夏熱冬冷地區(qū)特大型鐵路客站綠色創(chuàng)新設計研究杭州西站項目實踐

王敏

在“2030 年前達到峰值，努力爭取 2060 年前實現(xiàn)碳中和”的目標成為國家戰(zhàn)略的背景下，根據(jù)行業(yè)特征制定不同省域不同經(jīng)濟圈的綠色發(fā)展模式成為未來城市和經(jīng)濟發(fā)展趨勢。2021年2月中共中央、國務院印發(fā)的《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》指出到2035年我國鐵路里程將從2020 的14萬公里增加到20萬公里，基本建成便捷順暢、經(jīng)濟高效、綠色集約、智能先進、安全可靠的現(xiàn)代化高質(zhì)量國家綜合立體交通網(wǎng)。為了實現(xiàn)我國本世紀中葉“雙碳”和全面建成更高水平的現(xiàn)代化鐵路強國的目標，建設綠色鐵路客站是鐵路可持續(xù)發(fā)展的重要一環(huán)。

一、國內(nèi)綠色鐵路客站設計趨勢及設計難點

1.設計趨勢

現(xiàn)階段的特大型、大型鐵路客站的設計愿景已不再僅僅滿足成為一個城市的地標，同時也需要加強與城市的銜接，使其成為融合商業(yè)、辦公等其他功能的綜合交通樞紐，注重客站全生命周期的綠色、生態(tài)、節(jié)能、環(huán)境友好屬性。綠色溫馨、高效便捷、功能完善，形成真正意義上的現(xiàn)代化綜合交通樞紐是目前鐵路站房的設計趨勢。但現(xiàn)存的鐵路客站未能進行系統(tǒng)的綠色設計，多數(shù)項目都僅是對客站單體建筑堆疊一些綠色技術(shù)，未考慮客站與其周圍環(huán)境的整體綠色設計策略，只強調(diào)了綠色設計的一個方面，顧此失彼，使鐵路客站的綠色建筑設計整體效果并不明顯。因此，雖然相關(guān)的綠色設計技術(shù)越來越成熟，但卻鮮有大型鐵路客運站真正達到綠色建筑的標準。

2.設計難點

與其他類型的公共建筑相比，鐵路客站具有建筑規(guī)模大，使用人數(shù)多，功能集約等特點，這些特點使得鐵路客站在場地設計、節(jié)能及節(jié)材設計中受到諸多限制。許多鐵路客站即使運用了相應的綠色技術(shù)，仍然有土地利用率低、能源消耗量大、建筑材料使用量大等特征，導致目前鐵路客站在綠色建筑評價方面拿分項少，取得高星級的綠色建筑認證難度大。但隨著綠色設計創(chuàng)新技術(shù)不斷發(fā)展，日趨成熟，杭州西站在綠色建筑方面的采取多項創(chuàng)新，成功通過了綠色三星評價，對之后的客站建設有著極為重要的示范作用。

二、杭州西站綠色三星評價

1.項目概況

杭州西站站房及相關(guān)工程位于杭州市城西科創(chuàng)大走廊區(qū)域內(nèi)，振華西路以南、良亭港路以西、大蔡園路以北、龍舟路以東（圖1）。該區(qū)域是未來科創(chuàng)大走廊的重要組成部分，將建設成城西科創(chuàng)大走廊的橋頭堡和新核心，打造站城一體、三生融合的現(xiàn)代科創(chuàng)新城。項目采用復合型開發(fā)布局，從建筑設計的層面考慮了整體的綠色建筑策略，采用順應場地的整體規(guī)劃，遵循微氣候的建筑空間策略，高適應性的表皮設計。結(jié)合雨棚上蓋開發(fā)、站場分離、區(qū)域通風廊道、智能化遮陽與通風、庭院優(yōu)化通風等技術(shù)措施，在節(jié)約資源、保護環(huán)境、提升建筑性能和效益方面有明顯貢獻。

圖1 杭州西站整體效果圖

2.自評總述

建筑在申報綠色建筑三星級設計標識，要求各類指標的評分項不少于40分，同時總分要求為83分以上，加上考慮專家評審的風險因素，需要至少滿足85分以上。在盡量少增加增量成本的基礎上，同時考慮技術(shù)適宜性及可行性，落實參評建筑需增加的全部綠色技術(shù)后，杭州西站項目最終得分為84.67分，預評結(jié)果如下表1所示，總得分達到設計階段三星級的標準。

表1 杭州西站綠色三星評價表

通過綠建三星自評表得知，特大型綜合交通樞紐作為公共交通建筑，其開發(fā)面積大、內(nèi)部空間相對開放、使用人數(shù)眾多導致其在節(jié)地節(jié)能節(jié)材方面不占優(yōu)勢，因此該部分失分較多。但杭州西站在其他部分尤其是在室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量與創(chuàng)新加分項上，做出了優(yōu)化創(chuàng)新的技術(shù)，最終完成了三星的目標。

三、杭州西站綠色設計總體介紹

杭州西站通過多項綠色策略與技術(shù)的運用，成功解決了傳統(tǒng)鐵路客站在節(jié)地節(jié)能節(jié)材等方面具有天然劣勢的問題。

1.順應場地的整體規(guī)劃

杭州西站位于東西大道和規(guī)劃良睦路的正中間，規(guī)劃杭騰大道、龍舟路、良亭港路、杭創(chuàng)大道對稱布置于車站站房東西兩側(cè)，站前規(guī)劃站南路、站中路與站北路與股道平行布置。這樣一來，杭州西站內(nèi)部設置的開敞通風空間的朝向與項目所在地杭州地區(qū)的夏季主導風向一致，加強了站房內(nèi)部的空氣對流，形成導風效應。這種導風作用解決了以往鐵路客站由于場地規(guī)劃限制帶來的客站內(nèi)部及整體通風不佳等問題。

2.遵循微氣候的建筑空間策略

通常，基于節(jié)能構(gòu)思的鐵路客站建筑形體主要考慮的是建筑的體型系數(shù)與節(jié)能，客站建筑自身的遮陽，及車站建筑室內(nèi)空間組織與通風、采光關(guān)系等。杭州西站在車場中部形成貫通空間，形成車場中央“云谷”中庭，這種內(nèi)部空間設計能夠較好地調(diào)節(jié)聲、光、熱等內(nèi)部微氣候環(huán)境。車站站臺層的“云谷”兩側(cè)封閉，滿足了站房內(nèi)的隔聲需求。同時，將鐵路線下空間與鐵路線上空間進行串聯(lián)，形成環(huán)境優(yōu)美、采光良好、空氣清新的中庭空間。

3.高適應性的表皮設計

客站建筑主要的使用空間為旅客候車室，為了滿足旅客心理和視線的需求，這部分空間通常開窗面積大，空間高大寬闊，且對室內(nèi)環(huán)境要求較高，是車站建筑中能耗最高的部分。

注：情況3)的(ⅱ)稱為準齊次RH問題，而把情況2)和3)(ⅰ)統(tǒng)稱為真非齊次RH問題.準齊次RH問題條件中的由下式給出：

杭州西站候車空間的綠色策略在于表皮設計，主要關(guān)注候車空間自然氣候優(yōu)勢的發(fā)揮、開窗和玻璃幕墻的熱工性能、遮陽。候車廳大空間的屋面也是表皮節(jié)能設計的重點。杭州西站采用智能化遮陽+固定外遮陽的形式，高架候車室旅客夾層東、西立面設置內(nèi)部智能遮陽簾+外部挑檐外遮陽，挑檐長度14.21m，可有效降低東、西向太陽輻射熱，屋頂十字天窗也設置內(nèi)部智能遮陽簾，玻璃幕墻采用智能化電動開啟窗，可隨環(huán)境改變自動變換開窗角度和開窗數(shù)量。

四、杭州西站綠色創(chuàng)新技術(shù)運用

杭州西站針對綠色建筑“被動優(yōu)先、主動優(yōu)化”的理念，在改善場地微環(huán)境微氣候、改善建筑自然通風和天然采光效果、提升建筑保溫隔熱能力、充分利用建筑空間、向公眾提供開放空間，提高建筑使用效率等方面產(chǎn)生了顯著的效益，在綠建評價創(chuàng)新板塊中得到9分（滿分10分）的高分。

1.健康舒適的站房室內(nèi)環(huán)境

杭州西站為打造舒適的室內(nèi)環(huán)境，采用站場拉開的設計，將光線引入中央大廳，同時站房下部引入自然光線，形成貫通多層、視線可達性較好的貫通空間。通過區(qū)域通風廊道、智能化遮陽與通風、地下庭院等策略，提升站房室內(nèi)風、熱環(huán)境及室內(nèi)空氣質(zhì)量，極大程度提升了旅客與工作人員的使用感受。

（1）區(qū)域通風廊道

杭州西站創(chuàng)新地設計了國內(nèi)首創(chuàng)高架客站站場分離，兩端開敞的“通風廊道”。其效果提升整體通風效果，大幅提升采光條件。“通風廊道”東西兩端開敞，并通過“云谷”向上貫通廣場層、站臺層，并與候車層局部相通；向下與地下建筑中部云谷位置亦有多處開口貫通。

通風廊道開口方向與項目所在地余杭區(qū)域的夏季主導風向一致，可以在夏季將自然風導入室內(nèi)，改善場地整體微環(huán)境微氣候，對于整個城市區(qū)域的通風廊道起到了保護作用。在設置區(qū)域通風廊道后對客站各功能空間進行模擬計算。根據(jù)《綠色建筑評價標準》（GB/T50378-2014）中8.2.10條款對室內(nèi)自然通風效果根據(jù)在過渡季典型工況下主要功能房間平均自然通風換氣次數(shù)不小于2次/h的面積比例進行換氣次數(shù)模擬，該建筑主要功能房間換氣次數(shù)大于2次/h的面積比例為87.11%，滿足綠標相關(guān)條款的要求。

（2）智能化遮陽與通風

對夏熱冬冷地區(qū)來說，氣候特征的極端性相對突出，冬季需要保溫而夏季需要隔熱，開窗面積過大會導致保溫能力的下降，而開窗過小則室內(nèi)采光及采暖能力則又會受到嚴重的損失。因此在開窗選擇時應兼顧各個因素，權(quán)衡透明圍護比例，進而實現(xiàn)可調(diào)節(jié)的保溫隔熱性能。智能化遮陽與通風即是實現(xiàn)以上目標的有效途徑之一。

①智能化遮陽

杭州西站幕墻東西立面設計智能遮陽百葉系統(tǒng)，通過光線和溫度傳感器實現(xiàn)智能遮陽。幕墻面板采用8+1.52PVB+8Low+16Ar+8mm中空超白鋼化夾膠玻璃+室內(nèi)側(cè)設置智能遮陽百葉。百葉采用200寬鋁合金百葉，間距為長度的1/6，通過控制器控制百葉的角度，設有光控和溫控系統(tǒng)可根據(jù)陽光的照射以及溫度調(diào)整百葉遮陽角度，保證站房內(nèi)部舒適的熱環(huán)境，實現(xiàn)智能遮陽。

②智能化通風

站房玻璃幕墻采用智能電動開啟窗，通過智慧型室內(nèi)外感應器實時監(jiān)測站房不同朝向不同高度開啟窗處的風力、風向、雨量、溫度、濕度、PM2.5、噪音等數(shù)據(jù)，通過智能化系統(tǒng)分析軟件綜合分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時控制該區(qū)域開啟窗的開啟關(guān)閉及適宜的開啟角度。開啟窗的智能控制系統(tǒng)，可接入車站FAS、BAS系統(tǒng)以及車站智慧中腦系統(tǒng)，實現(xiàn)智能化的消防排煙及日常自然通風功能。智能控制的優(yōu)先順序分別為消防、風、雨、溫度、PM2.5、噪音。

在夏季和冬季，智能電動開啟窗可以在溫度較高或較低的時刻自動減小開啟角度和開啟數(shù)量保證空調(diào)效果。在過渡季節(jié)，智能電窗可自動增加開啟角度和開啟數(shù)量，增加自然通風。在梅雨季節(jié)，智能電窗同樣可以根據(jù)雨量大小控制窗扇開啟角度，在中小雨量時既保證雨水不會進入室內(nèi)，同時保障空氣對流排出室內(nèi)的濕熱空氣。通過以上措施，保證站房內(nèi)部舒適的風環(huán)境。

（3）下沉庭院優(yōu)化通風及采光

杭州西站在-9.2m層設置地下庭院，將自然通風和采光引入建筑地下室，結(jié)合垂直綠化的設計，有效改善了地下室的場地微環(huán)境和微氣候。地下室自然采光達標率為22%。經(jīng)應用Dali軟件，依據(jù)《建筑采光設計標準》GB 50033-2013進行采光模擬分析，以及根據(jù)《綠色建筑評價標準》GB/T 50378-2014的8.2.7條款進行評價計算，求得地下空間平均采光系數(shù)不小于0.5%的面積與首層地下室面積的比例，首層地下室面積68250.55m2，平均采光系數(shù)≥0.50%的面積15015.12m2， 面積比例RA為22 %。

2.基于節(jié)地目標的低環(huán)境影響站房設計

（1）雨棚上蓋開發(fā)

杭州西站樞紐雨棚上蓋項目（圖2）是全國首個新建高鐵站雨棚上蓋商業(yè)開發(fā)項目。公共交通設施和商業(yè)地產(chǎn)項目這兩個性質(zhì)完全不同的建筑，通過豎向疊加，放置在了同一塊土地上，極大地提高了客站的土地利用率。雨棚上蓋的開發(fā)空間分別位于杭州西站樞紐東西落客平臺站房雨棚上方四角，規(guī)劃為商業(yè)/商務用地，將開發(fā)特色酒店、總部辦公綜合體，開發(fā)體量約5萬平方米。上蓋開發(fā)建筑二層與西站及周邊綜合開發(fā)項目可通過室外平臺無縫連接，創(chuàng)造了城市跨軌的步行交通系統(tǒng)。對于降低鐵路對城市的割裂，縫合城市并創(chuàng)造出新的建筑體驗提供了極好的條件。整體上蓋項目對于促進站城融合，提高土地利用率具有非常深遠的意義。

圖2 杭州西站樞紐雨棚上蓋項目效果圖

（2）提供開放空間

如圖3所示，杭州西站在31.1米處設計了空中步行景觀連廊，實現(xiàn)站房、上蓋開發(fā)、南北城市綜合體之間的緊密聯(lián)系，營造多層次的觀景休閑空間，創(chuàng)造出向公眾開放的交流空間。空中連廊共計16500m2，構(gòu)建了空中景觀慢行道，提高了建筑整體使用效率，實現(xiàn)土地的集約利用。

圖3 31.1m空中景觀連廊示意圖

杭州西站還充分利用了利用兩場拉開的夾心地設置景觀綠化，與鐵路橋下空間設置停車場及配套服務設施，共同創(chuàng)造了一個163000m2的生態(tài)集散空間。提升整體建筑及周邊的微環(huán)境的同時，為公眾提供了非常良好的休閑、運動、交流場地。對土地集約利用、美化環(huán)境進行了創(chuàng)造性提升。

（3）利用站臺板下空間

杭州西站充分利用了站臺板下空間（見圖4），站臺下管廊設置上水、卸污系統(tǒng)，每座站臺下設一排上水管和兩排卸污管，每股道配一排上水、卸污單元，管廊作業(yè)區(qū)凈高度不小于2.0m，管線及設備維修、管理方便，人員作業(yè)安全性高，無行車安全風險，線間整潔干凈。站臺板下共利用空間64000m2。

圖4 板下空間利用示意圖

五、結(jié)論

通過全生命周期的碳排放分析計算，杭州西站全生命周期單位面積CO2排放量為1617.47 kg/m2，使用年限以50 年計，單位面積年CO2排放量為32.35 kg/m2·a。采用以上綠色建筑技術(shù)措施后，全生命周期可以實現(xiàn)減碳155.76 kg/m2，總碳排放量下降9.63%。可見，通過采用以上綠色建筑技術(shù)措施，產(chǎn)生了顯著的減排效果，有效地回應了國家實現(xiàn)“碳中和”，“碳達峰”的戰(zhàn)略目標。

2021年5月8日，經(jīng)浙江省建設科技推廣中心組織專家召開專家評審會，杭州西站順利通過公共建筑三星級綠色設計標識的評價。杭州西站樞紐綠色建筑研究，不僅能為后期規(guī)劃待建的高鐵樞紐提供綠色生態(tài)建設的示范樣板，也能為新時代的鐵路客站建設提供亮點突出、可復制、可推廣的技術(shù)體系，是當前大型高鐵樞紐建設發(fā)展的迫切需求，具有重要意義。