北京地鐵4號線工程設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新

白智強(qiáng)，冀 程

(北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京市100082)

北京地鐵4號線工程設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新

白智強(qiáng)，冀 程

(北京市市政工程設(shè)計(jì)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(yùn)會(huì)”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(gè)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(jì)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(jì)、建設(shè)管理、運(yùn)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(gè)新的模式。

北京地鐵4號線;工程設(shè)計(jì);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(xiàng)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(gè)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(yùn)行。通車5 a來，運(yùn)行狀況良好，發(fā)揮了巨大的社會(huì)效益，于2013年獲“第十一屆中國土木工程詹天佑獎(jiǎng)”。

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(jì)技術(shù)創(chuàng)新

北京地鐵4號線在融資模式、人性化設(shè)計(jì)、運(yùn)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(yùn)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(jì)初期就把“我就是乘客”的人性化設(shè)計(jì)理念落實(shí)到設(shè)計(jì)方案和具體的細(xì)節(jié)之中。

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

車站設(shè)置有垂直電梯、盲道、寬體閘機(jī)、輪椅升降機(jī)、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(fèi)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(fèi)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(fèi)區(qū)之實(shí)景

2.2 國內(nèi)首條引入香港鐵路有限公司運(yùn)營的軌道交通線路

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

(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(dòng)取款機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)、公用電話、免費(fèi)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(gè)發(fā)布時(shí)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(qiáng)，提供的信息更加多元化。還有站內(nèi)的展覽區(qū)，會(huì)不定期地邀請各類廣告客戶舉辦展覽展示及推廣活動(dòng)，豐富乘客的旅途體驗(yàn)(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(shí)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(yùn)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(shí)行定崗管理、不能脫崗，這樣設(shè)計(jì)便于站內(nèi)工作人員使用。該設(shè)計(jì)隨后成為北京地鐵設(shè)計(jì)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(yùn)營安全。

圖4 監(jiān)察亭之實(shí)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(shí)景

2.4 在8座重點(diǎn)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(dòng)物園站通道壁畫有兩種風(fēng)格:動(dòng)物園出口的裝飾墻為動(dòng)物主題兒童畫;天文館出口的裝飾墻則用寫實(shí)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。《老字號》全圖用放射形式構(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(shí)新春佳節(jié)的街頭把戲(見圖6)。

圖6 獨(dú)具北京地域特色的地鐵文化墻之實(shí)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(jī)動(dòng)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(bǔ)充，形成統(tǒng)一的城市客運(yùn)體系。每個(gè)站都設(shè)置有自行車停車場、出租車?？康兀瑓f(xié)調(diào)與地面交通的銜接，力求實(shí)現(xiàn)“零”距離換乘。交通接駁設(shè)計(jì)方案得到了交通委較高的評價(jià)。

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(diǎn)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(jì)規(guī)劃有出租車專用停車位，并在線路的終點(diǎn)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(jì)方案圖和自行車停車場布置之實(shí)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(jì)

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(jì)，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(jì)示意圖

3 土建方面的設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新

北京地鐵4號線是北京市在“奧運(yùn)會(huì)”后第一條開通的地鐵線路，工程的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)水平上升了一個(gè)新高度。

3.1 首次完整地建立北京地鐵的風(fēng)險(xiǎn)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(shí)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(xiǎn)源總計(jì)163處，其中特級風(fēng)險(xiǎn)源4處。地鐵4號線引入風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)評估體系、風(fēng)險(xiǎn)源專項(xiàng)設(shè)計(jì)體系等，對沿線環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行“事先預(yù)測、過程監(jiān)控、工后檢測”，運(yùn)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(xiǎn)。

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(xiàng)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(dòng)物園樂善堂、圓明園正覺寺、中山會(huì)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(jì)中和文物保護(hù)部門一道對文物保護(hù)進(jìn)行專項(xiàng)論證、專項(xiàng)評估，滿足了文物部門的要求，經(jīng)施工和運(yùn)營檢驗(yàn)，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(yùn)營最大的十字暗挖換乘車站(見圖10)。設(shè)計(jì)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(yùn)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(jì)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(jì)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(jì)圖及其實(shí)景

3.5 國家圖書館站是北京首座實(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)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(shí)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(jì)時(shí)及時(shí)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(shí)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(shí)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(jì)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(shí)現(xiàn)地鐵、國鐵、公交無縫連接設(shè)計(jì)圖和“零距離”換乘效果圖

4 設(shè)備系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)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(xiǎn)評估全過程設(shè)計(jì)的線路，設(shè)計(jì)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(jì)劃課題“多層地下綜合交通樞紐安全設(shè)計(jì)技術(shù)”，作為課題的支撐項(xiàng)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(shí)，即實(shí)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(yùn)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(dòng)閉塞信號系統(tǒng)和列車自動(dòng)控制(ATC)系統(tǒng);設(shè)置計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地鐵運(yùn)營調(diào)度管理和辦公自動(dòng)化;采用整合各個(gè)系統(tǒng)的緊急控制盤;實(shí)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(yùn)營安全和工作效率，有效地降低了運(yùn)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(yùn)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(jì)，對室內(nèi)設(shè)備布局統(tǒng)一設(shè)計(jì)，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(jì)，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(jì)理念，提出了“車站及區(qū)間綜合電纜橋架設(shè)計(jì)及施工操作方法”。

圖14 車站綜合監(jiān)控室內(nèi)部布置實(shí)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(xiàng)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(xiàng)目，是北京市首條引進(jìn)境外運(yùn)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(yùn)行新記錄。該線預(yù)留與其它地鐵線路的換乘節(jié)點(diǎn)，同時(shí)串聯(lián)起多種交通樞紐，體現(xiàn)城市綜合交通特點(diǎn);首次引入“舊城織補(bǔ)”概念，通過城市設(shè)計(jì)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(shí)期、新技術(shù)時(shí)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(bǔ)，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(shí)極大地促進(jìn)了沿線的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在社會(huì)、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(qiáng)(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(jì)與研究工作。