邱 蓉

(北京市市政工程設(shè)計研究總院，北京 100082)

1 概述

隨著國民經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，城市軌道交通也進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的時代。節(jié)點設(shè)置是否妥善合理，不僅直接影響換乘車站的有效性、便捷性，也會反映出軌道交通線網(wǎng)的整體效率和服務(wù)水平。在細(xì)節(jié)研究過程中發(fā)現(xiàn)，換乘形式、站臺寬度，以及聯(lián)絡(luò)通道、樓扶梯等節(jié)點部位布設(shè)位置及其通過能力，直接影響著旅客的換乘行為、線網(wǎng)運行的服務(wù)水平。

北京地鐵4號線國家圖書館站［1］(圖1)在研究旅客行為時，進(jìn)行了側(cè)站臺寬度、樓扶梯通行能力分析，同時充分考慮起終點(9號線)與中間站(4號線)接駁關(guān)系，分析大運量換乘帶來的線路運能問題。

圖1 國家圖書館站總平面

2 站址環(huán)境

國家圖書館站是北京地鐵4號線、9號線兩線換乘的樞紐車站，位于中關(guān)村南大街、國家圖書館東側(cè)綠地內(nèi)，呈南北走向。車站地處中關(guān)村大街南端，東側(cè)為中國氣象局、奧林匹克飯店、首都體育館;西側(cè)為中國空間技術(shù)研究院、國家圖書館和紫竹院公園;南側(cè)有南長河及大型立交白石新橋。

中關(guān)村南大街規(guī)劃紅線寬度80 m，雙向8車道;輔道寬7 m，路東側(cè)人行道及綠地寬13 m，路西側(cè)人行道及綠地寬25 m，機(jī)動車道與輔道間設(shè)2 m寬隔離帶，現(xiàn)均已實現(xiàn)規(guī)劃。中關(guān)村南大街為聯(lián)系中關(guān)村高科技園區(qū)與城市中心區(qū)的主要道路，目前，高峰小時機(jī)動車流量達(dá)到6 100 pcu/h，非機(jī)動車流量達(dá)到6 400輛/h，處于超負(fù)荷狀態(tài)。地鐵車站設(shè)計時應(yīng)考慮實施階段對交通的影響。

站址附近市政管線眾多，順沿中關(guān)村南大街敷設(shè)的地下管線達(dá)15條之多。其中，道路東側(cè)隔離帶下4 400 mm×1 800 mm 熱 力 溝、道 路 兩 側(cè) 各 1條φ1 800 mm雨水管、西側(cè)綠地下2 000 mm×2 000 mm電力溝對方案設(shè)計提出了更高的要求。

3 換乘方式研究

4、9號線的列車編組均采用6節(jié) B型車，車站有效站臺長度為120 m。本站設(shè)計客流為47 242人次/h，其中，設(shè)計換乘客流為33 170人次/h，占設(shè)計客流的70%。所以，如何解決4、9號線的換乘方式是車站建筑設(shè)計的首要任務(wù)。

就軌道交通線網(wǎng)節(jié)點換乘而言，一般有平行換乘、交點換乘和通道換乘等基本形式。結(jié)合線位、站址的研究，交點換乘方式不適合本次研究，將主要從通道換乘、同站廳換乘和同站臺換乘等幾個方面進(jìn)行方案設(shè)計。

3.1 通道換乘方案

在進(jìn)行4號線國家圖書館站方案研究之初，主要考慮到9號線建設(shè)期不同步，以及9號線車輛、運營模式等等不定因素，按兩站分設(shè)設(shè)計(圖2)。即4號線車站先期建設(shè)，站位在中關(guān)村南大街偏西側(cè);9號線車站預(yù)留遠(yuǎn)期建設(shè)條件，站位位于中關(guān)村南大街偏東側(cè);采用廳到廳的雙通道換乘方式，每條通道寬6 m、長31 m。4號線車站的東側(cè)近期設(shè)臨時出入口，遠(yuǎn)期與9號線車站共用出入口。

圖2 通道換乘方案

3.2 車站合建方案

隨著北京市城市軌道交通線網(wǎng)近期規(guī)劃的不斷完善，9號線的建設(shè)期日益明確?？紤]到9號線也是服務(wù)市區(qū)的軌道交通運輸系統(tǒng)，為近期規(guī)劃線路，兩線在換乘節(jié)點處同時修建，將有利于工程實施、有利于客流集散與換乘。

(1)同站廳換乘方案

4號線仍在道路偏西側(cè)，9號線在道路偏東側(cè)，但車站合建(圖3)。本方案是通道換乘方案的深化，兩站站臺平行分設(shè)，旅客換乘將通過規(guī)模宏大的站廳實現(xiàn)，換乘垂直距離為2倍的站臺～站廳提升高度。

(2)站臺-站臺垂直換乘方案

4號線在上、9號線在下(圖4)，該方案需將車站設(shè)置成3層，地下一層為站廳層、地下二層、三層分別是2條線的站臺層。因需分別設(shè)置從站廳直達(dá)兩線站臺的樓扶梯，因此站臺寬度16 m才適合布置相應(yīng)的樓扶梯。換乘通過中間2組樓扶梯實現(xiàn)站臺～站臺換乘，換乘垂直距離為1倍的站臺～站臺提升高度;南北兩端均設(shè)置為1組4號線站臺～站廳樓扶梯加1組9號線站臺～站廳上下行自動扶梯，以解決4號線站臺及9號線站臺旅客分別直接與站廳聯(lián)系的問題。

圖3 同站廳換乘方案

圖4 上下疊落式合建車站縱橫剖面

(3)同站臺換乘方案

4、9號線站臺在同一平面內(nèi)平行設(shè)置，4號線在兩側(cè)、9號線在中間(圖5)?；?號線在本站為終點站，有4個方向的換乘客流，其中同方向的2股換乘客流在同一站臺內(nèi)完成;另外2個方向的換乘客流需通過站廳完成換乘;換乘做到同方向同站臺換乘。

(4)明暗挖結(jié)合方案

鑒于站址附近市政管線眾多，還在同站臺換乘方案的基礎(chǔ)上提出了明暗挖結(jié)合方案(圖6)，以期提高工程實施的可操作性。中間為三層兩跨箱形結(jié)構(gòu)，地下一層為設(shè)備層、地下二層為站廳層、地下三層為9號線站臺層，4號線站臺采用單洞的方式分設(shè)兩側(cè)。4、9號線均采用側(cè)式站臺，兩線側(cè)站臺之間設(shè)置有若干條橫向聯(lián)絡(luò)通道，將2個側(cè)站臺聯(lián)系起來;4、9號線站廳與站臺的聯(lián)系均通過設(shè)置在9號線側(cè)站臺的樓扶梯實現(xiàn);4、9號線的同方向的換乘客流直接通過橫向通道完成，另外2個方向的換乘客流則需通過站廳實現(xiàn)。

4 方案比選

在研究國家圖書館站換乘方式的過程中，經(jīng)過了兩站分設(shè)到兩站合建較大思維形式的變遷，即便是同車站換乘，也有站廳換乘、站臺-站臺垂直換乘、同站臺換乘以及明暗結(jié)合方案等多種可能。為此，進(jìn)行了如下分析。

圖6 明暗挖結(jié)合方案

(1)換乘客流流線(圖7)

圖7 換乘客流流線

從圖7中可知，站廳換乘需要將所有客流集中到站廳層，樓扶梯負(fù)荷較大，換乘距離在上述圖示中最長;站臺～站臺垂直換乘完全通過換乘樓梯實現(xiàn)，樓梯負(fù)荷較大，換乘距離為站臺～站臺的提升高度比較適宜;同站臺換乘方案中，2個方向的換乘在同一站臺解決，另2個方向的換乘需經(jīng)站廳;明暗結(jié)合方案似乎與同站臺換乘方案類似，但4號線進(jìn)出站客流與換乘客流均需經(jīng)聯(lián)絡(luò)通道完成。相比之下，同站臺換乘方案更優(yōu)。

(2)站廳層

站廳換乘、站臺 ～站臺垂直換乘與同站臺換乘3個方案，站廳層處在地下一層。在站廳層布置上有較大的共性，付費區(qū)中心設(shè)置，非付費區(qū)南北連通，公共區(qū)空間通透;設(shè)備及管理用房分設(shè)兩端，使用方便?？紤]到主體結(jié)構(gòu)橫向展寬與市政管線的矛盾，旅客進(jìn)出站提升高度略有區(qū)別，在9.5～11 m之間。

明暗結(jié)合方案的地下二層為站廳層，由于對應(yīng)的是側(cè)式站臺，付費區(qū)設(shè)在公共區(qū)的中心，將非付費區(qū)南北聯(lián)系阻斷;兩端布設(shè)少量的設(shè)備與管理用房，同時設(shè)置地下一層(設(shè)備層)與地下三層(站臺層)的設(shè)備吊裝及管線通道。旅客進(jìn)出站提升高度為14.8 m。

(3)站臺層與站后配線

站廳換乘方案的站臺層在地下二層，雙島式站臺。4號線的右線與9號線左線毗鄰，便于實現(xiàn)聯(lián)絡(luò)線;9號線為島式站臺站后交叉渡線、折返線實施有一定難度。

站臺～站臺垂直換乘方案4號線站臺在地下二層、9號線站臺層在地下三層，站臺寬度較其他方案寬。由于4、9號線在車站附近處在不同平面，臨近區(qū)域設(shè)聯(lián)絡(luò)線比較困難，站后交叉渡線、折返線實施難度也比較大。

同站臺換乘方案的站臺層在地下二層，雙島式站臺。9號線左右線線間距為5 m，易于設(shè)置交叉渡線，并可將交叉渡線納入車站一并實施;4、9號線在車站附近處在同一平面內(nèi)，可結(jié)合站后折返及存車的要求統(tǒng)籌考慮設(shè)置聯(lián)絡(luò)線。

明暗結(jié)合方案站臺層在地下三層，4號線側(cè)站臺通過聯(lián)絡(luò)通道與9號線側(cè)站臺聯(lián)系，9號線側(cè)站臺將承受全部進(jìn)出站客流和大量換乘客流。站后交叉渡線、折返線及存車線的設(shè)置與同站臺換乘方案類似。

(4)工程實施難度分析

鑒于中關(guān)村南大街交通擁堵現(xiàn)象嚴(yán)重，各設(shè)計方案充分利用道路紅線較寬的優(yōu)勢，施工期間均可通過綠地進(jìn)行交通疏導(dǎo);首都體育館附近，區(qū)間采用盾構(gòu)法修建，以策安全。

市政管線改移則根據(jù)各自方案的特點，對現(xiàn)狀管線進(jìn)行臨時或永久處理;由于同站廳換乘方案結(jié)構(gòu)橫向尺度較大，除需對現(xiàn)狀管線全部進(jìn)行改移外，尚應(yīng)增加覆土厚度，以利重力流管線改移順暢。站臺～站臺垂直換乘與同站臺換乘方案減少了1條大型熱力溝的改移;明暗結(jié)合方案除不改移熱力溝外，又減少了1條大型電力溝的改移。

作為傳統(tǒng)的蓋挖兩層地下車站，結(jié)構(gòu)底板均在地下水水位之上，同站廳換乘與同站臺換乘方案工程建設(shè)風(fēng)險一般。地下三層的站臺～站臺垂直換乘方案，采用蓋挖逆作法實施難度較大，地下水水位也高于結(jié)構(gòu)底板。明暗結(jié)合方案不僅需解決蓋挖逆作三層結(jié)構(gòu)的難度，還有在地下水水位以下進(jìn)行暗挖4號線車行隧道的困難。4種方案工法比選見表1。

表1 4種方案工法比選

(5)推薦方案

綜上所述，同站臺換乘方案具有換乘直接、換乘距離短、建筑布置合理集約、站后配線易于實現(xiàn)以及工程建設(shè)難度相對較小的優(yōu)勢，故為推薦方案(圖8)。

5 換乘行為及適應(yīng)性分析

5.1 客流分析

(1)預(yù)測客流［2-3］

圖8 國家圖書館站設(shè)計方案

國家圖書館站為雙島四線車站，分為東西2個站臺，東站臺為4號線的北行站臺和9號線的上行終到站臺，西站臺為4號線的南行站臺和9號線的下行始發(fā)站臺。地鐵4、9號線近遠(yuǎn)期早高峰小時預(yù)測客流見表2，近、遠(yuǎn)期早高峰小時換乘客流預(yù)測見表3。

表2 地鐵4、9號線近遠(yuǎn)期早高峰小時客流 人/h

表3 近、遠(yuǎn)期早高峰小時換乘客流 人/h

(2)不同預(yù)測期站臺客流分析(表4)

表4 不同預(yù)測期站臺客流 人/h

5.2 站臺寬度的適應(yīng)性分析

通過上述客流分析，按遠(yuǎn)期預(yù)測客流控制，考慮近期客流影響因素，采用12 m單柱島式站臺，站臺最大瞬時靜態(tài)人流密度接近0.45 m2/人，屬于擁擠但可接受范圍。

5.3 樓扶梯口部適應(yīng)性分析

事實上，站臺上最大人流密度常常發(fā)生在樓扶梯口部，持續(xù)20～30 s;在最大客流條件下，出現(xiàn)異常(如火災(zāi))情況時，恐慌后的旅客疏散需要合理引導(dǎo)。針對本站在西站臺設(shè)置了2部扶梯和3部樓梯，在東站臺設(shè)置了等量的樓扶梯，通過對近遠(yuǎn)期客流情況下分別檢算，事故疏散時間均小于6 min，滿足安全要求。

6 線路運能分析

以上對站臺寬度、客流密度以及樓扶梯口部適應(yīng)能力分析，車站內(nèi)的客流進(jìn)出、交換能夠滿足設(shè)計要求，但線路之間的旅客交換是否滿足4號線線路運輸能力，也需要進(jìn)行認(rèn)真分析。4號線與9號線均采用B型車，列車編組為6輛，列車定員為1 460人。

6.1 遠(yuǎn)期4號線運能分析

通過對客流資料的分析，與國家圖書館站相鄰區(qū)間最不利斷面在學(xué)院南路站至國家圖書館站(南行)區(qū)間，因此，需要對國家圖書館站、動物園站南行方向列車離站時的情況進(jìn)行分析。

列車早高峰時段自國家圖書館站南行時，列車最大載客1 272人，不超員;列車早高峰時段自動物園站南行時，列車最大載客1 331人，不超員;運能滿足要求。

6.2 近期運能條件不匹配的工況分析

4號線與9號線近期發(fā)車間隔不同，4號線為2.5 min/列，24 對/h，9 號線為 3.33 min/列，18 對/h。根據(jù)近期客流及行車組織情況需要對車站的緊急疏散能力進(jìn)行驗算，還要根據(jù)兩線發(fā)車間隔的不同對是否會出現(xiàn)由于線路的運能，而使部分乘客滯留在站臺的情況進(jìn)行分析。

通過對客流資料的分析，與國家圖書館站相鄰區(qū)間最不利斷面在學(xué)院南路站至國家圖書館站(南行)區(qū)間，因此需要對國家圖書館站、動物園站南行方向列車離站時的情況進(jìn)行分析。

列車早高峰時段自國家圖書館站南行時，列車最大載客1 373人，不超員;列車早高峰時段自動物園站南行時不超員，列車最大載客1 435人，不超員但已接近列車定員。雖然該工況發(fā)生概率很小，計算運能也滿足要求，但在實際運營管理時應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)控。

7 結(jié)論與建議

(1)北京地鐵4號線已于2009年9月28日開通，運營效果良好;9號線于2012年年底開通運營。

(2)隨著城市軌道交通建設(shè)的迅速發(fā)展，線網(wǎng)節(jié)點的換乘方式在規(guī)劃階段與設(shè)計過程中應(yīng)重點研究。

(3)通過對國家圖書館站方案的研究，同站臺平行換乘具有直接、快速的特點，極大地方便乘客出行、方便運營管理;因此，建議城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃時，應(yīng)盡量創(chuàng)造平行換乘的條件。

(4)國家圖書館站的實施，揭示了時序相近的換乘節(jié)點同步建設(shè)，不僅能較好地實現(xiàn)換乘功能，還能統(tǒng)籌處理同一地段的管線、交通等制約因素，最大限度降低工程造價。

(5)通過系統(tǒng)地分析線路運能與車站換乘的耦合關(guān)系，進(jìn)一步認(rèn)識到平行換乘適應(yīng)能力還是很強的;當(dāng)2條線的運能出現(xiàn)不對等時，線路的運能受到挑戰(zhàn)，應(yīng)詳細(xì)分析、嚴(yán)密監(jiān)控。

［1］北京市市政工程設(shè)計研究總院.北京地鐵4號線工程白石橋站初步設(shè)計［R］.北京:北京市市政工程設(shè)計研究總院，2004.

［2］北京市市政工設(shè)計研究總院.北京地鐵4號線工程可行性研究報告［R］.北京:北京市市政工程設(shè)計研究總院，2003.

［3］北京城建設(shè)計研究總院.北京地鐵9號線工程可行性研究報告［R］.北京:北京城建設(shè)計研究總院，2004.

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