從大客流運營角度談地鐵車站的建筑布置優化設計

葛世平

(上海申通地鐵集團有限公司,201103,上?！慰偣こ處?、教授級高級工程師)

地鐵車站投資規模大、建設周期長,地下土建結構一旦建成很難再作改造,因此地鐵車站的建設需要強化大客流交通建筑的理念,擺脫傳統民用建筑固有觀念的束縛。目前,國內有些從事地鐵車站建筑設計的人員對地鐵車站的交通特征不夠熟悉,尤其是對地鐵車站的實際運營情況不夠了解,在車站設計時往往對大客流的行為特征考慮不夠,以致車站使用功能不夠理想;車站設計方案中由于對客流預測教條地應用,因而無法應對遠期不可預測的客流變化及各種突發狀況。為使地鐵車站的建筑布置最大限度地滿足乘客的使用功能,并充分考慮到運營管理中人性化的服務理念,本文對地鐵車站建筑布置設計進行一些探索。

1 地鐵車站設備和管理用房的分類及平面布置原則

1.1 地鐵車站設備和管理用房分類

(1)地鐵車站設備用房主要有：通風與空調系統設備用房、強弱電系統設備用房、給排水與消防系統設備用房。其中面積最大的是通風與空調系統設備用房,含區間通風機房、環控機房、冷水機房、環控電控室、小通風機房等。強弱電系統設備用房主要有降壓變電所、牽引變電所、配電室、通信用房(含通信機械室及電源室)、信號用房、公網引入室。給排水及消防系統設備用房有消防泵房、污水泵房及廢水池等。

(2)地鐵車站管理用房一般設有車站控制室、服務中心、站長室、交接班室(兼會議室、餐廳)、警務室、更衣室、男女廁所、茶水間、清掃間、垃圾堆放點等。

1.2 車站設備管理用房設置原則

(1)地鐵車站設備用房的平面布置主要是根據各系統的工藝要求而定,房間布置必須滿足車站設備的使用功能。環控電控室應靠近環控機房而設;小通風機房靠近新風道及排風道,可與環控機房合并布置。通信、信號用房靠近車站控制室而設;降壓變電所宜設在站臺冷水機組一端;牽引變電所盡量設在站臺層;照明配電室在站臺、站廳各設2間,靠近公共區。污水泵房設在廁所的下方;廢水池設在站臺層的最低端,墻面應保留控制柜、管道安裝條件。

(2)地鐵車站管理用房的平面布置主要根據車站運營需要,同時考慮乘客的人性化服務理念而定。車站控制室設在站廳層客流多的一端,服務中心盡可能設在出入口閘機附近。站長室設在車站控制室旁,警務室靠近站廳公共區集中設置。男、女公廁設在公共區非付費區內。交接班室、茶水間、更衣室都設在站廳管理區內部。清掃間站廳、站臺層各設一間,可利用樓扶梯下部空間;垃圾堆放點結合出入口公廁布置。

(3)地鐵車站設備管理用房在滿足工藝和運營需要的前提下歸類布置,有人值班的設備管理用房盡量設于車站的同一端。設備管理用房分別設于車站的兩端,并呈大、小頭形狀布置。根據車站實際運營情況,車站環控的大、小系統運行特征和列車的運營時間有關：一般夜間車站停運時,車站環控大系統停止運行,只有少數管理用房仍需使用空調系統,因此,應將停運后仍需要使用環控小系統的設備管理用房集中布置,以達到合理節能的效果。

2 方便乘客通行的站內設施布置要點

地鐵車站作為交通建筑,乘客流線是否順暢是評價其功能好壞的重要指標之一。傳統的車站建筑布置要求樓扶梯對稱布置,結構柱等間距、等跨度布置,這樣往往會制約建筑平面的布置,造成流線不暢。例如：車站出入口通道、樓扶梯與立柱位置,以及其他設施的布置不合理,不利于站內大客流的集散。車站的垂直提升能力與樓扶梯的數量、寬度,以及設置的位置、方向有關。合理布置地鐵車站的樓扶梯設施,可以提高車站的垂直提升能力,加快乘客的安全疏散。

2.1 車站出入口及站內通道設置

車站出入口、通道與站廳連接必須順直、通暢,同時要特別注意,車站立柱設置必須避讓出入口通道的客流主要方向。

交通建筑的特點就是要求乘客流線順暢,便于大客流集散。車站出入口附近往往設有自動售票機、充值機等設備,如果通道設置不合理,就容易引起進出站客流擁擠、沖撞。按照規范,地鐵車站通道設計的最大通過能力是單向5 000人/h?m,雙向4 000人/h?m。但在實際運營中,由于站內的客流交叉和乘客的擁擠密度對通道的通過能力有很大影響,現場測算時通過能力僅為 1 500～2 000人/h?m。如果車站的通道上設有結構柱或者其他設施的話,通道的通行能力更要大打折扣。為此,可以采取以下兩方面的措施：

(1)調整出入口通道轉折布置,暢通客流流線。如：某車站的出入口通道轉折3次(見圖1),乘客必須轉4次彎才能夠進出站;如果按圖中陰影部分調整通道,雖然占地增加了一小塊,但乘客在通道轉折1次便可進出站廳,客流流線更為順暢便捷。

圖1 某車站出入口平面布置圖

(2)調整柱網平面布置,避免客流擁擠。如：某車站站廳立柱等跨設置(如圖2所示),正對出入口通道有一立柱;立柱左側是自動售票機及加值機,立柱右側凈距較小,扣除建筑裝修后凈距更小。在高峰時段,通道內購票乘客容易造成擁擠且不易疏散。為防止客流擁擠,可調整柱網或將出入口右移,使立柱避讓通道。又如：某車站站廳(見圖3)左側換乘通道立柱如適當加大跨度、減少立柱數量并按乘客行走流線設置后,可提高乘客在通道內的通過能力;而右側出入口通道因立柱設置不合理,明顯會影響乘客的疏散能力。

圖2 某車站站內立柱設置圖

2.2 車站樓扶梯設置

現行《地鐵設計規范》對于車站樓扶梯選用的最大通過能力為：雙向混行3 200人/h?m,自動扶梯9 600人/h?m。在運營中由于乘客行為的復雜性和車站運營的非理想狀態,實際通過能力往往達不到規范中的標準。前一時期,有些地鐵車站過分壓縮車站建筑面積,導致公共區面積偏小、垂直空間客流疏散能力不足;部分換乘車站甚至將無障礙電梯布置在換乘節點上,嚴重制約了大客流的通行。換乘車站的樓扶梯一般根據換乘客流特征進行布置,即按車站實際運營的要求進行。

圖3 某車站站內換乘通道布置圖

2.2.1 合理布置建筑平面,在規范允許范圍內盡量增加樓扶梯數量

根據地鐵運營經驗,樓扶梯如設置不好,會成為制約通過能力的瓶頸,影響客流安全疏散能力。為適應將來可能的地鐵客流增加并從人性化的公眾服務理念出發,提高車站的垂直提升能力,車站應盡可能合理設置充足的樓扶梯。樓扶梯的總寬度是根據客流預測計算而得出,其總寬度決定乘客安全疏散的時間。

(1)樓扶梯疏散能力應考慮遠期大客流及應急疏散大量集中客流的情況。上海在建的地鐵車站大都是6節編組,站臺設2組樓扶梯即可滿足規范要求(在6 min內站臺上一列車的乘客必須緊急疏散完畢)。由于2組樓扶梯間距較長,進出站客流在站臺上易形成對沖,影響疏散能力,故樓扶梯應采用3組均勻布置。

(2)樓扶梯的疏散能力必須適應遠期客流的變化。軌道交通客流預測具有不確定性,車站周邊區域功能的改變(如中心城區辦公商業化傾向在加劇)會導致進出站客流的突變。

(3)樓扶梯設置必須注意深埋車站的縱向疏散,保證乘客的安全。由于各種條件制約,某些車站埋深大,乘客疏散時提升高度大,從而會加長緊急疏散時間。

(4)在不加長車站長度的前提下,站臺層中部可增設1組疏散梯,以提高車站的垂直提升能力(見圖4)。傳統設計通常將無障礙垂直電梯設在站臺中部,這樣在站臺上便無法設置3組樓扶梯。考慮到無障礙垂直電梯是特定人群使用,可將其設在車站站臺層端部,對應站廳層則設在非付費區;這些乘客亦可與檢票入站的乘客分開,便于管理。

圖4 某車站增設樓扶梯平面圖實例

(5)從網絡運營的角度,結合進出站客流的特征和市郊結合部大型開發園區的車站客流有明顯的潮汐特征等考慮,若是線路終點站采用側式站臺,應適當加寬兩側站臺,并選取足夠通過能力的樓扶梯組合布置。

2.2.2 合理選擇樓梯形式,根據具體情況組合樓扶梯設置

(1)站臺至站廳層之間的樓扶梯應盡可能設置成直跑樓扶梯;在某些車站綜合開發區域,如果由于用地緊張實在無法設置直跑樓扶梯時,可設雙跑樓扶梯。單跑樓扶梯順直、通暢,可以將乘客直接輸送至站廳層,安全可靠,乘客在樓扶梯上視野開闊,不容易引起停滯擁堵;而多跑樓梯在休息平臺處不可避免地造成乘客停滯、擁堵,在高峰時段容易造成乘客跌倒以致發生危險。

(2)側式站臺樓扶梯可分開獨立設置,在站臺總寬度不變的前提下增加樓扶梯處的有效站臺寬度,從而緩解站臺上乘客的擁堵。一般島式站臺總寬度較大,樓扶梯往往并排在一起布置;而單側式站臺樓扶梯并在一起布置會占用有效站臺寬度,特別是在樓扶梯處客流會形成擁堵。側式站臺樓扶梯分開呈獨立設置,對于客流不大的車站,在保證2.5 m有效站臺寬度的前提下,可減小側式站臺總寬度,從而減少工程規模。

2.2.3 合理布置樓梯位置,避免立柱及其他建筑構件影響樓扶梯梯口處通過能力

在建筑設計時應仔細推敲車站站廳層、站臺層的柱網與樓扶梯位置,避免立柱及其他建筑構件影響樓扶梯梯口處的通過能力。傳統柱網的地鐵車站一般以等距布置(見圖5),站臺立柱常會占據樓扶梯口位置,影響乘客上下樓扶梯,人為造成樓扶梯口擁擠,對乘客疏散極為不利。而調整樓扶梯位置或柱網跨度后(見圖5右側平面圖),在梯口部位立柱便不會與人流形成沖撞。

圖5 某地鐵車站的樓扶梯與立柱關系圖

2.3 車站換乘設施設置要點

換乘車站的客流特征為：客流集聚效應使換乘車站的客流往往大于一般車站;換乘客流來自各線車站的瞬時下客,乘客集中度會遠大于一般車站的進站客流。由于路網的形成有一個過程,線路之間的換乘量變化較大,因此換乘車站站臺至站廳垂直提升能力應適當加大。如三線換乘樞紐,高峰時期可能有6列車同時到達車站,站內的換乘客流遠大于進出站的客流。

一般,站臺間的換乘設施在初期均可滿足客流通過能力,但作為百年工程的地鐵車站無法準確預測若干年后的客流情況。故在進行車站換乘設施設置時應考慮站臺間換乘和通過站廳換乘兩種方式,預留將來高峰期站臺直接換乘能力不足時采用站廳站臺組織客流單向換乘的功能。

通常,換乘樓扶梯的設置必須考慮以下要求：①通道換乘樓扶梯的布置應符合客流流向,典型站廳換乘車站站廳、站臺間的垂直提升能力是關鍵;②兩車站站臺搭接換乘如是“T”、“L”、“十”型換乘方式,站臺作為換乘通道的一部分,其寬度應滿足候車與換乘客流的雙重要求;③車站換乘樓梯的平臺控制換乘客流的通過能力,平臺寬度應適當加大;④站廳換乘節點殘疾人電梯的布置應盡量避開大量換乘客流流線;⑤應對換乘客流的不確定性,車站應預留遠期組織單向換乘客流的可能。

2.3.1 車站換乘樓扶梯的設置分類

換乘車站通常采用站臺-站臺換乘、站臺-站廳換乘、通道換乘等方式。根據車站平面布置,站臺-站臺換乘共分為對稱的“十”字型、“T”型、“L”型,以及同站臺換乘等4種形式。除同站臺、同方向換乘形式之外,其他換乘形式都有高度提升,因此換乘車站都涉及到換乘樓扶梯和換乘通道兩種換乘設施。

站臺間換乘方式的特點是：①對稱“十”字型換乘樓梯設于兩個站臺的中部,換乘客流分布比較均勻,有利于站臺上乘客的安全;②“T”型換乘的換乘點位于站臺一端,站臺須考慮換乘客流的通過能力;③對于側式站臺的換乘站應分析客流的潮汐特征,在站臺寬度、樓扶梯通過能力上有相應的考慮;④上下二層重疊布置的站臺應避免布置站廳直達站臺層樓扶梯,否則乘客須在站廳辨別方向,站廳里易引起混亂。

2.3.1.1 對稱“十”字型換乘樓扶梯布置

對稱“十”字型換乘指兩個站臺互相呈“十”字型交叉設置在上、下兩層,通過站臺之間的樓梯進行換乘。

(1)島式車站對稱“十”字型換乘(島-島“十”字換乘)時,樓梯為站臺之間唯一的換乘點。換乘平臺控制換乘能力,換乘點空間小,應避免設置無障礙電梯。圖6為三島“十”字換乘平面圖。由于中部設置了無障礙電梯,換乘樓梯只能采用“L”型布置,乘客在站臺上容易造成擁堵。如將無障礙電梯移至站臺端部,便可采用“T”型布置。

圖6 島-島“十”字換乘車站樓扶梯布置實例圖

(2)島式車站站臺與側式站臺“十”字型換乘(島-側“十”字型換乘)時,站臺間具有 2個換乘點,同時換乘客流分布比較均勻,是一種比較理想的車站換乘形式?！吧吓_下側”和“上側下臺”兩種形式各有特點,應針對性研究。圖7所示為“上側下臺”形式,利用側式站臺兩側的空間作為下層島式站臺站廳,兩側站廳及側式站臺兩側需通過下層島式站臺進行溝通。下層島式站臺至站廳樓扶梯需考慮本線客流和換乘客流的需要,該樓扶梯設置時必須考慮足夠的通過能力。

圖7 島-側“十”字換乘車站樓扶梯布置實例圖

(3)側式車站站臺與側式站臺“十”字型換乘(側-側“十”字型換乘)時,在4個側式站臺之間可以形成4個換乘點,從客流均勻角度來講具有一定優勢;但由于客流過于分散,溝通不便,一般不大采用。

2.3.1.2 “T”型換乘樓扶梯布置

“T”型換乘指兩個車站站臺互相呈“T”型設置在上下兩層,通過站臺間的樓梯進行換乘。

(1)島式車站“T”型換乘(島-島“T”型換乘)時,通常設置兩跑雙分換乘樓梯,換乘樓梯為站臺之間唯一換乘點。橫向站臺上可雙向通行,垂直方向的站臺只有一個方向通行。垂直方向的樓梯及站臺寬度決定乘客的通行能力,因此要盡量做大垂直方向站臺上的樓梯及站臺寬度,并減少梯口處的障礙物,保證乘客順利通行(如圖8所示)。

圖8 島-島“T”型換乘實例圖

(2)島式車站站臺與側式站臺“T”型換乘(島-側“T”型換乘)時,兩站臺之間產生 2個換乘點。側式站臺兩側乘客分別通過島式站臺上的換乘樓扶梯進行換乘。側式站臺往往總寬度有限,尤其是在樓扶梯處通常按照有效站臺寬度設置,因此進出站客流與換乘客流會產生集中擁堵。為解決這個問題,可將通道處樓扶梯外移,或者將樓扶梯分開布置,從而增加此處有效站臺寬度,并將車站相交處墻體的陽角切除,方便乘客通行(見圖9)。

圖9 側-島“T”型換乘實例圖

(3)側式站臺與側式站臺“T”型換乘(側-側“T”型換乘)時,在2個車站站臺范圍內無法設置換乘樓梯,須擴大側式站臺兩側地下空間以設置換乘樓梯。這種形式換乘分散,一般不采用。

2.3.1.3 “L”型換乘樓扶梯布置

站臺-站臺“L”型換乘指兩個車站站臺互相呈“L”型設置在上、下兩層,通過站臺至站臺間的樓梯進行換乘。

(1)島式車站站臺-站臺“L”型換乘(島-島“L”型換乘)時,與島-島 T型換乘類似,兩站臺之間為一點換乘,所不同的是兩站臺只有一個通行方向,因而其換乘樓梯寬度顯得更加重要。

島-島“L”型換乘車站的換乘樓梯設在站臺的端部,站臺上的換乘客流勢必要由全站臺向換乘端集聚,故需合理布置站臺上的樓扶梯及站臺的寬度,讓站臺換乘端留出充足的集散空間。將進站樓扶梯調整方向后,換乘端站臺空間比較寬敞,有利于乘客的換乘(見圖10);同時做好站廳換乘預留遠期組織客流單向換乘的可能(見圖11)。

圖10 島-島“L”型雙向換乘樓扶梯布置實例圖

(2)島式車站站臺與側式車站站臺之間“L”型換乘(島-側“L”型換乘),這種換乘方式雖然具有2個換乘點,但換乘點同時集中在兩個車站站臺遠端。在此站臺范圍內設置換乘樓梯,須擴大側式站臺兩側地下空間,加大側式站臺寬度(見圖12)。

圖11 島-島“L”型單向換乘樓扶梯布置實例圖

圖12 島-側“L”型換乘車站樓扶梯布置實例圖

(3)側式車站站臺-站臺“L”型換乘(側-側“L”型換乘),這種換乘方式必須在4個端部設置4個換乘樓梯。在側式站臺的有限寬度內設置換乘樓梯比較困難,一般較少采用。

2.3.1.4 同站臺換乘樓扶梯布置

同站臺換乘形式一般有島式站臺水平同站臺換乘和上下重疊的雙島式同站臺換乘兩種。

(1)水平同站臺換乘形式有2個島式站臺,如圖13所示。根據常規的線路上下行規則,2條線路上的反方向換乘的乘客可以實現同站臺換乘,而2線同方向換乘的乘客則必須通過樓扶梯到站廳進行換乘。因此,車站既要設置足夠寬度的樓扶梯滿足出入站及換乘客流的要求,還必須處理好樓梯的平面布置及上下方向,減少客流對沖。

圖13 水平同站臺換乘實例剖面圖

(2)上下重疊的雙島式同站臺換乘有兩種布置方式,如圖14所示。各方向換乘客流不需到站廳,直接在站臺間進行換乘。同站臺上、下同方向換乘情況下,兩線之間反方向換乘的客流必須要通過樓扶梯提升后再進行換乘,換乘客流在站臺上會形成客流交叉,形成梯口部的擁堵;而采用同站臺反向換乘設置后,各方向的換乘客流則不會引起交叉,較好地解決了擁堵問題。

2.3.2 車站換乘通道的設置

與通過樓扶梯直接換乘的車站相比,通過換乘通道進行換乘的車站乘客走行距離相對較長,車站站臺的擁擠壓力反而有所減緩,因而換乘通道的設置就顯得相對重要。

圖14 上下重疊同站臺換乘實例圖

(1)地鐵車站內部換乘通道設置要點：地鐵內部換乘通道一般連接2個車站站廳之間,與地鐵外部關系不大,只要處理好換乘通道與2個站廳之間的關系即可。換乘通道應盡可能設置在站廳的中部位置,以縮短乘客步行距離,與站廳連接處不可有正對著通道的障礙物(如圖15所示)。

圖15 地鐵內部換乘通道實例

(2)與周邊地下綜合開發空間相結合的換乘通道設置要點：目前,越來越多的地鐵車站與綜合開發相結合。在城市中心區也涉及到新建地鐵與既有建筑的配合協調問題。首先,地鐵換乘通道要保證地鐵內部的使用和管理功能,要求與開發建筑保持獨立性。其次,開發建筑、地鐵間的相關通道在建設時應協調進行,上部開發建筑的地下結構不應對地鐵換乘通道的使用造成不便,要保證乘客流線不受影響。

地下車站空調系統耗能很大,當開發地塊與車站出入口連通時,根據消防要求,需要結合出入口設置下沉式廣場。直接對外的出入口勢必會增加車站的能量損耗,因此,必須合理控制開發地塊與車站連通出入口的寬度。

3 結語

隨著我國經濟社會的發展以及城市化進程的加快,作為以交通功能為主的地鐵車站,其建筑布置應以乘客的需求為本,樹立軌道交通大客流交通建筑的理念,遵循“基于客流疏散能力”的原則確定設計方案;應從地鐵車站的設備和管理用房布置原則、影響乘客行進的站內設施布置要點及換乘車站的換乘設施設置等方面,對地鐵車站的建筑布置進行系統、綜合設計,力求使地鐵車站的建筑布置真正體現交通建筑的特征。即：設備區布置緊湊、方便管理,公共區保證乘降安全、舒適,客流疏導通暢、迅速。

[1] 上海市建設委員會科學技術委員會.上海地鐵一號線工程[M].上海：上?？茖W技術出版社,1998.

[2] GB 50157—2003 地鐵設計規范[S].

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[4] 李三兵,陳峰,李程壘.對地鐵站臺集散區客流密度與行進速度的關系探討[J].城市軌道交通研究,2009(12)：34.