全球最大的综合交通枢纽虹桥综合交通枢纽的故事

全球最大的综合交通枢纽——虹桥综合交通枢纽的故事

新世代终极交通枢纽的秘密：上海虹桥交通枢纽站上海是西方世界最初进入中国的门户型城市，周边区域的人口膨胀到1千8百万，他们都需要通过以上海为中心的交通网络进行活动。快速增长的人流很快将现有的交通容量推至极限。上海再次领域突破原有思维，将所有的运输方式融合起来，最终打造成全球最大的综合交通枢纽——虹桥综合交通枢纽。让我们通过《Discovery》频道的镜头共同了解这一“建筑奇观”（注：探索频道纪录片系列名称）。图1 虹桥枢纽鸟瞰图上海虹桥综合交通枢纽始建于2006年，于2010年启用并成功服务当年的世博会。该交通枢纽位于上海闵行区北部，内有虹桥机场二号航站楼、虹桥铁路车站、长途客车总站、地铁2号线和机场，这足以满足1百万人在七种交通工具之间的切换，这项激进的工程背后也面临着诸多技术上的挑战。中国1/4的人口居住在上海周边的区域，和其他城市一样，火车站、公交车、地铁站和机场四散在城市周围，要缩短他们之间的距离需要一些革命性的设计——将所有路线都纳入一栋建筑中，也就是综合交通枢纽。按照之前的交通布局，搭乘出租车从机场到火车站要耗时1小时，现在则只需步行5分钟，这个概念很好理解，但实施起来却不那么简单。图2 堆叠式建筑1 如何将立体交通系统融入一栋建筑中？工程师面临的首要挑战是如何将其中不同的运输方式规划进

一栋建筑内。如果按照传统的方式设计，该交通枢纽的主体建筑将

延伸6公里长，走完全程要花费1个小时，他们给出的方案是——多层堆叠式（图2）。将枢纽站的每个部分拆分开，再根据功能型

的不同进行叠加，从地下到地上一共6层，高43米（共72米高），这样就能将整个建筑缩短到2公里。看似简洁的主体建筑大有玄机，其中包含有20条火车线路和5条地铁线，要用去8万吨钢铁（北

京鸟巢体育馆用钢量的2倍）。堆叠式建筑的问题是要将很大的重

量压在较小的范围上，这对地基造成了极大的压力，雪上加霜的是建筑下面是古代河床，地面潮软并充满了淤泥。解决方法是建造一个巨大的基座，工人们要将桩基打到80米深的地方。工程师发现

土壤中水分会对桩基的稳定性产生较大影响，漂浮的建筑物会拉扯桩基，迫使它延伸并降低桩基的强度，加上列车停站时带来的水平力，会产生灾难性的后果。工程师们为了解决这个问题，为每个桩基的柱子中间加入钢圈（图3），钢圈中再加入钢条。在工程师们

艰苦的作业下，仅用17个月便完成了车站的主体结构。图3 桩基内部示意图2、如何将枢纽站无缝链接城市道路系统？主体结构的完工只是万里长征的一地步，工程师们接下来的任务就是将枢纽站无缝融入城市道路系统。拥挤的交通（尤其是早晚高峰期）早已成为上海市的常态，这也是交通系统工程师面临的最大挑战，传统的道路设计远不敷虹桥枢纽的使用。交通堵塞一般发生在十字路口，传统的应对方式就是信号灯，工程师决定避开这一选择，而是采用单行高架桥（图4）的设计，路面宽度达到50米，并环绕整个枢

纽站。道路系统由4条封闭的环形道路构成，1条来自北方，1条

来自南方，2条来自西方。图4 视频截图环形道路工程3、如何

解决枢纽站的拥堵问题？想象一下，2辆车从北方环形道路进入（图5），他们随着目的地不同而分开，1号车前往火车站，2号车前往

机场。当车辆离开时，他们再度汇合离开枢纽站。其他方向来的车辆也是按照同样的原理运行。系统的高明之处在于每条环形的道路都是完全独立的，不出意外的话车辆在每条道路的时速可以稳定在50公里。高架桥的桩基总长达到了100米，即便如此整个道路系

统预计在使用期间会下沉5毫米，看似不起眼的数字却会给计划中的关键节点带来麻烦。新道路系统需要和枢纽站南段已有9年历史的老公路相连，此道路已达到了下沉距离极限。新老公路交汇后，下沉的新道路会给传统道路带来过多的压力，这将遭到严重破损（图6）。在道路系统完工前，他们必须找到能吸收下沉力量的新

路面。新路面需要和传统路面一样的坚硬，但不能像沥青一样容易断裂而是必须能够弯曲。工程师发现传统材料中受限的因素在于黑焦油，纯度为一百的样本在延展机上在5厘米处便被拉断。最终工程师将废旧的橡胶添加进入焦油的混合物中，通过不同的测试配比，工程师终于在4个月后找到了完美的结合点。实验结果显示达到了延展性和强度的双重优点，混合物在30厘米处被拉断。这种能弯

曲的超强材料（图7），弹性足以抵消5毫米的高度差，强度也能

满足这座超级枢纽站的忙碌交通。图5 两辆车根据目的地的不同

从分开到汇合图6 新老道路交汇处图7 视频截图能弯曲的超强

材料4、飞机跑道和地铁隧道如何同时施工？枢纽站位于上海虹桥

机场跑道的附近，设计者为满足新增流量要扩建第二跑道，并新建45个登机门的新航站楼。设计者面临一个艰难的任务，在机场正常运营的前提下扩建跑道（图8）。他们唯一的选择是在夜间工作，在没有任何客机运营的时候开工，整个跑道建设耗时2年半，不过全新的跑道却和枢纽站的其他工程相冲突。与此同时地铁工程师正在机场东边建造地铁10号线，工程的前期都没有问题，直到在连接枢纽站的最后2公里处才出现。地铁线路要在跑道的正下方挖掘隧道，在任何情况下挖隧道都是很冒险的行为，因为上方的地面都或多或少的会下沉，在机场下面挖隧道，危险系数更高。如果机场跑道下沉了只有几厘米，也会造成更为严重的后果。隧道专家解释说，一般情况下这种路面预计会下沉40~50毫米，但是他们要保证沉降不超过10毫米。为避免意外发生，工程师使用高精度的仪器随时监控跑道，但是传统的测量工具在这种环境下毫无用武之地，就像拿一根棍子站在每3分钟就有飞机降落的地方。工程师决定采用一部“全测站仪”的测量仪器（图9），这种仪器会向目标发射短的激光，仪器会测量并接受反射所需的时间差再计算距离。仪器同时会测量光束的角度，利用简单的数学原理就能测出垂直高度的改变（图10），精密的仪器足以探测到一张名片厚度的变化，工程师在跑道旁放置两部平行（图11）的这种仪器自动扫描跑道上的监测点。图8 模拟图片正常运营的跑道下方挖掘地铁隧道图9 模拟图片工作中的“全测站仪”图10 探测到地面高度变化图11

模拟图片两部探测仪器同时工作5、如何挖掘地铁隧道？地上的

问题解决了，还有地下的工程——地铁系统，现在早已不是人工挖掘的时代了，接下来就是土压平衡式盾构机（图12）华丽丽的登场了。盾构机每次只能挖一小段隧道，然后在隧道墙上铺设预制的嵌板，不过它会在隧道墙面和水泥套筒间留下3厘米的间隙。如果地面因为填补这个空隙而下沉，上面的跑道就会遭受重创。工程师要加注水泥以填补缝隙，当地恶劣地质的环境又给工程师们带来了麻烦，原有的快干水泥满足不了需求。工程师决定添加特殊材料以应对这种特殊环境。工程师在隧道完工后，又为跑道下沉等待了半年时间。检查系统显示，整个跑道仅下降了6毫米。图12 土压平衡式盾构机6、虹桥枢纽站的环保设备毫无疑义，虹桥交通枢纽将成为上海市的“脸面”工程。如同这座城市，工程的设计师想要他具备国际化的风格和一流的服务体验。上海在夏天的气温能达到35摄氏度，为了能给旅客舒适的环境，枢纽站的工程师建造4部巨大的空调系统，他们能使水冷却并将水送到枢纽站调节温度。这是一种节能的方式，却带来一个成本问题，因为枢纽站过于庞大，系统的运营需要2亿1千8百万升水，这足以填满1百个奥运游泳池，如果水源采自自来水需要耗资150万元。工程师决定寻找更为廉价的水源，流经此地的河水成为选择之一，但是水质污染严重，只能改善水质之后才能使用。工程师决定在陆地和河道中种植数种植物，依靠自然的力量净化水源。他们在每区都种植不同的湿地植物，经过10个月的实验，工程师发现在陆地上的植物中净化效果比悬浮在河中的要好（图13）。生长在植物根部的微生物能够有效

的分解有机的污染源，根部本身能够吸收氮和磷的污染源，水源经过净化后，一部分送去做冷却水，一部分透过外部的循环回到水源系统中，这也改善了河道的水质。可惜的是，在寒冷的冬季，路上的植物区生长受到抑制，虽然植物本身生长状态不好，但是根部仍能正常工作。工程师将样本带入实验室，加入化学指示剂测试氮和磷的含量，最终的结果显示指数完全达标。图13 用于净化水源的植物7、枢纽站如何解决智能化照明问题？为了节能环保设计师采用许多玻璃尽可能地采用天然光线，然后加入15万组灯光在光线

不佳时工作。西门子成为整个智慧型照明系统的幕后关键，系统中控室控制了机场中的每个灯泡。传统的开关只能在认为的操纵下开灯和关灯，西门系提供的灯光系统更为的智能化。整个灯光系统分为两个部分，第一部分是和最新的出入境资讯相连接的照明时刻表，当飞机即将降落或者起飞时，该登机门的灯光会预先亮起并作准备。当光照效果好时，系统的第二部分就开始工作了，建筑中数百个感应器（图14）随着自然光的亮度反应，如果光线充足，即使时刻

表显示要灯亮起，灯也不会亮。测试显示这一套灯光系统卓有成效，整个系统价值150万元，令人惊喜的是它6年剩下的钱就能与成本持平了。图14 探测自然光的感测器8、终极测试路标设置（图15）的科学与否也是整个系统平顺运行的关键，设计师认为过多的路标会干扰到旅客选择，所以他决定采用最少的指示牌数，机场天花板的线条也会使乘客下意识的走向需要办理的登机处。这种极简的方式很冒险，机场的管理者也持怀疑态度。跑道已经完工，枢纽主体

也已就绪，系统在正式运营前还需要面对5千名志愿者的终极挑战，他们带着假机票和假行李参与到测试当中。为了提高难度系数，这些志愿者大多为学生，他们从未到过机场，在老师安排好“行程”之后，其余就要靠自己了。结果显示志愿者们都很顺利了抵达了目标，测试也提早结束。图15地下一层的出站大厅此次测试也是远

端监控系统的“实战演练”，整个监控系统由148具摄像头和20

个监控屏幕组成，监控系统还能自动侦测枢纽站的拥挤区域（图16）。这个系统也分为2个部分，第一部分测量人潮在屏幕上所占

的百分比，如果超过80%，控制主管的屏幕上就会亮起警报，他也可以操控枢纽站的告示牌予以改变，并引导人流走其他通道。图

16 可以检测拥挤状态的监控系统最初设计为了迎接2010年世博

会的上海虹桥交通枢纽以安全运营4年了，按照规划设计，受益的不仅是上海市，周边的城镇亦受此利好。从更宽泛的角度看，虹桥站更是连接了中国经济高度发展的区域（长三角），这也是上海成

为金融中心的一个重要砝码。虹桥火车站候车大厅