地铁车站地下空间绿色建筑设计方法探究*

杨艳红 赵思源 熊燕妮 王新瑀,3**

(1. 天津城建大学城市艺术学院， 300384， 天津； 2. 天津城建大学建筑学院， 300384， 天津；3. 天津市建筑设计研究院有限公司， 300074， 天津∥第一作者， 教授)

GB/T 50378—2014《绿色建筑评价标准》强调了对建筑全寿命期内“节能、节地、节水、节材、保护环境”等客观指标的综合评价，但缺乏对生态文化设计、绿色理念表达等主观指标的量化评估。为此，新版的GB/T 50378—2019《绿色建筑评价标准》突显了“以人为本”的设计理念。地铁车站作为城市地下交通网络中的重要建筑物，其节能环保设计与可持续发展设计亟待加强。地铁车站地下空间绿色建设必将成为未来城市可持续发展的重要一环。

1 地铁车站地下空间绿色建筑设计概述

1.1 研究背景

环境与发展是当今国际社会普遍关注的重大问题。可持续发展的绿色建筑设计理念是未来城市地下空间规划设计的主导思想，也是城市地下空间走向低碳经济发展的必经之路[1]。地下空间绿色建筑设计可有效保护地面景观环境、减少地面占用、提升居民生活质量，是城市立体化发展的必然结果，也是城市可持续发展的重要途径。

地铁建设是城市地下空间开发的核心动力，可提高土地利用的集约化程度和使用效率，缓解城市用地压力，满足城市可持续发展的要求[2]。建立地铁车站地下空间绿色建筑设计的评价体系对于定量分析城市地下空间开发的建设水平和可持续发展态势具有重要意义。地铁车站地下空间绿色建筑设计应以促进地上、地下一体化发展为目标，统筹布局地铁区域、商业娱乐空间及地下管廊，以促进城市立体集聚发展[3]。

1.2 发展方向

1.2.1 指导未来地铁车站地下空间设计

地铁车站地下空间绿色建筑设计应能有效指导未来地铁车站地下空间规划及设计的方向，明确设计的方法与重点，形成完备的评价标准，规范相关制度政策，以实现我国地铁车站建设与绿色建筑设计的高度融合，进一步优化城市公共交通空间，塑造和谐人文环境，继承和发扬历史文化。

1.2.2 改造升级既有地铁车站地下空间

国内早期地铁建设的指导思想以战备疏散为主，站内基础设施陈旧，内部空间、功能布局和人性化设计较为落后，缺乏绿色建筑设计要素。地铁车站地下空间绿色建筑设计理念的提出，可积极引导我国老旧地铁车站地下空间改造升级，有利于节约能耗、降低运营成本，重塑地铁车站空间环境氛围。

1.3 研究思路

首先，系统地梳理我国主要城市地铁车站的地理位置、车站规模及承载功能等属性，选择具有代表性的地铁车站点进行深入研究；其次，从宏观场地规划、中观建筑设计、微观空间表达三个维度解构地铁车站绿色建筑设计的影响要素，结合GB/T 50378—2019《绿色建筑评价标准》的评价指标，初步了解各项要素的影响方式及作用范围；再次，以地铁车站地下空间主动式、被动式绿色建筑技术等客观要素为切入点，有机结合车站工作人员及乘客的主观感知要素，采用定性与定量分析结合的研究方式，构建地铁车站地下空间绿色建筑设计评价标准，并提出设计理论与方法。地铁车站地下空间绿色建筑设计的研究思路如图1所示。

图1 地铁车站地下空间绿色建筑设计的研究思路

2 地铁车站地下空间绿色建筑设计研究现状

2.1 国外研究现状

西方国家对绿色建筑关注较早，相关的评价体系也较为完备。其中，英国的BREEAM(英国建筑研究院环境评估方法)体系为多个国家建立绿色建筑评价标准提供了借鉴和指导；美国LEED(能源与环境设计先锋)体系被公认为目前最完善、最具影响力的绿色建筑评价体系。国外专家学者对地铁车站地下空间绿色建筑设计理论的研究多集中于探讨地铁车站的空间环境设计方法，如结合清洁能源利用、生物智能介入与计算机模拟计算等前沿科学技术手段系统地研究地铁车站场地规划与空间设计。伊朗学者M.Mohammadi利用CRISP-DM(跨行业数据挖掘标准流程)模型，有效结合SA(模拟退火)、ICA(帝国竞争)算法，提出了一种绿色可持续的交通枢纽选址方法。

在地铁车站绿色建筑设计评价方面，国外多以通用的绿色建筑评价体系对“绿色地铁车站”进行界定。如图2所示，位于美国宾夕法尼亚州费城的SEPTA Fox Chase地铁车站(LEED银级)和马里兰州罗克维尔市的Twinbrook地铁车站(LEED认证级)在地铁车站内外空间、功能组织、景观植被等方面突出了绿色、低成本主题。

a) SEPTA Fox Chase站

b) Twinbrook站

SEPTA Fox Chase站和Twinbrook站均为地面站，可直接使用通用绿色建筑评价体系对其进行绿色等级评定。但该评价指标中缺乏了对站点自身文化属性表达、空间氛围营造等主观影响要素的评价，未能充分体现“以人为本”的建筑设计理念。

2.2 国内研究现状

我国在绿色建筑相关领域的研究注重从整体入手，通过地上、地下空间综合开发来探索节能与节地策略，动态考虑地铁车站建设和发展[4]。上海轨道交通17号线诸光路站被称为亚洲“最绿色”的地铁车站，是亚洲第一个获得LEED银级认证的地铁车站。该车站建设项目在初期设计、中期施工、后期运维阶段都极力遵循绿色评价标准。该站在公共区域设置了高度超过20 m的巨大中庭，搭配玻璃天窗，极大改善了地下空间的采光问题。车站内部对噪声控制、污水处理、渣土回填等细节把控到位，选用的建筑装饰材料与智能传感设备显著优于国家标准。

此外，诸光路站站内的文化属性表达也十分突出，站内大型陶艺展品《诸光开物》融合了万花筒、四叶草等传统元素，充分展现了上海作为国际化大都市包容开放、百花齐放的文化内涵，在优化乘客视觉感知的同时凸显了站内绿色建筑文化氛围[5]。除传统壁画类装饰外，诸光路站还创新性地将站台候车空间改造为小型“博物馆”，成为了展示“上海文化”的重要窗口。2020年底开通的上海轨道交通18号线的全线站点也将申请LEED认证，这是地铁车站地下空间绿色建筑设计发展的良好开端，对我国“绿色地铁”规划和建设起到了积极引导作用。

然而，无论是LEED体系还是其他传统的绿色建筑评价体系，其影响要素构成与权重占比均以地面建筑绿色建筑设计为标准，缺少对地铁车站地下空间这一特殊类型的差异化研究。此外，评价体系中的相关影响要素多以绿色建筑节能技术、环保材料、绿色施工等客观指标为主，忽视了对“文化内涵”与“人性化设计”等主观要素的探索与挖掘。

3 地铁车站地下空间绿色建筑设计影响要素

3.1 影响要素筛选原则

3.1.1 协调与耦合原则

地铁车站地下空间绿色建筑设计的影响要素应不仅涵盖现有绿色建筑评价标准内的各项指标，还应注重地铁车站建筑设计的特殊属性。例如，地上建筑对自然采光、通风的较高标准，使用者可通过自然光线满足自身生理需求与心理感知，而地下空间建设在客观上很难达到同等要求，其设计理论与方法应着重关注使用者的生理和心理需求。因此，合理协调影响要素间的耦合关系至关重要。

3.1.2 客观与全面原则

地铁车站地下空间绿色建筑设计的影响要素应包含宏观、中观、微观三个维度影响要素的解构与拓展。影响要素筛选需注重选取方法的客观性和全面性，确保其正确性与可操作性。既要定性描述各影响要素的内在属性，剥离原有绿色建筑设计中不适用于地铁车站建筑的影响要素，还应可定量计算其主导影响要素，采用定性描述和定量计算相结合的研究方法客观选取地铁车站绿色建筑设计的主导影响要素。

3.2 影响要素分类

地铁车站地下空间绿色建筑设计影响要素的宏观维度主要包含站点选址、地上和地下空间的连接度、地下空间综合利用率等场地规划影响要素；中观维度包含地铁车站地下空间采光照明、通风供暖、能源再利用等建筑设计影响要素；微观维度集中体现公共艺术、人文表达、人性化设计等室内空间表达影响要素。各维度分别对应了GB/T 50378—2019《绿色建筑评价标准》的评价指标，同时将文化传承纳入评价范围，如图3所示。

图3 地铁车站地下空间绿色建筑设计影响要素分类

3.3 影响要素赋权方法

选取合适的赋权方法是地铁车站地下空间绿色建筑设计理论与方法研究具备合理性的关键前提与重要保障。

3.3.1 层次分析法

层次分析法是针对地铁车站地下空间环境氛围、空间感知、人性化设计等主观影响要素的赋权方法。基于对乘客、工作人员及相关专家学者的调研，将地铁车站地下空间绿色建筑设计的主观影响要素分解、重构为若干的层次和要素，梳理不同要素的相对重要程度，分析、计算各影响要素的权重。

3.3.2 熵值法

熵值法是针对地铁车站地下空间节能状况、能源再利用水平等客观影响要素的赋权方法。影响要素的变异程度越大，信息熵越小，该影响要素提供的信息量就越大，其在地铁车站绿色建筑设计方法中所起的作用和权重随之也越大，反之亦然。

3.3.3 组合赋权法

组合赋权法针对主、客观赋权法各自的优缺点，可兼顾决策者的偏好，减少赋权的主观随意性，使属性赋权达到主观与客观的统一，决策结果更加真实、可靠。

综上所述，常见的主观赋权法在根据属性实际含义确定权重方面具有优势，但客观性较差；客观赋权法在不考虑主观因素的情况下，在确定权重方面更具有优势，但无法体现决策者的主观感受。因此，地铁车站地下空间绿色建筑设计影响要素的赋权方法在最终权重计算上应采用主观赋权与客观赋权相结合的组合赋权法。

4 地铁车站地下空间绿色建筑设计理论与方法

4.1 地铁车站地下空间绿色建筑设计评价标准

在采用文献研究、田野调查、专家评价、问卷调研等相关研究方法，并结合人体信息采集设备、建筑环境模拟软件等多种研究方式的基础上，本文利用组合赋权法计算地铁车站地下空间绿色建筑设计体系中各影响要素的综合权重及其总得分。权重计算如式(1)所示，最终分值计算如式(2)所示。

Wi=αai+ (1-α)bi

(1)

Q=∑WiQi

(2)

式中：

i——地铁车站地下空间绿色建筑设计的影响要素。i取值为1、2、3时分别代表宏观场地规划、中观建筑设计、微观空间表达的影响要素，i≥4表示其他影响要素项。

Wi——第i个影响要素的组合权重；

ai，bi——分别为第i个影响要素的客观权重和主观权重；

α——不同赋权方法的相对重要程度。应根据决策者对不同赋权方法的偏好信息确定，0≤α≤1；

Qi——第i个影响要素的得分；

Q——地铁车站地下空间绿色建筑设计评价总得分。

4.2 地铁车站绿色建筑设计方法探究

4.2.1 整体规划与立体化开发

地铁车站选址应结合周边生态环境进行整体规划，既满足地铁车站设置的交通便捷要求，又注重车站与自然环境的有机结合。应强调地铁车站地上空间与地下空间的立体化开发，探寻地上与地下、地下各功能分区之间的有机联系。

4.2.2 空间整合与节能设计

以满足使用者基本生理需求为基础整合地铁车站内部空间的功能布局；以节能、节地、节水、节材为目标，强化声、光、电、热等的节能设计技术；结合各类能源回收与再利用方法，不断探索地铁车站地下空间整合与节能设计。

4.2.3 历史文脉传承与表达

基于地域特点，从历史文脉传承、地域文化营造等主观设计方面发掘具有地方特点的地铁车站空间表达方式。在满足功能需求、营造舒适宜人空间氛围的基础上，将当地传统文化要素应用于地铁车站地下空间绿色建筑的设计中；同时，将历史与当代文化元素紧密融合，探寻历史文脉传承视域下的地铁车站地下空间绿色文化氛围营造方式。

4.3 相关理论与方法的有效性检验

可利用VR(虚拟现实)技术进行模拟实验。通过虚拟现实场景，结合眼动仪、脑电仪等人体信息采集设备，对地铁车站使用者主观感知层面的抽象信息进行可视化处理。对比地铁车站地下空间改造前后的车站使用满意度，验证绿色建筑设计理论与方法的有效性。

5 结语

目前国内地铁车站绿色建筑设计方面的相关研究成果和实例较为匮乏，缺少可直接借鉴的原始数据，整理分析资料难度较大。此外，将文化影响要素纳入地铁车站地下空间绿色建筑设计评价体系的研究较少，相关研究文献资料不足，这对地铁车站绿色建筑设计方法及评价研究的科学性和客观性有一定影响。因此，地铁车站地下空间绿色建筑设计体系的应用和实践任重道远，应在前期理论与案例研究的基础上不断扩充已有资料的广度与深度，把握绿色建筑设计领域的前沿动态，运用多学科交叉视角，持续完善地铁车站地下空间绿色建筑设计体系。