地鐵車站綠色設計應用探討

李曉峰，區(qū)楊蔭，農(nóng)承尚

(1.南寧軌道交通集團有限責任公司，廣西 南寧 530029；2.廣州地鐵設計研究院股份有限公司，廣東 廣州 510010；3.廣西交通設計集團有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

綠色設計也稱生態(tài)設計、環(huán)境設計、環(huán)境意識設計。在項目建設的整個生命周期內(nèi)，著重考慮環(huán)境屬性并將其作為設計目標，在保證工程質(zhì)量和施工安全的前提下，遵循資源節(jié)約和循環(huán)利用的原則，通過技術的創(chuàng)新進步和科學合理的管理手段，在項目建設過程中最大程度地達到低消耗、低污染的施工目標，并實現(xiàn)“節(jié)水、節(jié)地、節(jié)能、節(jié)材、保護環(huán)境”的生態(tài)化建筑施工目標。

南寧軌道交通3號線青秀山站為超深埋明暗挖結合施工的車站，車站工程技術難度高，土建規(guī)模大。在確保質(zhì)量與安全的前提下，考慮其環(huán)境屬性，將綠色設計的理念融入車站設計進行應用探索。

1 工程概況

青秀山站位于青秀山風景區(qū)西門處。該車站受限于周邊環(huán)境及線路條件，為最大埋深達57 m的超深埋車站。車站總長約185 m，由明挖站廳及暗挖站廳組成。青秀山站車站明挖站廳為地下三層，站臺為層深埋暗挖法施工。

2 站位設置綠色設計應用

2.1 站位設置

南寧軌道交通3號線的線站位選擇過程，亦是與沿線規(guī)劃緊密結合、實時互動的過程。青秀山風景區(qū)是南寧市著名的AAAAA級風景區(qū)，該站周邊建(構)筑密集、控制因素多、

地勢變化復雜，同時區(qū)間需下穿邕江，該站的選址是全線的重難點。

選線設計過程中將青秀山站及相鄰區(qū)間作為整體統(tǒng)一研究(站址環(huán)境見圖1)，進行多方案整體比較后，最終確定將站位設置于青秀山風景區(qū)西側(cè)，對風景區(qū)的自然環(huán)境、景觀效果的影響小，體現(xiàn)了車站與自然環(huán)境的融合與和諧。同時，站位周邊臨近居民小區(qū)、餐飲商業(yè)區(qū)，客流吸引效果好。

圖1 青秀山站站址環(huán)境圖

此外，乘客在地鐵出站后即為青秀山風景區(qū)西大門，對于前往青秀山風景區(qū)的游客及市民極為便利，亦對大眾選擇公共交通、低碳環(huán)保和綠色出行，起到了積極的引導和鼓勵作用，降低了私家車前往風景區(qū)的使用率。

2.2 線路優(yōu)化

線路設計過程中，結合地形地勢、地質(zhì)條件，選擇合適的車站軌面標高，遵循“高站位、低區(qū)間”的設計原則，優(yōu)先采用節(jié)能坡設計。通過將青秀山站站位標高進行優(yōu)化設計，低處位于南寧市博物館—青秀山站區(qū)間中部，形成了“V”字形坡。列車自南寧市博物館向青秀山站行進，進入青秀山站前需爬坡，借助爬坡的阻力，可進行動能與列車勢能的轉(zhuǎn)換與儲存，制動時間縮短，發(fā)熱減少，并減少了環(huán)控能量。

線路在進出車站區(qū)段采用了節(jié)能坡設計，可有效達到節(jié)省牽引耗電量和節(jié)能減耗的目的。同時，節(jié)能坡的設置亦延長了地鐵車輛加減速系統(tǒng)的使用壽命，節(jié)約了日常車輛維修費用等運營資源，實現(xiàn)了地鐵的綠色可持續(xù)發(fā)展。

3 車站建筑方案綠色設計應用

3.1 車站建筑方案設計

青秀山風景區(qū)地勢較高，但線路自青秀山引出后，需下穿邕江，該情況決定了車站軌面埋深接近50 m。

3.1.1 車站主體方案及內(nèi)部布置

常規(guī)地鐵車站的站廳、站臺均考慮明挖修建，若青秀山站采用此種形式，明挖深埋車站的土方開挖量、工程材料及資源投入將極高。針對該情況，考慮采用明暗挖結合的形式，即明挖地下三層站廳層+暗挖分離島式站臺的方案。該方案設計特點是：(1)采用地下三層的明挖站廳，減少了站廳層埋深，提高了乘客的服務水平；(2)站臺層采用暗挖，從根源上控制了車站的規(guī)模，最大限度減少全明挖車站的規(guī)模，大大降低了土方開挖量，節(jié)省了大量工程材料及資源。

對于車站建筑內(nèi)部方案的設計，亦從綠色建造角度，進行合理地設計優(yōu)化：

(1)將車站暗挖施工所需的臨時豎井，設置為永久結構，作為車站通風所需風井，進行綜合利用設計。

(2)與通風空調(diào)專業(yè)深入?yún)f(xié)調(diào)配合，通過合理布置排風道及設備用房，減小通風系統(tǒng)的管路長度以達到節(jié)能效果。

(3)通過對車站活塞風井的合理設計，并結合線路及車站條件，避免了設置青秀山站—南寧市博物館站區(qū)間中間風井，節(jié)省了在邕江邊建造一個區(qū)間中間風井近4 000萬的投資。

(4)通過對火災場景及疏散場景的性能化模擬研究，論證了車站設計可以保證車站內(nèi)人員能夠在煙氣發(fā)展到人體耐受極限條件之前疏散至安全區(qū)域，達到消防安全設計目標。

(5)青秀山站埋深較深，如采用常規(guī)的多次提升的扶梯方案，每段扶梯均需要設置上下水平段，且上下扶梯中間還需要5 m左右的緩沖平臺?，F(xiàn)考慮采用一次提升的方案，站臺至站廳共設置5臺提升高度約26.3 m的公共交通重載型自動扶梯，扶梯段水平投影長度縮短16 m以上，從而減少了土建規(guī)模，節(jié)省了造價。

3.1.2 車站附屬建筑依山勢優(yōu)化設計

青秀山站車站地勢高差大，車站附屬建筑位于山坡一側(cè)，同時車站位于青秀山風景區(qū)范圍。設計考慮車站附屬建筑依山勢而建，通過優(yōu)化設計，將車站附屬功能結構有機地融入周邊環(huán)境，從而使得車站功能與周邊環(huán)境達到了和諧平衡的狀態(tài)，生態(tài)與地鐵功能合一[1]。

首次采用了山體側(cè)高風亭的方案，將風亭出風口融入邊坡綠化中，并設置綠化平臺，使得平臺與山坡一側(cè)立體停車場風格協(xié)調(diào)匹配。在邊坡側(cè)設計出入口，出入口隱入邊坡綠化中。對于出地面的垂直電梯及1號緊急疏散口，采用半埋式設計，減少出地面建筑的體量，從而減少對周邊環(huán)境的影響。對于高風亭，設計有民族風情特色的掛壁，使得附屬建筑高風亭能更好地融入周邊環(huán)境。詳見圖2。

3.2 裝配式技術的應用

裝配式輕質(zhì)隔墻首次應用在南寧軌道交通建設中，體現(xiàn)節(jié)能、節(jié)土、輕質(zhì)、保護環(huán)境的特點。裝配式輕質(zhì)隔墻可減少濕作業(yè)施工，提高了車站內(nèi)部結構施工效率。該隔墻具有防火、輕質(zhì)、環(huán)保、防潮、施工便利等多個優(yōu)點，同時亦能實現(xiàn)二次使用。

車站出入口為鋼結構骨架加鋁板及玻璃幕墻裝修風格，采用構件分塊工廠標準件焊接制作，現(xiàn)場拼裝的裝配式工藝，3 d即可完成標準出入口鋼結構安裝。而常規(guī)出入口鋼結構安裝方式，工期長達一個半月。車站出入口裝配化設計，既保證工程質(zhì)量，又大大提高安裝效率，節(jié)約了人力物力，同時減少了出入口施工時對周邊環(huán)境的影響。

車站內(nèi)部采用模塊化的裝修材料進行裝修，施工便捷、標準化，同時亦有美觀、耐用、易維護的特點。模塊化安裝減少了工人現(xiàn)場拼接的環(huán)節(jié)，減少了吊桿的使用。同時，模塊化安裝亦減少了常規(guī)裝修施工過程的粉塵、噪音的產(chǎn)生，為施工工人提供較為友好的施工作業(yè)環(huán)境。

3.3 車站綠化設計

地鐵車站為特殊的地下空間。地下空間的綠色設計，可從場地設計、室內(nèi)環(huán)境設計等多個方面開展[2]。

(1)站內(nèi)綠化

在車站建筑設計過程中，提出了站內(nèi)綠化設計的理念，即在車站公共區(qū)進行裝修設計時，在站內(nèi)公共區(qū)布置各種景觀綠植。景觀綠植不僅凈化空氣，還可吸附有害浮塵，同時增加空氣濕度。站內(nèi)綠化設計，提高了站內(nèi)空氣質(zhì)量，亦對車站內(nèi)部環(huán)境進行了一定美化，有利于消除乘客視覺疲勞，提高乘客舒適度和滿意度，將綠色環(huán)保與服務乘客有機結合。

(2)站外綠化

對于車站附屬建筑外側(cè)綠化，提出了垂直綠化的理念，并考慮青秀山風景區(qū)的環(huán)境特點，將站外綠化與周邊環(huán)境相結合。通過在附屬建筑外墻設置綠植，對車站外部結構進行了一定美化，將附屬建筑融入山坡綠化景觀之中。

3.4 人性化設計

為提升對乘客的服務水平，給人們提供健康、適用、高效的使用空間，青秀山站采用了多方面的人性化設計。

(1)車站內(nèi)設置了母嬰室，體現(xiàn)關愛母嬰健康，保障婦女兒童合法權益，為婦女與兒童提供健康、適用及高效的人性化公共服務。

(2)車站內(nèi)考慮無障礙設計并與站外周邊無縫銜接，方便廣大有障礙人士、老年人、婦女、兒童等弱勢群體乘坐地鐵參與社會生活。

(3)針對大埋深車站，站臺至站廳采用一次提升方案，共設置5臺提升高度約為26.3 m的公共交通重載型自動扶梯，給乘客更好的出行體驗。

(4)南寧市電動自行車出行占所有出行方式的首位，約為36%。針對這一特殊情況，專門進行了交通接駁的專題研究。在車站外設置了電動車專門放置區(qū)域，方便電動自行車及共享單車的停放。同時，亦調(diào)整了公交站點分布，設置出租車泊位，實現(xiàn)全公共出行方式與軌道交通的接駁，使地鐵與南寧市民出行“最后一公里”無縫銜接。

(5)車站于道路兩側(cè)均設置出入口，方便道路兩側(cè)的乘客進站，最大范圍地服務周邊群眾。

3.5 BIM技術的應用

車站建筑設計采用了BIM技術(見圖3)。BIM技術的加入，可以使得原有的傳統(tǒng)設計方法具有先進的參數(shù)設計、材料設計、協(xié)同設計以及三維可視設計[3]。

圖3 青秀山站BIM模型圖

通過BIM技術，還可以節(jié)省各專業(yè)協(xié)調(diào)配合的資源，通過可視化設計、協(xié)同設計等，利用BIM模型在空間上協(xié)調(diào)建筑物的各類設備系統(tǒng)，確保施工圖與建筑物相符，消除施工障礙，減少了沖突碰撞導致的返工，減少了資源浪費，實現(xiàn)綠色智能建造。

同時，BIM集成的建筑信息數(shù)據(jù)庫，有助于車站建筑后期運營維護管理，能夠為保修服務的快速響應、降低運營維護成本提供數(shù)據(jù)支撐。

4 車站結構方案綠色設計應用

4.1 車站周邊建筑物環(huán)境保護

青秀山站位于鳳嶺南路與青山路交叉口東側(cè)約180 m，站位北側(cè)為八角樓及金匯如意坊等低層餐飲商業(yè)建筑。車站周邊主要建筑物有英華青山立交、秀山花園小區(qū)、青秀山風景區(qū)西門區(qū)停車場和景區(qū)管委會、金匯如意坊樓，場地周邊亦存在大量地下管線。

青秀山站基坑周邊地層上部主要是人工填土、素填土，下部是粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖。粉砂質(zhì)泥巖具有遇水軟化的特性，屬中等膨脹土。

車站施工需進行深基坑開挖，同時需對地層進行大規(guī)模降水作業(yè)，以上施工作業(yè)均會對車站周邊建筑物及管線產(chǎn)生一定影響。

以保護環(huán)境和減少對周邊居民生活的影響為出發(fā)點，車站結構設計考慮了對建筑物及環(huán)境的保護措施。

4.1.1 監(jiān)測項目針對性設計及施工監(jiān)測要求

根據(jù)基坑特點考慮監(jiān)測范圍，以從基坑邊緣向外1～3倍開挖深度范圍內(nèi)的建(構)筑物、地下管線等作為監(jiān)測對象。要求施工前應對周邊的建筑物進行第三方鑒定，獲知既有建(構)筑物結構狀態(tài)；規(guī)定了各特殊情況(例如變形超過控制值、場地條件變化較大、出現(xiàn)危險事故征兆)下的監(jiān)測要求。同時，要求施工監(jiān)測及時反饋數(shù)據(jù)，與設計密切配合，實現(xiàn)信息化施工。

4.1.2 通過三維建模進行數(shù)值分析

模擬降水作業(yè)對地層變形及周邊建(構)筑物沉降的影響，確保降水施工對周邊環(huán)境的影響可控。同時，車站降水作業(yè)要求采用自動水位監(jiān)測技術，使用自動啟停泵，精密控制水量。

4.1.3 采用明暗挖結合的形式

大大減少了車站明挖規(guī)模，避免了大規(guī)模遷改車站周邊管線，節(jié)省了管線遷改的費用。

4.1.4 對距基坑較近的建筑物采用保護及加固措施

(1)金匯如意坊等低層餐飲商業(yè)建筑為地上1～3層結構，車站距離金匯如意坊7.0 m，采用加強監(jiān)測、跟蹤注漿的保護方案；英華青山立交工程，采用鉆孔灌注樁支護，車站施工時重點監(jiān)測。

(2)青秀山管委會為框架1～3層結構，獨立基礎，距離車站9 m，場地平整時采用樁錨結構進行邊坡支護，同時對建筑進行地面跟蹤注漿加固。

(3)青秀山風景區(qū)西門處停車場改建工程，框架3層，為獨立基礎，距離車站11 m，施工要對其進行重點監(jiān)測。

對建筑物保護的注漿加固保護措施，以跟蹤注漿為主，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化，實時判斷、精確調(diào)整，以確定是否進行注漿加固。

4.1.5 全外包防水設計

通過精心計算及設計，青秀山站明挖地下結構及暗挖結構可抵擋深埋車站的高水壓，車站防水考慮全外包防水。全外包防水的設計，避免了地下結構的排水設計對地下水的影響，避免了地下水抽排對水資源的浪費。

4.2 結構材料優(yōu)化選擇

青秀山車站結構體量規(guī)模較大，設計之初，建筑材料的選用即考慮了綠色環(huán)保以及可持續(xù)性。

(1)車站結構設計大規(guī)模采用高強度鋼筋代替低強度鋼筋。在結構中應用高強鋼筋，可減少鋼材總使用量，從而減少鋼材生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的各種污染及二氧化碳的排放，真正起到綠色環(huán)保的作用。

(2)車站永久結構均要求采用高性能混凝土。高性能混凝土優(yōu)先以耐久性作為設計的主要指標，針對不同用途要求，對耐久性、工作適用性進行保證，并兼顧了經(jīng)濟性。采用高性能混凝土，能提高車站結構混凝土耐久性能，延長結構使用壽命，減少對結構后期維護的資源使用。

(3)優(yōu)先選用綠色建材。車站防水材料、混凝土添加劑等均要求無毒無污染，以減少對周邊地層地下水的污染。

5 結語

(1)基于地鐵車站特性、建筑空間特性，在地鐵車站建設的過程中，可在車站站位設置、建筑功能布局、結構形式等多個方面，引入綠色設計理念并應用于地鐵車站的設計。

(2)綠色設計理念在地鐵車站設計中得以應用，使得工程與環(huán)境更加融合協(xié)調(diào)，減少工程對環(huán)境的影響與破壞，節(jié)約和循環(huán)利用能源，做到以人為本并提高地鐵車站的服務水平，同時提升了軌道交通工程在建筑行業(yè)的綠色建造水平。

(3)通過BIM技術的應用和材料的優(yōu)化選擇，為綠色設計提供了有效支持。