北京地鐵4號線工程設計技術創新

白智強，冀 程

(北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京市100082)

北京地鐵4號線工程設計技術創新

白智強，冀 程

(北京市市政工程設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，標志著北京市的軌道交通建設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，創新設計理念、注重人文關懷，采用眾多新理念、新技術、新工藝，在融資模式、人性化設計、建設管理、運營管理等方面開創了北京乃至全國軌道交通建設領域的第一，為北京市今后的地鐵發展探索出了一個新的模式。

北京地鐵4號線;工程設計;技術創新

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。線路全長28.195 km(見圖1)，共設24座車站、車輛段1處、停車場1處，2003年底開工建設，2009年9月通車試運行。通車5 a來，運行狀況良好，發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 人性化服務方面的設計技術創新

北京地鐵4號線在融資模式、人性化設計、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，引入新的服務管理理念。為了提高地鐵對乘客的服務水平，4號線在設計初期就把“我就是乘客”的人性化設計理念落實到設計方案和具體的細節之中。

2.1 北京地鐵首次全方位實現無障礙設施規劃設計

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

圖2 車站內無障礙電梯設在付費區之實景

2.2 國內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”的運營和管理理念，對全線車站進行人性化設計。

(1)全線車站統一設置了便民用房及便民設施。站廳均設置自動取款機、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置的電子信息牌:以10 s為一個發布時間、提供文字及地圖形式的出口導向信息服務，對乘客的引導性更強，提供的信息更加多元化。還有站內的展覽區，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涂鴉創作展之實景

(2)在每座車站綜合監控室旁加設一間等候室，接待乘客投訴，體現“為乘客服務”的運營理念。

(3)北京地鐵首次在設備管理用房區增設男女員工衛生間。由于港鐵對工作人員實行定崗管理、不能脫崗，這樣設計便于站內工作人員使用。該設計隨后成為北京地鐵設計的標準配置。

(4)在站臺增設監察亭(見圖4)，以便快速處理站內緊急情況，保證運營安全。

圖4 監察亭之實景

2.3 裝飾以現代簡潔風格為主，不同車站在色調上有所區別

在布局、裝潢上，車站的風格貼近香港地鐵，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 裝飾風格和特色之實景

2.4 在8座重點車站設置突出北京地域特征、體現北京地鐵文化的文化墻

西苑站設有主題壁畫《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，展現頤和園的風貌。圓明園站墻壁上設有大水法的遠景浮雕，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，站臺立柱側面用銀色的線條來模仿書頁;在站廳層，墻上用繪畫對應國家圖書館四大鎮館之寶:《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家、天文儀器等與天文相關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》全圖用放射形式構圖，中間用皇城角樓造型象征老北京標志，用京城百年以上老字號傳統的牌匾和招牌、幌子組合，再現招牌林立、市面繁華的熱鬧氣氛;《老北京》則體現舊時新春佳節的街頭把戲(見圖6)。

圖6 獨具北京地域特色的地鐵文化墻之實景

2.5 首次系統地解決了地鐵與其它交通方式的無縫銜接

第一次系統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行分析研究，使各種交通方式相互補充，形成統一的城市客運體系。每個站都設置有自行車停車場、出租車停靠地，協調與地面交通的銜接，力求實現“零”距離換乘。交通接駁設計方案得到了交通委較高的評價。

在車站出入口處設置站前廣場，并和周邊路網連成完整的步行系統;根據預測客流及周邊需求，在站口旁設置適當面積的自行車停車場;地鐵站口的設置和周邊公交站點結合統一，兩者距離適中，方便地鐵和公交乘客接駁換乘。每座車站站口設計規劃有出租車專用停車位，并在線路的終點安河橋北站設置了P+R停車場，方便私人小汽車換乘(見圖7)。

圖7 交通接駁設計方案圖和自行車停車場布置之實景

2.6 車站裝飾和設備管理用房采用標準化設計

各車站天花、墻面、柱面材料，其規格及形式統一，以便生產加工及后期維護(見圖8)。通往通道的位置均有統一的灰色門套設計，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 裝飾標準化設計示意圖

3 土建方面的設計技術創新

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，工程的設計始終以“人文北京、科技北京、綠色北京”三大理念為指導，創新設計理念、注重人文關懷，采用眾多新理念、新技術、新工藝。通過技術創新解決工程中的難題，使設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險評估體系，依靠科技創新，保證工程質量

地鐵4號線為當時北京地鐵建設周期最長的一條線路，所經地區環境復雜，建設難度極大。全線風險源總計163處，其中特級風險源4處。地鐵4號線引入風險管理的先進理念，系統地形成了北京地鐵統一的風險評估體系、風險源專項設計體系等，對沿線環境風險源進行“事先預測、過程監控、工后檢測”，運用合理的技術措施確保工程建設安全，有效地減少了施工風險。

3.2 沿線文物保護單位多達27處，為國內地鐵建設項目之最

4號線是國內經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文物;譚嗣同故居、元大都下水道、清學部三處區級保護文物。在工程設計中和文物保護部門一道對文物保護進行專項論證、專項評估，滿足了文物部門的要求，經施工和運營檢驗，未對文物造成任何不良影響。

圖9 4號線經過的文物分布圖

3.3 海淀黃莊站創造了-次暗挖修建十字換乘車站的國內先例

該車站采用淺埋暗挖法施工，是國內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大管棚一次性打設新技術，有效地控制因主體結構暗挖施工而引起的地層沉降，確保了工程及周邊環境的公共安全。

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。設計采用CRD工法，結合大管棚注漿施工技術嚴格控制沉降量，拱頂下沉僅為6.78 mm，有效地控制在設計允許最大值范圍內，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計圖及其實景

3.5 國家圖書館站是北京首座實現同站臺換乘的地鐵車站

該站4號線和9號線同期修建，當時4號線有預見性地為剛開始建設的9號線預留了整座車站(見圖12)。為實現兩線同站臺換乘，國家圖書館南端區間4號、9號線兩線采用同期國內首例盾構隧道小角度、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點的服務水平。

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 北京南站是國內首座實現地鐵、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

為了配合國鐵建設北京南站，4號線在前期設計時及時調整了局部線位和站位，使地鐵與國鐵北京南站同步建設，同時具有前瞻性地為地鐵14號線同步預留了換乘條件，從而在北京南站實現了集鐵路、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，據統計地鐵4號線承擔了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的交通壓力。

圖13 北京南站實現地鐵、國鐵、公交無縫連接設計圖和“零距離”換乘效果圖

4 設備系統方面的設計技術創新

北京地鐵4號線是國內第一條消防安全風險評估全過程設計的線路，設計過程中開展了“北京南站及相鄰兩端長區間火災環境分析及疏導措施研究”、國家863計劃課題“多層地下綜合交通樞紐安全設計技術”，作為課題的支撐項目，直接把科研成果應用到工程中。北京地鐵4號線開通時，即實現無線通信系統在地鐵范圍內的全覆蓋。采用蓄電池供電牽引模式進行列車牽引，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和列車自動控制(ATC)系統;設置計算機網絡系統，實現地鐵運營調度管理和辦公自動化;采用整合各個系統的緊急控制盤;實現應急電源整合，提高了應急電源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成本。這些在北京地鐵中均首次應用，并取得良好效果。

為適應港鐵的運營和管理理念，對全線車站綜合控制室推行標準化設計，對室內設備布局統一設計，滿足使用功能又兼顧美觀整齊(見圖14);統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;對車站站內的各種管線進行綜合設計，對車站公共區、設備及管理用房區地板下、墻面敷設的線槽進行整合，推出了綜合橋架的設計理念，提出了“車站及區間綜合電纜橋架設計及施工操作方法”。

圖14 車站綜合監控室內部布置實景

5 結語

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

4號線是國內首條采用PPP模式建設的軌道交通項目，是北京市首條引進境外運營管理公司來進行管理的線路，開創了國內首條新線(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。該線預留與其它地鐵線路的換乘節點，同時串聯起多種交通樞紐，體現城市綜合交通特點;首次引入“舊城織補”概念，通過城市設計手段在靈境胡同、西四等站重新恢復拆遷前原有風貌，減少地鐵建設拆遷對舊城造成的影響;嘗試結合周邊地下空間開發、主體剩余空間商業開發、出入口風亭與周邊建筑的結合。

地鐵4號線是在新的歷史時期、新技術時代建設的地下軌道交通，該線的建成使得北京西南部的軌道交通盲區得到彌補，進一步促進北京城市發展，提升首都形象，改善交通環境，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，同時極大地促進了沿線的經濟發展，在社會、環境、經濟等多方面顯示出令人驚嘆的“地鐵效應”。

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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計與研究工作。