白智強，冀 程

(北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，北京市100082)

北京地鐵4號線工程設(shè)計技術(shù)創(chuàng)新

白智強，冀 程

(北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，北京市100082)

北京地鐵4號線是北京市在“奧運會”后第一條開通的地鐵線路，標(biāo)志著北京市的軌道交通建設(shè)步入了一個新的階段。4號線以“人文北京、科技北京、綠色北京”三大理念為指導(dǎo)，創(chuàng)新設(shè)計理念、注重人文關(guān)懷，采用眾多新理念、新技術(shù)、新工藝，在融資模式、人性化設(shè)計、建設(shè)管理、運營管理等方面開創(chuàng)了北京乃至全國軌道交通建設(shè)領(lǐng)域的第一，為北京市今后的地鐵發(fā)展探索出了一個新的模式。

北京地鐵4號線;工程設(shè)計;技術(shù)創(chuàng)新

1 北京地鐵4號線工程概況

北京地鐵4號線是目前國內(nèi)一次建成地下線長度最長的城市軌道交通項目，是北京市軌道交通路網(wǎng)中又一條貫通南北的骨干線，從南至北一路貫穿豐臺、宣武、西城、海淀四個行政區(qū)。線路全長28.195 km(見圖1)，共設(shè)24座車站、車輛段1處、停車場1處，2003年底開工建設(shè)，2009年9月通車試運行。通車5 a來，運行狀況良好，發(fā)揮了巨大的社會效益，于2013年獲“第十一屆中國土木工程詹天佑獎”。

圖1 北京地鐵4號線工程位置示意圖

2 人性化服務(wù)方面的設(shè)計技術(shù)創(chuàng)新

北京地鐵4號線在融資模式、人性化設(shè)計、運營管理等方面與北京市已建成的地鐵有所不同。通過引入新的運營商，引入新的服務(wù)管理理念。為了提高地鐵對乘客的服務(wù)水平，4號線在設(shè)計初期就把“我就是乘客”的人性化設(shè)計理念落實到設(shè)計方案和具體的細(xì)節(jié)之中。

2.1 北京地鐵首次全方位實現(xiàn)無障礙設(shè)施規(guī)劃設(shè)計

車站設(shè)置有垂直電梯、盲道、寬體閘機、輪椅升降機、低位電話亭等齊備的無障礙設(shè)備。以前地鐵車站的直升電梯定位為殘疾人使用，大都設(shè)在非付費區(qū)，乘客使用需要聯(lián)系站內(nèi)工作人員，很不方便，基本處于閑置狀態(tài)。4號線車站的垂直電梯定位為有需要的乘客使用，并把該電梯設(shè)置在付費區(qū)內(nèi)，乘客可以自己操作使用，非常方便(見圖2)。

圖2 車站內(nèi)無障礙電梯設(shè)在付費區(qū)之實景

2.2 國內(nèi)首條引入香港鐵路有限公司運營的軌道交通線路

按照港鐵“為乘客服務(wù)”的運營和管理理念，對全線車站進(jìn)行人性化設(shè)計。

(1)全線車站統(tǒng)一設(shè)置了便民用房及便民設(shè)施。站廳均設(shè)置自動取款機、自動售貨機、公用電話、免費雜志，為乘客出行提供方便。特別是車站出入口通道旁設(shè)置的電子信息牌:以10 s為一個發(fā)布時間、提供文字及地圖形式的出口導(dǎo)向信息服務(wù)，對乘客的引導(dǎo)性更強，提供的信息更加多元化。還有站內(nèi)的展覽區(qū)，會不定期地邀請各類廣告客戶舉辦展覽展示及推廣活動，豐富乘客的旅途體驗(見圖3)。

圖3 車站出入口通道旁的電子信息牌和2010年西直門站虎年春節(jié)涂鴉創(chuàng)作展之實景

(2)在每座車站綜合監(jiān)控室旁加設(shè)一間等候室，接待乘客投訴，體現(xiàn)“為乘客服務(wù)”的運營理念。

(3)北京地鐵首次在設(shè)備管理用房區(qū)增設(shè)男女員工衛(wèi)生間。由于港鐵對工作人員實行定崗管理、不能脫崗，這樣設(shè)計便于站內(nèi)工作人員使用。該設(shè)計隨后成為北京地鐵設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)配置。

(4)在站臺增設(shè)監(jiān)察亭(見圖4)，以便快速處理站內(nèi)緊急情況，保證運營安全。

圖4 監(jiān)察亭之實景

2.3 裝飾以現(xiàn)代簡潔風(fēng)格為主，不同車站在色調(diào)上有所區(qū)別

在布局、裝潢上，車站的風(fēng)格貼近香港地鐵，例如一些站的立柱采用了馬賽克彩塊拼貼，部分站廳安裝了港鐵風(fēng)格的鐘表(見圖5)。部分車站在裝飾花樣上反映其所處地域的主題，例如中關(guān)村站的花格是以高科技感電路板的形狀簡化而來，對乘客具有識別和提示作用。

圖5 裝飾風(fēng)格和特色之實景

2.4 在8座重點車站設(shè)置突出北京地域特征、體現(xiàn)北京地鐵文化的文化墻

西苑站設(shè)有主題壁畫《頤和園萬壽山圖》，以簡潔的線條，勾勒出頤和園山水草木、亭臺樓閣的輪廓，展現(xiàn)頤和園的風(fēng)貌。圓明園站墻壁上設(shè)有大水法的遠(yuǎn)景浮雕，而站臺的立柱則被裝飾成殘缺的形狀，講述圓明園自建園至第二次鴉片戰(zhàn)爭被毀的歷史。國家圖書館站采用“書”作為車站的主題，站臺立柱側(cè)面用銀色的線條來模仿書頁;在站廳層，墻上用繪畫對應(yīng)國家圖書館四大鎮(zhèn)館之寶:《永樂大典》、《四庫全書》、《趙城金藏》和《敦煌遺書》。動物園站通道壁畫有兩種風(fēng)格:動物園出口的裝飾墻為動物主題兒童畫;天文館出口的裝飾墻則用寫實的天文星空圖片作為背景，并將古今中外天文學(xué)家、天文儀器等與天文相關(guān)的形象作球狀黑白處理。西單站在上下行電梯頂部懸掛了《老字號》、《老北京》浮雕作品?！独献痔枴啡珗D用放射形式構(gòu)圖，中間用皇城角樓造型象征老北京標(biāo)志，用京城百年以上老字號傳統(tǒng)的牌匾和招牌、幌子組合，再現(xiàn)招牌林立、市面繁華的熱鬧氣氛;《老北京》則體現(xiàn)舊時新春佳節(jié)的街頭把戲(見圖6)。

圖6 獨具北京地域特色的地鐵文化墻之實景

2.5 首次系統(tǒng)地解決了地鐵與其它交通方式的無縫銜接

第一次系統(tǒng)地對地鐵與城市步行、非機動車、小客車、出租車、公交等多種交通方式銜接進(jìn)行分析研究，使各種交通方式相互補充，形成統(tǒng)一的城市客運體系。每個站都設(shè)置有自行車停車場、出租車?？康?，協(xié)調(diào)與地面交通的銜接，力求實現(xiàn)“零”距離換乘。交通接駁設(shè)計方案得到了交通委較高的評價。

在車站出入口處設(shè)置站前廣場，并和周邊路網(wǎng)連成完整的步行系統(tǒng);根據(jù)預(yù)測客流及周邊需求，在站口旁設(shè)置適當(dāng)面積的自行車停車場;地鐵站口的設(shè)置和周邊公交站點結(jié)合統(tǒng)一，兩者距離適中，方便地鐵和公交乘客接駁換乘。每座車站站口設(shè)計規(guī)劃有出租車專用停車位，并在線路的終點安河橋北站設(shè)置了P+R停車場，方便私人小汽車換乘(見圖7)。

圖7 交通接駁設(shè)計方案圖和自行車停車場布置之實景

2.6 車站裝飾和設(shè)備管理用房采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

各車站天花、墻面、柱面材料，其規(guī)格及形式統(tǒng)一，以便生產(chǎn)加工及后期維護(hù)(見圖8)。通往通道的位置均有統(tǒng)一的灰色門套設(shè)計，起到提示通道方向的作用。消防栓偽裝門與墻面材料一致，保證墻、柱面的整體性，很大程度地增加了裝飾效果。

圖8 裝飾標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計示意圖

3 土建方面的設(shè)計技術(shù)創(chuàng)新

北京地鐵4號線是北京市在“奧運會”后第一條開通的地鐵線路，工程的設(shè)計始終以“人文北京、科技北京、綠色北京”三大理念為指導(dǎo)，創(chuàng)新設(shè)計理念、注重人文關(guān)懷，采用眾多新理念、新技術(shù)、新工藝。通過技術(shù)創(chuàng)新解決工程中的難題，使設(shè)計水平上升了一個新高度。

3.1 首次完整地建立北京地鐵的風(fēng)險評估體系，依靠科技創(chuàng)新，保證工程質(zhì)量

地鐵4號線為當(dāng)時北京地鐵建設(shè)周期最長的一條線路，所經(jīng)地區(qū)環(huán)境復(fù)雜，建設(shè)難度極大。全線風(fēng)險源總計163處，其中特級風(fēng)險源4處。地鐵4號線引入風(fēng)險管理的先進(jìn)理念，系統(tǒng)地形成了北京地鐵統(tǒng)一的風(fēng)險評估體系、風(fēng)險源專項設(shè)計體系等，對沿線環(huán)境風(fēng)險源進(jìn)行“事先預(yù)測、過程監(jiān)控、工后檢測”，運用合理的技術(shù)措施確保工程建設(shè)安全，有效地減少了施工風(fēng)險。

3.2 沿線文物保護(hù)單位多達(dá)27處，為國內(nèi)地鐵建設(shè)項目之最

4號線是國內(nèi)經(jīng)過文物最多的地鐵線路(見圖9)。包括圓明園、頤和園、天主教“南堂”三處國家級保護(hù)文物;萬松老人塔、動物園樂善堂、圓明園正覺寺、中山會館等七處市級保護(hù)文物;譚嗣同故居、元大都下水道、清學(xué)部三處區(qū)級保護(hù)文物。在工程設(shè)計中和文物保護(hù)部門一道對文物保護(hù)進(jìn)行專項論證、專項評估，滿足了文物部門的要求，經(jīng)施工和運營檢驗，未對文物造成任何不良影響。

圖9 4號線經(jīng)過的文物分布圖

3.3 海淀黃莊站創(chuàng)造了-次暗挖修建十字換乘車站的國內(nèi)先例

該車站采用淺埋暗挖法施工，是國內(nèi)首座也是目前已開通運營最大的十字暗挖換乘車站(見圖10)。設(shè)計中成功地解決了工程難題，采用“一次扣拱”法，有效地控制了地層沉降，并采取126 m大管棚一次性打設(shè)新技術(shù)，有效地控制因主體結(jié)構(gòu)暗挖施工而引起的地層沉降，確保了工程及周邊環(huán)境的公共安全。

圖10 海淀黃莊站總平面圖

3.4 宣武門站是國內(nèi)首座新建暗挖地鐵站整體下穿既有地鐵站的車站

為了保證既有線安全運營，2號線宣武門站在施工期間的總體沉降必須控制在10 mm以內(nèi)。設(shè)計采用CRD工法，結(jié)合大管棚注漿施工技術(shù)嚴(yán)格控制沉降量，拱頂下沉僅為6.78 mm，有效地控制在設(shè)計允許最大值范圍內(nèi)，安全成功地穿越了既有線(見圖11)。

圖11 宣武門站整體下穿既有車站設(shè)計圖及其實景

3.5 國家圖書館站是北京首座實現(xiàn)同站臺換乘的地鐵車站

該站4號線和9號線同期修建，當(dāng)時4號線有預(yù)見性地為剛開始建設(shè)的9號線預(yù)留了整座車站(見圖12)。為實現(xiàn)兩線同站臺換乘，國家圖書館南端區(qū)間4號、9號線兩線采用同期國內(nèi)首例盾構(gòu)隧道小角度、近間距、長距離從礦山法隧道上方交疊穿越的隧道。9號線國家圖書館站于2012年底通車使用，和4號線換乘便捷，乘客使用方便，提高了軌道交通換乘節(jié)點的服務(wù)水平。

圖12 地鐵4號線和9號線國家圖書館站同臺換乘效果圖

3.6 北京南站是國內(nèi)首座實現(xiàn)地鐵、國鐵、公交等多種交通方式的無縫連接和“零距離”換乘的車站

為了配合國鐵建設(shè)北京南站，4號線在前期設(shè)計時及時調(diào)整了局部線位和站位，使地鐵與國鐵北京南站同步建設(shè)，同時具有前瞻性地為地鐵14號線同步預(yù)留了換乘條件，從而在北京南站實現(xiàn)了集鐵路、地鐵、公交為一體的特大型交通樞紐(見圖13)。2011年6月京滬高鐵引入北京南站后，據(jù)統(tǒng)計地鐵4號線承擔(dān)了50%以上的鐵路客流。隨著2015年底地鐵14號線的開通，可極大地緩解北京南站周邊地區(qū)的交通壓力。

圖13 北京南站實現(xiàn)地鐵、國鐵、公交無縫連接設(shè)計圖和“零距離”換乘效果圖

4 設(shè)備系統(tǒng)方面的設(shè)計技術(shù)創(chuàng)新

北京地鐵4號線是國內(nèi)第一條消防安全風(fēng)險評估全過程設(shè)計的線路，設(shè)計過程中開展了“北京南站及相鄰兩端長區(qū)間火災(zāi)環(huán)境分析及疏導(dǎo)措施研究”、國家863計劃課題“多層地下綜合交通樞紐安全設(shè)計技術(shù)”，作為課題的支撐項目，直接把科研成果應(yīng)用到工程中。北京地鐵4號線開通時，即實現(xiàn)無線通信系統(tǒng)在地鐵范圍內(nèi)的全覆蓋。采用蓄電池供電牽引模式進(jìn)行列車牽引，保證列車在供電軌斷電情況下能靠列車自帶蓄電池把乘客安全運至車站，在國內(nèi)尚屬首次。

北京地鐵4號線采用基于無線通信的移動閉塞信號系統(tǒng)和列車自動控制(ATC)系統(tǒng);設(shè)置計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)地鐵運營調(diào)度管理和辦公自動化;采用整合各個系統(tǒng)的緊急控制盤;實現(xiàn)應(yīng)急電源整合，提高了應(yīng)急電源UPS的可靠性，提升了運營安全和工作效率，有效地降低了運營維護(hù)成本。這些在北京地鐵中均首次應(yīng)用，并取得良好效果。

為適應(yīng)港鐵的運營和管理理念，對全線車站綜合控制室推行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，對室內(nèi)設(shè)備布局統(tǒng)一設(shè)計，滿足使用功能又兼顧美觀整齊(見圖14);統(tǒng)一綜控室觀察窗位置及高度，并與緊急控制盤(IBP盤)匹配，室內(nèi)工作人員可以很方便地觀察到站廳的情況，而乘客看不到室內(nèi);對車站站內(nèi)的各種管線進(jìn)行綜合設(shè)計，對車站公共區(qū)、設(shè)備及管理用房區(qū)地板下、墻面敷設(shè)的線槽進(jìn)行整合，推出了綜合橋架的設(shè)計理念，提出了“車站及區(qū)間綜合電纜橋架設(shè)計及施工操作方法”。

圖14 車站綜合監(jiān)控室內(nèi)部布置實景

5 結(jié)語

北京地鐵4號線在北京乃至全國城市軌道交通建設(shè)史上有著其重要的地位，是一項具有示范效應(yīng)的典范工程。

4號線是國內(nèi)首條采用PPP模式建設(shè)的軌道交通項目，是北京市首條引進(jìn)境外運營管理公司來進(jìn)行管理的線路，開創(chuàng)了國內(nèi)首條新線(大興線)與既有線(4號線)3 min行車間隔的高水平貫通運行新記錄。該線預(yù)留與其它地鐵線路的換乘節(jié)點，同時串聯(lián)起多種交通樞紐，體現(xiàn)城市綜合交通特點;首次引入“舊城織補”概念，通過城市設(shè)計手段在靈境胡同、西四等站重新恢復(fù)拆遷前原有風(fēng)貌，減少地鐵建設(shè)拆遷對舊城造成的影響;嘗試結(jié)合周邊地下空間開發(fā)、主體剩余空間商業(yè)開發(fā)、出入口風(fēng)亭與周邊建筑的結(jié)合。

地鐵4號線是在新的歷史時期、新技術(shù)時代建設(shè)的地下軌道交通，該線的建成使得北京西南部的軌道交通盲區(qū)得到彌補，進(jìn)一步促進(jìn)北京城市發(fā)展，提升首都形象，改善交通環(huán)境，形成城市軌道交通主骨架，有效地吸引客流，減輕了地面交通的壓力，同時極大地促進(jìn)了沿線的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在社會、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等多方面顯示出令人驚嘆的“地鐵效應(yīng)”。

U231+.1

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1009-7716(2015)11-0026-05

2015-06-30

白智強(1970-)，男，北京人，高級工程師，副總工程師，從事軌道交通車站建筑及一體化設(shè)計與研究工作。