动幅值，隔震支座在保持刚性竖向连接的同时可减弱下部结构传递到主梁的水平向地震作用。在过去的三十年内，包括线弹型、摩擦型、滑动型和滚动型支座等各种隔震装置在结构抗震设计中得到了不断发展和工程应用（Kelly 1986）。但是，近断层地震的长周期高速度和位移脉冲导致隔震器的位移量较大，这使得隔震装置表现不佳。隔震器位移过大可以通过以下措施调整：（1）大型隔震器；（2）增加抗震装置；（3）具有内置阻尼和制动装置的隔震器。在日本和美国，使用大型隔震器的理念已经被接受。为减小隔震器位移，形如粘滞型阻尼器或大型铅销的高阻尼被引入了隔震装置（Jangid和Kelly 2001）。这些阻尼器是非线性，并在大位移时表现欠佳。此外，如果大位移需要较大的阻尼，则位移较小时阻尼值会变得格外高。因此，中等地震动时隔震系统不会工作。
为克服上述缺点，设计了名为Roll-N-Cage（RNC）的隔震装置（Ismail 2009；M.Ismail， J.Rodellar， F.Ikhouane， “一种具有支承作用的隔震装置” 西班牙专利号P200802043（2008）； Ismail等人 2010， 2012）。为最大程度减弱结构与地面、上部结构与下部结构之间的地震作用，RNC采用了滚动运动机构。RNC采用一套金属屈服型阻尼器提供阻尼，该内置的阻尼器具有重力再定位功能和集成的吸能减震作用。本文研究目的是近断层地震作用下，斜拉桥中RNC减隔震装置在以下方面的性能：（1）降低主梁绝对加速度峰值；（2）即使在剧烈的地震激励下，通过集成滞后阻尼和减震机构，能够在设计容许限值内减小主梁位移；（3）采用内置的再定位机构，消除主梁残余位移；（4）减小主塔内力。
本文主要贡献在于将RNC减隔震装置应用于斜拉桥。本文首次建立了RNC减隔震装置再定位和减震机构等两个功能的模型，此前发表的论文建立了滞后阻尼的数学模型。
2. 近断层地震
本文通过三个有记录的近断层地震对RNC隔震和固定支承的桥面板进行了动力性能研究[图1（a）]。对于每个地震，地震动的峰值通过最接近断层的监测站测得。近断层地震动特性用大振幅和脉冲类型来描述。此外，也采用三个人工合成的长周期地震动[图1（b）]。第一个是在可能出现的长周期严重地震作用下的RNC隔震性能，地震作用是周期1.0s、振幅0.5g的正弦曲线波。第2个和第3个地面加速度波是周期为1.0s，振幅为1.0g的单循环波，分别命名为波形1和波形2。波形1和2具有很多动力学上的特点，具有与近断层地震动相同的移动和速度历史，通过它们能够分析RNC隔震的独特性能，比如强震作用下的定位特点。波形1产生了单脉冲的地面速度和倾斜地震动，然而波形2产生单脉冲地震动（参见Makris和Chang2000年研究）。在本研究中，图1中的每个地震分别施加两次：第一次在纵向x轴方向，第二次在横向y轴方向。不考虑地震竖向作用分量，因为RNC隔震是提供刚性竖向支承，不会产生竖向加速度。
图1 地震波：（a）记录的近断层地震动；（b）人工合成的地震动
3. RNC减隔震装置
最近提出的RNC是依靠转动实现减隔震功能。RNC独特的结构使其具有内置线性重力定位功能与吸能减震功能，通过以特定形状沿装置外周长布置的一系列金属屈服阻尼器来提供振动阻尼（图2）。形状的选择要求提供足够长度以便阻尼器伸长，减小弯曲处的应力集中，阻尼器的移动应远离中心部位的近似椭球形转动块。通过对上下支承板内表面的曲线进行仔细设计，水平地震动作用下RNC不会产生竖向加速度。这些曲线能够抵抗逐渐产生的会引起近似椭球形转动块的上升作用，能够保持RNC最上层和最下层面的竖向效应相互抵消。关于RNC更详细和完整的信息请参见Ismail（2009年）研究。RNC的恢复力 ，具有滞后性（Ismail等人2010，2012年研究），它主要具有三个分量：（1）滞后分量， ；（2）定位分量， 和（3）减震分量， 。
图2 RNC样式：（a）单向隔震；（b）多向隔震，适于轻型和中型竖向荷载；
（c）多向隔震，适于重型竖向荷载
3.1 RNC滞后恢复分量
首先，滞后分量 与金属屈服阻尼器有关，也是耗能的主要来源（图3）。计算方法是将阻尼力 求和 ，其中 是阻尼器的个数（图3）。采用标准Bouc-Wen光滑滞后模型（Wen 1976年；Ismail等人2009年）对滞后分量 进行数值模拟，可得：
（1）
（2）
式中： =位移； =辅助变量； =阻尼器滞后屈服产生的隔震恢复力； =弹性力分量； =时间导数； =控制从弹性响应到塑性响应转换的平整度参数； =位移屈服系数； =屈服后与屈服前刚度比（ ）； =控制滞回曲线形状和尺寸的无量纲参数。
图3 RNC的滞回恢复力
3.2 RNC定位恢复分量
第二个分量是由于近似椭球形转动块（位于核心位置）通过内置线性重力定位装置产生的恢复力 ，能够阻止地震后的残余移动，而且可以减小隔震的最大移动量，如图4所示。结构偏心布置的近似椭球形转动块向下重力 与向上反力 构成恢复力偶 ，此力偶与转动力偶相反，如图4（a和b）所示。
图4 RNC重新定位机理示意
如图5所示，RNC的水平定位恢复合力 由两个分量组成：（1）惯性分量 ，如图5（c）所示，因为惯性力在中心部位，所以将力转换为上支承板的力；（2）重力分量 ，是由于向下的结构重力 、近似椭球形转动块的重力 和向上支反力之间力作用方向偏心引起的，如图5（d）所示。数值表达式如下：
（3）
惯性分量 考虑作用在近似椭球形转动块[图5（c）]上惯性力平衡得到，如下：
（4）
利用类似的研究进行验证，Jangid和Londhe（1998年）采用基础隔震系统研究了滚轴内部偏心对减小残余位移的作用。从中发现，本文推导出的公式（4）与Jangid和Londhe[1998年研究，公式（8）]除竖向上升之外非常相似，在RNC中竖向上升为0。
如图5（d），定位荷载 的重力分量为：
（5）
式中： =相对于地面重心（CG）的水平和竖向位移； =转动块的转角； =隔震或者质量块相对于地面的水平位移； =近似椭球形转动块上下接触点之间的竖向距离的一半[点A和B如图5（a和b）]； =点A的偏心角，点A的坐标系为 ，因此距离 ； =上下接触点间距离的一半； 和 =转动块的质量和惯性矩； =地面加速度； =结构重力； =近似椭球形转动块重力。
图5 RNC转动块和支承板的自由体受力图
3.3 RNC减震恢复分量
第三个分量恢复力 ，是由两个直角凹槽作用产生，在近似椭球形转动块断开，上下支承板之间由两个竖向边缘壁连接（图6）。减震装置的主要作用是在极端地震（概率极小）情况下将隔震的位移限制到之前提到的设计位移 ，如图6（a和c）所示。此外，减震装置的作用还能够阻止隔震结构本身与相邻结构之间的碰撞，同时限制碰撞的发生，减震装置数值分析如下：
（6）
式中： =减震装置刚度； =预先设计移动。
将RNC的三个恢复力 和 合成得到总的恢复力 表达式如下：
（7）
RNC减隔震装置的滞后荷载-挠度关系图如图7所示。
本文性能评估采用数值模拟获得最主要响应的数量值，前面提到的公式都采用MATLAB编程计算。
图6 RNC的集成减震机理
图7 RNC的荷载-位移关系曲线
4. 斜拉桥工程应用
基于美国密苏里州的比尔艾默生纪念大桥斜拉桥，对RNC减隔震装置在斜拉桥中的应用进行了研究，如图8所示。如图8桥面板长度方向4个标示位置所示，安装8个RNC减隔震装置。建立三维有限元模型，施加荷载，并采用结构分析软件SAP2000和数值计算软件MATLAB来进行全桥分析。利用MATLAB软件并采用约束的非线性最小二乘优化算法确定参数的取值，参数应适用于建立的数值模型，之后用Ansys软件计算得到荷载-位移关系曲线。最后，将得到的参数代入三维有限元模型进行非线性时程分析得到响应量。
建立以下两种模型：（1）采用原来的支承装置不考虑隔震（Dyke等人2003年分析）作为对比状态研究；（2）如图8所示，模型施加8个RNC隔震支承，在桥的两端各有两个支承，每个塔有两个支承。对于没有隔震的模型，上部结构的端支承允许纵向移动（x轴方向）。塔与地面固结，上部结构铰接在塔上，上部结构绕横轴（y轴方向）可以发生转动。不考虑土与结构的相互作用，本文认为前100阶振动模态下超过92%的质点沿水平方向移动。斜拉桥三维有限元模型包括：（1）2882个节点；（2）1850个框架单元模拟塔和主梁，（3）2676个面单元模拟桥面板和主梁的竖腹板，（4）128个索单元。两种模型的关键截面位移、加速度和内力结果在后面部分将有介绍。
图8 比尔艾默生纪念大桥有限元模型和几何尺寸
4.1 RNC的重新定位功能
4.1.1 桥梁位移作用
由于RNC重新定位功能的主要作用是阻止桥梁的残余位移，因此在截面设置两个不同偏心距 的RNC减隔震装置。第一个偏心为0（球形），然而第二个偏心距 。前文已描述了如何通过非线性时程分析获得RNC的位移，对纵向（x轴方向）和横向（y轴方向）不同的偏心RNC和六个输入的地震动进行了分析。图9（a）是在水平方向真实与人工合成的地面加速度作用下的四个隔震位移结果。
图9中的虚线为RNC偏心为0时的桥面板位移。由于没有定位荷载，隔震装置的永久移动很明显。在合成的长周期地震动作用下，特别是当水平x轴方向和y轴方向都是正弦波时，此残余位移的值更大。另一方面，第二个RNC的偏心距 ，它能够很好地减小甚至消除例中地震作用后的位移，如图9中的实线所示。这种情况的原因主要源自重新定位荷载的作用，通过图4和图5也可看出，重新定位荷载是由RNC核心的偏心产生。
图9 地震作用下RNC重新定位的有效性：（a）x轴方向正弦曲线地震波；（b）y轴方向正弦曲线地震波；（c）y轴方向地震波形1；（d）y轴方向地震波形2
4.1.2 重新定位荷载的特点
本部分主要是介绍RNC重新定位荷载的特点。本着这样的目的，如图10（a和b）所示，本部分研究分别只考虑圣费尔南多地震和正弦曲线地震波作用下RNC恢复荷载中的定位分量 。这些图是标准定位荷载 下的标准桥梁位移时程曲线，然而图10（c和d）是相应的定位荷载与位移的关系。通过图10可以得出，提供的定位荷载（1）线性，通过图10（c和d）可以证明；（2）与隔震位移成正比，如图10（a和b）所示；（3）与隔震移动相反，如图10（a和b）所示。
图10 RNC重新定位荷载的特点
4.2 RNC的减震功能
前文已对RNC减震机理进行了数值分析，本文分析了两个RNC减隔震装置，设计位移分别是 和 。根据图7示意，RNC具有承受碰撞、限制隔震位移、阻止设有隔震装置的桥面板与周围构件直接接触的能力，可减小结构破坏。碰撞的激烈程度依赖于地震烈度和根据公式（6）选择的减震装置刚度。RNC内置减震装置的另一个作用是将最大位移限制在一个预先设定的值。假设RNC的设计位移是450mm，可以得到图11。此图对激活和钝化减震装置两种情况的最大隔震位移，减震刚度取为 。水平虚线表示的是预先设定的隔震位移450mm。在图1三个真实地震作用下，分别考虑水平x轴和y轴描绘最大隔震位移，如图11（a和b）所示。通过对设置减震装置和没有减震装置两种情况的分析，可以得出RNC能够很好地限制位移，限制位移的程度大小主要取决于减震装置刚度和地震作用特点。
关于选定减震装置刚度值，在结构加速度顶点处减震装置可能存在负面作用，分别考虑水平x轴和y轴可以得到图12（a和b）。RNC设计位移为250mm，减震装置刚度是 。通过图11可以看出，RNC在两个方向地震作用下都能明显减小桥面板加速度的峰值。激活减震装置时，使桥面板最大加速度从尚未激活减震装置情况变到固定基础情况，除了波形1地面加速度，加速度峰值将超过固定基础的情况。虽然激活减震装置导致结构加速度增大（甚至在很少情况下），但是减震装置具有两大主要优点：（1）通过控制隔震位移来保证设置减隔震装置的结构在强震作用下保持稳定性；（2）将碰撞局部化，使其只在实体金属隔震体内。
图11 隔震位移峰值：（a）纵向x轴；（2）横向y轴
图12 桥面板加速度峰值：（a）纵向x轴方向；（b）横向y轴方向
4.2.1 设计位移对减隔震有效性的影响
多种设计位移对RNC桥面板绝对加速度峰值的影响如图13（a）所示。6种地震荷载作用下，对250mm到1000mm的各种设计位移进行分析，虽然不同地震作用下的RNC桥面板具有不同的性能，但是所用曲线的趋势基本相同，即随着RNC设计位移的增加，桥面板加速度峰值下降。这主要是因为随着设计位移增大，上部结构和下部结构的耦合作用越来越小，从而使得没有限制和抗力来组织RNC移动，RNC将产生自由移动，这将转换为很小的地震荷载传递到桥面板上。
4.2.2 设计位移对减震装置碰撞的影响
从图13（b）可以得到不同设计位移对RNC承受碰撞荷载峰值的影响，RNC设计位移值越大，碰撞越不激烈。当减隔震桥面板的动能很小时，较大的设计位移会激活减震装置，将会使碰撞荷载较小。当设计位移变得大于减隔震桥面板位移峰值时，即不出现碰撞时，曲线与水平轴一致，如图13（b）所示。
图13 RNC设计位移的影响：（a）减隔震桥面板加速度峰值；（b）减震装置碰撞荷载峰值
4.2.3 减震装置刚度对减隔震效率的影响
如图14（b）所示，6个地震动作用下，RNC设计位移为250mm时，减震装置刚度对减隔震效率的影响，可得出以下结论：
1）随着减震装置刚度增加，结构加速度峰值增加的趋势相同。
2）碰撞可以瞬时引起RNC加速度峰值大于固结基础加速度峰值，在小概率大烈度地震作用时，该值大于设计地震作用加速度峰值。
3）RNC具有两个主要优点：（a）通过防止发生超限位移保证减隔震桥面板结构在强震作用时的稳定性；（b）使结构碰撞只发生在实体金属减震装置内部（如图6所示），避免了桥面板和下部结构的碰撞。
4.2.4 减震装置刚度对RNC位移的影响
图14（a）是6个地震动作用下，减震装置刚度对RNC位移的影响。主要研究结论是随着刚度增大，位移峰值变小并且接近设计位移，这与刚度对减隔震效率影响结果相似。
4.2.5 减震装置刚度对碰撞荷载的影响
本部分研究了不同减震装置刚度对可能发生的RNC内部碰撞荷载的影响，如图14（c）所示。主要结论是随着刚度增大，碰撞荷载逐渐增大，如图14（c）所示，这是6种地震荷载作用下共同的趋势。另一个结论是，与RNC位移和结构加速度的情况相反，碰撞荷载增量较小时，其与刚度的比值不存在。
图14 RNC减震装置刚度的影响：（a）RNC位移峰值；
（b）桥面板加速度峰值；（c）RNC内部碰撞荷载峰值
4.3 RNC对桥梁内力的影响
减隔震设计是通过一种装置限制荷载从地面传到结构，从而保护结构不受地震作用的技术。设置减隔震装置的结构不仅可减小绝对加速度和位移，而且能够明显减小在关键设计截面的地震动内力。本部分简要分析了RNC对桥塔内力增长的限制，如图15所示。除了基础剪力，同时分析了桥塔结构5-5截面和6-6截面的最大弯矩。
图16是斜拉桥总的基础剪力图。图16（a）是在x轴方向长周期单线曲线地面加速度下的桥面基底剪力时程。考虑以下两种情况：设置RNC的桥面板和无减隔震的桥面板。相比无减隔震情况，设置RNC减小了86.84%的基底剪力。图16（b）示出了6种地震作用下的最大基底剪力。可见RNC在所有情况下都能减小基底剪力。在纵向x轴方向的减小非常明显，尤其是在在图中标为4、5和6的长周期人工合成地震波作用时，分别减小了86.84%、82.31%和83.40%。
虽然横梁2（图15）支承RNC桥面板，它在每个塔的水平方向提供两个梁柱的刚度耦合作用。最大的弯矩由水平荷载产生，这是塔横梁最主要的设计因素。图17（a）是纵向x轴方向正弦曲线地震波作用下的横梁2的弯矩时程。与无减隔震相比，RNC能够减小高达85.67%的弯矩值。图17（a和c）是考虑桥梁横向和6个地震作用下的弯矩峰值。这些图证明了设置RNC的情况下，尤其是在纵向的人造地震波作用下的横梁2最大横向弯矩显著减小。
如图18所示，RNC也能够减小主塔塔底截面6-6的弯矩，与截面5-5的情况相似。由于RNC等减隔震装置，支承构件的截面可更加经济。
图15 斜拉桥关键断面设计
图16 RNC对斜拉桥基底剪力的作用
图17 RNC对主塔截面5-5弯矩最大值的影响
图18 RNC对主塔截面6-6弯矩最大值的影响
5. 结论
本文研究表明RNC减隔震装置对保护斜拉桥抵抗近断层地震具有显著作用，结论如下：
1）RNC能够有效减小主塔关键设计截面的内力值。在纵桥向，主塔绝大多数关键截面的弯矩和基底剪力的减小量能够达到86%。横向的内力减小也非常大，这主要取决于地震作用的特点。
2）RNC具有内置的线性重力定位装置，在滞回阻尼作用下可以消除地震作用后的残余变形。重新定位装置能够减小结构加速度峰值，且几乎没有负面作用。
3）RNC具有内置的减震装置，主要作用是防止出现超限位移，并使碰撞作用局部化，使其只发生在RNC装置内部。随着减震装置刚度增加或者设计位移减小，桥面板加速度峰值和碰撞荷载将变大。
4）减隔震装置设计位移的增加对桥面板加速度减小的影响很小。然而，设计位移增加对碰撞荷载的减小影响巨大，即使在最不利的近断层地震作用下，碰撞荷载值约减小80%。
5）总体来说，由于横向刚度与纵向、竖向的刚度比都不相同，横向y轴方向的桥梁地震响应大幅减小。相应模态横向的频率受减隔震装置的影响更大。因此，在横桥向，输入激励的主频无法与设置减隔震装置桥梁的固有频率相协调。
参考文献
[1] Mohammed Ismail，Joan R. Casas. Novel Isolation Device for Protection of Cable-Stayed Bridges against Near-Fault Earthquakes[J]. Journal of Bridge Engineering， 2013， 18（3） ： 1-12.
关键词 脑内置管 定位器 便捷
脑内置管引流术是神经外科常用的一种手术方式，常用于脑出血、脑室出血等疾病。此类病人一般为急诊病人，病情危重。临床一般情况下，根据术前CT片及患者的体表标志，进行粗略定位，徒手穿刺。这导致置管路径、方向及深度不能精确控制；尤其是头皮穿刺点与脑内置管位置不在同一CT扫描层面时（比如侧脑室穿刺），或置管需要一定角度时，往往置管位置欠佳。有时需根据临床经验，多次调整穿刺置管，这样会造成不必要的脑组织损伤，给患者预后造成不可挽回的损伤。为达到快速、精准、方便地穿刺置管的手术目标，研制便携式脑内置管定位器，并委托厂家加工制作。
1 便携式脑内置管定位器结构与原理
定位器根据球面各个点指向球心距离相等的原理设计、制作。弧弓为球面，滑块上的穿刺套管方向始终指向球心。通过CT找到置管需要到达的层面，将脑内拟置管位置调整到定位器球心，置管深度为球体半径，穿刺方向可前后、左右变化角度，从而可精确到达拟置管位置（见图1，2）。定位器由半圆弧弓、两侧带刻度可调定位杆及弧弓上的滑块（用于固定不同尺寸的穿刺套管）组成。定位杆连线过半圆直径，穿刺套管与定位杆在同一半圆平面并方向指向圆心，此平面与弧弓半圆平面平行（见图1，2）。
2 临床应用研究
2.1 资料
我科自2011年12月开始，临床使用便携式脑内置管定位器手术109例：脑室出血36例，小脑出血15例，大脑其他部位出血35例，脑脓肿置管外引流8例，脑积水分流脑室置管7例，颅内感染置管引流8例。
2.2 手术方法
根据CT层面（见图3），找出穿刺管拟到位置b点，在头皮上测量标记出 a、c 2点，CT层面a、c 2点可以调整，只要通过b点即可。在手术钻孔成功后，置管时将定位器定位杆置于a、c2点，调整定位杆长度，使b点位于定位器球心（即ea+ab=fc+bc），在穿刺时以ac点为轴可上下转动方向，弧弓上的滑块可以左右转动方向，使引流管顺利通过头皮钻孔处，置管深度为弧弓半径。穿刺成功即取下定位器，继续后续手术操作。
图3 穿刺手术示意图
2.3 结果
在我科使用定位器以前，存在徒手置管后约10%的置管位置欠佳情况。自2011年12月开始，使用便携式脑内置管定位器手术109例。临床应用109例，置管位置误差在3mm以内，均置管在理想位置，完全符合一般穿刺需求。置管均一次成功，无反复穿刺置管，减少不必要的医源性损伤，提高手术成功率。
3 讨论
临床上脑外科置管手术应用比较广泛，尤其在脑出血治疗方面，对置管要求越来越高，促使临床对手术有较高要求。目前置管定位方法有：（1）侧脑室置管：一般冠状缝前2cm中线旁开2.5cm处钻孔，置管时根据经验，一般方向为同侧内眦与双侧外耳道连线的交点，置管深度5～8cm，不同人群根据经验给予调整；（2）脑出血血肿腔穿刺术：一般在CT扫描同一层面穿刺时，根据CT扫描可以确定头皮穿刺点及置管深度，但有时由于钻孔移位可能导致穿刺不准；有时为避开颅内重要功能区，头皮穿刺点与颅内置管位置不在同一CT扫描平面时，或者置管需要一定角度时，穿刺置管往往是在测量加经验下进行，穿刺置管精准性没有保障，效果欠佳；（3）脑立体定位穿刺：此手术需术前先戴头架，然后在CT室定位扫描后再穿刺置管，虽然手术定位准确，但手术过程繁琐，时间较长，不适宜于病情危急、意识不清、烦躁的患者。但临床上大部分置管患者为脑出血患者，病情危重、意识不清、躁动，需快速手术，不宜立体定向穿刺。
对于急诊脑出血置管患者，采用便携式脑内置管定位器，需术前根据OM线找准层面a、c2点（进行测量计算，使CT片上的比例测量值与实际头颅上的测量值相吻合）。无论头皮钻孔点在何处，只在置管穿刺时将固定器放置到位进行定位置管即可，具有使用方便、置管准确的优点；置管穿刺后，即可去除定位器，不妨碍手术继续进行。对于急诊病人，临床需要一方便、快捷、准确的定位，此定位器正好解决这一难题，为脑出血等急诊患者置管手术提供保障，可以提高手术成功率。
参考文献
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关键词：地铁车站；出入口；布置
在地铁运营过程中，火灾是不容忽视的问题。由于客流量大、人员集中，一旦发生火灾，极易造成群死群伤的灾难性后果。同时，地铁火灾与地面建筑相比有它的特殊性，它与外界的联系只有车站的出入口，发生火灾后，人员只能由通向地面的车站出入口进行疏散。因此，对地铁车站出入口的优化布置显得尤为必要。
1 出入口布置原则
地铁车站出入口的布置通常是根据设计人员的经验，结合各个车站所在位置的地面建筑及街道的具体情况进行布置。一般都把出入口位置选择在吸引客流量大，与地面交通换乘方便的地方，或者直接利用附近商场，地下人行通道等设施，以节省工程造价。事实上，对出入口的布置不仅要考虑其交通疏散功能、经济引导功能，还要考虑在紧急状态下，对人员安全疏散和救援实施的影响。
依据出入口的布置方式，可以将地铁出入口分为3类：第一类为有明确边界条件，明确的客流走向或地面位置非常重要，必须在某位置布置的出入口（如在主干道靠近十字路口的两侧）；第二类位置可在一定的范围内摆动，完全由地面建筑物吸引程度来确定（如出入口可连接到就近商厦的地下层）；除以上两类出口外，其他的出口均可划为第三类。
对第三类出入口，我们应该谨慎分析各个可能位置的优劣，并精心设计，强化在紧急事故下，发挥其排烟散热，救援与疏散的特殊功能。在设置时应该遵循以下原则。
（1）符合相关规范要求及当地城市规划部门的规划要求。
（2）不宜设置在城市人流的主要集散处（如球场、剧院），以免发生堵塞。
（3）周边不宜有密集的楼群建筑，在出口处应尽可能的创造条件，留出一片空地，方便紧急情况下的救援与疏散。
（4）出口的朝向应为迎着该位置的常年风向。
（5）出入口不应设在易燃、易爆、有污染源并挥发有害物质的建筑物附件。
2 出入口位置与车站的关系
出入口设置的位置不同，对乘客在地下通道的步行时间有显著影响，如何使乘客在最短时间内从地下走到地面，这对于在火灾等情况下，乘客逃生有着决定意义。原则上，作为地下与地面的连接口，所选位置应使乘客从站台到出入口步距最短。以下通过一些简化模型，比较分析出入口与车站间相对合理的位置。这里假定出入口为2个，设在道路两侧。地铁站建筑纵向长度为 L，宽度为 m，道路宽度为a (>m)。
2.1 车站位于道路正下方
当地铁站位于1条道路正下方，且地铁走向与此道路平行，可能的出入口布置方式如图 1 所示。
假设乘客在候车区是沿站台平均分布，乘客下车后走至车站边缘通道口平均步距为 L/2，走至车站中间通道口平均步距为L/4。定义r1 为从1号出口出去的乘客比例，r2为从 2号出口出去的乘客比例，则
r1+r2=1 (1)
方式1情况下，乘客走出地面的平均步距计算如下：与 r1 所对的乘客到达出入口平均步距：L /2+a/2；与 r2 所对的乘客到达出入口平均步距：L/2+a/2；故方式1中，乘客走出地面的平均步距：
由于在实际情况中，乘客选择某个出入口比例趋向于不同的定值。假设有3种典型状况：①乘客趋向 1、2 出入口平均分布，即r1=r2=1/2 ；②趋向 2号出入口的乘客是 1 号出口的 2 倍。即 r1=1/3 ，r2=2/3；③所有乘客都从 2 号出口出去，即 r1=0，r2=1。
关键词：地铁车站；出入口；布置
在地铁运营过程中，火灾是不容忽视的问题。由于客流量大、人员集中，一旦发生火灾，极易造成群死群伤的灾难性后果。同时，地铁火灾与地面建筑相比有它的特殊性，它与外界的联系只有车站的出入口，发生火灾后，人员只能由通向地面的车站出入口进行疏散。因此，对地铁车站出入口的优化布置显得尤为必要。
1 出入口布置原则
地铁车站出入口的布置通常是根据设计人员的经验，结合各个车站所在位置的地面建筑及街道的具体情况进行布置。一般都把出入口位置选择在吸引客流量大，与地面交通换乘方便的地方，或者直接利用附近商场，地下人行通道等设施，以节省工程造价。事实上，对出入口的布置不仅要考虑其交通疏散功能、经济引导功能，还要考虑在紧急状态下，对人员安全疏散和救援实施的影响。
依据出入口的布置方式，可以将地铁出入口分为3类：第一类为有明确边界条件，明确的客流走向或地面位置非常重要，必须在某位置布置的出入口（如在主干道靠近十字路口的两侧）；第二类位置可在一定的范围内摆动，完全由地面建筑物吸引程度来确定（如出入口可连接到就近商厦的地下层）；除以上两类出口外，其他的出口均可划为第三类。
对第三类出入口，我们应该谨慎分析各个可能位置的优劣，并精心设计，强化在紧急事故下，发挥其排烟散热，救援与疏散的特殊功能。在设置时应该遵循以下原则。
（1）符合相关规范要求及当地城市规划部门的规划要求。
（2）不宜设置在城市人流的主要集散处（如球场、剧院），以免发生堵塞。
（3）周边不宜有密集的楼群建筑，在出口处应尽可能的创造条件，留出一片空地，方便紧急情况下的救援与疏散。
（4）出口的朝向应为迎着该位置的常年风向。
（5）出入口不应设在易燃、易爆、有污染源并挥发有害物质的建筑物附件。
2 出入口位置与车站的关系
出入口设置的位置不同，对乘客在地下通道的步行时间有显著影响，如何使乘客在最短时间内从地下走到地面，这对于在火灾等情况下，乘客逃生有着决定意义。原则上，作为地下与地面的连接口，所选位置应使乘客从站台到出入口步距最短。以下通过一些简化模型，比较分析出入口与车站间相对合理的位置。这里假定出入口为2个，设在道路两侧。地铁站建筑纵向长度为 l，宽度为 m，道路宽度为a (>m)。
2.1 车站位于道路正下方
当地铁站位于1条道路正下方，且地铁走向与此道路平行，可能的出入口布置方式如图 1 所示。
假设乘客在候车区是沿站台平均分布，乘客下车后走至车站边缘通道口平均步距为 l/2，走至车站中间通道口平均步距为l/4。定义r1 为从1号出口出去的乘客比例，r2为从 2号出口出去的乘客比例，则
r1+r2=1 (1)
方式1情况下，乘客走出地面的平均步距计算如下：与 r1 所对的乘客到达出入口平均步距：l /2+a/2；与 r2 所对的乘客到达出入口平均步距：l/2+a/2；故方式1中，乘客走出地面的平均步距：
由于在实际情况中，乘客选择某个出入口比例趋向于不同的定值。假设有3种典型状况：①乘客趋向 1、2 出入口平均分布，即r1=r2=1/2 ；②趋向 2号出入口的乘客是 1 号出口的 2 倍。即 r1=1/3 ，r2=2/3；③所有乘客都从 2 号出口出去，即 r1=0，r2=1。
4种出入口布置方式在上述3种状况下，乘客平均步距计算结果如表1。
2.2 车站位于道路一侧
当地铁站位于道路一侧下方（与道 路 边 缘 相距 d）,且地铁走向与此道路平行，可能的出入口布置方式如图2。4种出入口布置方式情况下，乘客平均步距计算结果如表2。
由表 1、表 2 可以看出：
（1）当两出入口均处在车站横向正中时，所有乘客平均步距最短。
（2）当出入口均处在车站一侧，无论乘客分流比例如何，所得到的平均步距最长。
（3）当出入错布置时，应将吸引乘客多的出入口放在车站中央比较合理。
（4）交错布置的出入口因客流趋向不同所带来的平均步距变化，其波动程度大于平行布置的出入口。
（5）地铁车站中央位置的出入口由于步距最短，其在紧急状态下将担负较大部分的乘客疏散。因而对这样的出入口，应予以重点考虑，强化它的救援逃生功能。下面以具体案例来说明。
3 上海火车站站现有出入口分析
上海地铁 1 号线的上海火车站站平面示意图如图3所示。该车站有6个出入口，呈对称布置。其中1、2号出入口在车站同一侧，均位于火车站南广场。3、4号出入口结合了附近的商厦。5号出入口靠近天目西路与民立路交叉口。6号出入口为1号线和 3号线换乘通道出口。
根据前面分析，处于地铁车站中央位置的2、3号出入口通道担负着大部分乘客的有效疏散。结合上海火车站站周边实际环境，可以看出2号出入口在紧急状态下将起到乘客疏散关键性作用，原因分析如下。
（1）位于车站横向中央，有助于缩短乘客逃生距离。
（2）出口处有开阔的广场，便于逃出的乘客迅速转移疏散以及救援行动的开展。
（3）离路口有一段距离，事故发生时涌出的人群不会对交通产生严重影响。
（4）周边没有商场或其他建筑，可以把地铁车站灾害对地面带来的影响降至最低。
假设该车站进出总客流为 q，进、出站客流比为 1:1，客流流向呈均匀分布，则每个出入口客流量为 q/6，且进出站客流量各为q/12。当 1 号出入口封闭时，其他出入口分向客流需要重新分配。
根据实际情况，原本从1号口出站的客流可能平均分配到其他 5 个出入口，而从1号口进站的客流应全部由2号口承担。经重新分配后，各个出入口前后客流量变化如下表3。当2号出入口封闭时，相应的给其他出入口带来的客流变化如下表4。
对比表3和表4可以看出，当位于车站一端1号口不能通行时，2号口客流量会迅速增加，在火灾等事故下，2号口面临的疏散压力要大于其余各出入口；当2号口封闭时，相临两端出入口客流量也会明显增加。故2号口安全通行性能的高低在疏散客流方面起着控制性作用。
因此，根据2号出入口所在位置及周边情况，提出以下建议。
(1) 可以考虑在原通道基础上增加一个反向“t”形出口，条件允许情况下可增建一条或数条直达地面的逃生通道。
(2) 由于险情发生时，乘客不可能按平时的流动特征进行疏散，即前后有序的通过出入口，而是并排最大限度地利用出入口宽度逃生。因而，对此位置出入口还应在原设计宽度基础上适当加宽。
(3) 提高其防火防烟等级，如墙表应使用阻燃装饰材料，配备适当的灭火器材等。
4 结束语