武汉地铁王家湾站设计技术要点

刘建芳

(武汉地铁集团有限公司，430074，武汉//高级工程师)

随着轨道交通建设经验的不断积累，以及换乘站点的不断增加，车站规模不断扩大，车站功能更趋复杂化[1-3]。大规模地铁车站在总体布局设计及防火设计中有一些特别之处。

1 武汉地铁王家湾站建设背景

王家湾区域是汉阳最耀眼的商业中心，是继汉口武广、武昌中南汉街之后的“武汉商圈第三极”。根据武汉地铁线网规划，3号线由沌口开发区出发经过王家湾后穿越汉江敷设至汉口宏图大道，4号线由武汉火车站出发穿越长江经过王家湾后敷设至汉阳黄金口，地铁3、4号线分别穿越汉江、长江联通武汉三镇，是武汉地铁镇间骨架线路。3、4号线在汉阳大道与龙阳大道交叉口处的王家湾核心区域设置王家湾站，车站周边商业林立，周边客流量大，地下商业开发价值显著，因此，除设置大型换乘站外还设计了大型物业开发，并设置连通道或出入口与周边商业无缝对接。

2 大规模车站设计技术要点

2.1 总体设计布局

王家湾站位于武汉市汉阳区，汉阳大道与龙阳大道交汇处，为4号线二期工程与3号线一期工程的“十字换乘车站”，采用“上侧下岛十字节点”换乘形式。3号线为地下两层，采用侧式站台，4号线为地下三层，采用岛式站台，两线通过地下二层4号线转换层兼换乘厅实现站台-站台便捷换乘。4号线车站长234.0 m，最大宽度为68 m；3号线车站站线长488.2 m，标准段宽度为44.5 m，车站总建筑面积为65 416 m2(其中包括物业开发部分建筑面积为9 667 m2)。物业开发位于车站地下一层，其中包括3号线配线上方区域及4号线外挂区域，与车站公共区及周边商业融会贯通，大大提高了站点所在王家湾商圈的商业品质和用地效率。

本站共设置12个出入口：其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ号5个出入口为连接站厅层，分别位于交叉路口4个象限内。其他出入口连接物业开发。Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ号出入口为3号线物业开发出入口，Ⅳ号出入口为4号线物业开发出入口，物业区与站厅层公共区连通，连通处设置防火卷帘。另外，车站东北角预留与数码港商业接口，西南角预留与现代家具广场商业接口。

本站共设置12组风亭，2组冷却塔。其中，2、3、4、5、6、8、11号风亭为车站风亭，1、7、9、10、12号风亭为物业开发预留风亭；两线车站合用冷却塔位于3号线车站北端9号风亭处，商业冷却塔位于3号线车站南端。

2.2 与市政高架同步规划、设计、施工

王家湾站是国内首例市政高架与地铁同步设计、同步建设的地上三层地下三层的大型立体交叉交通枢纽工程。地铁车站与高架桥项目遵循同步规划、同步设计、同步施工的原则。为避免资源浪费及重复占道、破坏路面，确保王家湾地铁车站与高架桥项目均在2015年年底竣工，通过优化地铁车站各施工作业面与高架桥桥面架设的设计、施工步序及协同作业空间，以及采用特殊的钢箱梁顶拉架桥工艺，解决了桥梁施工荷载控制地铁顶板设计的难题，解决了市政高架与地铁交叉施工的相互干扰问题，避免了由于建设不同步造成的工程浪费，取得巨大的经济效益和社会效益，对城市市政与轨道交通和谐共建具有深远意义。图1为王家湾站站域空间关系图。

图1 王家湾站站域空间关系图

2.3 首次将预应力结构应用于地下车站交叉换乘厅

王家湾站是汉阳地区重要的特色换乘站，交叉换乘区采用了大跨度、高净空的设计方案，顶板净跨达到26.6 m×23.1 m。常规结构型式难以实现，通过对结构的抗裂性、抗渗性、耐久性、经济性、施工便利性进行论证比较，在地铁结构设计中首次采用大跨度地下预应力结构，是国内真正意义上将预应力结构引入地铁的首个地铁车站。

2.4 高架桥桩基础与车站结构采用分离式设计

王家湾地处商业中心地带，考虑地面交通出行，将沿龙阳大道与汉阳大道的高架桥桥墩均设于路中。为解决高架桥基础与地铁车站结构的受力及变形协调问题，经多方案比选，创造性地提出了隔离墙的概念，通过设置隔离墙将高架桥结构及基础与地铁车站完全脱离，很好地解决了高架桥与地铁结构的受力及不均匀沉降问题。

3 大规模车站防火设计

大规模车站设计中一个核心的问题就是满足消防的要求。根据《城市轨道交通技术规范》的要求，“多线换乘车站共用一个站厅公共区，且面积超过单线标准车站站厅公共区面积2.5倍时，应通过消防性能化设计分析，采取必要的消防措施”[4]。通过FDS+Pathfinder软件分别对火灾发展过程及烟气控制过程进行数值模拟，对火灾发生情况下的车站中人员疏散行动时间进行模拟计算。

3.1 火灾场景模拟

利用FDS软件对火灾发展进行模拟，验证是否达到防火的性能化设计目标[5]。根据设计方提供的CAD图纸以及火灾场景的设置情况，建立王家湾站的整体FDS模型[6]，见图2。

图2 王家湾站FDS模型

分别设置了地下一层站厅、地下二层和地下三层站台发生火灾后的烟气发展过程，通过对有人员活动的地面2 m高处的能见度、温度和CO浓度的结果分析，确定了各火灾场景下的烟气危险来临时间[7]，见表1。

表1 火灾情况下不同场景危险来临时间

3.2 人员疏散模拟

人员疏散安全研究的具体判定准则是人员疏散时间tRSET小于危险来临时间tASET，则疏散是安全的，疏散设计合理[8]；反之则不安全，需要修改设计。火灾中各种时间关系如图3所示。

(1) 疏散场景A：火灾发生在地下一层站厅层Ⅱ出口附近[9]。该场景下，Ⅱ号出入口受到火灾的影响无法用于人员疏散。地下二层和地下三层的乘客及工作人员通过自动扶梯与楼梯疏散到站厅层，然后与地下一层候车乘客及工作人员通过Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ号站厅出口疏散到室外。

图3 火灾中各种时间关系图

(2)疏散场景B：火灾发生在地下二层站台或地下三层站台。该场景下，火灾并未对疏散路径造成影响，地下二层和地下三层的乘客及工作人员通过自动扶梯与楼梯疏散到站厅层，然后与地下一层候车乘客及工作人员通过Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ号出入口疏散到室外。

(3)疏散场景C：火灾发生在地下三层4号线的列车内[10]。该场景下，这时列车紧急停靠在站台旁，列车上所有乘客下到站台后与站台候车乘客及工作人员通过自动扶梯与楼梯疏散到地下一层，然后与地下一层候车乘客及工作人员通过Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ号站厅出口疏散到室外。

利用人员疏散软件Pathfinder对王家湾站进行了人员疏散时间的计算与分析，得到3个疏散场景中各区域需要的疏散行动时间taction，将疏散行动时间的安全系数k取为1.5，于是tRSET=+tresp+1.5×taction[11]。其中地铁火灾确认时间talarm和人员预动作时间tresp之和为120 s。通过计算最终得到3个疏散场景中的人员疏散出站厅的时间，结果如表2所示。

3.3 结果分析

(1)由于王家湾站内可燃物较少，并且站厅具有较大的蓄烟空间，因此当站厅公共区发生火灾时，车站内的人员能在危险来临前逃离危险区域，能够保障人员安全疏散。当站厅内开启所有排烟风机进行排烟后，能够有效阻止站厅内的烟气蔓延到出入口通道内。

表2 不同火灾场景下人员疏散所需时间

(2)由于王家湾站内可燃物较少，并且站台具有较大的蓄烟空间，因此当站台公共区发生火灾时，车站内的人员能在危险来临前逃离危险区域，能够保障人员安全疏散。当开启站台所有排烟风机进行排烟后，能够保证站厅到站台的楼扶梯口处具有不小于1.5 m/s 的向下气流，有效阻止站台内的烟气蔓延到站厅内。

(3)当列车发生火灾行驶到王家湾站时，且当隧道排烟风机有效动作时，具有较大排风量，能有效阻止烟气蔓延到上一层，可以保障初期火灾的人员安全疏散；当隧道排烟风机失效时，由于火灾功率较大及列车人数较多，部分人员的疏散安全无法保证，因此，地铁运营管理部门应切实加强排烟系统的维护保养，使得火灾时可以有效动作。

(4)按照现行设计以及本报告提出的消防性能化措施，武汉地铁王家湾站在发生较为不利的火灾时，站内人员能够在危险来临前疏散到安全区域，其消防设计能够满足人员安全疏散的要求。

4 结语

大规模地铁车站的建设能够在有限的土地上最大限度地集约化利用土地，充分开发地下空间[12]。不同车站需要根据实际建设情况调整设计方案，本文以武汉地铁王家湾站为例，为大规模地铁车站的建设提供了实践经验。