上海虹橋站幕墻玻璃自爆問題分析及預防措施

賈哲明　中國鐵路上海局集團有限公司上海房產建筑段

上海虹橋站是京滬高速鐵路最南端的客運車站，也是上海虹橋綜合交通樞紐的重要組成部分，是目前國內建成的功能完善、設施先進、節能環保和現代化程度高的大型鐵路綜合樞紐，與航空、城市軌道交通、地面交通等多種交通方式一起，構成功能齊全的立體綜合交通樞紐。

作為一座現代化的新型客站，同時也是上海虹橋交通樞紐的一個標志性建筑，上海虹橋站的建成使用充分體現了其宏偉華麗的建筑風格，其中玻璃幕墻的應用從不同的角度呈現出不同的色調，隨陽光、月色、燈光的變化給人以動態美。

隨著運營時間的增加，在過去的幾年里，上海虹橋站一直受到玻璃幕墻的玻璃墜落、玻璃自爆、漏水漏風等問題困擾。鋼化玻璃自爆被稱為玻璃的癌癥，所引發的安全事故時有發生，在特定的時間和地點容易造成人們的恐慌。虹橋站作為集鐵路、地鐵、城市公交、出租等市政交通為一體的大型綜合交通樞紐，客運規模超過40萬人次/日，對如此重要、人員又如此密集的公共建筑如何預防預測這種玻璃的癌癥，如何預防因幕墻玻璃破裂而造成人員傷亡及財產損失，成為虹橋站日常維護管理的一項重要的任務。

1 虹橋站玻璃幕墻

1.1 站房總體

站房總建筑面積217000m2，分高架、地面、地下三個層面，包括高架候車廳、東西進站廳、地下進出站廳、地下人行通廊等。地上用房116500m2，主體地面以上長度410.2m，寬度162m，其中高架層（9.95m）為鐵路旅客進站層，中間為候車室，候車室南北兩側是人行通廊，東西兩側是進站大廳，高架層還設有設備夾層、商業開發層；地面層（±0.00m）為站臺層，設基本站臺2座，中間站臺14座，有東、西進站廳兩個部分，地面層除VIP客流外基本無進站客流。

1.2 虹橋站外立面幕墻

高架、地面層主立面基本為幕墻裝飾面，包括玻璃幕墻、石材幕墻和金屬幕墻。

（1）南北面為開放式石材幕墻、排煙窗、外凸條形石材裝飾條、玻璃條窗、橫明豎隱玻璃幕墻、鋼結構點式玻璃雨棚、鋁板幕墻；

（2）東西立面為開放式石材幕墻、橫明豎隱玻璃幕墻、明框玻璃幕墻、隱框玻璃幕墻、鋸齒形單索點式玻璃幕墻、單索點式玻璃幕墻等。

1.3 虹橋站玻璃幕墻

（1）虹橋站玻璃幕墻主要形式：鋸齒形斜單索幕墻，垂直索幕墻，全隱框玻璃幕墻，半隱框玻璃幕墻。

（2）玻璃幕墻的玻璃形式

鋸齒形斜單索幕墻：Low-E鋼化中空彩釉玻璃12Low-E+12A+12超白和6Low-E+12A+6磨砂+0.76+6mm夾膠中空鋼化玻璃

垂直索幕墻：Low-E鋼化中空透明玻璃15Low-E+12A+15超白

全隱框玻璃幕墻：Low-E鋼化中空透明玻璃8Low-E+12A+8

半隱框玻璃幕墻：Low-E鋼化中空透明玻璃8Low-E+12A+8

1.4 鋼化玻璃自爆

上海虹橋站于2010年7月基本建成并投入運營，運營期間，曾發生多起幕墻鋼化玻璃自爆問題，虹橋站東、西立面近四年的幕墻玻璃自爆統計如下：

（1）2014年：西立面6片幕墻玻璃自爆，面積26.77m2；東立面8片幕墻玻璃自爆，面積38.73m2；

（2）2015年：西立面1片幕墻玻璃自爆，面積4m2；東立面8片幕墻玻璃自爆，面積 33.45m2；

（3）2016年：西立面5片幕墻玻璃自爆，面積13.2m2；

（4）2017年：西立面1片幕墻玻璃自爆，面積6.95m2；東立面2片幕墻玻璃自爆，面積9.6m2。

2 鋼化玻璃自爆原因分析

（1）虹橋站玻璃幕墻防炸裂設計

對于玻璃自身來說，造成熱炸裂的因素考慮三個方面：物理性能、力學性能、缺陷大小與分布；外部條件對熱炸裂的影響也有三類原因：太陽輻射、外加荷載、設計因素。虹橋玻璃幕墻防炸裂設計已著重考慮以下因素：

①玻璃的吸熱率：由于玻璃熱炸裂的機理是玻璃吸收陽光中的紅外輻射，自身溫度升高，與邊部的冷端之間形成溫度梯度，造成非均勻膨脹或受到約束，形成熱應力，進而使薄弱部位發生裂紋擴展，導致玻璃熱炸裂。虹橋站采用的玻璃進行了防熱炸裂設計，即采用鋼化玻璃設計，玻璃的吸熱率較低，且強度高，耐溫變能力強。

②玻璃的板面尺寸：玻璃的板面尺寸越大，受熱膨脹后的變形也越大，形成的約束反力也越大，相應地造成更大的熱應力，增加了熱炸裂的幾率，同時，板面尺寸越大越容易受到其他荷載的更大疊加效應。虹橋站采用鋼化玻璃設計，玻璃強度高，熱穩定性強，板面尺寸較大的玻璃進行了玻璃擠壓應力與溫差變形應力計算，考慮風荷載、熱應力、邊框變形、自重、裝配應力的綜合影響；設計上與玻璃接觸的材料采用柔性材料，定位安裝、定距壓緊的浮動式連接方式，考慮幕墻變位、結構變形等因素的影響。

③玻璃邊緣的加工質量：玻璃邊緣拉應力最大，加工缺陷也最嚴重，改善玻璃邊緣的加工質量是提高玻璃防炸裂能力的關鍵因素，虹橋站采用的玻璃邊緣進行細磨倒角，安裝時剔除有嚴重缺陷的玻璃。

（2）通過查閱相關資料，理論上鋼化玻璃自爆相關的影響因素，包括鋼化應力的大小、雜質顆粒尺寸的大小、顆粒所處的位置、溫度變化的大小等。

①鋼化應力的影響：隨著鋼化應力的增大，處于雜質位置的鋼化應力加上雜質顆粒引起的局部應力的總和大于玻璃本身的強度易發生自爆，對于給定的雜質尺寸和位置，鋼化應力越大越容易發生自爆。

②顆粒尺寸的影響：顆粒尺寸的增大將大大增加局部應力集中，鋼化玻璃自爆概率隨顆粒尺寸減小而大幅度減小。

③顆粒位置的影響：雜質顆粒距離玻璃橫截面的中性層越近越容易發生自爆，在零應力點至玻璃表面的壓應力區間，雜質的存在幾乎不引起鋼化玻璃的自爆。

④溫度的影響：引起顆粒表面受壓的原因很多情況下是由于溫度變化引起，熱應力引起的顆粒膨脹或玻璃收縮都可產生顆粒表面受壓，當雜質顆粒的膨脹系數大于玻璃的膨脹系數，升溫過程產生界面壓力；當雜質顆粒的膨脹系數小于玻璃的膨脹系數，降溫過程產生界面壓力。

⑤玻璃體積的影響：體積越大的玻璃含有缺陷的概率越大，玻璃的體積越大，自爆概率相對也越大。

（3）在虹橋站玻璃幕墻防炸裂設計和鋼化玻璃自爆理論影響因素的基礎上，對虹橋站運營中鋼化玻璃自爆的原因進行分析，起因可分為兩種：

一是由鋼化玻璃可見缺陷引起的自爆。隨著虹橋站運營時間的增加，幕墻鋼化玻璃可能出現可見缺陷，如表面劃痕或邊緣缺陷的發展等。當玻璃邊部有破痕或微小裂紋時，這些瑕疵很容易受到熱應力的影響，隨著溫差的增大，熱應力導致裂痕逐步加大最后導致玻璃破碎。

二是存在于玻璃內部的雜質顆粒，在鋼化玻璃生產過程中是不可避免的，其本身對玻璃并無任何損害。當玻璃被安裝在幕墻時，由于外界溫度升高，若雜質顆粒的膨脹系數與玻璃不相同，可能導致玻璃的自爆。

3 幕墻玻璃自爆預防

由于玻璃本身是一種脆性材料，抗拉強度遠低于抗壓強度，在斷裂過程中幾乎沒有任何塑性變形，破壞往往是突發性的和災難性的。虹橋站幕墻玻璃雖然通過鋼化、夾膠來避免鋼化玻璃自爆后的散落，但任何一起幕墻玻璃的自爆都可能造成人員傷亡、財產損失、中斷運營等惡劣的后果，預防鋼化玻璃自爆成為虹橋站安全運營中的重中之重。在鋼化玻璃自爆原因分析、虹橋站運營過程中幕墻玻璃自爆統計資料的基礎上，可以采取以下措施預防和減少鋼化玻璃自爆：

（1）加強日常養護維修，主要是采用人工檢查、觀察的手段，在車站運營過程中定期、全面檢查玻璃幕墻，及時發現玻璃表面劃痕、邊緣缺陷等可見缺陷的發展，及時修理、更換玻璃，避免因可見缺陷引發的玻璃自爆的發生；

（2）雜質顆粒因為無法簡易檢驗而繼續存在，容易成為虹橋站運營中幕墻鋼化玻璃自爆的主要因素。根據虹橋站運營過程中幕墻玻璃自爆的統計結果，可以選擇對幕墻玻璃自爆集中的部位，例如虹橋站東、西立面玻璃幕墻進行鋼化玻璃自爆風險檢測和預測，尋找到玻璃自爆風險源。

鋼化玻璃自爆風險檢測和預測應由專業的檢測人員，采用專業的檢測設備進行，出具風險檢測報告，提出幕墻玻璃養護維修的建議和意見。

（3）加大日常檢查頻次，及時發現玻璃幕墻自爆情況。在房屋、構筑物非承重構件檢查周期規定的基礎上，在大型樞紐客站，安排檢查人員每周對各部位的幕墻玻璃進行巡視檢查，及早發現、及早更換維護。

4 結束語

玻璃幕墻自重較輕，工業化程度較高，可在現場快速安裝，另一方面，玻璃幕墻相比傳統的抹灰墻面、瓷磚墻面，建筑效果更好，美觀、通透，給人以極強的現代感。

但對于類似上海虹橋站這樣一個緊密銜接鐵路、城市軌道交通、城市公路交通等各種交通方式的現代化客運中心，人員流動頻繁、人流密集，玻璃幕墻的廣泛使用增加了其日常維護的難度，玻璃幕墻的安全問題成為鐵路工作者亟待解決的難題。

加強客站運營中及極端天氣下對玻璃幕墻的巡視檢查，根據需要對幕墻玻璃進行風險檢測，是減少玻璃自爆的有效手段，同時也為廣大旅客安全出行提供了有力保障，實現了“人民鐵路為人民”的宗旨。

[1]上海虹橋站設計文件.

[2]上海虹橋站竣工資料.

[3]玻璃幕墻工程技術規范JGJ1-2-2003.

[4]鐵路運輸房建設備大修維修規則（試行）.

[5]玻璃幕墻安全性能檢測評估技術規程DG/T108-803-2005.

[6]包亦望,劉小根.玻璃幕墻安全評估與風險檢測.