倒厅地铁车站建筑设计方案探讨

2022-01-17李卫超

隧道建设(中英文) 2021年12期

李卫超

(中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308)

0 引言

随着我国社会经济迅猛发展，各城市的地铁建设力度越来越大，线网规划越来越密，地铁车站形式越来越多，例如：各种形式的换乘车站、多条线网集合于一体的大型换乘车站以及集高铁、城际轨道、城市轨道(地铁)、公交、出租车等多种交通方式于一体的综合交通枢纽站[1-2]。

一般情况下，地下车站按照层数可分为2种类型： 1)地下1层车站，即站厅和站台均位于同层，乘客进出站及乘车均在地下1层完成。2)地下2层或多层车站，即站厅层设置在地下1层，站台层设置在地下2层或更深层，乘客先到地下1层再到地下2层完成乘车，这种形式的车站最常见[3]。地下2层及多层车站有1个共同特点，即乘客均自上而下先到地下1层，进入站厅层付费区后，再由楼扶梯下到站台层乘车。

还有一种倒厅形式的车站，由于特殊的原因及苛刻的控制因素，不得不将站台层设置在地下1层，而站厅层设置在地下2层，乘客均需先下至地下2层(站厅层)进入付费区，再通过楼扶梯向上走，进入地下1层(站台层)乘车。这种形式的车站乘客进出站的行为均与正常车站不同，甚至相反。同样的，倒厅车站在设计时的思路、车站内部的布置形式、防火分区划分和车站的消防疏散等方面均有其不同的特点。

目前关于倒厅地铁车站的研究非常少，尤其是集高铁、城际及多条地铁线网于一体的综合交通枢纽倒厅地铁车站的研究更少[4-12]。

本文以一个典型的倒厅地铁车站——西安地铁北客站(北广场)为设计实例，分析总结倒厅地铁车站的设计思路、内部布置以及消防疏散设计，以期为类似倒厅地铁车站的设计带来一些启示和参考。

1 工程概况及控制因素

地铁车站在设计时，要充分考虑站址周边地形、地貌和地质条件，尽量避开不良地质地段和重要的既有建(构)筑物，以利于工程实施和降低工程造价[13]。在研究清楚车站周边控制边界条件后，应梳理出控制因素里的重难点，并在设计时着重解决这些重难点问题。

1.1 工程概况

西安地铁北客站(北广场)位于西安高铁北客站北广场下，是城际铁路机场线与西安地铁4号线同期设计、同期施工的换乘站，为一岛两侧平行换乘的车站，同时也与既有高铁北客站及西安地铁2号线通道换乘。车站周边环境如图1所示。

图1 车站周边环境

车站结合高铁北客站及地铁2号线前期预留的换乘条件，以北广场地下商业开发、各市政交通节点换乘为辅，集中解决了本地区各个交通线路之间的换乘问题。车站周边规划如图2所示。车站处于明光路、尚新路、尚贤路、尚苑路4条路所包围的规划枢纽中心地带，目前4条规划路已实施，地铁2号线、高铁北客站已建成通车运营。

图2 车站周边规划

北客站南北两侧规划有广场、地下出租车站、地下公交站、长途客运站及配套商业，目前南广场已建成并运营。北广场现为空地，规划属性为广场、交通和商业金融用地，以高铁进站大厅标高层作为规划广场地面标高±0.0，广场下方规划有2层，地下1层为公交枢纽、出租特勤、有轨电车及长途客运站，地下2层规划为商业开发。北广场规划方案暂未实施。

北客站北广场将建设成为集地铁、高铁、机场线、公交、长途客运、出租、社会车辆、有轨电车等多方式于一体，以地铁和高铁为主导的立体化综合枢纽。综合交通枢纽建成后，西安北客站区域将成为集交通、商贸、会展、休闲、娱乐、生态、居住于一体的“龙之梦新城”，是现代综合客运枢纽、城市形象门户、文化展示之窗。

西安地铁4号线及机场线均采用B型车，6辆编组，站台长度为120 m。4号线远期下行上车客流为8 057人次/h，换乘客流为2 301人次/h；机场线远期上行下车设计客流为18 000人次/h，远期下行上车设计客流为17 579人次/h。

1.2 控制因素

综合分析车站的周边环境及边界条件等车站控制因素，梳理出本站的控制因素主要有3个方面：车站远期控制客流、工程边界条件、各线间的换乘关系。其中，各线间的相对位置关系如图3所示。有关各控制因素的分析如下：

1)本站在设计时应重点考虑综合交通枢纽的换乘关系，即解决好城际铁路机场线、西安地铁4号线、西安地铁2号线、高铁北客站以及周边规划的公交、出租、长途客运及有轨电车等市政设施之间的换乘关系。

2)在选择车站站位及车站形式时应重点考虑本站工程边界条件，即站前区间与2号线出入段线间的关系，地铁4号线正线与4号线出入段线间的关系，4号线正线下穿西宝高铁涵洞以及机场线下穿漕运明渠时的影响等。

3)应综合分析地铁4号线、机场线、地铁2号线及高铁等各方面的客流特征，从而统筹考虑车站的换乘形式。

4)由于北客站北广场规划尚未实现，因此在选择车站形式时应重点考虑车站埋深及出地面建筑形式对北广场远期规划的影响。

5)车站形式还受到既有地铁2号线出入段线标高、既有高铁北客站标高、现状地面标高以及规划北广场标高等影响。

图3 各线间的相对位置关系

2 设计思路与车站方案

2.1 设计思路及方案比选

对于换乘车站来说，车站的研究重点是换乘形式的选择，即换乘点的分布和换乘方式的可行性，这一点取决于线路的走向和相互交织形式[14]。总体而言，任何换乘形式都是为换乘功能服务的，最终目的是达到合理布局空间、高效组织客流。

根据以上对车站边界条件及控制因素的分析与总结可知： 1)本站重点换乘的2条线为机场线和4号线，经过分析后选择一岛两侧同台平行换乘的形式； 2)次要换乘点为高铁北客站及地铁2号线，可考虑采用换乘通道的形式来解决与既有交通的换乘； 3)在考虑与规划公交、长途及有轨电车的换乘点时，可采用预留远期换乘通道及预留接口的形式。

由于本站区间跨越既有2号线出入段线，2号线出入段线为地下1层埋深，因此本工程区间可采用上跨既有线(如图4所示)或者下穿既有线(如图5所示)的形式来通过。经过分析比较可知，若采用暗挖下穿2号线出入段线的形式，则车站应设计为地下4层一岛两侧的形式，车站及前后区间明挖部分规模大，造价高；基坑底部位于砂层，埋深约为27 m，基坑深度及宽度均较大，暗挖风险较大，降水对周边既有建筑物的影响大，工程实施难度非常大。

图4 车站上跨2号线区间示意图

图5 车站下穿2号线区间示意图

最终，经过综合比选，站前区间采用上跨2号线的形式，且为了减小车站对地面广场景观的影响，将车站设计为站台在地下1层、站厅在地下2层、一岛两侧倒厅的形式。

2.2 车站方案

作为综合交通枢纽中心，车站设计时除了考虑满足自身功能的需要之外，还需要考虑城际铁路机场线、西安地铁4号线、西安地铁2号线、高铁北客站以及周边规划的公交、出租、长途客运及有轨电车等市政设施之间的换乘关系。综合各方面的因素，且为了满足北广场规划要求，将车站设置为一岛两侧站台、明挖地下2层倒厅的形式。车站总平面图如图6所示。机场线设置在北侧，4号线设置在南侧，中间共用18 m岛式站台，高架匝道所包围的站前部分区间、站后区间均采用明挖法施工。车站外包总长286 m，外包宽度为115 m，总建筑面积60 242 m2，与地铁2号线采用通道的方式进行换乘。

车站顶部为规划的架空广场，比周边地面高出5 m左右，车站的风亭及出入口均顶出设置在广场上，造型满足后期广场规划要求[15]。

根据规划，远期枢纽工程建成后，北客站作为交通纽带，将承担大量客流输送任务。大客流必然带动周边的商业开发，提升商业价值。因此，车站地下1层、2层在设计时需要与城市规划更好地衔接，预留接口要具有更灵活、施工更方便、接驳更简单的特点。

本站设置为地下2层倒厅形式，地下1层为站台层，地下2层为站厅层。结合客流资料进行差异化设计，站台层平面图如图7所示。地下1层南侧4号线侧站台宽8 m，中间共用岛式站台宽18 m，北侧机场线站台宽8 m。由于4号线和机场线属于不同的业主，因此在设计时尽量将各系统及设备管理用房分开设置。

图6 车站总平面图

图7 站台层平面图

地下2层为站厅层，站厅层公共区面积为9 996 m2，分为付费区和非付费区。非付费区面积为6 839 m2，付费区面积为3 157 m2，换乘通道面积为1 962 m2。站厅层平面图如图8所示。左右两端的设备管理用房和站台层类似也分开设置。

图8 站厅层平面图

车站横剖面如图9所示。站前区间从2号线出入段线上跨后，车站结构顶板覆土较小，设置为500 mm，因此本站不考虑人防工程。根据规划要求，地下2层规划有大面积商业开发，地下2层商业客流较密集，人流量大，车站商业开发如能有效地与周边商业结合、融合为一体，则更能提升商业价值。因此，将车站北端地下1层、地下2层备用间整合，作为商业开发空间，更具有合理性。

图9 车站横剖面图

3 防火分区划分及消防疏散设计

3.1 防火分区划分

由于本站为非标准的倒厅车站，根据GB 50157—2013《地铁设计规范》的要求，将车站划分为22个防火分区。站台层和站厅层防火分区划分如图10所示。其中，站台层(地下1层)、站厅层(地下2层)公共区划分为第1防火分区，面积19 791 m2；地下2层左端换乘通道划分为第2防火分区，面积为1 420 m2；机场线站厅、中间岛式站台及4号线站厅左右两端均各自按照规范要求划分防火分区。每个防火分区内均设置相应的疏散口以满足规范的要求。

(a) 站台层防火分区划分

(b) 站厅层防火分区划分

站厅层(地下2层)左右两端均先分隔出机场线与4号线独立区域，在各自独立的区域内按照功能、区域及面积要求分别划分防火分区，并且满足相关规范的要求。

车站的站厅层和站台层公共区划分为第1防火分区，面积19 791 m2。GB 50157—2013《地铁设计规范》中明确要求，在车站站台发生火灾时，应保证站厅到站台的楼扶梯口处具有能够有效阻止烟气向上蔓延的气流，且向下气流速度不应小于1.5 m/s。本站为倒厅车站，当站厅发生火灾时，同样应保证楼扶梯口处具有1.5 m/s的风速[4]。因此，在连接站厅与站台的楼扶梯、电梯的站厅层位置采取设置防火墙、防火卷帘或防火玻璃等防火分隔措施，以将站厅、站台划分为不同的防火分隔区域。这样做的目的是通过将站厅、站台划分为不同的防火隔间，用另一种方式实现站厅相对站台为准安全区的规范要求。

在站台层防火分隔区域内，机场线和4号线轨行区两线间分别设置1道防火隔墙(耐火时间不小于3 h)，且延伸至有效站台外10 m范围。站台层形成3个防火分隔区域，即机场线站台公共区域(4 334 m2)、中间岛式站台公共区域(1 902 m2)、4号线站台公共区区域(3 818 m2)。

由于本站两线共用的站厅层公共区面积为9 996 m2，远远超过GB 50157—2013《地铁设计规范》28.2.2条中对换乘地铁车站站厅层公共区面积不能大于5 000 m2的限值。在初步设计专家评审时，根据专家建议，并经过“北客站消防设计专项专家评审会”及本地区消防部门认可，车站参考北京市地方标准DB 11/995—2013《城市轨道交通工程设计规范》24.2.26条中的规定，采取了以下措施：在站厅层防火分隔区域内，在机场线和4号线公共区中间设置1道防火卷帘，将公共区分成机场线和4号线2个防火分隔区域，机场线公共区防火分隔区域面积为4 882 m2，4号线公共区防火分隔区域面积为4 885 m2。

3.2 消防疏散设计

对于站厅层设置于站台层之上的正常标准车站，当站台层发生火灾时，站台层的人员向上层站厅层方向疏散；当站厅层发生火灾时，站厅层的人员向地面疏散，站台层滞留的乘客通过列车向下一站疏散。

对于站厅层设置于站台层之下的倒厅车站，当站厅层发生火灾时，站厅层乘客直接向地面疏散，此时应落下设置于站厅层通往站台层所有楼扶梯口处的防火卷帘，滞留在站台层的乘客乘列车向下一站疏散；当站台层发生火灾时，正常情况下，站台层的乘客应经过下层站厅层再向地面疏散。站厅层疏散设计示意如图11所示。

图11 站厅层疏散设计示意图

本站与正常标准车站不同，标准车站的疏散是从最底层的站台层向上疏散，到了站厅层之后通过出入口通道疏散至地面；而倒厅车站站台层在最顶层，站厅层在最底层，若按正常要求，则紧急情况下站台层的人员需通过楼扶梯先向下疏散至站厅层，然后再通过出入口通道向上疏散至室外地面，与人正常的思维和行为正好相反。

为了避免这种非正常的疏散行为导致紧急情况下的混乱，本站在地下1层的3个站台分别设置了2组楼扶梯，可向上疏散至地面，如图12所示。在设置楼扶梯时，重点考虑了站台层任意一点到楼扶梯口的疏散距离不大于50 m的规范要求，并且楼扶梯的疏散能力满足规范要求的疏散时间(6 min)。当站厅公共区发生火灾时，关闭站厅至站台间楼扶梯处的防火卷帘，利用现场疏散指示灯及运营人员的疏导，引导乘客从两侧出入口直出地面。

图12 站台层疏散口设置

对于站厅层，在紧急情况下也可单独通过6组楼扶梯向上疏散至地面，保证了站台、站厅在消防疏散时的独立，避免了非正常疏散行为带来的各种混乱。站厅层疏散口设置如图13所示。

图13 站厅层疏散口设置

4 倒厅车站的优缺点及适用条件

通过以上实例可以看出，倒厅地铁车站的优缺点还是比较明显的。其符合实际工程中车站周边控制因素的要求，可以满足规划的需要，实现地铁的基本功能。但是在运营过程中却增加了乘客的不便，增加了消防疏散时的困难。在乘客使用过程中总是有一定的惯性思维，当遇到一个与其他车站乘车过程及逃生路径不同甚至截然相反的车站时，乘客难免会陷入迷茫，给正常运营时的客流引导及紧急疏散时的救援逃生带来不便。因此，在工程实际中，除非遇到难以解决的周边环境控制因素，正常情况下还是要尽量避免选择倒厅地铁车站形式。