城市地鐵車站地下空間綠色建筑設(shè)計方法研究

（南昌大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，江西 九江 332020）

摘要：為降低城市地鐵車站地下空間綠色建筑的全年總能耗占比，提出一種綠色建筑設(shè)計方法，包括采光設(shè)計、節(jié)地設(shè)計和環(huán)保設(shè)計。采光設(shè)計運用技術(shù)引入自然光，并通過手動照明補(bǔ)償不足；節(jié)地設(shè)計采用垂直布局減少占地面積；環(huán)保設(shè)計利用BIM技術(shù)實現(xiàn)高質(zhì)量環(huán)保建筑。實驗結(jié)果表明，該設(shè)計方法可將年度總能耗占比降至83.2%，滿足預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化了城市地鐵車站地下空間綠色建筑的設(shè)計方法，為綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展提供了新思路。

關(guān)鍵詞：地鐵車站；地下空間；綠色建筑；節(jié)能與環(huán)保技術(shù)

中圖分類號：TU201.5 文獻(xiàn)識碼：A" " " " " " " " " 文章編號：

Study on the Design Method of Green Building in the Underground Space of Urban Metro Station

WANG Yiyao

（Nanchang University College of Science and Technology，Jiujiang Jiangxi 332020，China）

Abstract： In order to reduce the proportion of annual total energy consumption of green buildings in the underground space of urban subway stations， a green building design method is proposed， including lighting design， land saving design and environmental protection design.The daylighting design uses technology to introduce natural light， and compensate the deficiency through manual lighting， and land saving design adopts vertical layout to reduce the floor area， and environmental protection design uses BIM Technology to achieve high-quality environmental protection buildings. The experimental results show that the design method can reduce the annual total energy consumption to 83.2%， which meets the expected standard，optimizes the design method of green building in the underground space of urban subway station， and provides a new idea for the sustainable development of green building.

Keywords： subway station; underground space; green building; energy saving and environmental protection technology

0 引言

隨著現(xiàn)代化社會的飛速發(fā)展，綠色建筑的應(yīng)用較為廣泛。然而，在城市地鐵車站地下空間的設(shè)計中，仍存在著與綠色建筑體系不完全契合的問題。由于傳統(tǒng)的建筑設(shè)計方法還沒有對現(xiàn)代綠色建筑的內(nèi)容進(jìn)行更新，綠色建筑體系不完整，在實踐過程中不能形成自平衡的狀態(tài)，使得能耗和資源消耗增加導(dǎo)致結(jié)果難以符合預(yù)期。在此背景下，探索城市地鐵車站地下空間綠色建筑設(shè)計方法的研究具有重要意義。通過結(jié)合實際情況進(jìn)行實驗與分析，可以深入了解城市地鐵車站地下空間在綠色建筑體系中所面臨的問題。通過對綠色建筑的設(shè)計與構(gòu)建，能夠改變設(shè)計師的設(shè)計方向，依據(jù)綠色建筑的相關(guān)理論，探索建筑的邏輯結(jié)構(gòu)[1]。能夠有效保護(hù)地面景觀，改善周邊生態(tài)環(huán)境，同時還能夠減少用地面積，提升乘客的使用質(zhì)量，為城市的多元化發(fā)展帶來一定的幫助。從綠色建筑的本意出發(fā)，搜索能夠達(dá)到綠色水平的設(shè)計方法。遵循可持續(xù)發(fā)展的理念，進(jìn)行綠色思考，完成綠色建筑的設(shè)計與實踐。因此，本研究以城市地鐵車站地下空間綠色建筑設(shè)計方法為研究對象，結(jié)合實際情況進(jìn)行實驗與分析，旨在填補(bǔ)現(xiàn)有研究的空白，為地鐵車站地下空間的綠色建設(shè)提供有效的解決方案。

1 綠色建筑設(shè)計方法

在城市地鐵系統(tǒng)中，地鐵車站地下空間通常由站臺、乘客進(jìn)出口、通道、候車區(qū)等組成。目前，國內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)了一些先進(jìn)的綠色建筑設(shè)計方法，可適用于地鐵車站地下空間，主要側(cè)重于可持續(xù)設(shè)計原則、能源效率和循環(huán)經(jīng)濟(jì)。在本文的設(shè)計方法中，主要通過采光、空間節(jié)地及環(huán)保等設(shè)計實現(xiàn)地鐵車站地下空間整體設(shè)計區(qū)域的綠色節(jié)能。采光設(shè)計主要是通過合理的采光方案，最大限度地利用自然光源，減少對人工照明的依賴。空間節(jié)地設(shè)計主要是通過合理布局和利用地下空間，最大限度地節(jié)約用地面積，提高土地資源利用效率。環(huán)保設(shè)計主要是通過使用環(huán)保材料、節(jié)能設(shè)備和水資源管理等措施，減少能耗和資源消耗，降低對環(huán)境的影響。

1.1 城市地鐵車站地下空間采光設(shè)計

本文以江西省南昌市某地鐵車站為例，該地鐵車站地下空間整體布局如圖1所示。

該地鐵車站地下部分的溫度波動較小，但通風(fēng)較差，易產(chǎn)生消極閉塞的空間。在進(jìn)行該部分空間設(shè)計時，需對比不同地下空間綠色更新條件?？偨Y(jié)不同空間環(huán)境因素后，發(fā)現(xiàn)地下空間圍護(hù)結(jié)構(gòu)的采光條件較差[2]，需進(jìn)行更新，在條件允許的情況下，將自然光引入到地下空間。若自然采光不足，應(yīng)采用人工輔助照明來完成補(bǔ)償。其中不同自然光照采光形式如圖2所示。

地面開闊時，采用上升式采光形式。不僅可以提升采光效果，還能夠加強(qiáng)景觀區(qū)域[3]。乘客在地下空間就可看到天窗外的街道景觀，與城市景觀實現(xiàn)互動。從整體采光設(shè)計角度來看，采光窗連通街道和地下空間的窗口，為地下空間直接引入自然光。在設(shè)計采光窗時，要保證地下空間采光的完整度，和街道行人的使用舒適感。對地下空間采光更新時不能破壞初始場地建筑環(huán)境。凹進(jìn)式采光可以將地上所需的建筑沉降于土壤之中。在建筑中設(shè)置中心為圓形的天井，使得地下空間的采光與環(huán)境相融，形成統(tǒng)一的整體[4]。下沉區(qū)域與建筑相連通，形成一個整體的轉(zhuǎn)換空間，從而完成對通風(fēng)線路的設(shè)計。運用反射間接導(dǎo)入自然光照明，通過天窗式采光提供自然光源，節(jié)約照明用電。使用漫射器將自然光線引至建筑空間，并進(jìn)行發(fā)散，確保地下空間獲得充足的光照，且光線均勻分布，提升室內(nèi)采光品質(zhì)。根據(jù)天氣變化，靈活調(diào)整采光策略，提高采光效率，減少資源浪費。同時，在不同位置安置采光管，利用自然光進(jìn)行采集，并結(jié)合鏡面導(dǎo)光，將光線傳遞至漫射器[5]。此外，通過開口設(shè)計收集自然光線，減少損壞并消除漏水現(xiàn)象。最后，利用采光天窗將自然光引入站廳內(nèi)部，進(jìn)一步改善照明條件。其具體情況如圖3所示。

地下空間手動照明過程中，加強(qiáng)調(diào)光環(huán)境的設(shè)計。對于照明燈具需按標(biāo)準(zhǔn)要求選擇。同時調(diào)整燈具功率的密度值，使得地下空間綠色環(huán)境能夠得到更新[6]。與此同時，還需調(diào)整地下空間出入口位置，布置靈活節(jié)點位置，并與所有通路相連接。設(shè)置地標(biāo)性位置是要通過手動照明為空間位置增加可識別性。地下空間改造更新時，運用人工光環(huán)境，營造舒適的環(huán)境氛圍，促進(jìn)消費者主動消費。其中，天窗為玻璃材質(zhì)，其框架以鋼架混凝土制成，地鐵站站廳的主要承重構(gòu)件為Y形柱，吊頂用鋁板裝飾，并將帶狀GRG圓形燈按照前后順序排列。

1.2 城市地鐵車站空間節(jié)地設(shè)計

地鐵站通過豎向組合方式形成了多功能綜合空間。將城市功能進(jìn)行整體規(guī)劃與設(shè)計，并形成交通、商業(yè)等功能一體化的地下空間[7]。

采用適用于可持續(xù)發(fā)展的綠色功能模式，以疏散地鐵人流，增加步行流通通路為目的，判斷人流量能夠安全進(jìn)行交通運轉(zhuǎn)。根據(jù)不同的人流峰值，將通路轉(zhuǎn)折和上下?lián)Q層的設(shè)計進(jìn)行更新，減少人流的步行距離。運用局域網(wǎng)平臺，使設(shè)計人員之間達(dá)到必要的交流，使建筑設(shè)計師能夠及時了解當(dāng)前的設(shè)計動態(tài)。由于地下空間規(guī)模較大，需要承擔(dān)交通、娛樂等功能的活動，在地鐵站與軌道站點之間需要進(jìn)行拓展設(shè)計。將不同的綜合功能空間進(jìn)行垂直布局[8]。同時對于停車場系統(tǒng)等需要分擔(dān)部分交通壓力，對分擔(dān)功能進(jìn)行適當(dāng)拓展。形成立體化的空間格局。同時，在不同站點之間需要設(shè)計連貫性線路。地下空間通常是以軌道交通站點為主，與四周建筑和停車場等進(jìn)行連通，形成分布狀的空間。順著中軸線，對景觀和城市主干道進(jìn)行設(shè)計，并同步進(jìn)行連接。以地下空間為主體，形成商用多元化的綠色建筑。不僅促進(jìn)了綠色建筑的發(fā)展，還能夠提升軌道交通的多樣性聯(lián)動，形成一個整體的功能型空間。在功能整合設(shè)計中，各分區(qū)之間運用分散性布局，根據(jù)人流量最大密集度，將流動空間整合設(shè)計[9]。人流從下沉廣場入口進(jìn)入地下空間，由地下空間的步行廊道通往不同場景，讓不同場景與地鐵站之間均能夠保持流通。為了滿足節(jié)約用地的要求，通常會設(shè)置獨立的出入口進(jìn)行人流疏散。地下空間在人流疏散過程中，將站廳設(shè)置于地下，地面設(shè)置出入口，使乘客可以從地下站廳進(jìn)行分流，通過不同的線路進(jìn)行乘車，最大程度地縮短人們步行的距離。將地鐵站的停車場設(shè)置在輻射區(qū)周邊，可以盡可能地減少功能區(qū)人流密度。高效運用地上與地下的相結(jié)合的優(yōu)勢，減少占地面積，增加不同空間的使用程度。對于地鐵站地下空間車站的用房，可進(jìn)行綠色規(guī)劃。設(shè)定綠色安全房的占地面積為15 m2。通過監(jiān)控與日常值班來處理各種應(yīng)急事件。建筑的用房面積具體情況見表1。

通過整合設(shè)計，增加地鐵站的縱向深度。同時，根據(jù)綜合地下空間與綜合管廊進(jìn)行一體化設(shè)計，實現(xiàn)節(jié)約水資源，使得地下空間的基礎(chǔ)設(shè)施達(dá)到優(yōu)化布置。

1.3 地下空間綠色建筑環(huán)保設(shè)計

運用BIM技術(shù)，通過環(huán)保設(shè)計要素在多種環(huán)境中應(yīng)用，可以形成高質(zhì)量環(huán)保的綠色建筑。根據(jù)BIM設(shè)計方案，設(shè)定LOD的指標(biāo)為100～300。按照地鐵站的設(shè)計方向，根據(jù)不同面積與布局等結(jié)構(gòu)，進(jìn)行有效的能源性能分析[10]。對不同極端的環(huán)境信息要素進(jìn)行統(tǒng)計。其中，LOD地鐵站能源集成分析情況見表2。

根據(jù)不同地區(qū)的氣候條件，考慮風(fēng)荷載及室外空氣溫度差異等因素，在設(shè)計階段，需要進(jìn)行綠色低碳方式進(jìn)行設(shè)計。利用自然通風(fēng)解決室內(nèi)空間溫度，并根據(jù)建筑內(nèi)部的舒適性進(jìn)行制冷制熱。根據(jù)太陽光的照射角度，將因供暖等消耗的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，形成可使用的太陽能[11]。在乘客活動的范圍內(nèi)，設(shè)定空氣濕度閾值，并獲得對應(yīng)的舒適溫度范圍，減少制冷制熱過程中產(chǎn)生的能源消耗。設(shè)計時需特別考慮玻璃的安裝位置。通過選擇合理的安裝位置，獲取相應(yīng)的HVAC信息值，并進(jìn)行精確的模擬?；谀M結(jié)果，針對建筑物內(nèi)部不均勻的室溫進(jìn)行有效調(diào)整。

2 實例分析

運用本文所敘述的綠色建筑設(shè)計方法進(jìn)行實驗，計算經(jīng)過圍護(hù)結(jié)構(gòu)得到的能耗結(jié)果。對實驗組得到的全年能耗比值進(jìn)行了對比分析，當(dāng)綠色建筑設(shè)計總能耗＜對照建筑總能耗85%的標(biāo)準(zhǔn)時，設(shè)計方法達(dá)到優(yōu)化。

2.1工程概況

該地鐵二號線整體為西南東北方向走勢，沿途建設(shè)車站28座。在地鐵導(dǎo)向系統(tǒng)設(shè)計方面，為每座車站進(jìn)行標(biāo)識設(shè)計，且出入口處都設(shè)有導(dǎo)向立柱，標(biāo)志線路名稱，幫助乘客快速辨識方向。地下車站屬于樓層式站廳，進(jìn)站口采用折線形起伏，地下空間墻柱面能夠感知外界溫度。服務(wù)臺采用木格柵分隔，形成獨立的服務(wù)空間。座椅以實用性為主，中間采用隔板分開。地面墻柱采用啞面大理石材料。站臺為地下2層島式車站，建筑形制為明挖式箱型結(jié)構(gòu)。站廳面積約為1 500 m2，層高3 m，空間結(jié)構(gòu)為矩形雙柱式車站。進(jìn)站閘機(jī)5個。

設(shè)計的綠色建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能參數(shù)指標(biāo)見表3。

運用設(shè)計綠色建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能參數(shù)，計算設(shè)計建筑的全年能耗值。使用建筑模型，按照對應(yīng)的建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)限值，計算該建筑全年光電負(fù)荷，并計算總體能耗值。運用綜合建筑能耗與環(huán)境仿真分析軟件TER-E計算全年光電負(fù)荷值，調(diào)用該市年均氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)電負(fù)荷計算。

2.2 結(jié)果與分析

運用本文方法計算得到的綠色建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)全年總能耗結(jié)果與傳統(tǒng)方法對比，具體結(jié)果如圖1所示。

由實驗結(jié)果可知，運用本文方法設(shè)計的綠色建筑全年總能耗為24 479.15 MW·h，運用傳統(tǒng)方法設(shè)計的建筑全年總能耗為28 746.53 MW·h。同時計算設(shè)計綠色建筑的年度總能耗占比為83.2%，滿足綠色建筑中，設(shè)計建筑總能耗＜對照建筑總能耗85%的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果符合預(yù)期。

3 結(jié)語

本文從城市地鐵車站開發(fā)入手，深入分析地下空間設(shè)計的有關(guān)問題，研究城市地鐵車站地下空間綠色建筑設(shè)計方法。使地鐵車站符合現(xiàn)代化發(fā)展，構(gòu)建系統(tǒng)空間管理形態(tài)，優(yōu)化設(shè)計方案。在工程項目建設(shè)中，對采光，通風(fēng)等有關(guān)問題進(jìn)行處理，使得設(shè)計建筑總能耗＜對照建筑總能耗85%的標(biāo)準(zhǔn)。但是本文方法還存在著不足，比如對綜合交通空間設(shè)計不完善，對采光節(jié)能數(shù)據(jù)的提取還不夠全面，樣本數(shù)量不足等問題。今后應(yīng)通過建筑節(jié)能方面的不斷優(yōu)化，構(gòu)建綠色建筑設(shè)計方面評價體系，提高不同功能裝置的布置與安裝，提升建設(shè)過程中應(yīng)對各種應(yīng)急突發(fā)事件的能力，實現(xiàn)城市地鐵車站地下空間綠色建筑設(shè)計方法的充分應(yīng)用。

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編輯：劉 巖

作者簡介：王藝瑤（1983～），女，陜西省漢中市人，講師，碩士，研究方向：建筑設(shè)計、城市規(guī)劃。