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摘要：随着城市化进程的加快，地铁作为城市交通的重要组成部分，其安全性与可靠性备受关注。特别是在暴雨、洪水等极端天气条件下，地铁入口的防水措施显得尤为重要。本文基于SCFB原理研究设计了一种地铁入口应急自动升降挡水结构，旨在提高地铁入口的防水能力和应急响应速度。本文介绍了SCFB及其在地铁防水领域的应用背景，阐述了所设计的应急自动升降挡水结构的结构组成及其功能特点，并通过实验验证了其防汛效果。最后，本文探讨了该结构的实际应用价值及前景。

关键词：SCFB；地铁入口；应急自动升降挡水结构；防讯设计；实验研究

一、引言

近年来，极端天气频发，暴雨成灾，洪水肆虐，国内众多大中型城市先后遭遇不同程度的水灾害，内涝已成为城市发展的软肋，因此研究城市防洪结构具有重要意义[1][2][3][4][5]。王绪彬[6]等针对河道防洪现状及目前存在的问题进行防洪堤设计，对不同型式的河堤、护岸进行了方案比选；并且针对新型防洪设备，也有一些探索和研究，如秦玉梅[7]采用ANSYS软件对其设计的一种防洪结构力学性能进行了校验分析，

目前来看，传统的地铁入口防水措施，如沙袋、挡水板等，不仅操作繁琐、效率低下，而且难以应对快速变化的洪水情况。因此，开发一种高效、智能的地铁入口防水结构具有重要意义。SCFB（Self-Closing Flood Barrier）作为一种自闭式防汛结构，目前来说是世界上最有效果的防洪结构之一，不仅适用于河岸防洪，还可应用于地下停车场入口等防洪地点。本文将研究SCFB技术并应用于地铁入口防汛设计，提出了一种基于SCFB的应急自动升降挡水结构，以期提高地铁入口的防水能力和应急响应速度。

二、应用场景

SCFB可广泛应用于城市排水系统、地铁出入口、地下车库、重要基础设施等场所的防洪工作。例如，在雨季或台风季节，城市的排水系统容易因暴雨而超负荷运行，导致洪水泛滥。此时，SCFB可以在关键位置设置防洪屏障，有效阻挡洪水进入城市内部，保护市民的生命财产安全。同时，SCFB还可以用于地铁出入口的防洪工作，防止洪水通过地铁隧道涌入地铁站内，保障地铁运营的安全和稳定。

三、应急自动升降挡水结构设计

（一）设计原理

SCFB的设计基于浮力原理和机械自动化技术。它通常由一系列可浮动的挡板组成，这些挡板通过精心设计的连接件和控制系统相互连接。当洪水水位达到预设的警戒线时，SCFB的挡板会受到水浮力的作用而自动升起，形成一道连续的屏障，有效地阻挡洪水的进一步侵入。当洪水退去，水位下降时，挡板又会随着水位的降低而自动降下，恢复到初始状态，为下一次洪水应对做好准备。

（二）结构组成

应急自动升降挡水结构主要由挡水板、辅助驱动系统、机控系统和监测系统组成。挡水板须采用高强度防水材料制成，且具有良好的抗形变性能和耐久性，依据王小东等[8]对防洪箱箱体材质的研究采用ABS材质作为挡水板的外部包装，由于挡水板需要空心，为加强结构强度，内部还需加装轻便的铝合金骨架；辅助驱动系统采用电机驱动方式，可根据需要调节挡水板的升降速度和角度；控制系统主要连接辅助驱动系统，实现对挡水板的智能控制。监测系统包括水位传感器、流速传感器等，实时监测洪水水位、流速等参数，并将数据传输至控制系统以及地铁防汛相关管理中心。布置方式见图1、图2。

（三）功能特点

自动化程度高：自动升降挡水结构结合智能控制系统实现自动化操作，无需人工干预，大大提高了防洪工作的效率和安全性。

响应速度快：一旦洪水水位达到警戒线，SCFB能够迅速响应，快速形成防洪屏障，有效减少洪水对基础设施的损害。

灵活性强：自动升降挡水结构可以根据实际需要进行调整，以适应不同宽度和深度的地铁入口，具有较强的适应性和灵活性。

耐用性好：自动升降挡水结构的挡板通常采用高强度的材料制成，具有较强的抗冲击、耐腐蚀等性能，能够在恶劣的环境下长时间使用。

四、实验验证

为了验证基于SCFB研究设计的应急自动升降挡水结构的防水效果，本文进行了实验研究。实验模拟比较了不同洪水水位（高于地铁入口地面）和流速条件下传统防汛板和本设计挡水结构的防水性能参照周天忠等人[9]研究洪水的动压力对防洪挡板的变形影响，对实验结果进行分析，实验分析结果见表1。

且在更高水位下，本设计的挡水结构的挡水板依旧可随水位增高而升高，直至将入口全封闭，并且结构保持完好。

实验结果表明，该挡水结构能够在短时间内快速响应洪水情况，并有效阻挡洪水进入地铁入口。相较于传统地铁防汛板需要人工安装，本设计的结构能做到在建造好之后，由智能检测及控制系统，实现自动应急工作，省去不少时间，迅速保障地铁站内人员及地铁车组安全。同时，该挡水结构还具有良好的稳定性和耐久性，在长时间使用中未出现损坏或失效情况。

五、实际应用价值及前景

基于SCFB的应急自动升降挡水结构具有智能控制、快速响应、高效防水等优点，在城市地铁防水领域具有广泛的应用前景。该结构不仅可用于地铁入口的防水设计，还可应用于其他需要防水保护的场所，如隧道、桥梁等。此外，随着智能控制技术的不断发展，该结构的性能将得到进一步提升和完善，为城市防洪安全提供更加可靠的保障。

六、结论

本文基于SCFB研究设计了一种地铁入口应急自动升降挡水结构，并通过实验验证了其防水效果。该结构采用智能控制技术实现对挡水板的应急控制，具有快速响应和高效防水的优点。在城市地铁防水领域具有广泛的应用前景和重要的社会价值。未来工作将进一步研究该结构的优化设计和性能提升，以更好地满足城市防洪安全的需求。

参考文献：

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娄卫国，纪军锋.水利工程桥梁建设对于区域城市防洪的影响[J].工程与建设，2022，36（4）：921-922，928.

查斌，刘成帅，杨帆，等.基于MIKE FLOOD模型的城市洪涝灾害场景推演研究[J/OL].人民黄河：1-7[2022-10-23].

王绪彬，刘鹏程，朱健.某防洪堤工程结构设计和堤防稳定分析[J].陕西水利，2022（1）：183-185.

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王小东，徐进超，赵君，等. 注水式城市应急防洪箱结构优化研究[J].水电能源科学， 2023，41（12）：134-136+146.

周天忠，钟有信，汤艺，等. 洪水作用下地铁防洪挡板应力变形特征CFD分析[J].建筑技术，2023，54（13）：1643-1646.

通讯作者：张雯雯

基金项目：2023年国家级大学生创新创业训练计划（项目编号：202314038018）