地鐵車站主體與公路橋共建設計及附屬工程一體化設計方案研究
——以北京軌道交通房北線四環(huán)路站為例

李 樸

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

城市發(fā)展促進了軌道交通的快速發(fā)展，軌道交通的發(fā)展又解決了城市發(fā)展中的交通問題。車站作為軌道交通與城市連接的窗口，應堅持以人為本的設計理念[1]，不僅應體現(xiàn)交通功能，同時也應該與城市發(fā)展相協(xié)調，實現(xiàn)綜合一體化開發(fā)，并使車站建筑作為城市形象的一部分。車站建筑方案設計需充分結合站點周邊市政條件、管線條件、周邊建(構)筑物環(huán)境以及近遠期規(guī)劃條件等因素而綜合確定，在實施過程中會受到建設時序不匹配、規(guī)劃條件不穩(wěn)定等外部條件的制約[2]，因此車站建筑方案設計會先行于規(guī)劃而預留遠期可實施條件。但受到當時設計思路和規(guī)劃條件的局限，當前預留接口或條件不一定能滿足未來設計時的新需求新想法，且當車站建成運營之后，將會在一定程度上降低周邊工程的可實施性，如既有路由的占用、地鐵主體和附屬運營保護范圍等。因此，在軌道交通地下車站設計時，應盡可能實現(xiàn)與周邊規(guī)劃條件的結合，實現(xiàn)同步設計，共同開發(fā)[3]。

地鐵車站主體一般敷設于市政道路下方，在保證車站換乘和正常使用功能前提下，應盡量減少對地下管線遷改，并遠離既有或規(guī)劃其他市政建(構)筑物，以降低工程實施難度，降低工程造價。隨著城市的不斷發(fā)展，城市交通的立體形態(tài)不斷凸顯，地鐵車站建筑主體需充分考慮與各種市政交通的關系，以確保工程可實施性。一些專家學者對此進行了大量探索和研究，并應用于國內一些城市地鐵建設中，如葉至盛[4]針對成都地鐵3號線省體育館站，提出了地鐵車站與市政隧道上下重疊、共板設計的方案；馬荷荷[5]對鄭州地鐵5號線車站下穿京廣南路市政隧道，提出了暗挖下穿設計方案，對鄭州地鐵4號線下穿綜合管廊，提出了預留實施條件方案；魏重麗[6]對武漢地鐵徐家棚站下穿市政隧道，提出了統(tǒng)籌考慮工期設計、同期實施的方案。綜上可知，專家們對地鐵車站建筑與市政隧道、地下綜合管廊的結合研究較多，但對地鐵車站建筑與市政橋梁的研究較少。

地鐵車站附屬出入口為吸引周邊客流，方便乘客出行，一般沿道路紅線布置于各象限內；車站風亭、安全出口等附屬一般設置于道路兩側綠地內。隨著城市現(xiàn)代化程度的不斷發(fā)展，軌道交通網絡不斷擴大，地鐵車站附屬設施不可避免需要占用周邊地塊。因此，附屬設施與周邊規(guī)劃條件或既有建筑物的結合，顯得越來越重要，國內一些專家學者對此進行了大量研究，并應用于實際工程。如姚顯貴[7]對成都地鐵天府廣場站出入口及風亭與既有天府廣場進行了景觀一體化設計，通過設置下沉廣場及低矮風亭，使場地環(huán)境達到統(tǒng)一的效果；劉丹[8]、趙志宏[9]提出車站附屬設施的整合理念，認為每個附屬設施需因地制宜，體現(xiàn)不同城市不同位置的特色；郭建[10]提出上海地鐵漕寶路站與周邊建筑物充分結合的案例，使出入口及風亭與既有建筑物充分結合，顯得不突兀，提升整體形象；高興、王欣、姜林波等[11-15]對地鐵車站與周邊不同情況的結合進行了理論和案例分析。綜上可知，專家們對地鐵車站附屬與既有建筑物結合案例分析較多，對不同建設時序情況下，附屬設施與周邊環(huán)境結合多采用預留遠期接口條件為主，而對于地鐵促進周邊地塊與車站附屬進行深度一體化設計的情況較少。

以北京軌道交通房北線四環(huán)路站為例，在站位選擇上與規(guī)劃公路橋共路由并實現(xiàn)了共建，使兩種交通方式進行了較好的結合，減少了對城市道路的影響；同時為了體現(xiàn)軌道交通對周邊地塊的帶動性，避免遠期預留造成的影響，將地鐵附屬與建設時序較為滯后的科研用地進行了一體化設計，既保障了車站的使用功能，同時也使乘客出行更為便捷，使車站地面建筑與周邊環(huán)境實現(xiàn)了更好的融合，提升了車站的整體建筑形態(tài)。

1 工程概況[16]

四環(huán)路站是北京市軌道交通房山線北延工程第二座車站，車站位于南四環(huán)路與規(guī)劃張新路交叉口處，沿規(guī)劃張新路南北向設置。周邊規(guī)劃以科研教育、商業(yè)及居住用地為主，車站主導客流為C類(通勤)。路口西北象限為在建國家法官學院及天壇醫(yī)院新址，東北象限為新房子村大片低層建筑及棚戶，規(guī)劃為居住用地，尚未實現(xiàn)規(guī)劃，西南象限現(xiàn)狀為空地，規(guī)劃為商業(yè)及產業(yè)用地，東南象限現(xiàn)狀為巴莊子村低層居民住宅，規(guī)劃為市政綠地。

2 主要控制因素

2.1 重要控制性管線

(1)沿四環(huán)路東西向有多條控制性管線，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電力管埋深12 m，4 000 mm×2 000 mm雨水管埋深4 m。這些管線管徑較大，埋深較深，是車站跨四環(huán)路設置的控制因素。受以上管線影響，若車站跨四環(huán)路設置，采用暗挖法施工，車站埋深大，工程風險高。

(2)沿張新路南北向有1條φ2.2 m的上水管，埋深為4.53 m，為大型有壓水管，車站主體及附屬的實施均需為其留出足夠的保護間距，以免影響此給水主干管正常使用。

2.2 主要市政道路

(1)四環(huán)路東西走向，道路紅線寬100 m，基本實現(xiàn)規(guī)劃，主路雙向8車道，輔路單向4車道，共計16車道，是北京市環(huán)城快速路，車流量大，交通極其繁忙，因此站位選擇需盡量減少對四環(huán)路的影響。

(2)規(guī)劃張新路南北走向，道路紅線寬30 m(路口處擴大至50 m)，尚未實現(xiàn)規(guī)劃。此道路較窄，對車站主體平面位置限制較大。

2.3 規(guī)劃公路橋

根據(jù)道路規(guī)劃條件，張新路與四環(huán)路交叉路口處規(guī)劃有張新橋，為市政公路橋。根據(jù)規(guī)劃條件，本橋上跨四環(huán)路，四環(huán)路以北引橋設置為樁基礎，并于樁基礎上方設門式橋墩，上跨區(qū)間結構。跨越四環(huán)路采用(29+42+29) m鋼箱梁，梁高2.3 m(包括橋面鋪裝)，吊裝施工。由此可見，該規(guī)劃公路橋與軌道交通車站及區(qū)間共路由，車站站位選擇時，需充分考慮與該橋梁的關系。

3 車站建筑方案比選

3.1 設計思路—與規(guī)劃公路橋共建設計

根據(jù)上述車站主要控制因素可以看出，四環(huán)路站與規(guī)劃市政公路橋張新橋均沿規(guī)劃張新路南北向敷設，兩種交通方式共路由，因此車站與公路橋的關系是地鐵設計需解決的首要問題。

規(guī)劃張新路道路紅線寬30 m，道路較窄，按照目前軌道交通車站設計經驗，標準12 m島式車站主體橫斷面寬為21 m左右[4]，且根據(jù)規(guī)劃及現(xiàn)狀條件，車站不宜設置于道路兩側地塊內，建議設置于道路下方，因此車站不具備與橋梁獨立平行設置的條件。按照常規(guī)設計思路，需要調整四環(huán)路站站位或者規(guī)劃張新橋路由，使兩種交通方式獨立運行，以保障工程的可實施性。但根據(jù)房北線線路走向，四環(huán)路站站位設置于此路口，線路敷設較為平順，對前后車站及區(qū)間設置較為便利，客流吸引效果較好，因此提出將四環(huán)路站與規(guī)劃張新橋進行共建的思路。將車站主體設置于規(guī)劃橋梁正下方，均敷設于規(guī)劃張新路路中。根據(jù)結構專業(yè)核算，推薦將四環(huán)路站與規(guī)劃張新橋輔橋進行結合，將橋梁基礎落在地鐵車站主體結構正上方，車站主體結構柱承受橋樁傳遞荷載。因實施主體不同，地鐵車站主體上方預留橋樁基礎實施條件，公路橋與地鐵均完成設計并通過專家評審。四環(huán)路站與規(guī)劃張新橋共建設計橫、縱斷面分別如圖1、圖2所示。

圖1 四環(huán)路站與規(guī)劃張新橋共建設計橫斷面(高程單位為m，其余為mm)

圖2 四環(huán)路站與規(guī)劃張新橋共建設計縱斷面(高程單位為m，其余為mm)

根據(jù)道路及管線資料可以看出，若四環(huán)路站車站跨四環(huán)設置，為減少對主干道路交通的影響以及減少對大量管線的遷改，則需采用暗挖法施工，車站埋深較深，施工風險較大，工程造價較高；再結合上述車站與橋梁共建的思路，推薦車站偏路口設置于四環(huán)路北側或南側。本文重點對四環(huán)路北側和四環(huán)路南側兩個方案進行闡述。

3.2 建筑方案比選

3.2.1 方案1：四環(huán)路南側方案

車站主體沿規(guī)劃張新路南北向設置于四環(huán)路南側，車站主體與規(guī)劃張新橋輔橋進行結合，重點照顧四環(huán)路南側客流，通過下穿四環(huán)路的出入口通道兼顧北側的客流吸引。車站為地下雙層明挖島式車站，地下一層為站廳層，地下二層為站臺層。車站設置3個出入口通道、4個出入口地面廳，2個安全疏散出口，2個地面無障礙電梯，3組風亭，1座冷卻塔。車站主體建筑面積9 823 m2，附屬建筑面積為5 997 m2，總建筑面積為15 820 m2，如圖3所示。

本方案優(yōu)缺點分析如下。

(1)車站設置在四環(huán)路南側沿張新路南北向布置，對路口西南象限規(guī)劃豐臺科技園三期客流吸引充分。豐臺科技園三期是本線重點服務的功能區(qū)域，以通勤客流為主，也是本站的主要客流來源區(qū)域。

(2)站位處路口南側，馬草河西側沿張新路均為空地，車站采用明挖法施工，場地條件好，施工便利，工程可實施性強。

(3)車站對四環(huán)路北側客流吸引稍差。四環(huán)路北側路口西北象限為在建國家法官學院及天壇醫(yī)院新址，該功能區(qū)通勤客流所占比例較少；路口東北象限為新房子村規(guī)劃產業(yè)用地，產業(yè)規(guī)模較小。故方案設置跨四環(huán)出入口通道，該出入口通道預留張新路過街通道接口，可實現(xiàn)對四環(huán)路北側各方向客流吸引。

(4)站位處路口南側沿張新路規(guī)劃市政管線眾多，車站設置必須考慮為規(guī)劃管線預留充足的實施條件。

圖3 方案1車站總平面(單位：m)

3.2.2 方案2：四環(huán)路北側方案

車站主體沿規(guī)劃張新路南北向設置于四環(huán)路北側，車站主體與規(guī)劃張新橋輔橋進行結合，為雙層明挖島式車站，重點照顧四環(huán)路北側客流，通過下穿四環(huán)路的出入口通道兼顧南側的客流吸引，車站地下一層為站廳層、地下二層為站臺層，車站底板埋深20.0 m。車站設置3個出入口通道、4個出入口地面廳，2個安全疏散出口，2個地面無障礙電梯，3組風亭，1座冷卻塔。車站總建筑面積14 678 m2。

本方案優(yōu)缺點分析如下。

(1)車站設置在四環(huán)路北側沿張新路南北向布置，對路口西北象限在建國家法官學院及天壇醫(yī)院新址客流吸引充分。

(2)站位處路口北側，規(guī)劃張新路尚未實現(xiàn)規(guī)劃，現(xiàn)狀為新房子村大片低層建筑，車站在此施工，拆遷量大，工程可實施難度大。

(3)車站對四環(huán)路南側客流吸引效果差。四環(huán)路南側路口西南象限為規(guī)劃豐臺科技園三期，是本線重點服務的功能區(qū)域。故方案設置跨四環(huán)出入口通道，可實現(xiàn)對四環(huán)路南側各方向客流吸引。

綜合以上分析，兩方案均能實現(xiàn)車站與橋梁共建，方案1對路南側豐臺科技園三期通勤客流吸引充分，并可兼顧路北側客流，車站主體采用明挖施工，工法簡單，車站附屬設于規(guī)劃商業(yè)地塊和規(guī)劃綠地內，現(xiàn)狀無拆遷，規(guī)劃協(xié)調性好，可實施條件好；方案2則對四環(huán)路南側豐臺科技園三期通勤客流吸引效果較差，且車站附屬需整體拆遷路北側新房子村低層建筑，拆遷量大。因此推薦采用方案1的布置站位和形式。

4 車站附屬一體化設計[17-20]

四環(huán)路站推薦方案(方案1)共設置3個出入口及2組風亭。其中，A1、A2出入口設置于四環(huán)路兩側道路紅線內，現(xiàn)狀為空地，規(guī)劃為市政綠地；B出入口位于規(guī)劃張新路與四環(huán)路交叉口東南角規(guī)劃綠地內，下穿馬草河，緊貼四環(huán)路南側道路紅線東西向布置，現(xiàn)狀為村落低矮用房，規(guī)劃為綠地；2號風道位于四環(huán)路南側規(guī)劃綠地內，現(xiàn)狀為空地。結合現(xiàn)狀和周邊規(guī)劃條件，以上附屬不具備一體化開發(fā)條件。四環(huán)路站C出入口、1號風道等附屬設置于路口西南象限豐臺科技園三期用地范圍內，現(xiàn)狀為空地，規(guī)劃為科研、工業(yè)用地，可考慮與地塊進行一體化設計。

四環(huán)路站C出入口等附屬占用豐臺科技園三期48號地，該地塊產權方并無具體開發(fā)計劃，而房北線計劃于2019年底開通運營，兩者建設時序不匹配。若按照兩者不結合的方案，本站C出入口、1號風亭、1號安全出口、無障礙出口以及冷卻塔等附屬設施均設置于該地塊內，需整體占用地塊東側一部分，對地塊影響較大。即使考慮設置臨時出口的方案，風道等附屬也需永久占用地塊一部分面積，且會帶來部分廢棄工程，且若本站開通運營后，地塊建設需按照相關法規(guī)退讓地鐵附屬一定距離，對地塊影響更大。因此建議在48號地分兩段進行開發(fā)，先期將與本站附屬結合的東側用地與地鐵同步建設，西側用地待時機成熟再進行建設。

本著分期建設開發(fā)原則，會同一體化及地塊設計單位，對該東側用地與附屬進行了一體化方案設計，推薦方案將東側用地設計為地下三層、地上三層商業(yè)建筑，C出入口通道設置于建筑體內，通過兩段扶梯提升至地面，平通道與建筑體地下二層連通，并設置連通接口，可通達48號用地以及北側44號用地；第一段扶梯提升至地下一層下沉廣場，并設置連通接口；第二段扶梯提升至地面，方便地面客流進出軌道交通。將新風亭設置于下沉廣場內，排風亭與出入口地面廳結合，冷卻塔設置于建筑體頂部，使地面附屬進行整體一體化設計。既保證了地鐵的使用功能，又美化了地面景觀，提升了周邊環(huán)境融合性，優(yōu)化了建筑空間結構，更加有效地提升了土地效益。經與北京市建筑設計研究院建筑師徐超配合完成設計方案如圖4、圖5所示。

圖4 地下一層平面

圖5 一體化效果圖

5 結語

結合規(guī)劃條件、市政條件及周邊環(huán)境等，通過對北京軌道交通房山線北延工程四環(huán)路站方案分析及附屬一體化設計，可以得出以下結論。

(1)地鐵車站主體與規(guī)劃公路橋同路由時，可將地鐵車站設置于橋梁輔橋正下方，車站主體雙柱位于橋樁下方，承受上部傳遞荷載，使車站與橋梁在豎向實現(xiàn)共建設計，在平面上實現(xiàn)兩種交通方式共路由，減少對市政道路的占用。

(2)地鐵車站周邊地塊建設時序滯后于地鐵建設周期時，可將地塊分階段實施，將附屬所占的局部地塊與地鐵附屬進行深度一體化設計，可提高土地的利用率，減少對地塊的影響，使地塊遠期開發(fā)更具靈活性。

(3)車站附屬出入口、風亭與下沉廣場一體化結合，冷卻塔設置于屋頂，可提升附屬整體景觀效果，改善立體空間層次感，提高地鐵與周邊建筑物的通達性。