復雜環境下非典型地鐵車站建筑設計分析

喻 敏, 蘭志光

(1. 中鐵第六勘察設計院集團有限公司, 天津 300123; 2. 天津城建大學, 天津 300380)

0 引言

隨著社會發展及國家經濟的快速增長，以地鐵為代表的城市軌道交通工程數量持續穩步增長。地鐵作為一種現代化交通工具，以其綠色高效、安全便捷的優勢在綜合交通運輸體系中占據主導地位。地鐵車站主要由站廳、站臺公共區及設備區、風道和出入口等組成，站臺形式主要有島式和側式2大類，以標準島式車站最為普遍。但由于受到設計邊界條件的制約，按通用標準設計的車站往往無法實施，而非典型車站是在滿足車站建筑基本功能及規范要求的前提下，將車站各組成元素分解、重組，形成一種特殊空間形態的車站。由于環境控制因素的復雜程度不盡相同及建筑功能多樣化、結構受力合理性、工程風險控制等方面的要求，導致非典型車站形態各異。

非典型車站在建筑形式的新穎性、突破性，結構復雜程度以及對周邊環境有良好的適應方面具有較高的研究價值。目前，國內相關研究主要有： 許俊峰[1]從設計原則及思路、建筑、裝修等方面對北京團結湖站進行分析； 高嵩[2]針對建筑形式變更及存在的問題對大連交通大學站進行分析； 吳波[3]對線鐘樓站的控制因素進行分析，論述了車站公共區及設備區的設計； 陳宏等[4]主要以小北站為例，從建筑功能結構形式、適用條件等方面分析了暗挖車站設計方法； 文獻[5-7]從結構受力及風險角度、文獻[8-10]從疏散角度，對非典型車站進行了研究。但上述研究僅針對某個具體的非典型車站，本文將對前人研究進行歸納總結，得出非典型車站建筑設計原則，并以新建非典型車站為例，從站址環境、控制因素、功能需求和風險控制等方面進行分析，尋找此類型車站設計方案上的異同點，以期為類似車站方案設計和實施提供參考。

1 非典型車站建筑設計原則

1.1 車站形式

從結構形式、建筑功能布局、環境控制因素等方面對國內一些已建及在建非典型車站進行歸類，主要有以下幾種形式(見表1)。

(a) 縱剖面

(b) 橫剖面

(a) 縱剖面 (b) 橫剖面

圖2站廳大斷面單層暗挖(局部雙層)、站臺雙洞單層暗挖剖面圖

Fig. 2 Profile of mined single-layer (partial double-layer) station hall and double-hole single-layer platform

圖3 站廳暗挖、設備區明挖、站臺雙洞單層暗挖剖面圖[6]

(a) 縱剖面

(b) 橫剖面(明挖)

(c) 橫剖面(暗挖)

Fig. 4 Profile of open-cut station and double-hole single-layer platform[12]

1.2 建筑內部布置

非典型車站建筑內部可通過“打通聯系、集中布置、挖掘空間、合并功能” 等措施[12]優化車站功能，實現空間合理利用。

車站公共區的站臺部分往往是左右線分離的，站廳部分也往往不止1處付費區和非付費區，所以，在車站基本組成要素中出現了多處橫通道和斜通道將分離的站廳、站臺連接，以滿足各類功能需求。

圖5 站廳及一側站臺明挖、另一側站臺單洞單層暗挖剖面圖[13]

Fig. 5 Profile of open-cut station and one side platform, and mined one side platform with single-hole single-layer[13]

車站設備區房間布置及綜合管線排布通常也是建筑設計的一大難點，尤其是通風空調系統的布置。通常將區間隧道通風系統與車站通風空調系統分開考慮，在用地條件緊張的情況下，單獨設置區間風井，充分利用暗挖通道結構斷面高度大的優勢，靈活布置管線。同時，將隧道風機房與暗挖主隧道的施工豎井相結合，在滿足功能需求的前提下充分利用立體空間，控制車站規模[3]。

一般來說，考慮綜合管線排布的合理性，按照系統分類將一些設備專業房間集中布置。對于有明挖條件的車站，一般將大部分設備管理用房集中于明挖結構內，極少部分設備房間布置在暗挖通道內。對于站臺隧道單洞為曲墻的車站，靠近站臺側的結構曲墻部分高度低，不能滿足建筑高度要求，將其封閉作為部分設備管線管廊，而拱部作為通風管布線空間[12]。某些弱電專業會以裝修層埋設的形式敷設管線，但如果由于條件限制，設備房間不能集中布置，導致管線埋設距離長、檢修不便時，可以選擇利用拱形吊頂空間敷設管線。

1.3 客流組織

對于站廳為標準廳的車站來說，客流組織相對簡單，一般為購票—站廳的進站閘機—站廳付費區的2組樓扶梯—站臺層乘車。若有換乘客流，站廳通道換乘是由站臺到站廳再到換乘通道； 站臺通道或節點換乘則由本線站臺下行樓梯到達另一條線的站臺。

對于站廳為端廳或分離廳的車站來說，有時受結構尺寸及用地條件等限制，站廳公共區空間較小，為避免人流擁擠，更需要科學地組織車站客流。人流控制應遵循由內至外、由下至上的原則，應以出入口、進站閘機及廳臺之間的樓扶梯為3個控制點進行客流控制。以小北站[14]為例，工作日早晚高峰客流較多，付費區空間狹窄，且站廳至站臺均為長大扶梯，因此控制點主要在進站閘機處。若站內或站臺乘客達到飽和，則控制點分別在出入口及廳臺之間的樓扶梯處。

1.4 消防疏散

非典型車站尤其是線路深埋的車站，消防疏散是設計需要重點管控的方面，可以通過消防性能化分析來輔助評判車站消防疏散是否滿足要求。同時，在設計時應充分考慮防火分區、防煙分區，采取防排煙策略，完善消防給、排水系統配置，確保疏散路徑暢通、疏散指示清晰明確。當車站設置直通室外的安全出口數量和位置受限時，可設置避難通道解決疏散距離問題，例如同福西站[13]。

1.5 風險控制

車站地下暗挖洞室較多，結構受力復雜，施工期間各隧道之間及隧道與圍巖之間的相互影響較大，群洞效應明顯，工程風險極大。一般采用先下后上、先小后大的施工步序，提高暗挖群洞的穩定性[6]，加強支護，降低施工爆破對底層的擾動，控制地表沉降。若某地鐵隧道開挖臨近橋梁樁基，一般當橋梁樁基與隧道中心間距為2～3倍隧道洞徑時，橋樁沉降量是可控的，樁隧相互影響小[5]。

建筑設計人員在根據車站功能合理布局的同時，應盡量減少暗挖隧道的數量，并與結構設計人員積極溝通，確定合理的暗挖隧道位置以及結構間距，從建筑設計方案的角度降低工程實施風險。

2 暗挖工程實例——江蘇路站

2.1 工程概況

江蘇路站為青島地鐵4號線中間站，與1號線換乘，位于江蘇路與東西快速路交叉口東南側、江蘇路正下方，沿江蘇路呈南北方向布置。地質條件以花崗巖為主，存在部分素填土。1、4號線區間呈十字交叉，車站整體位于老城區，且屬于無棣路歷史文化街區保護范圍，西北側為青島市立醫院，西南側為基督教堂(文物保護建筑)、青島市第六中學、觀象山公園等，周邊其他為密集居住建筑，地下管線密集且存在大量的人防工程，車站的設置對于解決周邊居民日常出行起到了重要作用。

2.2 控制因素

2.2.1 風貌建筑保護

歷史文化街區的更新，既要保持其歷史風貌特征又要使其適應城市整體發展的需要[15]。在保護區內修建地鐵，對風貌建筑的保護是設計方案至關重要的控制因素之一。需要在保護風貌建筑與實現車站功能兩者之間找到一個平衡點，并采取合理的設計方案減少對周邊環境的影響，減少房屋拆遷，這加大了設計方案的難度。

2.2.2 地形地質、線路條件及換乘關系

車站所處地勢整體變化較大，東高西低，南高北低，地勢高差最大處達20 m，道路迂回曲折，尤以江蘇路和蘇州路為代表。地質以巖體為主，且巖體強度等級較高。4號線西起海邊，起點站與第2站站間區間段下穿3號線區間，本站為第3座車站，與前一站站間距較小，線路高度提升有限，且因區間下穿1號線主體需要有一定安全距離，因此，站位埋深受到限制。故4號線江蘇路站軌面最大埋深約50 m，是目前青島地鐵建設過程中線路埋置最深的地鐵車站，并且車站前后區間均為曲線段，不利于站位微調。此外，1、4號線同期但不同步施工，推薦采用通道換乘。

2.2.3 附屬的設置

車站為了實現建筑功能，需要具備出地面的附屬建筑(出入口、風亭組和冷卻塔)，但要在歷史文化街區內設置車站地面附屬建筑十分困難，且勢必會引起房屋拆遷。雖然附屬地面建筑屬于小體量，但是其風格應與周邊環境協調。

2.3 設計思路

1)歷史文化街區內道路狹窄、建筑物密集、多為居民區，車站主體范圍內涉及眾多風貌保護建筑且車站埋深較大，圍巖條件較好，地鐵車站主體部分首選暗挖法施工，可避免交通調流并減少主體結構上方大規模建筑拆遷。

2)綜合考慮車站換乘功能、附屬結構工程量及出入口提升高度等方面選擇合適的站廳層標高。此外，站臺層受線路條件制約，與站廳層標高差距較大，分層開挖更加經濟合理。

3)建筑內部合理布局，減小車站規模，并且需要保證各暗挖斷面之間合理的結構凈距，以確保施工風險可控。

4)在無棣路歷史文化街區內的建筑不完全屬于傳統風貌建筑，也存在部分居住條件惡劣、殘舊不堪的一般建筑。這些一般建筑，已經遠遠滿足不了現在居民的生活需要[16]，因此，可將歷史文化街區的舊城改造與軌道線網的建設結合，以車站周邊區域的更新為契機，統籌規劃，整體提升城市土地效益。車站附屬地面建筑以“形式拆分、功能整合”為原則，與整體風貌區景觀保持協調一致。

2.4 車站主體

考慮到4號線軌面埋深較大，地質條件較好，施工場地受限等因素，同時，從建筑功能角度體現以人為本，實現換乘通道零高差的平行換乘[17-18]效果，有效解決由于車站埋置過深造成的出入口超長問題，本線車站設計為站廳、站臺豎向分離暗挖車站，其站廳與1號線站廳同標高，大大提升了換乘舒適度并改善了超長通道帶來的空間壓迫感。廳臺之間通過斜通道以及車站兩端的豎通道聯系，斜通道內設提升高度約為19 m的樓扶梯，站廳為標準廳，站臺為分離島式站臺，左右線通過5處橫通道連通，如圖6所示。

(a) 換乘關系橫剖面圖

(b) 主體縱剖面圖

Fig. 6 Profile of main part of station and its transfer relationship

2.5 出入口及風亭

在車站用地條件比較緊張的情況下，出地面的建筑在滿足功能需求的前提下力求量少規整[18]。車站在江蘇路與蘇州路之間的地塊內設置了1個出入口、1組風亭及1個安全出口。經與規劃及相關部門對接后了解到，該方案涉及的拆遷范圍內有3棟傳統風貌保護建筑，其余為一般建筑(見圖7—11)。

與一般地上建筑相比，窯洞所處的地理環境特點與此次設計的建筑環境有共同點。窯洞建筑不是明顯突兀的建筑實體，而是沿著山的走勢，整體建筑群呈等高線狀態分布，是有內部空間體量的地下或半地下建筑[19]。因此，考慮地勢高差及拆遷地塊范圍的局限性，出入口的設計采用“窯洞”的理念，充分利用地勢優勢，維持自然地貌。江蘇路道路標高高于蘇州路7 m，以蘇州路地面標高為附屬設置地面設計基準標高，利用7 m高擋土墻做門洞，出入口高度為3 m，建成后整體效果如圖12所示。

圖7 傳統風貌建筑分布衛星圖

圖8 1號傳統風貌建筑

圖9 2號傳統風貌建筑

圖10 3號傳統風貌建筑

圖11 4號一般建筑物

圖12 車站地面附屬優化方案建筑全景模型

相關研究表明，山地城市的兩點之間，步行梯道是直線距離，而車行受坡度限制往往需要繞圈，距離更遠[20]，因此，步行梯道使用頻率較高。本方案中，江蘇路與蘇州路地勢存在明顯高差，出入口設在地勢較低的蘇州路，客流服務范圍受到限制，但在江蘇路與蘇州路之間共有3處步行梯道，在梯道口處設置導向標識，借助這些步行梯道兼顧江蘇路周邊客流，可減小出入口的服務功能損失。

2.6 車站公共區及設備區設計

對于一般設備管理用房，在滿足功能的前提下盡量集中緊湊布置。本站地下第1層為設備層，主要布置弱電系統房間、環控機房和風道，如圖13所示。本站為換乘車站，且為廳到廳的換乘模式，兩線車站均需規模較大、公共區布局集中，且客流組織順暢的站廳來滿足人流的集散，因此，站廳公共區未采用分離形式。地下第2層為站廳公共區及設備區，設備區主要布置強電系統房間、環控機房及必要的管理用房，如圖14所示。地下第3層為站臺公共區、軌行區及少量設備管理用房，如圖15所示。

圖13 設備層平面圖

圖14 站廳層平面圖

圖15 站臺層平面圖

本站采用單活塞的隧道通風模式，以減少地面風亭數量。站臺通風空調系統通過廳臺之間斜通道吊頂上方空間布線，廳臺之間的其他系統管線排布也均通過斜通道及豎通道完成。同時，考慮控制車站規模，充分挖掘暗挖拱形結構斷面高度，站廳層設備區的環控機房為內設夾層的形式，將1個單層斷面一分為二，充分利用立面空間布置設備，減小了環控機房的平面規模。

3 明、暗挖結合工程實例——青秀山站

3.1 工程概況

青秀山站是南寧軌道交通3號線從北到南的第17座車站，站位位于青山路與鳳嶺南路交叉口以東約180 m處，車站斜跨鳳嶺南路，大致呈南北走向。車站整體位于南寧市5A級景區門口，站點的建設起到了提升南寧“綠城首富”形象的作用[21]。車站北端為金匯如意坊仿古建筑群，2層磚混結構； 西側為秀山花園小區； 南側為青秀山景區管委會，3層磚混結構； 東側為景區新建停車場，斜跨的鳳嶺南路為市政下穿U型槽道路。

3.2 控制因素

1)地形線路。由于該站臨近邕江，區間需下穿邕江，制約了軌面標高的抬升。青秀山地勢起伏較大[7]，車站底板埋深約為57 m。

2)地質條件。暗挖隧道群主要處于泥質粉砂巖地層，北端頭局部處在粉(細)砂巖地層，地下水位較高，地質條件極差。

3)施工場地范圍受限。

3.3 設計思路

由于地質條件極差且線路深埋，采用大斷面暗挖施工風險極大，車站主體范圍應首選明暗挖結合工法施工，盡量減小暗挖結構斷面尺寸、減少斷面數量，保證暗挖斷面凈距并采取合理措施控制地下水對基坑的影響，降低施工風險。綜合考慮附屬結構工程量、出入口提升高度、明挖基坑風險及明暗挖結構合理間距等方面，確定站廳層標高及明挖基坑開挖深度。站臺層受線路條件制約，與站廳層標高差距較大，結構分層設置更加經濟合理。

3.4 車站布置

車站由北端的活塞風亭組、南端明挖站廳、暗挖站臺層、附屬出入口4部分組成，為地下4層(局部5層)明暗挖結合車站。站廳位于明挖段內，明挖基坑深度約27 m，站廳、站臺豎向分離。站廳層設于地下第4層，暗挖分離島式站臺(暗挖單層雙洞)位于站廳以下22 m，廳臺之間保留部分巖體。明挖站廳為標準廳，通過從底板斜向下、夾在平行站臺層隧道中間的扶梯斜通道與站臺層橫通道中部相通[7]。

3.5 消防疏散

與一般地鐵車站相比，深埋車站在火災工況下，排煙阻力大，氣流組織復雜，同時車站站內環境相對封閉且疏散距離較長，消防疏散顯得尤為重要。通過STEPS人員疏散軟件進行模擬分析，本站所有人員均可在一定時間范圍內疏散至安全區域。通過輔以一些強化措施，例如： 強化防火分隔及排煙系統，完善滅火系統等，以更好地保證車站的消防安全。

4 異同點分析

4.1 相同點分析

上述2座車站均受控于外部條件、軌面深埋，為節約造價、降低施工風險，站臺為左右線2個獨立的深埋隧道，站廳與站臺之間保留部分巖體，僅通過暗挖斜通道連接。雖然站廳到站臺的樓扶梯提升高度均較大，不利于乘客快速進出車站，但通過采用此種設計手段，解決了在復雜環境下常規車站形式無法處理的一些難題，減少了長大出入口通道給行人帶來的壓迫感。同時，通過合理布置站內設施，最大限度提升了車站空間舒適度，因此，可以說是一種因地制宜的新型地鐵建筑形式。

4.2 不同點分析

4.2.1 江蘇路站與青秀山站的不同點

不同之處在于其結構形式及內部建筑的布局，江蘇路站為站廳、站臺均暗挖的純暗挖車站；青秀山站雖然施工場地受限但有可利用的明挖場地，同時，考慮地質條件的特殊性，為站廳明挖、站臺暗挖的明、暗挖結合車站。

4.2.2 江蘇路站與一般的分離島式暗挖車站的不同點

一般的分離島式暗挖車站即結構形式為站廳、站臺雙洞雙層暗挖的車站，其站廳、站臺左右線分離； 而江蘇路站站廳為大斷面暗挖，公共區為標準廳，站臺為分離島式暗挖，便于乘客在站廳層換乘并快速選擇進出站方向，客流線順暢，有利于客流組織，其結構的復雜程度及新穎的建筑形式在國內非典型地鐵車站中尚數少見。

5 結論與討論

為實現最大限度吸引客流的目的，減小車站與周邊復雜環境控制因素的相互影響，一般采用非典型車站設計方案。對于站廳、站臺合設的非典型車站，往往受控于橋樁及道路交通壓力； 對于站廳與站臺分開設置的非典型車站，站廳可位于站臺正上方或斜上方，站廳層根據周邊環境復雜程度的不同，可以采用明挖法或暗挖法施工。

通常非典型車站的結構存在多處深埋立體交叉暗挖隧道，易產生群洞效應，施工過程中，圍巖的開挖變形和襯砌應力變化對工程有很大影響。至于左、右線及橫通道的開挖先后順序不能一概而論，仍需要結合車站的具體情況進行分析，確定精細合理的施工方案，在采取合理的加固措施情況下，進一步加強監控量測，降低工程風險。

受控于周邊環境因素，大多數非典型車站都存在消防疏散距離長的缺點。目前，已建及在建的地鐵車站消防疏散能否達標是依據《地鐵設計規范》GB 50157—2013或地方標準進行核算的。至于依據最新發行的《地鐵安全疏散規范》GBT 33668—2017核算非典型車站消防疏散是否滿足要求，以及當計算所得疏散時間達到甚至超過臨界值(6 min)時，如何結合疏散仿真軟件優化非典型車站的逃生疏散問題，目前需要進一步深入研究。