地铁车站主体与公路桥共建设计及附属工程一体化设计方案研究——以北京轨道交通房北线四环路站为例

李 朴

(中铁工程设计咨询集团有限公司,北京 100055)

城市发展促进了轨道交通的快速发展，轨道交通的发展又解决了城市发展中的交通问题。车站作为轨道交通与城市连接的窗口，应坚持以人为本的设计理念[1]，不仅应体现交通功能，同时也应该与城市发展相协调，实现综合一体化开发，并使车站建筑作为城市形象的一部分。车站建筑方案设计需充分结合站点周边市政条件、管线条件、周边建(构)筑物环境以及近远期规划条件等因素而综合确定，在实施过程中会受到建设时序不匹配、规划条件不稳定等外部条件的制约[2]，因此车站建筑方案设计会先行于规划而预留远期可实施条件。但受到当时设计思路和规划条件的局限，当前预留接口或条件不一定能满足未来设计时的新需求新想法，且当车站建成运营之后，将会在一定程度上降低周边工程的可实施性，如既有路由的占用、地铁主体和附属运营保护范围等。因此，在轨道交通地下车站设计时，应尽可能实现与周边规划条件的结合，实现同步设计，共同开发[3]。

地铁车站主体一般敷设于市政道路下方，在保证车站换乘和正常使用功能前提下，应尽量减少对地下管线迁改，并远离既有或规划其他市政建(构)筑物，以降低工程实施难度，降低工程造价。随着城市的不断发展，城市交通的立体形态不断凸显，地铁车站建筑主体需充分考虑与各种市政交通的关系，以确保工程可实施性。一些专家学者对此进行了大量探索和研究，并应用于国内一些城市地铁建设中，如叶至盛[4]针对成都地铁3号线省体育馆站，提出了地铁车站与市政隧道上下重叠、共板设计的方案；马荷荷[5]对郑州地铁5号线车站下穿京广南路市政隧道，提出了暗挖下穿设计方案，对郑州地铁4号线下穿综合管廊，提出了预留实施条件方案；魏重丽[6]对武汉地铁徐家棚站下穿市政隧道，提出了统筹考虑工期设计、同期实施的方案。综上可知，专家们对地铁车站建筑与市政隧道、地下综合管廊的结合研究较多，但对地铁车站建筑与市政桥梁的研究较少。

地铁车站附属出入口为吸引周边客流，方便乘客出行，一般沿道路红线布置于各象限内；车站风亭、安全出口等附属一般设置于道路两侧绿地内。随着城市现代化程度的不断发展，轨道交通网络不断扩大，地铁车站附属设施不可避免需要占用周边地块。因此，附属设施与周边规划条件或既有建筑物的结合，显得越来越重要，国内一些专家学者对此进行了大量研究，并应用于实际工程。如姚显贵[7]对成都地铁天府广场站出入口及风亭与既有天府广场进行了景观一体化设计，通过设置下沉广场及低矮风亭，使场地环境达到统一的效果；刘丹[8]、赵志宏[9]提出车站附属设施的整合理念，认为每个附属设施需因地制宜，体现不同城市不同位置的特色；郭建[10]提出上海地铁漕宝路站与周边建筑物充分结合的案例，使出入口及风亭与既有建筑物充分结合，显得不突兀，提升整体形象；高兴、王欣、姜林波等[11-15]对地铁车站与周边不同情况的结合进行了理论和案例分析。综上可知，专家们对地铁车站附属与既有建筑物结合案例分析较多，对不同建设时序情况下，附属设施与周边环境结合多采用预留远期接口条件为主，而对于地铁促进周边地块与车站附属进行深度一体化设计的情况较少。

以北京轨道交通房北线四环路站为例，在站位选择上与规划公路桥共路由并实现了共建，使两种交通方式进行了较好的结合，减少了对城市道路的影响；同时为了体现轨道交通对周边地块的带动性，避免远期预留造成的影响，将地铁附属与建设时序较为滞后的科研用地进行了一体化设计，既保障了车站的使用功能，同时也使乘客出行更为便捷，使车站地面建筑与周边环境实现了更好的融合，提升了车站的整体建筑形态。

1 工程概况[16]

四环路站是北京市轨道交通房山线北延工程第二座车站，车站位于南四环路与规划张新路交叉口处，沿规划张新路南北向设置。周边规划以科研教育、商业及居住用地为主，车站主导客流为C类(通勤)。路口西北象限为在建国家法官学院及天坛医院新址，东北象限为新房子村大片低层建筑及棚户，规划为居住用地，尚未实现规划，西南象限现状为空地，规划为商业及产业用地，东南象限现状为巴庄子村低层居民住宅，规划为市政绿地。

2 主要控制因素

2.1 重要控制性管线

(1)沿四环路东西向有多条控制性管线，如φ1 150 mm、φ1 050 mm污水管埋深7 m，2 600 mm×2 800 mm上水管埋深8.8 m，2 000 mm×2 350 mm电力管埋深12 m，4 000 mm×2 000 mm雨水管埋深4 m。这些管线管径较大，埋深较深，是车站跨四环路设置的控制因素。受以上管线影响，若车站跨四环路设置，采用暗挖法施工，车站埋深大，工程风险高。

(2)沿张新路南北向有1条φ2.2 m的上水管，埋深为4.53 m，为大型有压水管，车站主体及附属的实施均需为其留出足够的保护间距，以免影响此给水主干管正常使用。

2.2 主要市政道路

(1)四环路东西走向，道路红线宽100 m，基本实现规划，主路双向8车道，辅路单向4车道，共计16车道，是北京市环城快速路，车流量大，交通极其繁忙，因此站位选择需尽量减少对四环路的影响。

(2)规划张新路南北走向，道路红线宽30 m(路口处扩大至50 m)，尚未实现规划。此道路较窄，对车站主体平面位置限制较大。

2.3 规划公路桥

根据道路规划条件，张新路与四环路交叉路口处规划有张新桥，为市政公路桥。根据规划条件，本桥上跨四环路，四环路以北引桥设置为桩基础，并于桩基础上方设门式桥墩，上跨区间结构。跨越四环路采用(29+42+29) m钢箱梁，梁高2.3 m(包括桥面铺装)，吊装施工。由此可见，该规划公路桥与轨道交通车站及区间共路由，车站站位选择时，需充分考虑与该桥梁的关系。

3 车站建筑方案比选

3.1 设计思路—与规划公路桥共建设计

根据上述车站主要控制因素可以看出，四环路站与规划市政公路桥张新桥均沿规划张新路南北向敷设，两种交通方式共路由，因此车站与公路桥的关系是地铁设计需解决的首要问题。

规划张新路道路红线宽30 m，道路较窄，按照目前轨道交通车站设计经验，标准12 m岛式车站主体横断面宽为21 m左右[4]，且根据规划及现状条件，车站不宜设置于道路两侧地块内，建议设置于道路下方，因此车站不具备与桥梁独立平行设置的条件。按照常规设计思路，需要调整四环路站站位或者规划张新桥路由，使两种交通方式独立运行，以保障工程的可实施性。但根据房北线线路走向，四环路站站位设置于此路口，线路敷设较为平顺，对前后车站及区间设置较为便利，客流吸引效果较好，因此提出将四环路站与规划张新桥进行共建的思路。将车站主体设置于规划桥梁正下方，均敷设于规划张新路路中。根据结构专业核算，推荐将四环路站与规划张新桥辅桥进行结合，将桥梁基础落在地铁车站主体结构正上方，车站主体结构柱承受桥桩传递荷载。因实施主体不同，地铁车站主体上方预留桥桩基础实施条件，公路桥与地铁均完成设计并通过专家评审。四环路站与规划张新桥共建设计横、纵断面分别如图1、图2所示。

图1 四环路站与规划张新桥共建设计横断面(高程单位为m，其余为mm)

图2 四环路站与规划张新桥共建设计纵断面(高程单位为m，其余为mm)

根据道路及管线资料可以看出，若四环路站车站跨四环设置，为减少对主干道路交通的影响以及减少对大量管线的迁改，则需采用暗挖法施工，车站埋深较深，施工风险较大，工程造价较高；再结合上述车站与桥梁共建的思路，推荐车站偏路口设置于四环路北侧或南侧。本文重点对四环路北侧和四环路南侧两个方案进行阐述。

3.2 建筑方案比选

3.2.1 方案1：四环路南侧方案

车站主体沿规划张新路南北向设置于四环路南侧，车站主体与规划张新桥辅桥进行结合，重点照顾四环路南侧客流，通过下穿四环路的出入口通道兼顾北侧的客流吸引。车站为地下双层明挖岛式车站，地下一层为站厅层，地下二层为站台层。车站设置3个出入口通道、4个出入口地面厅，2个安全疏散出口，2个地面无障碍电梯，3组风亭，1座冷却塔。车站主体建筑面积9 823 m2，附属建筑面积为5 997 m2，总建筑面积为15 820 m2，如图3所示。

本方案优缺点分析如下。

(1)车站设置在四环路南侧沿张新路南北向布置，对路口西南象限规划丰台科技园三期客流吸引充分。丰台科技园三期是本线重点服务的功能区域，以通勤客流为主，也是本站的主要客流来源区域。

(2)站位处路口南侧，马草河西侧沿张新路均为空地，车站采用明挖法施工，场地条件好，施工便利，工程可实施性强。

(3)车站对四环路北侧客流吸引稍差。四环路北侧路口西北象限为在建国家法官学院及天坛医院新址，该功能区通勤客流所占比例较少；路口东北象限为新房子村规划产业用地，产业规模较小。故方案设置跨四环出入口通道，该出入口通道预留张新路过街通道接口，可实现对四环路北侧各方向客流吸引。

(4)站位处路口南侧沿张新路规划市政管线众多，车站设置必须考虑为规划管线预留充足的实施条件。

图3 方案1车站总平面(单位：m)

3.2.2 方案2：四环路北侧方案

车站主体沿规划张新路南北向设置于四环路北侧，车站主体与规划张新桥辅桥进行结合，为双层明挖岛式车站，重点照顾四环路北侧客流，通过下穿四环路的出入口通道兼顾南侧的客流吸引，车站地下一层为站厅层、地下二层为站台层，车站底板埋深20.0 m。车站设置3个出入口通道、4个出入口地面厅，2个安全疏散出口，2个地面无障碍电梯，3组风亭，1座冷却塔。车站总建筑面积14 678 m2。

本方案优缺点分析如下。

(1)车站设置在四环路北侧沿张新路南北向布置，对路口西北象限在建国家法官学院及天坛医院新址客流吸引充分。

(2)站位处路口北侧，规划张新路尚未实现规划，现状为新房子村大片低层建筑，车站在此施工，拆迁量大，工程可实施难度大。

(3)车站对四环路南侧客流吸引效果差。四环路南侧路口西南象限为规划丰台科技园三期，是本线重点服务的功能区域。故方案设置跨四环出入口通道，可实现对四环路南侧各方向客流吸引。

综合以上分析，两方案均能实现车站与桥梁共建，方案1对路南侧丰台科技园三期通勤客流吸引充分，并可兼顾路北侧客流，车站主体采用明挖施工，工法简单，车站附属设于规划商业地块和规划绿地内，现状无拆迁，规划协调性好，可实施条件好；方案2则对四环路南侧丰台科技园三期通勤客流吸引效果较差，且车站附属需整体拆迁路北侧新房子村低层建筑，拆迁量大。因此推荐采用方案1的布置站位和形式。

4 车站附属一体化设计[17-20]

四环路站推荐方案(方案1)共设置3个出入口及2组风亭。其中，A1、A2出入口设置于四环路两侧道路红线内，现状为空地，规划为市政绿地；B出入口位于规划张新路与四环路交叉口东南角规划绿地内，下穿马草河，紧贴四环路南侧道路红线东西向布置，现状为村落低矮用房，规划为绿地；2号风道位于四环路南侧规划绿地内，现状为空地。结合现状和周边规划条件，以上附属不具备一体化开发条件。四环路站C出入口、1号风道等附属设置于路口西南象限丰台科技园三期用地范围内，现状为空地，规划为科研、工业用地，可考虑与地块进行一体化设计。

四环路站C出入口等附属占用丰台科技园三期48号地，该地块产权方并无具体开发计划，而房北线计划于2019年底开通运营，两者建设时序不匹配。若按照两者不结合的方案，本站C出入口、1号风亭、1号安全出口、无障碍出口以及冷却塔等附属设施均设置于该地块内，需整体占用地块东侧一部分，对地块影响较大。即使考虑设置临时出口的方案，风道等附属也需永久占用地块一部分面积，且会带来部分废弃工程，且若本站开通运营后，地块建设需按照相关法规退让地铁附属一定距离，对地块影响更大。因此建议在48号地分两段进行开发，先期将与本站附属结合的东侧用地与地铁同步建设，西侧用地待时机成熟再进行建设。

本着分期建设开发原则，会同一体化及地块设计单位，对该东侧用地与附属进行了一体化方案设计，推荐方案将东侧用地设计为地下三层、地上三层商业建筑，C出入口通道设置于建筑体内，通过两段扶梯提升至地面，平通道与建筑体地下二层连通，并设置连通接口，可通达48号用地以及北侧44号用地；第一段扶梯提升至地下一层下沉广场，并设置连通接口；第二段扶梯提升至地面，方便地面客流进出轨道交通。将新风亭设置于下沉广场内，排风亭与出入口地面厅结合，冷却塔设置于建筑体顶部，使地面附属进行整体一体化设计。既保证了地铁的使用功能，又美化了地面景观，提升了周边环境融合性，优化了建筑空间结构，更加有效地提升了土地效益。经与北京市建筑设计研究院建筑师徐超配合完成设计方案如图4、图5所示。

图4 地下一层平面

图5 一体化效果图

5 结语

结合规划条件、市政条件及周边环境等，通过对北京轨道交通房山线北延工程四环路站方案分析及附属一体化设计，可以得出以下结论。

(1)地铁车站主体与规划公路桥同路由时，可将地铁车站设置于桥梁辅桥正下方，车站主体双柱位于桥桩下方，承受上部传递荷载，使车站与桥梁在竖向实现共建设计，在平面上实现两种交通方式共路由，减少对市政道路的占用。

(2)地铁车站周边地块建设时序滞后于地铁建设周期时，可将地块分阶段实施，将附属所占的局部地块与地铁附属进行深度一体化设计，可提高土地的利用率，减少对地块的影响，使地块远期开发更具灵活性。

(3)车站附属出入口、风亭与下沉广场一体化结合，冷却塔设置于屋顶，可提升附属整体景观效果，改善立体空间层次感，提高地铁与周边建筑物的通达性。