北京地铁4号线工程设计技术创新

白智强，冀 程

(北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京市100082)

北京地铁4号线工程设计技术创新

白智强，冀 程

(北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京市100082)

北京地铁4号线是北京市在“奥运会”后第一条开通的地铁线路，标志着北京市的轨道交通建设步入了一个新的阶段。4号线以“人文北京、科技北京、绿色北京”三大理念为指导，创新设计理念、注重人文关怀，采用众多新理念、新技术、新工艺，在融资模式、人性化设计、建设管理、运营管理等方面开创了北京乃至全国轨道交通建设领域的第一，为北京市今后的地铁发展探索出了一个新的模式。

北京地铁4号线;工程设计;技术创新

1 北京地铁4号线工程概况

北京地铁4号线是目前国内一次建成地下线长度最长的城市轨道交通项目，是北京市轨道交通路网中又一条贯通南北的骨干线，从南至北一路贯穿丰台、宣武、西城、海淀四个行政区。线路全长28.195 km(见图1)，共设24座车站、车辆段1处、停车场1处，2003年底开工建设，2009年9月通车试运行。通车5 a来，运行状况良好，发挥了巨大的社会效益，于2013年获“第十一届中国土木工程詹天佑奖”。

图1 北京地铁4号线工程位置示意图

2 人性化服务方面的设计技术创新

北京地铁4号线在融资模式、人性化设计、运营管理等方面与北京市已建成的地铁有所不同。通过引入新的运营商，引入新的服务管理理念。为了提高地铁对乘客的服务水平，4号线在设计初期就把“我就是乘客”的人性化设计理念落实到设计方案和具体的细节之中。

2.1 北京地铁首次全方位实现无障碍设施规划设计

车站设置有垂直电梯、盲道、宽体闸机、轮椅升降机、低位电话亭等齐备的无障碍设备。以前地铁车站的直升电梯定位为残疾人使用，大都设在非付费区，乘客使用需要联系站内工作人员，很不方便，基本处于闲置状态。4号线车站的垂直电梯定位为有需要的乘客使用，并把该电梯设置在付费区内，乘客可以自己操作使用，非常方便(见图2)。

图2 车站内无障碍电梯设在付费区之实景

2.2 国内首条引入香港铁路有限公司运营的轨道交通线路

按照港铁“为乘客服务”的运营和管理理念，对全线车站进行人性化设计。

(1)全线车站统一设置了便民用房及便民设施。站厅均设置自动取款机、自动售货机、公用电话、免费杂志，为乘客出行提供方便。特别是车站出入口通道旁设置的电子信息牌:以10 s为一个发布时间、提供文字及地图形式的出口导向信息服务，对乘客的引导性更强，提供的信息更加多元化。还有站内的展览区，会不定期地邀请各类广告客户举办展览展示及推广活动，丰富乘客的旅途体验(见图3)。

图3 车站出入口通道旁的电子信息牌和2010年西直门站虎年春节涂鸦创作展之实景

(2)在每座车站综合监控室旁加设一间等候室，接待乘客投诉，体现“为乘客服务”的运营理念。

(3)北京地铁首次在设备管理用房区增设男女员工卫生间。由于港铁对工作人员实行定岗管理、不能脱岗，这样设计便于站内工作人员使用。该设计随后成为北京地铁设计的标准配置。

(4)在站台增设监察亭(见图4)，以便快速处理站内紧急情况，保证运营安全。

图4 监察亭之实景

2.3 装饰以现代简洁风格为主，不同车站在色调上有所区别

在布局、装潢上，车站的风格贴近香港地铁，例如一些站的立柱采用了马赛克彩块拼贴，部分站厅安装了港铁风格的钟表(见图5)。部分车站在装饰花样上反映其所处地域的主题，例如中关村站的花格是以高科技感电路板的形状简化而来，对乘客具有识别和提示作用。

图5 装饰风格和特色之实景

2.4 在8座重点车站设置突出北京地域特征、体现北京地铁文化的文化墙

西苑站设有主题壁画《颐和园万寿山图》，以简洁的线条，勾勒出颐和园山水草木、亭台楼阁的轮廓，展现颐和园的风貌。圆明园站墙壁上设有大水法的远景浮雕，而站台的立柱则被装饰成残缺的形状，讲述圆明园自建园至第二次鸦片战争被毁的历史。国家图书馆站采用“书”作为车站的主题，站台立柱侧面用银色的线条来模仿书页;在站厅层，墙上用绘画对应国家图书馆四大镇馆之宝:《永乐大典》、《四库全书》、《赵城金藏》和《敦煌遗书》。动物园站通道壁画有两种风格:动物园出口的装饰墙为动物主题儿童画;天文馆出口的装饰墙则用写实的天文星空图片作为背景，并将古今中外天文学家、天文仪器等与天文相关的形象作球状黑白处理。西单站在上下行电梯顶部悬挂了《老字号》、《老北京》浮雕作品。《老字号》全图用放射形式构图，中间用皇城角楼造型象征老北京标志，用京城百年以上老字号传统的牌匾和招牌、幌子组合，再现招牌林立、市面繁华的热闹气氛;《老北京》则体现旧时新春佳节的街头把戏(见图6)。

图6 独具北京地域特色的地铁文化墙之实景

2.5 首次系统地解决了地铁与其它交通方式的无缝衔接

第一次系统地对地铁与城市步行、非机动车、小客车、出租车、公交等多种交通方式衔接进行分析研究，使各种交通方式相互补充，形成统一的城市客运体系。每个站都设置有自行车停车场、出租车停靠地，协调与地面交通的衔接，力求实现“零”距离换乘。交通接驳设计方案得到了交通委较高的评价。

在车站出入口处设置站前广场，并和周边路网连成完整的步行系统;根据预测客流及周边需求，在站口旁设置适当面积的自行车停车场;地铁站口的设置和周边公交站点结合统一，两者距离适中，方便地铁和公交乘客接驳换乘。每座车站站口设计规划有出租车专用停车位，并在线路的终点安河桥北站设置了P+R停车场，方便私人小汽车换乘(见图7)。

图7 交通接驳设计方案图和自行车停车场布置之实景

2.6 车站装饰和设备管理用房采用标准化设计

各车站天花、墙面、柱面材料，其规格及形式统一，以便生产加工及后期维护(见图8)。通往通道的位置均有统一的灰色门套设计，起到提示通道方向的作用。消防栓伪装门与墙面材料一致，保证墙、柱面的整体性，很大程度地增加了装饰效果。

图8 装饰标准化设计示意图

3 土建方面的设计技术创新

北京地铁4号线是北京市在“奥运会”后第一条开通的地铁线路，工程的设计始终以“人文北京、科技北京、绿色北京”三大理念为指导，创新设计理念、注重人文关怀，采用众多新理念、新技术、新工艺。通过技术创新解决工程中的难题，使设计水平上升了一个新高度。

3.1 首次完整地建立北京地铁的风险评估体系，依靠科技创新，保证工程质量

地铁4号线为当时北京地铁建设周期最长的一条线路，所经地区环境复杂，建设难度极大。全线风险源总计163处，其中特级风险源4处。地铁4号线引入风险管理的先进理念，系统地形成了北京地铁统一的风险评估体系、风险源专项设计体系等，对沿线环境风险源进行“事先预测、过程监控、工后检测”，运用合理的技术措施确保工程建设安全，有效地减少了施工风险。

3.2 沿线文物保护单位多达27处，为国内地铁建设项目之最

4号线是国内经过文物最多的地铁线路(见图9)。包括圆明园、颐和园、天主教“南堂”三处国家级保护文物;万松老人塔、动物园乐善堂、圆明园正觉寺、中山会馆等七处市级保护文物;谭嗣同故居、元大都下水道、清学部三处区级保护文物。在工程设计中和文物保护部门一道对文物保护进行专项论证、专项评估，满足了文物部门的要求，经施工和运营检验，未对文物造成任何不良影响。

图9 4号线经过的文物分布图

3.3 海淀黄庄站创造了-次暗挖修建十字换乘车站的国内先例

该车站采用浅埋暗挖法施工，是国内首座也是目前已开通运营最大的十字暗挖换乘车站(见图10)。设计中成功地解决了工程难题，采用“一次扣拱”法，有效地控制了地层沉降，并采取126 m大管棚一次性打设新技术，有效地控制因主体结构暗挖施工而引起的地层沉降，确保了工程及周边环境的公共安全。

图10 海淀黄庄站总平面图

3.4 宣武门站是国内首座新建暗挖地铁站整体下穿既有地铁站的车站

为了保证既有线安全运营，2号线宣武门站在施工期间的总体沉降必须控制在10 mm以内。设计采用CRD工法，结合大管棚注浆施工技术严格控制沉降量，拱顶下沉仅为6.78 mm，有效地控制在设计允许最大值范围内，安全成功地穿越了既有线(见图11)。

图11 宣武门站整体下穿既有车站设计图及其实景

3.5 国家图书馆站是北京首座实现同站台换乘的地铁车站

该站4号线和9号线同期修建，当时4号线有预见性地为刚开始建设的9号线预留了整座车站(见图12)。为实现两线同站台换乘，国家图书馆南端区间4号、9号线两线采用同期国内首例盾构隧道小角度、近间距、长距离从矿山法隧道上方交叠穿越的隧道。9号线国家图书馆站于2012年底通车使用，和4号线换乘便捷，乘客使用方便，提高了轨道交通换乘节点的服务水平。

图12 地铁4号线和9号线国家图书馆站同台换乘效果图

3.6 北京南站是国内首座实现地铁、国铁、公交等多种交通方式的无缝连接和“零距离”换乘的车站

为了配合国铁建设北京南站，4号线在前期设计时及时调整了局部线位和站位，使地铁与国铁北京南站同步建设，同时具有前瞻性地为地铁14号线同步预留了换乘条件，从而在北京南站实现了集铁路、地铁、公交为一体的特大型交通枢纽(见图13)。2011年6月京沪高铁引入北京南站后，据统计地铁4号线承担了50%以上的铁路客流。随着2015年底地铁14号线的开通，可极大地缓解北京南站周边地区的交通压力。

图13 北京南站实现地铁、国铁、公交无缝连接设计图和“零距离”换乘效果图

4 设备系统方面的设计技术创新

北京地铁4号线是国内第一条消防安全风险评估全过程设计的线路，设计过程中开展了“北京南站及相邻两端长区间火灾环境分析及疏导措施研究”、国家863计划课题“多层地下综合交通枢纽安全设计技术”，作为课题的支撑项目，直接把科研成果应用到工程中。北京地铁4号线开通时，即实现无线通信系统在地铁范围内的全覆盖。采用蓄电池供电牵引模式进行列车牵引，保证列车在供电轨断电情况下能靠列车自带蓄电池把乘客安全运至车站，在国内尚属首次。

北京地铁4号线采用基于无线通信的移动闭塞信号系统和列车自动控制(ATC)系统;设置计算机网络系统，实现地铁运营调度管理和办公自动化;采用整合各个系统的紧急控制盘;实现应急电源整合，提高了应急电源UPS的可靠性，提升了运营安全和工作效率，有效地降低了运营维护成本。这些在北京地铁中均首次应用，并取得良好效果。

为适应港铁的运营和管理理念，对全线车站综合控制室推行标准化设计，对室内设备布局统一设计，满足使用功能又兼顾美观整齐(见图14);统一综控室观察窗位置及高度，并与紧急控制盘(IBP盘)匹配，室内工作人员可以很方便地观察到站厅的情况，而乘客看不到室内;对车站站内的各种管线进行综合设计，对车站公共区、设备及管理用房区地板下、墙面敷设的线槽进行整合，推出了综合桥架的设计理念，提出了“车站及区间综合电缆桥架设计及施工操作方法”。

图14 车站综合监控室内部布置实景

5 结语

北京地铁4号线在北京乃至全国城市轨道交通建设史上有着其重要的地位，是一项具有示范效应的典范工程。

4号线是国内首条采用PPP模式建设的轨道交通项目，是北京市首条引进境外运营管理公司来进行管理的线路，开创了国内首条新线(大兴线)与既有线(4号线)3 min行车间隔的高水平贯通运行新记录。该线预留与其它地铁线路的换乘节点，同时串联起多种交通枢纽，体现城市综合交通特点;首次引入“旧城织补”概念，通过城市设计手段在灵境胡同、西四等站重新恢复拆迁前原有风貌，减少地铁建设拆迁对旧城造成的影响;尝试结合周边地下空间开发、主体剩余空间商业开发、出入口风亭与周边建筑的结合。

地铁4号线是在新的历史时期、新技术时代建设的地下轨道交通，该线的建成使得北京西南部的轨道交通盲区得到弥补，进一步促进北京城市发展，提升首都形象，改善交通环境，形成城市轨道交通主骨架，有效地吸引客流，减轻了地面交通的压力，同时极大地促进了沿线的经济发展，在社会、环境、经济等多方面显示出令人惊叹的“地铁效应”。

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1009-7716(2015)11-0026-05

2015-06-30

白智强(1970-)，男，北京人，高级工程师，副总工程师，从事轨道交通车站建筑及一体化设计与研究工作。