从大客流运营角度谈地铁车站的建筑布置优化设计

葛世平

(上海申通地铁集团有限公司,201103,上海∥总工程师、教授级高级工程师)

地铁车站投资规模大、建设周期长,地下土建结构一旦建成很难再作改造,因此地铁车站的建设需要强化大客流交通建筑的理念,摆脱传统民用建筑固有观念的束缚。目前,国内有些从事地铁车站建筑设计的人员对地铁车站的交通特征不够熟悉,尤其是对地铁车站的实际运营情况不够了解,在车站设计时往往对大客流的行为特征考虑不够,以致车站使用功能不够理想;车站设计方案中由于对客流预测教条地应用,因而无法应对远期不可预测的客流变化及各种突发状况。为使地铁车站的建筑布置最大限度地满足乘客的使用功能,并充分考虑到运营管理中人性化的服务理念,本文对地铁车站建筑布置设计进行一些探索。

1 地铁车站设备和管理用房的分类及平面布置原则

1.1 地铁车站设备和管理用房分类

(1)地铁车站设备用房主要有：通风与空调系统设备用房、强弱电系统设备用房、给排水与消防系统设备用房。其中面积最大的是通风与空调系统设备用房,含区间通风机房、环控机房、冷水机房、环控电控室、小通风机房等。强弱电系统设备用房主要有降压变电所、牵引变电所、配电室、通信用房(含通信机械室及电源室)、信号用房、公网引入室。给排水及消防系统设备用房有消防泵房、污水泵房及废水池等。

(2)地铁车站管理用房一般设有车站控制室、服务中心、站长室、交接班室(兼会议室、餐厅)、警务室、更衣室、男女厕所、茶水间、清扫间、垃圾堆放点等。

1.2 车站设备管理用房设置原则

(1)地铁车站设备用房的平面布置主要是根据各系统的工艺要求而定,房间布置必须满足车站设备的使用功能。环控电控室应靠近环控机房而设;小通风机房靠近新风道及排风道,可与环控机房合并布置。通信、信号用房靠近车站控制室而设;降压变电所宜设在站台冷水机组一端;牵引变电所尽量设在站台层;照明配电室在站台、站厅各设2间,靠近公共区。污水泵房设在厕所的下方;废水池设在站台层的最低端,墙面应保留控制柜、管道安装条件。

(2)地铁车站管理用房的平面布置主要根据车站运营需要,同时考虑乘客的人性化服务理念而定。车站控制室设在站厅层客流多的一端,服务中心尽可能设在出入口闸机附近。站长室设在车站控制室旁,警务室靠近站厅公共区集中设置。男、女公厕设在公共区非付费区内。交接班室、茶水间、更衣室都设在站厅管理区内部。清扫间站厅、站台层各设一间,可利用楼扶梯下部空间;垃圾堆放点结合出入口公厕布置。

(3)地铁车站设备管理用房在满足工艺和运营需要的前提下归类布置,有人值班的设备管理用房尽量设于车站的同一端。设备管理用房分别设于车站的两端,并呈大、小头形状布置。根据车站实际运营情况,车站环控的大、小系统运行特征和列车的运营时间有关：一般夜间车站停运时,车站环控大系统停止运行,只有少数管理用房仍需使用空调系统,因此,应将停运后仍需要使用环控小系统的设备管理用房集中布置,以达到合理节能的效果。

2 方便乘客通行的站内设施布置要点

地铁车站作为交通建筑,乘客流线是否顺畅是评价其功能好坏的重要指标之一。传统的车站建筑布置要求楼扶梯对称布置,结构柱等间距、等跨度布置,这样往往会制约建筑平面的布置,造成流线不畅。例如：车站出入口通道、楼扶梯与立柱位置,以及其他设施的布置不合理,不利于站内大客流的集散。车站的垂直提升能力与楼扶梯的数量、宽度,以及设置的位置、方向有关。合理布置地铁车站的楼扶梯设施,可以提高车站的垂直提升能力,加快乘客的安全疏散。

2.1 车站出入口及站内通道设置

车站出入口、通道与站厅连接必须顺直、通畅,同时要特别注意,车站立柱设置必须避让出入口通道的客流主要方向。

交通建筑的特点就是要求乘客流线顺畅,便于大客流集散。车站出入口附近往往设有自动售票机、充值机等设备,如果通道设置不合理,就容易引起进出站客流拥挤、冲撞。按照规范,地铁车站通道设计的最大通过能力是单向5 000人/h◦m,双向4 000人/h◦m。但在实际运营中,由于站内的客流交叉和乘客的拥挤密度对通道的通过能力有很大影响,现场测算时通过能力仅为 1 500～2 000人/h◦m。如果车站的通道上设有结构柱或者其他设施的话,通道的通行能力更要大打折扣。为此,可以采取以下两方面的措施：

(1)调整出入口通道转折布置,畅通客流流线。如：某车站的出入口通道转折3次(见图1),乘客必须转4次弯才能够进出站;如果按图中阴影部分调整通道,虽然占地增加了一小块,但乘客在通道转折1次便可进出站厅,客流流线更为顺畅便捷。

图1 某车站出入口平面布置图

(2)调整柱网平面布置,避免客流拥挤。如：某车站站厅立柱等跨设置(如图2所示),正对出入口通道有一立柱;立柱左侧是自动售票机及加值机,立柱右侧净距较小,扣除建筑装修后净距更小。在高峰时段,通道内购票乘客容易造成拥挤且不易疏散。为防止客流拥挤,可调整柱网或将出入口右移,使立柱避让通道。又如：某车站站厅(见图3)左侧换乘通道立柱如适当加大跨度、减少立柱数量并按乘客行走流线设置后,可提高乘客在通道内的通过能力;而右侧出入口通道因立柱设置不合理,明显会影响乘客的疏散能力。

图2 某车站站内立柱设置图

2.2 车站楼扶梯设置

现行《地铁设计规范》对于车站楼扶梯选用的最大通过能力为：双向混行3 200人/h◦m,自动扶梯9 600人/h◦m。在运营中由于乘客行为的复杂性和车站运营的非理想状态,实际通过能力往往达不到规范中的标准。前一时期,有些地铁车站过分压缩车站建筑面积,导致公共区面积偏小、垂直空间客流疏散能力不足;部分换乘车站甚至将无障碍电梯布置在换乘节点上,严重制约了大客流的通行。换乘车站的楼扶梯一般根据换乘客流特征进行布置,即按车站实际运营的要求进行。

图3 某车站站内换乘通道布置图

2.2.1 合理布置建筑平面,在规范允许范围内尽量增加楼扶梯数量

根据地铁运营经验,楼扶梯如设置不好,会成为制约通过能力的瓶颈,影响客流安全疏散能力。为适应将来可能的地铁客流增加并从人性化的公众服务理念出发,提高车站的垂直提升能力,车站应尽可能合理设置充足的楼扶梯。楼扶梯的总宽度是根据客流预测计算而得出,其总宽度决定乘客安全疏散的时间。

(1)楼扶梯疏散能力应考虑远期大客流及应急疏散大量集中客流的情况。上海在建的地铁车站大都是6节编组,站台设2组楼扶梯即可满足规范要求(在6 min内站台上一列车的乘客必须紧急疏散完毕)。由于2组楼扶梯间距较长,进出站客流在站台上易形成对冲,影响疏散能力,故楼扶梯应采用3组均匀布置。

(2)楼扶梯的疏散能力必须适应远期客流的变化。轨道交通客流预测具有不确定性,车站周边区域功能的改变(如中心城区办公商业化倾向在加剧)会导致进出站客流的突变。

(3)楼扶梯设置必须注意深埋车站的纵向疏散,保证乘客的安全。由于各种条件制约,某些车站埋深大,乘客疏散时提升高度大,从而会加长紧急疏散时间。

(4)在不加长车站长度的前提下,站台层中部可增设1组疏散梯,以提高车站的垂直提升能力(见图4)。传统设计通常将无障碍垂直电梯设在站台中部,这样在站台上便无法设置3组楼扶梯。考虑到无障碍垂直电梯是特定人群使用,可将其设在车站站台层端部,对应站厅层则设在非付费区;这些乘客亦可与检票入站的乘客分开,便于管理。

图4 某车站增设楼扶梯平面图实例

(5)从网络运营的角度,结合进出站客流的特征和市郊结合部大型开发园区的车站客流有明显的潮汐特征等考虑,若是线路终点站采用侧式站台,应适当加宽两侧站台,并选取足够通过能力的楼扶梯组合布置。

2.2.2 合理选择楼梯形式,根据具体情况组合楼扶梯设置

(1)站台至站厅层之间的楼扶梯应尽可能设置成直跑楼扶梯;在某些车站综合开发区域,如果由于用地紧张实在无法设置直跑楼扶梯时,可设双跑楼扶梯。单跑楼扶梯顺直、通畅,可以将乘客直接输送至站厅层,安全可靠,乘客在楼扶梯上视野开阔,不容易引起停滞拥堵;而多跑楼梯在休息平台处不可避免地造成乘客停滞、拥堵,在高峰时段容易造成乘客跌倒以致发生危险。

(2)侧式站台楼扶梯可分开独立设置,在站台总宽度不变的前提下增加楼扶梯处的有效站台宽度,从而缓解站台上乘客的拥堵。一般岛式站台总宽度较大,楼扶梯往往并排在一起布置;而单侧式站台楼扶梯并在一起布置会占用有效站台宽度,特别是在楼扶梯处客流会形成拥堵。侧式站台楼扶梯分开呈独立设置,对于客流不大的车站,在保证2.5 m有效站台宽度的前提下,可减小侧式站台总宽度,从而减少工程规模。

2.2.3 合理布置楼梯位置,避免立柱及其他建筑构件影响楼扶梯梯口处通过能力

在建筑设计时应仔细推敲车站站厅层、站台层的柱网与楼扶梯位置,避免立柱及其他建筑构件影响楼扶梯梯口处的通过能力。传统柱网的地铁车站一般以等距布置(见图5),站台立柱常会占据楼扶梯口位置,影响乘客上下楼扶梯,人为造成楼扶梯口拥挤,对乘客疏散极为不利。而调整楼扶梯位置或柱网跨度后(见图5右侧平面图),在梯口部位立柱便不会与人流形成冲撞。

图5 某地铁车站的楼扶梯与立柱关系图

2.3 车站换乘设施设置要点

换乘车站的客流特征为：客流集聚效应使换乘车站的客流往往大于一般车站;换乘客流来自各线车站的瞬时下客,乘客集中度会远大于一般车站的进站客流。由于路网的形成有一个过程,线路之间的换乘量变化较大,因此换乘车站站台至站厅垂直提升能力应适当加大。如三线换乘枢纽,高峰时期可能有6列车同时到达车站,站内的换乘客流远大于进出站的客流。

一般,站台间的换乘设施在初期均可满足客流通过能力,但作为百年工程的地铁车站无法准确预测若干年后的客流情况。故在进行车站换乘设施设置时应考虑站台间换乘和通过站厅换乘两种方式,预留将来高峰期站台直接换乘能力不足时采用站厅站台组织客流单向换乘的功能。

通常,换乘楼扶梯的设置必须考虑以下要求：①通道换乘楼扶梯的布置应符合客流流向,典型站厅换乘车站站厅、站台间的垂直提升能力是关键;②两车站站台搭接换乘如是“T”、“L”、“十”型换乘方式,站台作为换乘通道的一部分,其宽度应满足候车与换乘客流的双重要求;③车站换乘楼梯的平台控制换乘客流的通过能力,平台宽度应适当加大;④站厅换乘节点残疾人电梯的布置应尽量避开大量换乘客流流线;⑤应对换乘客流的不确定性,车站应预留远期组织单向换乘客流的可能。

2.3.1 车站换乘楼扶梯的设置分类

换乘车站通常采用站台-站台换乘、站台-站厅换乘、通道换乘等方式。根据车站平面布置,站台-站台换乘共分为对称的“十”字型、“T”型、“L”型,以及同站台换乘等4种形式。除同站台、同方向换乘形式之外,其他换乘形式都有高度提升,因此换乘车站都涉及到换乘楼扶梯和换乘通道两种换乘设施。

站台间换乘方式的特点是：①对称“十”字型换乘楼梯设于两个站台的中部,换乘客流分布比较均匀,有利于站台上乘客的安全;②“T”型换乘的换乘点位于站台一端,站台须考虑换乘客流的通过能力;③对于侧式站台的换乘站应分析客流的潮汐特征,在站台宽度、楼扶梯通过能力上有相应的考虑;④上下二层重叠布置的站台应避免布置站厅直达站台层楼扶梯,否则乘客须在站厅辨别方向,站厅里易引起混乱。

2.3.1.1 对称“十”字型换乘楼扶梯布置

对称“十”字型换乘指两个站台互相呈“十”字型交叉设置在上、下两层,通过站台之间的楼梯进行换乘。

(1)岛式车站对称“十”字型换乘(岛-岛“十”字换乘)时,楼梯为站台之间唯一的换乘点。换乘平台控制换乘能力,换乘点空间小,应避免设置无障碍电梯。图6为三岛“十”字换乘平面图。由于中部设置了无障碍电梯,换乘楼梯只能采用“L”型布置,乘客在站台上容易造成拥堵。如将无障碍电梯移至站台端部,便可采用“T”型布置。

图6 岛-岛“十”字换乘车站楼扶梯布置实例图

(2)岛式车站站台与侧式站台“十”字型换乘(岛-侧“十”字型换乘)时,站台间具有 2个换乘点,同时换乘客流分布比较均匀,是一种比较理想的车站换乘形式。“上台下侧”和“上侧下台”两种形式各有特点,应针对性研究。图7所示为“上侧下台”形式,利用侧式站台两侧的空间作为下层岛式站台站厅,两侧站厅及侧式站台两侧需通过下层岛式站台进行沟通。下层岛式站台至站厅楼扶梯需考虑本线客流和换乘客流的需要,该楼扶梯设置时必须考虑足够的通过能力。

图7 岛-侧“十”字换乘车站楼扶梯布置实例图

(3)侧式车站站台与侧式站台“十”字型换乘(侧-侧“十”字型换乘)时,在4个侧式站台之间可以形成4个换乘点,从客流均匀角度来讲具有一定优势;但由于客流过于分散,沟通不便,一般不大采用。

2.3.1.2 “T”型换乘楼扶梯布置

“T”型换乘指两个车站站台互相呈“T”型设置在上下两层,通过站台间的楼梯进行换乘。

(1)岛式车站“T”型换乘(岛-岛“T”型换乘)时,通常设置两跑双分换乘楼梯,换乘楼梯为站台之间唯一换乘点。横向站台上可双向通行,垂直方向的站台只有一个方向通行。垂直方向的楼梯及站台宽度决定乘客的通行能力,因此要尽量做大垂直方向站台上的楼梯及站台宽度,并减少梯口处的障碍物,保证乘客顺利通行(如图8所示)。

图8 岛-岛“T”型换乘实例图

(2)岛式车站站台与侧式站台“T”型换乘(岛-侧“T”型换乘)时,两站台之间产生 2个换乘点。侧式站台两侧乘客分别通过岛式站台上的换乘楼扶梯进行换乘。侧式站台往往总宽度有限,尤其是在楼扶梯处通常按照有效站台宽度设置,因此进出站客流与换乘客流会产生集中拥堵。为解决这个问题,可将通道处楼扶梯外移,或者将楼扶梯分开布置,从而增加此处有效站台宽度,并将车站相交处墙体的阳角切除,方便乘客通行(见图9)。

图9 侧-岛“T”型换乘实例图

(3)侧式站台与侧式站台“T”型换乘(侧-侧“T”型换乘)时,在2个车站站台范围内无法设置换乘楼梯,须扩大侧式站台两侧地下空间以设置换乘楼梯。这种形式换乘分散,一般不采用。

2.3.1.3 “L”型换乘楼扶梯布置

站台-站台“L”型换乘指两个车站站台互相呈“L”型设置在上、下两层,通过站台至站台间的楼梯进行换乘。

(1)岛式车站站台-站台“L”型换乘(岛-岛“L”型换乘)时,与岛-岛 T型换乘类似,两站台之间为一点换乘,所不同的是两站台只有一个通行方向,因而其换乘楼梯宽度显得更加重要。

岛-岛“L”型换乘车站的换乘楼梯设在站台的端部,站台上的换乘客流势必要由全站台向换乘端集聚,故需合理布置站台上的楼扶梯及站台的宽度,让站台换乘端留出充足的集散空间。将进站楼扶梯调整方向后,换乘端站台空间比较宽敞,有利于乘客的换乘(见图10);同时做好站厅换乘预留远期组织客流单向换乘的可能(见图11)。

图10 岛-岛“L”型双向换乘楼扶梯布置实例图

(2)岛式车站站台与侧式车站站台之间“L”型换乘(岛-侧“L”型换乘),这种换乘方式虽然具有2个换乘点,但换乘点同时集中在两个车站站台远端。在此站台范围内设置换乘楼梯,须扩大侧式站台两侧地下空间,加大侧式站台宽度(见图12)。

图11 岛-岛“L”型单向换乘楼扶梯布置实例图

图12 岛-侧“L”型换乘车站楼扶梯布置实例图

(3)侧式车站站台-站台“L”型换乘(侧-侧“L”型换乘),这种换乘方式必须在4个端部设置4个换乘楼梯。在侧式站台的有限宽度内设置换乘楼梯比较困难,一般较少采用。

2.3.1.4 同站台换乘楼扶梯布置

同站台换乘形式一般有岛式站台水平同站台换乘和上下重叠的双岛式同站台换乘两种。

(1)水平同站台换乘形式有2个岛式站台,如图13所示。根据常规的线路上下行规则,2条线路上的反方向换乘的乘客可以实现同站台换乘,而2线同方向换乘的乘客则必须通过楼扶梯到站厅进行换乘。因此,车站既要设置足够宽度的楼扶梯满足出入站及换乘客流的要求,还必须处理好楼梯的平面布置及上下方向,减少客流对冲。

图13 水平同站台换乘实例剖面图

(2)上下重叠的双岛式同站台换乘有两种布置方式,如图14所示。各方向换乘客流不需到站厅,直接在站台间进行换乘。同站台上、下同方向换乘情况下,两线之间反方向换乘的客流必须要通过楼扶梯提升后再进行换乘,换乘客流在站台上会形成客流交叉,形成梯口部的拥堵;而采用同站台反向换乘设置后,各方向的换乘客流则不会引起交叉,较好地解决了拥堵问题。

2.3.2 车站换乘通道的设置

与通过楼扶梯直接换乘的车站相比,通过换乘通道进行换乘的车站乘客走行距离相对较长,车站站台的拥挤压力反而有所减缓,因而换乘通道的设置就显得相对重要。

图14 上下重叠同站台换乘实例图

(1)地铁车站内部换乘通道设置要点：地铁内部换乘通道一般连接2个车站站厅之间,与地铁外部关系不大,只要处理好换乘通道与2个站厅之间的关系即可。换乘通道应尽可能设置在站厅的中部位置,以缩短乘客步行距离,与站厅连接处不可有正对着通道的障碍物(如图15所示)。

图15 地铁内部换乘通道实例

(2)与周边地下综合开发空间相结合的换乘通道设置要点：目前,越来越多的地铁车站与综合开发相结合。在城市中心区也涉及到新建地铁与既有建筑的配合协调问题。首先,地铁换乘通道要保证地铁内部的使用和管理功能,要求与开发建筑保持独立性。其次,开发建筑、地铁间的相关通道在建设时应协调进行,上部开发建筑的地下结构不应对地铁换乘通道的使用造成不便,要保证乘客流线不受影响。

地下车站空调系统耗能很大,当开发地块与车站出入口连通时,根据消防要求,需要结合出入口设置下沉式广场。直接对外的出入口势必会增加车站的能量损耗,因此,必须合理控制开发地块与车站连通出入口的宽度。

3 结语

随着我国经济社会的发展以及城市化进程的加快,作为以交通功能为主的地铁车站,其建筑布置应以乘客的需求为本,树立轨道交通大客流交通建筑的理念,遵循“基于客流疏散能力”的原则确定设计方案;应从地铁车站的设备和管理用房布置原则、影响乘客行进的站内设施布置要点及换乘车站的换乘设施设置等方面,对地铁车站的建筑布置进行系统、综合设计,力求使地铁车站的建筑布置真正体现交通建筑的特征。即：设备区布置紧凑、方便管理,公共区保证乘降安全、舒适,客流疏导通畅、迅速。

[1] 上海市建设委员会科学技术委员会.上海地铁一号线工程[M].上海：上海科学技术出版社,1998.

[2] GB 50157—2003 地铁设计规范[S].

[3] 葛世平.从运营角度谈城市轨道交通的总体设计[J].城市轨道交通研究,2004(2)：13.

[4] 李三兵,陈峰,李程垒.对地铁站台集散区客流密度与行进速度的关系探讨[J].城市轨道交通研究,2009(12)：34.