虹桥枢纽（虹桥综合交通枢纽的故事）

新一代终极交通枢纽的秘密:上海虹桥交通枢纽站

上海是西方世界首次进入中国的门户城市。周边地区人口已经扩大到1800万，都需要通过以上海为中心的交通网络开展活动。快速的人流将很快把现有的交通能力推向极限。上海再一次突破原有思维，整合各种交通方式，最终成为全球最大的综合交通枢纽——虹桥综合交通枢纽。让我们通过探索频道的镜头了解一下这个“建筑奇迹”。

图1虹桥枢纽鸟瞰图

上海虹桥综合交通枢纽成立于2006年，2010年开放，当年成功服务世博会。交通枢纽位于上海闵行区北部，拥有虹桥机场2号航站楼、虹桥火车站、长途汽车总站、地铁2号线和机场，足够百万人在7种交通方式之间切换。在这个激进项目的背后，也有许多技术挑战。中国四分之一的人口生活在上海周边地区。像其他城市一样，火车站、公共汽车、地铁站和机场分散在城市周围。为了缩短它们之间的距离，需要一些革命性的设计——将所有路线整合到一个建筑中，这是一个综合交通枢纽。按照以前的交通布局，从机场打车到火车站要一个小时，现在走路只要五分钟。这个概念很好理解，但是实现起来没有那么简单。

图2堆叠架构

如何将立体交通系统融入建筑？

工程师面临的第一个挑战是如何在一栋建筑中规划不同的交通方式。如果按照传统方式设计，交通枢纽主体建筑将延伸6公里，需要一个小时才能完成行程。他们的方案是多层堆叠的(图2)。划分枢纽站的各个部分，根据不同的功能类型进行堆叠。地下到地面共6层，高度43米(共72米)，这样整栋楼可以缩短到2公里。看似简单的主楼却有着极大的神秘感，包括20条铁路线和5条地铁线，需要8万吨钢材(是北京鸟巢体育场钢材的两倍)。堆积建筑的问题是在小范围内压很大的重量，对基础造成很大的压力。更糟糕的是，大楼下面有一个古老的河床，地面又湿又软，满是泥浆。解决办法是建一个巨大的底座，工人们要把桩基打入80米的深度。工程师们发现，土壤中的水分会对桩基的稳定性产生很大的影响。漂浮的建筑物会拉桩基，迫使其延伸，降低桩基的强度。再加上列车停车带来的水平力，会造成灾难性的后果。为了解决这个问题，工程师在每个桩基柱中间加钢圈(图3)，然后在钢圈里加钢筋。在工程师的努力下，车站主体结构仅用了17个月就完成了。

图3桩基内部示意图

2.枢纽站如何与城市道路系统无缝衔接？

主体结构的完成只是长征的一步，工程师的下一步任务是将枢纽站无缝融入城市道路系统。拥堵的交通(尤其是早晚高峰时段)早已成为上海的常态，这也是交通系统工程师面临的最大挑战。传统的道路设计远远不足以使用虹桥枢纽。交通堵塞通常发生在十字路口，传统的处理方式是信号灯。工程师决定避免这种选择，采用单向高架桥的设计(图4)，道路宽度为50米，环绕整个枢纽站。道路系统由四条封闭的环形道路组成，一条从北，一条从南，两条从西。

图4环形道路工程视频截图

3.如何解决枢纽站拥堵问题？

想象一下，两辆车从北环路进入(图5)。他们根据不同的目的地分开。1路去火车站，2路去机场。当车辆离开时，它们再次相遇并离开枢纽站。来自其他方向的车辆也是按照同样的原理运行的。该系统的亮点在于，每条环形道路完全独立，每条道路上的车辆速度可以稳定在每小时50公里，不会发生事故。高架桥桩基全长100米。即便如此，整个道路系统在使用过程中预计会下沉5 mm，看似微不足道的数字也会给方案中的关键节点带来麻烦。新的道路系统需要与枢纽站南段9年的老公路连接，已经到了下沉距离的极限。旧路相遇后，下沉的新路会给传统道路带来太大压力，造成严重破坏(图6)。在道路系统完成之前，他们必须找到一个可以吸收下沉力的新路面。新路面需要像传统路面一样坚硬，但不能像沥青一样容易断裂，但必须能弯曲。工程师发现传统材料中的限制因素是黑焦油，纯度为100的样品在拉伸机上5 cm处破碎。最后，工程师把废橡胶加入焦油混合物中。经过不同的测试比例，工程师终于在4个月后找到了完美的结合点。实验结果表明，混合料达到了延性和强度的双重优势，在30 cm处发生破碎。这种超强的柔性材料(图7)弹性足以抵消5毫米的高度差，强度足以满足这个超级枢纽站繁忙的交通。

图5两车根据目的地不同从分离到汇聚。

图6新旧道路交叉口

图7视频截图超强材质可弯曲

4.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附近。为了满足新的交通，设计师不得不扩建第二条跑道，并建造一个有45个登机口的新航站楼。在机场正常运营的前提下，设计师面临着扩建跑道的艰巨任务(图8)。他们唯一的选择是在夜间工作，在没有客机运行时开始施工。整个跑道建设耗时两年半，但全新跑道与枢纽站内其他项目冲突。与此同时，地铁工程师正在机场东部修建地铁10号线。项目前期没有问题，直到连接枢纽站的最后2公里。地铁线路都要在跑道正下方挖隧道，任何情况下挖隧道都是有风险的，因为上面的地面或多或少会下沉，而在机场下面挖隧道会有更高的风险系数。如果机场跑道只下沉几厘米，会造成更严重的后果。隧道专家解释，正常情况下，这种路面预计下沉40~50 mm，但他们要保证沉降不超过10 mm，为了避免事故发生，工程师使用高精度仪器随时监测跑道，但传统的测量工具在这种环境下毫无用处，就像拿着棍子，每3分钟站在一架飞机降落的地方。工程师决定使用一种叫做“全站仪”的测量仪器(图9)。这台仪器将向目标发射短激光。仪器将测量并接受反射所需的时间差，然后计算距离。同时，仪器会测量光束的角度，垂直高度的变化可以通过简单的数学原理来测量(图10)。精密的仪器足以检测名片厚度的变化。工程师在跑道旁放置两个平行的仪器(图11)，自动扫描跑道上的监测点。