复杂环境下非典型地铁车站建筑设计分析

喻 敏, 兰志光

(1. 中铁第六勘察设计院集团有限公司, 天津 300123; 2. 天津城建大学, 天津 300380)

0 引言

随着社会发展及国家经济的快速增长，以地铁为代表的城市轨道交通工程数量持续稳步增长。地铁作为一种现代化交通工具，以其绿色高效、安全便捷的优势在综合交通运输体系中占据主导地位。地铁车站主要由站厅、站台公共区及设备区、风道和出入口等组成，站台形式主要有岛式和侧式2大类，以标准岛式车站最为普遍。但由于受到设计边界条件的制约，按通用标准设计的车站往往无法实施，而非典型车站是在满足车站建筑基本功能及规范要求的前提下，将车站各组成元素分解、重组，形成一种特殊空间形态的车站。由于环境控制因素的复杂程度不尽相同及建筑功能多样化、结构受力合理性、工程风险控制等方面的要求，导致非典型车站形态各异。

非典型车站在建筑形式的新颖性、突破性，结构复杂程度以及对周边环境有良好的适应方面具有较高的研究价值。目前，国内相关研究主要有： 许俊峰[1]从设计原则及思路、建筑、装修等方面对北京团结湖站进行分析； 高嵩[2]针对建筑形式变更及存在的问题对大连交通大学站进行分析； 吴波[3]对线钟楼站的控制因素进行分析，论述了车站公共区及设备区的设计； 陈宏等[4]主要以小北站为例，从建筑功能结构形式、适用条件等方面分析了暗挖车站设计方法； 文献[5-7]从结构受力及风险角度、文献[8-10]从疏散角度，对非典型车站进行了研究。但上述研究仅针对某个具体的非典型车站，本文将对前人研究进行归纳总结，得出非典型车站建筑设计原则，并以新建非典型车站为例，从站址环境、控制因素、功能需求和风险控制等方面进行分析，寻找此类型车站设计方案上的异同点，以期为类似车站方案设计和实施提供参考。

1 非典型车站建筑设计原则

1.1 车站形式

从结构形式、建筑功能布局、环境控制因素等方面对国内一些已建及在建非典型车站进行归类，主要有以下几种形式(见表1)。

(a) 纵剖面

(b) 横剖面

(a) 纵剖面 (b) 横剖面

图2站厅大断面单层暗挖(局部双层)、站台双洞单层暗挖剖面图

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

图3 站厅暗挖、设备区明挖、站台双洞单层暗挖剖面图[6]

(a) 纵剖面

(b) 横剖面(明挖)

(c) 横剖面(暗挖)

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

1.2 建筑内部布置

非典型车站建筑内部可通过“打通联系、集中布置、挖掘空间、合并功能” 等措施[12]优化车站功能，实现空间合理利用。

车站公共区的站台部分往往是左右线分离的，站厅部分也往往不止1处付费区和非付费区，所以，在车站基本组成要素中出现了多处横通道和斜通道将分离的站厅、站台连接，以满足各类功能需求。

图5 站厅及一侧站台明挖、另一侧站台单洞单层暗挖剖面图[13]

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

车站设备区房间布置及综合管线排布通常也是建筑设计的一大难点，尤其是通风空调系统的布置。通常将区间隧道通风系统与车站通风空调系统分开考虑，在用地条件紧张的情况下，单独设置区间风井，充分利用暗挖通道结构断面高度大的优势，灵活布置管线。同时，将隧道风机房与暗挖主隧道的施工竖井相结合，在满足功能需求的前提下充分利用立体空间，控制车站规模[3]。

一般来说，考虑综合管线排布的合理性，按照系统分类将一些设备专业房间集中布置。对于有明挖条件的车站，一般将大部分设备管理用房集中于明挖结构内，极少部分设备房间布置在暗挖通道内。对于站台隧道单洞为曲墙的车站，靠近站台侧的结构曲墙部分高度低，不能满足建筑高度要求，将其封闭作为部分设备管线管廊，而拱部作为通风管布线空间[12]。某些弱电专业会以装修层埋设的形式敷设管线，但如果由于条件限制，设备房间不能集中布置，导致管线埋设距离长、检修不便时，可以选择利用拱形吊顶空间敷设管线。

1.3 客流组织

对于站厅为标准厅的车站来说，客流组织相对简单，一般为购票—站厅的进站闸机—站厅付费区的2组楼扶梯—站台层乘车。若有换乘客流，站厅通道换乘是由站台到站厅再到换乘通道； 站台通道或节点换乘则由本线站台下行楼梯到达另一条线的站台。

对于站厅为端厅或分离厅的车站来说，有时受结构尺寸及用地条件等限制，站厅公共区空间较小，为避免人流拥挤，更需要科学地组织车站客流。人流控制应遵循由内至外、由下至上的原则，应以出入口、进站闸机及厅台之间的楼扶梯为3个控制点进行客流控制。以小北站[14]为例，工作日早晚高峰客流较多，付费区空间狭窄，且站厅至站台均为长大扶梯，因此控制点主要在进站闸机处。若站内或站台乘客达到饱和，则控制点分别在出入口及厅台之间的楼扶梯处。

1.4 消防疏散

非典型车站尤其是线路深埋的车站，消防疏散是设计需要重点管控的方面，可以通过消防性能化分析来辅助评判车站消防疏散是否满足要求。同时，在设计时应充分考虑防火分区、防烟分区，采取防排烟策略，完善消防给、排水系统配置，确保疏散路径畅通、疏散指示清晰明确。当车站设置直通室外的安全出口数量和位置受限时，可设置避难通道解决疏散距离问题，例如同福西站[13]。

1.5 风险控制

车站地下暗挖洞室较多，结构受力复杂，施工期间各隧道之间及隧道与围岩之间的相互影响较大，群洞效应明显，工程风险极大。一般采用先下后上、先小后大的施工步序，提高暗挖群洞的稳定性[6]，加强支护，降低施工爆破对底层的扰动，控制地表沉降。若某地铁隧道开挖临近桥梁桩基，一般当桥梁桩基与隧道中心间距为2～3倍隧道洞径时，桥桩沉降量是可控的，桩隧相互影响小[5]。

建筑设计人员在根据车站功能合理布局的同时，应尽量减少暗挖隧道的数量，并与结构设计人员积极沟通，确定合理的暗挖隧道位置以及结构间距，从建筑设计方案的角度降低工程实施风险。

2 暗挖工程实例——江苏路站

2.1 工程概况

江苏路站为青岛地铁4号线中间站，与1号线换乘，位于江苏路与东西快速路交叉口东南侧、江苏路正下方，沿江苏路呈南北方向布置。地质条件以花岗岩为主，存在部分素填土。1、4号线区间呈十字交叉，车站整体位于老城区，且属于无棣路历史文化街区保护范围，西北侧为青岛市立医院，西南侧为基督教堂(文物保护建筑)、青岛市第六中学、观象山公园等，周边其他为密集居住建筑，地下管线密集且存在大量的人防工程，车站的设置对于解决周边居民日常出行起到了重要作用。

2.2 控制因素

2.2.1 风貌建筑保护

历史文化街区的更新，既要保持其历史风貌特征又要使其适应城市整体发展的需要[15]。在保护区内修建地铁，对风貌建筑的保护是设计方案至关重要的控制因素之一。需要在保护风貌建筑与实现车站功能两者之间找到一个平衡点，并采取合理的设计方案减少对周边环境的影响，减少房屋拆迁，这加大了设计方案的难度。

2.2.2 地形地质、线路条件及换乘关系

车站所处地势整体变化较大，东高西低，南高北低，地势高差最大处达20 m，道路迂回曲折，尤以江苏路和苏州路为代表。地质以岩体为主，且岩体强度等级较高。4号线西起海边，起点站与第2站站间区间段下穿3号线区间，本站为第3座车站，与前一站站间距较小，线路高度提升有限，且因区间下穿1号线主体需要有一定安全距离，因此，站位埋深受到限制。故4号线江苏路站轨面最大埋深约50 m，是目前青岛地铁建设过程中线路埋置最深的地铁车站，并且车站前后区间均为曲线段，不利于站位微调。此外，1、4号线同期但不同步施工，推荐采用通道换乘。

2.2.3 附属的设置

车站为了实现建筑功能，需要具备出地面的附属建筑(出入口、风亭组和冷却塔)，但要在历史文化街区内设置车站地面附属建筑十分困难，且势必会引起房屋拆迁。虽然附属地面建筑属于小体量，但是其风格应与周边环境协调。

2.3 设计思路

1)历史文化街区内道路狭窄、建筑物密集、多为居民区，车站主体范围内涉及众多风貌保护建筑且车站埋深较大，围岩条件较好，地铁车站主体部分首选暗挖法施工，可避免交通调流并减少主体结构上方大规模建筑拆迁。

2)综合考虑车站换乘功能、附属结构工程量及出入口提升高度等方面选择合适的站厅层标高。此外，站台层受线路条件制约，与站厅层标高差距较大，分层开挖更加经济合理。

3)建筑内部合理布局，减小车站规模，并且需要保证各暗挖断面之间合理的结构净距，以确保施工风险可控。

4)在无棣路历史文化街区内的建筑不完全属于传统风貌建筑，也存在部分居住条件恶劣、残旧不堪的一般建筑。这些一般建筑，已经远远满足不了现在居民的生活需要[16]，因此，可将历史文化街区的旧城改造与轨道线网的建设结合，以车站周边区域的更新为契机，统筹规划，整体提升城市土地效益。车站附属地面建筑以“形式拆分、功能整合”为原则，与整体风貌区景观保持协调一致。

2.4 车站主体

考虑到4号线轨面埋深较大，地质条件较好，施工场地受限等因素，同时，从建筑功能角度体现以人为本，实现换乘通道零高差的平行换乘[17-18]效果，有效解决由于车站埋置过深造成的出入口超长问题，本线车站设计为站厅、站台竖向分离暗挖车站，其站厅与1号线站厅同标高，大大提升了换乘舒适度并改善了超长通道带来的空间压迫感。厅台之间通过斜通道以及车站两端的竖通道联系，斜通道内设提升高度约为19 m的楼扶梯，站厅为标准厅，站台为分离岛式站台，左右线通过5处横通道连通，如图6所示。

(a) 换乘关系横剖面图

(b) 主体纵剖面图

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

2.5 出入口及风亭

在车站用地条件比较紧张的情况下，出地面的建筑在满足功能需求的前提下力求量少规整[18]。车站在江苏路与苏州路之间的地块内设置了1个出入口、1组风亭及1个安全出口。经与规划及相关部门对接后了解到，该方案涉及的拆迁范围内有3栋传统风貌保护建筑，其余为一般建筑(见图7—11)。

与一般地上建筑相比，窑洞所处的地理环境特点与此次设计的建筑环境有共同点。窑洞建筑不是明显突兀的建筑实体，而是沿着山的走势，整体建筑群呈等高线状态分布，是有内部空间体量的地下或半地下建筑[19]。因此，考虑地势高差及拆迁地块范围的局限性，出入口的设计采用“窑洞”的理念，充分利用地势优势，维持自然地貌。江苏路道路标高高于苏州路7 m，以苏州路地面标高为附属设置地面设计基准标高，利用7 m高挡土墙做门洞，出入口高度为3 m，建成后整体效果如图12所示。

图7 传统风貌建筑分布卫星图

图8 1号传统风貌建筑

图9 2号传统风貌建筑

图10 3号传统风貌建筑

图11 4号一般建筑物

图12 车站地面附属优化方案建筑全景模型

相关研究表明，山地城市的两点之间，步行梯道是直线距离，而车行受坡度限制往往需要绕圈，距离更远[20]，因此，步行梯道使用频率较高。本方案中，江苏路与苏州路地势存在明显高差，出入口设在地势较低的苏州路，客流服务范围受到限制，但在江苏路与苏州路之间共有3处步行梯道，在梯道口处设置导向标识，借助这些步行梯道兼顾江苏路周边客流，可减小出入口的服务功能损失。

2.6 车站公共区及设备区设计

对于一般设备管理用房，在满足功能的前提下尽量集中紧凑布置。本站地下第1层为设备层，主要布置弱电系统房间、环控机房和风道，如图13所示。本站为换乘车站，且为厅到厅的换乘模式，两线车站均需规模较大、公共区布局集中，且客流组织顺畅的站厅来满足人流的集散，因此，站厅公共区未采用分离形式。地下第2层为站厅公共区及设备区，设备区主要布置强电系统房间、环控机房及必要的管理用房，如图14所示。地下第3层为站台公共区、轨行区及少量设备管理用房，如图15所示。

图13 设备层平面图

图14 站厅层平面图

图15 站台层平面图

本站采用单活塞的隧道通风模式，以减少地面风亭数量。站台通风空调系统通过厅台之间斜通道吊顶上方空间布线，厅台之间的其他系统管线排布也均通过斜通道及竖通道完成。同时，考虑控制车站规模，充分挖掘暗挖拱形结构断面高度，站厅层设备区的环控机房为内设夹层的形式，将1个单层断面一分为二，充分利用立面空间布置设备，减小了环控机房的平面规模。

3 明、暗挖结合工程实例——青秀山站

3.1 工程概况

青秀山站是南宁轨道交通3号线从北到南的第17座车站，站位位于青山路与凤岭南路交叉口以东约180 m处，车站斜跨凤岭南路，大致呈南北走向。车站整体位于南宁市5A级景区门口，站点的建设起到了提升南宁“绿城首富”形象的作用[21]。车站北端为金汇如意坊仿古建筑群，2层砖混结构； 西侧为秀山花园小区； 南侧为青秀山景区管委会，3层砖混结构； 东侧为景区新建停车场，斜跨的凤岭南路为市政下穿U型槽道路。

3.2 控制因素

1)地形线路。由于该站临近邕江，区间需下穿邕江，制约了轨面标高的抬升。青秀山地势起伏较大[7]，车站底板埋深约为57 m。

2)地质条件。暗挖隧道群主要处于泥质粉砂岩地层，北端头局部处在粉(细)砂岩地层，地下水位较高，地质条件极差。

3)施工场地范围受限。

3.3 设计思路

由于地质条件极差且线路深埋，采用大断面暗挖施工风险极大，车站主体范围应首选明暗挖结合工法施工，尽量减小暗挖结构断面尺寸、减少断面数量，保证暗挖断面净距并采取合理措施控制地下水对基坑的影响，降低施工风险。综合考虑附属结构工程量、出入口提升高度、明挖基坑风险及明暗挖结构合理间距等方面，确定站厅层标高及明挖基坑开挖深度。站台层受线路条件制约，与站厅层标高差距较大，结构分层设置更加经济合理。

3.4 车站布置

车站由北端的活塞风亭组、南端明挖站厅、暗挖站台层、附属出入口4部分组成，为地下4层(局部5层)明暗挖结合车站。站厅位于明挖段内，明挖基坑深度约27 m，站厅、站台竖向分离。站厅层设于地下第4层，暗挖分离岛式站台(暗挖单层双洞)位于站厅以下22 m，厅台之间保留部分岩体。明挖站厅为标准厅，通过从底板斜向下、夹在平行站台层隧道中间的扶梯斜通道与站台层横通道中部相通[7]。

3.5 消防疏散

与一般地铁车站相比，深埋车站在火灾工况下，排烟阻力大，气流组织复杂，同时车站站内环境相对封闭且疏散距离较长，消防疏散显得尤为重要。通过STEPS人员疏散软件进行模拟分析，本站所有人员均可在一定时间范围内疏散至安全区域。通过辅以一些强化措施，例如： 强化防火分隔及排烟系统，完善灭火系统等，以更好地保证车站的消防安全。

4 异同点分析

4.1 相同点分析

上述2座车站均受控于外部条件、轨面深埋，为节约造价、降低施工风险，站台为左右线2个独立的深埋隧道，站厅与站台之间保留部分岩体，仅通过暗挖斜通道连接。虽然站厅到站台的楼扶梯提升高度均较大，不利于乘客快速进出车站，但通过采用此种设计手段，解决了在复杂环境下常规车站形式无法处理的一些难题，减少了长大出入口通道给行人带来的压迫感。同时，通过合理布置站内设施，最大限度提升了车站空间舒适度，因此，可以说是一种因地制宜的新型地铁建筑形式。

4.2 不同点分析

4.2.1 江苏路站与青秀山站的不同点

不同之处在于其结构形式及内部建筑的布局，江苏路站为站厅、站台均暗挖的纯暗挖车站；青秀山站虽然施工场地受限但有可利用的明挖场地，同时，考虑地质条件的特殊性，为站厅明挖、站台暗挖的明、暗挖结合车站。

4.2.2 江苏路站与一般的分离岛式暗挖车站的不同点

一般的分离岛式暗挖车站即结构形式为站厅、站台双洞双层暗挖的车站，其站厅、站台左右线分离； 而江苏路站站厅为大断面暗挖，公共区为标准厅，站台为分离岛式暗挖，便于乘客在站厅层换乘并快速选择进出站方向，客流线顺畅，有利于客流组织，其结构的复杂程度及新颖的建筑形式在国内非典型地铁车站中尚数少见。

5 结论与讨论

为实现最大限度吸引客流的目的，减小车站与周边复杂环境控制因素的相互影响，一般采用非典型车站设计方案。对于站厅、站台合设的非典型车站，往往受控于桥桩及道路交通压力； 对于站厅与站台分开设置的非典型车站，站厅可位于站台正上方或斜上方，站厅层根据周边环境复杂程度的不同，可以采用明挖法或暗挖法施工。

通常非典型车站的结构存在多处深埋立体交叉暗挖隧道，易产生群洞效应，施工过程中，围岩的开挖变形和衬砌应力变化对工程有很大影响。至于左、右线及横通道的开挖先后顺序不能一概而论，仍需要结合车站的具体情况进行分析，确定精细合理的施工方案，在采取合理的加固措施情况下，进一步加强监控量测，降低工程风险。

受控于周边环境因素，大多数非典型车站都存在消防疏散距离长的缺点。目前，已建及在建的地铁车站消防疏散能否达标是依据《地铁设计规范》GB 50157—2013或地方标准进行核算的。至于依据最新发行的《地铁安全疏散规范》GBT 33668—2017核算非典型车站消防疏散是否满足要求，以及当计算所得疏散时间达到甚至超过临界值(6 min)时，如何结合疏散仿真软件优化非典型车站的逃生疏散问题，目前需要进一步深入研究。