北京南站建设综合技术

　　【编者按】在北京南站的设计、建设过程中，技术人员攻克了建筑、交通及客流、结构设计、节能环保等领域的多项技术难题，使北京南站达到了功能性、系统性、先进性、文化性、经济性的最佳平衡，并将铁路、地铁和公交、出租车等多种交通方式结合为一体，形成立体交通枢纽，方便了旅客换乘，缓解了城市交通压力。

　　在北京南站的设计、建设过程中，技术人员攻克了建筑、交通及客流、结构设计、节能环保等领域的多项技术难题，使北京南站达到了功能性、系统性、先进性、文化性、经济性的最佳平衡，并将铁路、地铁和公交、出租车等多种交通方式结合为一体，形成立体交通枢纽，方便了旅客换乘，缓解了城市交通压力。

北京南站之项目简介

　　在北京南站建设中采用了多项关键技术。其中，在建筑设计领域采用的技术包括：大型客站综合交通枢纽规划、客站布局及功能流线设计、室内外空间设计、声环境设计、照明环境设计技术。

　　在交通及客流组织领域采用的技术包括：大型客站流线分析、客流模拟仿真、大型综合交通枢纽客流组织技术。

　　在建筑结构领域采用的技术包括：房桥合一结构体系、新型节点设计、站厅多振源振动控制、大跨度钢梁腹板开洞设计、大体积混凝土裂缝控制技术。

　　在节能环保领域采用的技术包括：冷热电三联供、太阳能光伏发电及建筑一体化技术。

　　在车场设计领域采用的技术包括：全天候技术作业仿真模拟、车场设计优化、车场相关设计标准选取技术。

　　在施工措施领域采用的技术包括：大型客站施工组织、复杂钢结构施工、重型吊车走行平台施工、自密实混凝土施工、大体积混凝土裂缝施工控制技术。

　　在客运服务领域采用的技术包括：客运服务系统、大型客站标识引导设计技术。

　　在消防安全领域主要采用了性能化消防设计技术。

　　在北京南站建设中，设计人员攻克了多项技术难题，达到了“五性”最佳平衡。

　　功能性将多种交通方式有机结合，形成大型综合交通枢纽；采取合理组织方案，使客流在站房内互不交叉干扰；利用开敞自然的空间元素，对室内温度和声光环境进行研究控制，提升室内空间品质。

　　系统性在北京南站建设中，充分体现了集成和整合的理念。在站场内，设计人员对普速铁路、城际铁路和高速铁路进行了整体设计，对站内设备系统进行了整合；通过高架道路与匝道、城市道路衔接，利用地下一层换乘空间沟通南北广场。

　　先进性　采用先进的客流仿真模拟技术，结合客流流线和旅客行为模式，总结出车流、客流分布规律，并对客流组织、功能布局提出了关键性建议；将桥梁设计引入站房建筑结构中，形成“房桥合一”结构体系；提出站房与雨棚钢结构的设计构造与施工方法；建立新型高架站厅结构舒适度评价标准；采用大跨度钢梁实现结构与设备层的结合；研究实施大体积混凝土裂缝控制技术；采用热电冷三联供、太阳能光伏发电、大空间自然采光等先进的节能环保技术；采用了全天候的技术作业动态仿真模拟技术，对车场设备进行了系统的分析；采用大号码道岔、到发线无缝线路、弹性宽轨枕技术；制定了客服系统集成及设备配置方案；建立了先进的中国铁路标识系统；采用性能化消防设计，解决了防火分区划分，火灾和烟气蔓延控制，人员疏散策略以及主动消防设施设置问题。

　　文化性　采用近似椭圆形的建筑形态，消除了车站站场斜向布置与南北向城市格局间的矛盾；利用现代技术手段，实现了“天坛”的屋面形象，在椭圆形外观的整体约束下，形成多种体量的组合。

　　经济性考虑建筑的全寿命成本，合理把握客站规模及建设标准；采用五层立体式布局，节省大量土地；对一些参数进行适当突破，在满足车站使用功能的前提下，减少用地和拆迁面积；采用先进节能环保技术，将一次能源利用率提高到90%以上，实现了化石能源与可再生能源的互补应用。

　　该研究成果中包含了建筑、结构、施工、站场、能源、客服、消防等多专业的研究内容，具有很高的应用价值，在各个专业领域都具有突破和创新性。该研究成果可直接应用到大型铁路客站设计中，对我国铁路客站的发展具有实际的应用价值和指导意义。

北京南站之科技创新

　　项目组以把北京南站建设成为国内领先、世界一流的现代化铁路客站为目标，针对北京南站建设中存在的关键技术问题，进行了广泛、深入、系统的研究。

　　建筑技术研究　项目组从城市整体功能出发，按照北京市总体规划的要求，将地铁4号线、14号线等引入车站内，形成集铁路、地铁和公交、出租车等多种交通方式为一体的大型综合交通枢纽，实现了铁路与城市地铁、公交、出租车等其他交通工具的无缝衔接。

　　北京南站采用近似椭圆形的建筑形态，消除了车站站场斜向布置与北京市南北向城市格局的矛盾，使站房各个方向均呈现良好的视觉效果。

　　北京南站凭借“上进下出”和“下进下出”相结合的客流组织方案、清晰的内部功能设置及流线组织，将庞大的客流合理组织到站房内部且互不交叉干扰，使旅客能快速到达目的地，满足了旅客日益提高的乘车需求，为今后大型铁路客站设计提供了范本。

　　在高架候车厅、进站厅、站台及地下空间的设计中，设计人员更加注重和关心旅客在使用中的感受，通过开敞自然的空间元素的运用，对室内温度环境、室内声环境及光环境的研究及控制，提升车站室内空间品质，体现了以人为本的设计理念。

　　在建筑技术研究领域的主要技术创新成果包括：

　　在国内大型铁路客站中首次通过引入多种交通方式，实现了多层面、多方向的立体交通方式间的高效衔接。

　　将地铁4号线、14号线等引入车站内，形成了集铁路、地铁和公交、出租车等多种交通方式为一体的大型综合交通枢纽，建立了多层面、多方向的立体交通体系，实现了铁路与城市地铁、公交、出租车等其他交通工具的高效衔接。

　　在国内大型铁路客站中首次采用“上进下出”和“下进下出”相结合的客流组织方案。

　　利用清晰的内部功能设置及流线组织将庞大的客流合理组织到站房内部且互不交叉干扰，充分满足了旅客日益提高的乘车需求，为大型铁路客站设计提供了范例。

　　在国内大型铁路客站中首次运用先进的声学分析技术进行了声环境设计。

　　在国内大型客站设计中首次建立了室内声环境控制指标，运用先进的声学分析技术提出了客站内部声环境控制技术措施，为大型铁路客站声学设计提供了重要参考。

　　交通及客流组织关键技术研究　采用先进的客流仿真模拟技术，较为全面地考虑了北京南站复杂的客流流线和乘客行为模式，并通过仿真模拟总结出各种交通设施、旅客服务设施和通道车流、客流分布规律，对北京南站客流组织、功能布局的尺度确定提出了关键性建议。

　　在交通及客流组织关键技术研究领域的主要技术创新成果包括：

　　在国内大型铁路客站中首次采用了先进的客流模拟仿真技术。

　　在国内大型客站设计中首次采用了先进的客流模拟仿真技术，全面考虑了北京南站复杂的客流流线和乘客行为模式，提出了北京南站客流组织和功能布局方案，为大型铁路枢纽客流组织和功能布局设计提供了科学的方法。

　　北京南站之科技创新

　　建筑结构技术研究　项目组在此领域开展的研究项目包括：

　　“房桥合一”结构体系。项目组有效地将桥梁设计引入到了现代化站房建筑结构中，实现了桥梁结构和站房结构的统一，体现了整体站房格局的先进性和总体结构设计的系统性，同时也体现了整体站房结构的创新性。

　　复杂节点形式和设计方法研究。北京南站结构形式复杂，能够完成这样复杂的结构形式，关键在于在设计中采用了屋盖边跨三角形空间钢管桁架梁与中跨实腹箱梁的连接节点、双肢实腹工字钢格构柱与中跨实腹箱梁的连接节点、轨道层结构钢筋混凝土梁与上下钢管混凝土柱连接节点(大吨位型钢筋混凝土联结过渡方式)、方钢管混凝土柱接圆钢管混凝土柱连接节点。项目组开创性地提出这些形式新颖的节点类型，并给出其设计方法，为同类工程提供了良好借鉴。

　　站厅结构多振源振动控制研究。项目组对高架站厅结构在列车行驶、设备运行以及人群行走单独作用以及耦合作用下产生的振动效应进行了深入研究，提出其振动控制措施，并建立了大跨度站厅结构舒适度评价体系。

　　大跨度钢梁腹板开洞设计研究。为了满足站厅楼盖结构层内穿越设备的功能需求，项目组决定在楼盖40米大跨度钢梁上开设洞口，通过在开洞腹板周围加加劲肋及腹板加厚等补强措施弥补洞口对钢梁的削弱，保证了钢梁挠度和动力特性指标均控制在限值内。

　　大体积混凝土裂缝控制研究。项目组在“抗”与“放”之间寻求最佳平衡点，通过设置变形缝及在施工中采取措施，充分释放导致混凝土开裂的作用力，在此基础上通过计算设计经济合理的构件来抵抗剩余作用，从而将大体积混凝土裂缝控制在规范允许的范围内。

　　开展上部结构刚度与地基基础相互作用的大型筏基内力分析方法研究。鉴于常规将上部结构与地基基础独立计算的分析方法不适用于北京南站的实际，项目组决定采用上部结构刚度及地基基础相互作用的整体有限元模型对地下结构进行精细化内力分析，并据此进行相关构件的设计。

　　新型大跨度结构体系研究与应用。北京南站的屋盖和雨棚造型新颖独特，项目组采用新型大跨度钢结构体系实现了建筑形状与客站功能的多重需求，并利用风洞试验和雪漂CFD数值模拟等先进分析与设计技术完成了屋盖和雨棚结构设计。同时，项目组设计的雨棚扇形顶面的工字钢梁及其下承的A字形框架堪为现代大型铁路客站雨棚结构典范。

　　在建筑结构技术研究领域的主要技术创新成果包括：

　　首次采用房桥合一结构体系满足大型铁路客站多元化功能需求。北京南站的功能需求决定了房桥合一是其最佳的结构形式，这将使桥梁结构与房屋结构在形式和受力特点上统一于北京南站的轨道层结构之中，这在国内大型客站设计中尚属首次。

　　首次针对大型客站站厅结构进行了多振源振动控制研究，提出了结构舒适度评价标准。北京南站的高架站厅能够起到多重振动荷载作用，列车行驶、设备运行以及人群行走引发的结构振动均可能对站厅结构的安全性和舒适度产生很大影响。项目组首次利用振动模态分析和动力时程分析的方法开展振动响应研究，对北京南站站厅结构的动力性能作出评估，并制定了结构振动控制措施，建立了高架站厅结构舒适度评价标准，为大型铁路客站的站厅结构设计与振动控制提供了良好借鉴。

　　通过采用“钢、混凝土”新型组合节点实现了“轨道层方、圆柱”连接及钢筋混凝土梁与上、下钢管混凝土柱的连接。同时，项目组首次提出了大吨位型钢筋混凝土联结过渡方式节点概念。

　　北京南站轨道层结构中的圆钢管柱与一层矩形钢管柱连接节点区域内具有多重荷载交汇、受力复杂的特点。项目组首次采用设置厚板横隔的方式，实现了“方、圆柱”组合节点连接，并通过钢管内侧及外侧肋板来传递荷载。

　　结合轨道层结构梁、柱构件尺寸大、荷载大且复杂的特点，项目组开创性地提出“大吨位型钢筋混凝土联结过渡方式节点”概念。他们通过利用在钢筋混凝土梁内设置钢牛腿的技术方法，实现了连接钢筋混凝土梁与上、下钢管混凝土柱的组合节点连接。

　　节能环保关键技术　项目组在此领域开展的研究项目包括：

　　利用天然气热电冷三联供加污水源热泵拓展了能源梯阶利用范围，并对冷热电三联供系统多种能量转换过程的能量品位进行了系统分析，提出了综合高效利用的系统集成方案，将一次能源利用率提高到90%以上。

　　冬季，溴化锂吸收式制冷机按热泵工况运行，以吸收烟气的余热。三联供系统与发电效率为50%的天然气联合循环系统相比，节能率可达12%，环保效果显著。此外，系统的成本回收期为4.8年，经济性能显著。

　　首次在国内大型客站中采用了太阳能光伏发电系统与建筑一体化技术，并首次在国际上大面积采用铜铟镓硒薄膜电池组件，推动了新技术产业的发展，响应了国家节能减排政策要求，具有显著的社会示范效应。

　　在节能环保关键技术领域的主要技术创新成果包括：

　　在国内大型铁路客站中首次采用了太阳能光伏发电系统与建筑一体化技术，在国际上首次大面积采用铜铟镓硒薄膜电池组件。

　　在国内大型铁路客站中首次采用了太阳能光伏发电系统与建筑一体化技术，国际上首次大面积采用铜铟镓硒薄膜电池组件，推动了新技术产业的发展，响应了国家节能减排政策要求，具有显著的社会示范效应。

　　采用了天然气热电冷三联供技术，并首次将一次能源利用率提高到90%以上，拓展了能源梯阶利用。

　　通过对冷热电三联供系统多种能量转换过程进行系统分析，提出了综合高效能源利用方案，将一次能源利用率提高到90%以上。

　　车场设计关键技术　项目组在此领域开展的研究项目包括：

　　根据各线车流的作业特点，首次采用了分场分线布置的车场综合布局方案，保证了京沪高速列车、京津城际列车的始发终到作业和京沪普速列车的中转通过作业能够满足要求，提高了车场利用率。

　　在国内铁路车场中首次采用了站后折返的作业方式。站后折返的作业方式能提高进出站咽喉通过能力，有利于疏解高峰阶段咽喉区交叉状况，缩短出段列车进入牵出线和存车线的走行时间，减少作业量。

　　在设计过程中，首次采用技术作业仿真模拟手段，根据高峰时段列车运行图，进行全天候的技术作业动态仿真模拟，对车站的车场咽喉区及其主要设备的能力适应性进行了系统分析、计算及研究，确定了到发线数量、优化了咽喉区布置、确保了车站能满足3秒的到发间隔需要。

　　结合实际情况，采用了大号码道岔技术、到发线无缝线路技术、弹性宽轨枕技术等一系列新技术、新工艺、新手段，解决了车场设计的技术难点，并选择了合适的站台宽度、线间距等。通过采取这一系列措施，在满足车站使用功能的前提下，缩小了用地规模，体现以人为本的设计理念并减少了工程投资，为今后大型客站车场设计积累了宝贵经验。

　　在车场设计关键技术领域的主要技术创新成果包括：

　　在国内大型铁路客站车场设计中首次采用了全天候技术作业动态仿真模拟技术。

　　在车场设计中首次采用了先进的全天候的技术作业动态仿真模拟技术，对车场咽喉区及主要设备能力适应性进行了系统的分析、计算及研究，确定了到发线数量、优化了咽喉区布置、确保车站能够满足3秒的到发间隔需要，开创了大型铁路客站车场设计优化评估的新思路、新方法。

　　施工关键技术　项目组在此领域开展的研究项目包括：

　　科学系统的施工组织设计。北京南站工程规模大，施工种类繁多，各项施工内容的工程体量巨大，必须有流畅的施工组织给予配合。项目组通过采用科学系统的统筹方法、突破常规的施工编排方式实现了各类施工的顺利进行和良好衔接，确保了如期完成施工任务，并保证了施工质量。

　　钢结构重型吊车走行平台施工技术。利用此项技术，解决了地下室结构顶板的承载力无法满足重型履带吊的自重及给施工带来的问题，开发了将重型履带吊置于楼板上进行大型钢结构吊装的关键施工技术，同时这也保证了地下轨道层混凝土结构的安全。

　　自密实混凝土施工技术。采用高抛自密实混凝土施工的方法顺利实现了利用钢骨柱和带牛腿的钢管柱开展混凝土施工，克服了普通混凝土浇筑复杂结构难以达到密实、不易保证质量的缺点。

　　基础底板及墙体大体积混凝土裂缝控制技术。项目组在施工中贯彻了“阻抗与疏导”兼施的原则。在施工阶段，以　“放”来减少约束，在混凝土结构上设一定数量的后浇带以释放约束应力；“抗”即提高材料的抗裂能力，优化混凝土的配合比，增加掺和料用量，提高混凝土早期抗拉强度。

　　复杂钢结构施工关键技术。雨篷和变截面钢梁施工均在本工程中实现了创新。雨篷的A型塔架搭拼接与安装、悬垂梁预应力斜拉索施工技术较以往施工技术有重大突破；成功完成了北京南站工程站房钢屋顶变截面刚架的制作安装，变截面钢梁施工技术取得了较好的经济效益及社会效益，为其他类似工程提供了宝贵经验和工程借鉴。

　　在施工关键技术领域的主要技术创新成果包括：

　　科学的大型客站施工组织保证了多行业、多种类施工顺利进行与良好衔接，确保了施工工期和质量。

　　北京南站建设工程规模庞大、施工内容种类多且体量巨大，施工组织成为施工过程的关键。项目组采用科学系统的统筹方法、因类制宜的工艺措施、突破常规的施工编排，完成了北京南站建设整体和分项施工组织设计，开发了一系列高难度的施工技术和复杂施工工艺，确保了工程如期完成，同时也保证了施工质量。

　　消防安全关键技术　项目组在此领域开展的研究项目包括：

　　结合北京南站自身的特点，项目组采用性能化消防设计理念和方法，针对进站大厅、换乘层和地下车库、大空间结构防火等提出了性能化消防设计方案和具体的技术指标。同时，这也为防火分区划分、火灾蔓延控制、烟气蔓延控制、人员疏散策略以及主动消防设施设置等依靠现行防火规范难以解决的问题提供了解决方案，确保了火灾发生后的人员安全和财产安全。

　　采用大空间火灾探测技术、大空间自动寻的消防炮灭火系统等新型消防技术和系统对火灾源头进行探测、灭火，使灭火效果大大提高，也保证了建筑物的整体美观性。

　　项目组在北京南站建设中始终坚持原始创新、集成创新和消化吸收再创新相结合，在充分借鉴世界铁路客站建设先进经验和技术的基础上，紧密结合我国实际，大胆进行技术创新，形成了具有我国特色、代表世界先进水平的客站建设技术体系。

　　北京南站之社会效益

　　北京南站在建设过程中攻克了建筑、交通及客流、结构设计、节能环保等多项技术难题，达到了客站“五性”的最佳平衡，并将铁路、地铁、市郊铁路和公交、出租车等多种交通方式结合为一体，形成立体交通枢纽，方便了旅客换乘，缓解了城市交通压力。同时，项目组通过采用热电冷三联供、太阳能光伏发电、大空间自然采光等先进的节能环保技术，将一次能源利用率提高到90%以上，实现了能源的高效梯级利用和可再生能源的利用。此外，通过修建北京南站，培养了多个领域的专家和人才，为我国未来大型客站建设奠定了基础。

　　北京南站之推广应用情况

　　该研究成果可直接应用于大型铁路客站设计中，并对我国铁路客站的发展具有实际的应用价值和指导意义。

　　该研究成果中包含了建筑、结构、施工、站场、能源、客服、消防等多行业、多专业的研究内容，不仅具有很高的应用价值，而且在各专业领域都具有突破性和创新性，具有实际的应用和指导意义。

　　该研究成果通过鉴定后可以在全国范围推广使用。

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