地鐵車站地下空間綠色建筑設計方法探究*

楊艷紅 趙思源 熊燕妮 王新瑀,3**

(1. 天津城建大學城市藝術學院， 300384， 天津； 2. 天津城建大學建筑學院， 300384， 天津；3. 天津市建筑設計研究院有限公司， 300074， 天津∥第一作者， 教授)

GB/T 50378—2014《綠色建筑評價標準》強調了對建筑全壽命期內“節能、節地、節水、節材、保護環境”等客觀指標的綜合評價，但缺乏對生態文化設計、綠色理念表達等主觀指標的量化評估。為此，新版的GB/T 50378—2019《綠色建筑評價標準》突顯了“以人為本”的設計理念。地鐵車站作為城市地下交通網絡中的重要建筑物，其節能環保設計與可持續發展設計亟待加強。地鐵車站地下空間綠色建設必將成為未來城市可持續發展的重要一環。

1 地鐵車站地下空間綠色建筑設計概述

1.1 研究背景

環境與發展是當今國際社會普遍關注的重大問題。可持續發展的綠色建筑設計理念是未來城市地下空間規劃設計的主導思想，也是城市地下空間走向低碳經濟發展的必經之路[1]。地下空間綠色建筑設計可有效保護地面景觀環境、減少地面占用、提升居民生活質量，是城市立體化發展的必然結果，也是城市可持續發展的重要途徑。

地鐵建設是城市地下空間開發的核心動力，可提高土地利用的集約化程度和使用效率，緩解城市用地壓力，滿足城市可持續發展的要求[2]。建立地鐵車站地下空間綠色建筑設計的評價體系對于定量分析城市地下空間開發的建設水平和可持續發展態勢具有重要意義。地鐵車站地下空間綠色建筑設計應以促進地上、地下一體化發展為目標，統籌布局地鐵區域、商業娛樂空間及地下管廊，以促進城市立體集聚發展[3]。

1.2 發展方向

1.2.1 指導未來地鐵車站地下空間設計

地鐵車站地下空間綠色建筑設計應能有效指導未來地鐵車站地下空間規劃及設計的方向，明確設計的方法與重點，形成完備的評價標準，規范相關制度政策，以實現我國地鐵車站建設與綠色建筑設計的高度融合，進一步優化城市公共交通空間，塑造和諧人文環境，繼承和發揚歷史文化。

1.2.2 改造升級既有地鐵車站地下空間

國內早期地鐵建設的指導思想以戰備疏散為主，站內基礎設施陳舊，內部空間、功能布局和人性化設計較為落后，缺乏綠色建筑設計要素。地鐵車站地下空間綠色建筑設計理念的提出，可積極引導我國老舊地鐵車站地下空間改造升級，有利于節約能耗、降低運營成本，重塑地鐵車站空間環境氛圍。

1.3 研究思路

首先，系統地梳理我國主要城市地鐵車站的地理位置、車站規模及承載功能等屬性，選擇具有代表性的地鐵車站點進行深入研究；其次，從宏觀場地規劃、中觀建筑設計、微觀空間表達三個維度解構地鐵車站綠色建筑設計的影響要素，結合GB/T 50378—2019《綠色建筑評價標準》的評價指標，初步了解各項要素的影響方式及作用范圍；再次，以地鐵車站地下空間主動式、被動式綠色建筑技術等客觀要素為切入點，有機結合車站工作人員及乘客的主觀感知要素，采用定性與定量分析結合的研究方式，構建地鐵車站地下空間綠色建筑設計評價標準，并提出設計理論與方法。地鐵車站地下空間綠色建筑設計的研究思路如圖1所示。

圖1 地鐵車站地下空間綠色建筑設計的研究思路

2 地鐵車站地下空間綠色建筑設計研究現狀

2.1 國外研究現狀

西方國家對綠色建筑關注較早，相關的評價體系也較為完備。其中，英國的BREEAM(英國建筑研究院環境評估方法)體系為多個國家建立綠色建筑評價標準提供了借鑒和指導；美國LEED(能源與環境設計先鋒)體系被公認為目前最完善、最具影響力的綠色建筑評價體系。國外專家學者對地鐵車站地下空間綠色建筑設計理論的研究多集中于探討地鐵車站的空間環境設計方法，如結合清潔能源利用、生物智能介入與計算機模擬計算等前沿科學技術手段系統地研究地鐵車站場地規劃與空間設計。伊朗學者M.Mohammadi利用CRISP-DM(跨行業數據挖掘標準流程)模型，有效結合SA(模擬退火)、ICA(帝國競爭)算法，提出了一種綠色可持續的交通樞紐選址方法。

在地鐵車站綠色建筑設計評價方面，國外多以通用的綠色建筑評價體系對“綠色地鐵車站”進行界定。如圖2所示，位于美國賓夕法尼亞州費城的SEPTA Fox Chase地鐵車站(LEED銀級)和馬里蘭州羅克維爾市的Twinbrook地鐵車站(LEED認證級)在地鐵車站內外空間、功能組織、景觀植被等方面突出了綠色、低成本主題。

a) SEPTA Fox Chase站

b) Twinbrook站

SEPTA Fox Chase站和Twinbrook站均為地面站，可直接使用通用綠色建筑評價體系對其進行綠色等級評定。但該評價指標中缺乏了對站點自身文化屬性表達、空間氛圍營造等主觀影響要素的評價，未能充分體現“以人為本”的建筑設計理念。

2.2 國內研究現狀

我國在綠色建筑相關領域的研究注重從整體入手，通過地上、地下空間綜合開發來探索節能與節地策略，動態考慮地鐵車站建設和發展[4]。上海軌道交通17號線諸光路站被稱為亞洲“最綠色”的地鐵車站，是亞洲第一個獲得LEED銀級認證的地鐵車站。該車站建設項目在初期設計、中期施工、后期運維階段都極力遵循綠色評價標準。該站在公共區域設置了高度超過20 m的巨大中庭，搭配玻璃天窗，極大改善了地下空間的采光問題。車站內部對噪聲控制、污水處理、渣土回填等細節把控到位，選用的建筑裝飾材料與智能傳感設備顯著優于國家標準。

此外，諸光路站站內的文化屬性表達也十分突出，站內大型陶藝展品《諸光開物》融合了萬花筒、四葉草等傳統元素，充分展現了上海作為國際化大都市包容開放、百花齊放的文化內涵，在優化乘客視覺感知的同時凸顯了站內綠色建筑文化氛圍[5]。除傳統壁畫類裝飾外，諸光路站還創新性地將站臺候車空間改造為小型“博物館”，成為了展示“上海文化”的重要窗口。2020年底開通的上海軌道交通18號線的全線站點也將申請LEED認證，這是地鐵車站地下空間綠色建筑設計發展的良好開端，對我國“綠色地鐵”規劃和建設起到了積極引導作用。

然而，無論是LEED體系還是其他傳統的綠色建筑評價體系，其影響要素構成與權重占比均以地面建筑綠色建筑設計為標準，缺少對地鐵車站地下空間這一特殊類型的差異化研究。此外，評價體系中的相關影響要素多以綠色建筑節能技術、環保材料、綠色施工等客觀指標為主，忽視了對“文化內涵”與“人性化設計”等主觀要素的探索與挖掘。

3 地鐵車站地下空間綠色建筑設計影響要素

3.1 影響要素篩選原則

3.1.1 協調與耦合原則

地鐵車站地下空間綠色建筑設計的影響要素應不僅涵蓋現有綠色建筑評價標準內的各項指標，還應注重地鐵車站建筑設計的特殊屬性。例如，地上建筑對自然采光、通風的較高標準，使用者可通過自然光線滿足自身生理需求與心理感知，而地下空間建設在客觀上很難達到同等要求，其設計理論與方法應著重關注使用者的生理和心理需求。因此，合理協調影響要素間的耦合關系至關重要。

3.1.2 客觀與全面原則

地鐵車站地下空間綠色建筑設計的影響要素應包含宏觀、中觀、微觀三個維度影響要素的解構與拓展。影響要素篩選需注重選取方法的客觀性和全面性，確保其正確性與可操作性。既要定性描述各影響要素的內在屬性，剝離原有綠色建筑設計中不適用于地鐵車站建筑的影響要素，還應可定量計算其主導影響要素，采用定性描述和定量計算相結合的研究方法客觀選取地鐵車站綠色建筑設計的主導影響要素。

3.2 影響要素分類

地鐵車站地下空間綠色建筑設計影響要素的宏觀維度主要包含站點選址、地上和地下空間的連接度、地下空間綜合利用率等場地規劃影響要素；中觀維度包含地鐵車站地下空間采光照明、通風供暖、能源再利用等建筑設計影響要素；微觀維度集中體現公共藝術、人文表達、人性化設計等室內空間表達影響要素。各維度分別對應了GB/T 50378—2019《綠色建筑評價標準》的評價指標，同時將文化傳承納入評價范圍，如圖3所示。

圖3 地鐵車站地下空間綠色建筑設計影響要素分類

3.3 影響要素賦權方法

選取合適的賦權方法是地鐵車站地下空間綠色建筑設計理論與方法研究具備合理性的關鍵前提與重要保障。

3.3.1 層次分析法

層次分析法是針對地鐵車站地下空間環境氛圍、空間感知、人性化設計等主觀影響要素的賦權方法?；趯Τ丝汀⒐ぷ魅藛T及相關專家學者的調研，將地鐵車站地下空間綠色建筑設計的主觀影響要素分解、重構為若干的層次和要素，梳理不同要素的相對重要程度，分析、計算各影響要素的權重。

3.3.2 熵值法

熵值法是針對地鐵車站地下空間節能狀況、能源再利用水平等客觀影響要素的賦權方法。影響要素的變異程度越大，信息熵越小，該影響要素提供的信息量就越大，其在地鐵車站綠色建筑設計方法中所起的作用和權重隨之也越大，反之亦然。

3.3.3 組合賦權法

組合賦權法針對主、客觀賦權法各自的優缺點，可兼顧決策者的偏好，減少賦權的主觀隨意性，使屬性賦權達到主觀與客觀的統一，決策結果更加真實、可靠。

綜上所述，常見的主觀賦權法在根據屬性實際含義確定權重方面具有優勢，但客觀性較差；客觀賦權法在不考慮主觀因素的情況下，在確定權重方面更具有優勢，但無法體現決策者的主觀感受。因此，地鐵車站地下空間綠色建筑設計影響要素的賦權方法在最終權重計算上應采用主觀賦權與客觀賦權相結合的組合賦權法。

4 地鐵車站地下空間綠色建筑設計理論與方法

4.1 地鐵車站地下空間綠色建筑設計評價標準

在采用文獻研究、田野調查、專家評價、問卷調研等相關研究方法，并結合人體信息采集設備、建筑環境模擬軟件等多種研究方式的基礎上，本文利用組合賦權法計算地鐵車站地下空間綠色建筑設計體系中各影響要素的綜合權重及其總得分。權重計算如式(1)所示，最終分值計算如式(2)所示。

Wi=αai+ (1-α)bi

(1)

Q=∑WiQi

(2)

式中：

i——地鐵車站地下空間綠色建筑設計的影響要素。i取值為1、2、3時分別代表宏觀場地規劃、中觀建筑設計、微觀空間表達的影響要素，i≥4表示其他影響要素項。

Wi——第i個影響要素的組合權重；

ai，bi——分別為第i個影響要素的客觀權重和主觀權重；

α——不同賦權方法的相對重要程度。應根據決策者對不同賦權方法的偏好信息確定，0≤α≤1；

Qi——第i個影響要素的得分；

Q——地鐵車站地下空間綠色建筑設計評價總得分。

4.2 地鐵車站綠色建筑設計方法探究

4.2.1 整體規劃與立體化開發

地鐵車站選址應結合周邊生態環境進行整體規劃，既滿足地鐵車站設置的交通便捷要求，又注重車站與自然環境的有機結合。應強調地鐵車站地上空間與地下空間的立體化開發，探尋地上與地下、地下各功能分區之間的有機聯系。

4.2.2 空間整合與節能設計

以滿足使用者基本生理需求為基礎整合地鐵車站內部空間的功能布局；以節能、節地、節水、節材為目標，強化聲、光、電、熱等的節能設計技術；結合各類能源回收與再利用方法，不斷探索地鐵車站地下空間整合與節能設計。

4.2.3 歷史文脈傳承與表達

基于地域特點，從歷史文脈傳承、地域文化營造等主觀設計方面發掘具有地方特點的地鐵車站空間表達方式。在滿足功能需求、營造舒適宜人空間氛圍的基礎上，將當地傳統文化要素應用于地鐵車站地下空間綠色建筑的設計中；同時，將歷史與當代文化元素緊密融合，探尋歷史文脈傳承視域下的地鐵車站地下空間綠色文化氛圍營造方式。

4.3 相關理論與方法的有效性檢驗

可利用VR(虛擬現實)技術進行模擬實驗。通過虛擬現實場景，結合眼動儀、腦電儀等人體信息采集設備，對地鐵車站使用者主觀感知層面的抽象信息進行可視化處理。對比地鐵車站地下空間改造前后的車站使用滿意度，驗證綠色建筑設計理論與方法的有效性。

5 結語

目前國內地鐵車站綠色建筑設計方面的相關研究成果和實例較為匱乏，缺少可直接借鑒的原始數據，整理分析資料難度較大。此外，將文化影響要素納入地鐵車站地下空間綠色建筑設計評價體系的研究較少，相關研究文獻資料不足，這對地鐵車站綠色建筑設計方法及評價研究的科學性和客觀性有一定影響。因此，地鐵車站地下空間綠色建筑設計體系的應用和實踐任重道遠，應在前期理論與案例研究的基礎上不斷擴充已有資料的廣度與深度，把握綠色建筑設計領域的前沿動態，運用多學科交叉視角，持續完善地鐵車站地下空間綠色建筑設計體系。