引言
近年来，随着我国高铁建设开放的不断深入，中国高铁总里程达到10463公里，居世界第一位。高速铁路安全、便捷、高效、绿色发展，造福人类已是我国目前战略性产业之一。各地方铁路培训机构、铁路专业院校相继投入了大量资金建设了铁道运输沙盘，铁道运输沙盘模拟教学系统是一种全新的教学手段，学生学习的过程类似参加企业实战，让学生直接面对各种问题，可以有效激发学生的学习兴趣，激发学习潜能，培养实作性技能型人才。铁道运输教学沙盘即为在盘上模拟调度系统运行的整个过程，它运用独特直观的铁道运输教具，提供了铁道运输调度系统的各个环节模拟，随着铁道运输教学沙盘结构朝着大型化、多样化、复杂化的趋势发展，沙盘结构建造也从最初由施工制作单位自己设计、自己施工阶段逐步发展到专业化设计、专业化制作施工阶段。在满足要求的同时，沙盘结构的稳定性尤为重要。
1.沙盘结构特点
目前国内尚无相关的沙盘结构设计规范，由于铁道运输演练沙盘模拟教学时往往有大量学生。因此，沙盘自身结构稳定性极为重要。沙盘结构与其他固定的建筑结构相比，主要有如下一些不同特点：
（1）沙盘属于轻型建筑结构，但一般使用年限在十年以上，考虑日后的维护，尽可能选择能够抗白蚁虫柱且耐腐蚀金属结构；
（2）大部分建设场地在室内是不允许现场焊接，沙盘应多采用钢、铝合金结构，所有的构件均在工厂加工，然后在现场通过螺栓连接进行安装，这种方便、安全做法符合场地对于沙盘快速搭建要求；
（3）沙盘结构在现场不能做基础，以免会损坏室内结构，使得柱脚设计有所不同；
（4）通过沙盘结构深化设计，借助于沙盘结构本身，根据现场要求来设置LED灯带和音响设备等。
通过此次110m沪宁高铁动车运输演练沙盘钢结构设计，其使用效果良好，得到学校的高度评价，本文对钢结构沙盘设计中的一些特点进行探讨。同时为后续铁道运输演练沙盘结构设计工作提供一些借鉴。
2.工程实例
2.1工程概况
该铁道运输演练沙盘平面呈“L”型，长110m宽2.44m高0.84m，总建筑面积约268.4m2。是按沪宁高铁一定比例制作沙盘模拟教学场境，共分为8个站（南京南、镇江南、丹阳北、常州北、无锡东、苏州北、昆山南、上海虹桥）
图1沙盘平面布置图
沙盘盘体采用金属管材框架结构（钢架组件）组合拼接。台面采用实心细木工板制作，沙盘裙边采用1.5毫米优质冷轧钢板表面喷塑处理，裙边上沿口护板采用1.2毫米不锈钢拉丝板45°造型收边。正线线路真实模拟8个车站的线路、道岔及信号机的布置，并设置模拟站房、车站值班员控制台以及车站信号操作终端。
图2正在调试中的沙盘
图3正在施工中的沙盘
2.2结构设计
在沙盘结构设计中主要考虑以下几个方面的内容。
2.2.1结构形式
大型建筑平台结构由于无调节脚，因此无法做到水平度调节（运输演练沙盘使用要求表面平整度≦3毫米），为保证结构的整体稳定性，需要在结构上设置抗侧力构件来抵抗和传递侧向力，通常采用的是刚性斜杆。而沙盘结构设计不同，侧向力不是太大，通常采用的做法是上下水平拉杆。这样既可以保证结构的稳定，又方便制作。
图4结构图
2.2.2荷载
荷载包括沙盘结构自重以及沙盘上部设备重量。运输演练沙盘教学期间，因人员密集，流动性大，因而在设计沙盘时因根据房屋建筑楼面荷载考虑。通常建筑荷载取为500kg/m2。
2.2.3结构分析
对于运输演练沙盘框架结构来说，梁柱节点连接处理成链接，安装也方便。沙盘属于轻型建筑，沙盘的柱脚是不能做基础的。进行结构分析时，所有的柱脚均简化成链接，链接柱脚在实际施工中也是比较容易做到的。由于整个结构都是链接节点，必须在立面两个方向设有钢管以保持结构的整体稳定性。
2.2.4材料的通用性
目前国内一些沙盘企业仍是在现场制作传统做法，导致生产工艺技术难以改进，阻碍了企业向现代化、专业化、规模化迈进的步伐，易造成环境污染。如果能够实现零部件的标准化与通用性，企业就可以建立一个标准的零、部件库。而标准零、部件库的建立可以显著地提高生产效率、提升材料利用率、降低生产和运输成本。
采用零部件组合沙盘，是以几种规格的部件，按一定方式用连接件装配组合起来，并且所有部件规格均已形成“三化”（标准化、系列化、通用化），便于工厂组织大批量生产。此次设计采用通用主材骨架部分为40*40*1.5异型冷镀锌钢管，沙盘裙边为标准定制605*610（630）*1.5优质冷轧钢板表面喷塑处理，台面采用标准2440*1220*18的实心细木工板。由于模块化程度高，准备工作做得较为充分。这些标准尺寸零部件模块可以通过各种链接构件连接组合成形状各异的沙盘，从根本上实现沙盘的创新性、灵活性和可变性。这一类型的沙盘因为其组合单元是一个个标准零部件模块，类似于小孩子玩的积木。因此，也称为“积木组合式沙盘”，是现代组合沙盘的主要形式。
图5模块化组合
2.2.5局部设计
在沙盘在制作过程中，我们需要大量敷设线缆及安装设备，如何安装这些线缆及设备一直是困恼施工人员的问题。由于设计中采用了组合元素，沙盘裙边可以在调试完成后组装，只要不超过沙盘裙边高度的电器设备，无论是线缆安装还是设备调试，都能方便施工人员进出。同时也减轻施工人员工作强度。
图6上沿口护板
近几年来，灯光装饰常常运用在各类沙盘建设上。室内配置不同亮度或不同颜色的灯光，从某种程度上讲破坏了沙盘的整体效果。此次设计中我们将常用于装饰建筑物的灯带通过裙边上沿口护板隐藏其中，巧妙的解决灯光直射的问题，以及造成的光污染。通过灯光的区分使人一目了然。使运输演练沙盘增添艺术的色彩，使人感到现代化的气息。
3.结语
从以上铁道运输演练沙盘设计中可看出，运输演练沙盘结构形式、结构分析和结构柱脚设计，均与一般建筑沙盘结构有所不同。目前我国还缺少有关沙盘结构设计的规程，对这些方面没有做出明确的规定。
图7正在运行中的沙盘
面对越来越复杂的铁道运输演练沙盘结构，有必要对其结构形式、构造、通用性做进一步的研究。以达到抛砖引玉、提高结构设计水平的目的。
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准.建筑结构荷载规范（GB50009-2001），北京：中国建筑工业出版，2006.
[2]国家铁路局.中国高速铁路运营里程10463公里详细统计表.
[3]李锦.CTC铁道运输教学沙盘系统设计研究[J].福建广播电视大学学报，2013（4）.
来源：电子世界 2014年20期
作者：杨昆
