随着经济发展和城市规模的不断扩大, 我国正掀起轨道交通建设热潮, 截至2018年10月, 全国共有35个城市开通运营轨道交通, 运营线路163条、总里程4909公里, 预计到2020年, 全国城市轨道交通运营里程将超过6000公里。在地铁建设中, 地铁车站是建设的关键部分, 投资占比也最高。目前地铁车站常用的施工工法有明挖、暗挖、盖挖三种, 不同工法之间的工序构成、施工周期、占地面积不同, 造价构成也有很大差异, 因此对不同工法造价构成进行研究, 对探讨如何降低地铁总投资, 提高投资效率具有重要的实际意义。

国内专家学者对地铁建设的投资控制进行了大量的研究, 一方面是土建和设备安装工程的造价控制, 另一方面是建设资金的投融资方式和过程, 形成了许多重要的研究成果, 但主要集中在地铁建设建筑工程费用方面, 缺乏对包含占地拆迁、管线改移等前期费用在内的地铁整体造价的全面分析。

由于目前大城市的占地拆迁费用越来越高, 以北京地铁14号线数据为例, 全线车站土建工程费约占总投资的20%, 而工程建设其他费中的建设用地费约占总投资的15%, 场地准备费用约占总投资的5%, 二者之和与车站土建工程费用相当 (见表1) 。由于建设用地费大多与车站施工有关, 因此计算不同车站施工工法综合成本时必须结合占地拆迁、前期工作等费用予以综合考虑。本文将以北京地铁14号线为样本, 对采用不同施工工法时地铁车站的造价进行全面分析和研究。

在地铁车站施工中, 车站的造价构成主要包括土建工程费用、设备安装费用、占地拆迁费用, 以及地铁车站施工过程中发生的管线改移、交通导改、商业补偿等前期工作费用。其中, 车站土建工程费用、占地拆迁费和前期工作费用都与施工工法密切相关, 而设备安装等费用受施工工法影响较小。因此, 本次研究中仅对受施工工法影响较大的土建建筑工程费和包括占地拆迁、前期工作在内的施工场地费两部分费用进行分析。

一般在车站埋深较浅、地面施工场地条件好时, 多采用明挖法施工。明挖法具有施工作业面多、工期短、施工质量易保障等优点。主要施工工序见图1。

明挖法车站建筑工程费用主要包括: (1) 围护结构费用:围护结构费用是影响明挖车站总造价的重要因素, 不同形式的基坑方案造价各不相同, 目前明挖车站基坑主要采用疏排桩坑外降水方案、钻孔桩加旋喷桩止水方案和地下连续墙三种方案, 造价依次增高; (2) 土方开挖费用, 包括土方的开挖、运输及消纳, 随着环保要求的逐步提高, 北京等大城市土方开挖费用有较大幅度的提高; (3) 主体结构费用, 包括模板支架、钢筋加工、防水、混凝土等建筑安装费及机械进出场费等。由于明挖工法施工工序简单, 因此, 建筑工程费用较低。

明挖法车站施工场地费用主要包括占地费、交通导改费、管线改移费用、拆迁费用四部分。通常明挖车站的施工场地较大, 以明挖标准站为例, 施工占地面积约为1.5万平方米, 由于占地面积较大, 城区内地铁明挖车站大多会涉及交通导改和管线改移, 且范围较大, 因此明挖法车站场地费用较高。

综上所述, 明挖车站造价受施工场地因素影响很大, 交通导改、管线改移、占地费等占比较高;当存在拆迁时, 施工场地费用占比将更高。因此, 明挖工法的选用应充分考虑场地条件, 避免拆迁, 尽量减少交通导改及管线改移规模。

由于地铁施工环境的限制, 尤其是在交通繁忙、地下管线密布、地面建筑物密集的中心城区, 施工场地通常非常紧张, 若在地质状况允许、地下水位不高的情况下, 车站可采用暗挖法施工。与明挖法相比, 该工法对复杂施工场地的适应性较强, 环境影响小;缺点是施工限制条件较多, 施工时需采用多种辅助措施加固围岩, 开挖后要及时支护, 因此造价相对较高。暗挖主要施工工序见图2。

暗挖法车站建筑工程费用主要包括: (1) 土方开挖费用, 暗挖法土方施工费用要明显高于明挖, 车站中暗挖每立方米人工消耗由于运距和降效影响约是明挖法的1.34倍, 但暗挖车站土方量小于明挖车站, 因此可通过优化车站断面减少土石方开挖量, 降低工程造价; (2) 主体结构费用, 由于暗挖法作业面狭小、材料运输复杂、施工效率低, 因此, 暗挖车站主体结构施工费用较明挖法高出很多。

暗挖车站的施工场地较小, 因此施工场地费用可大幅度减少。以暗挖标准站为例, 通常有3个施工竖井, 每个施工竖井面积约为2000平方米, 单个暗挖车站施工占地面积约为6000平方米, 占地面积约为明挖车站的40%。由于单个暗挖竖井占地面积较小, 且可通过井口平移避开大部分管线改移, 减少交通导改数量及范围, 因此暗挖车站交通导改、管线改移费用可大幅度减少。

综上所述, 暗挖车站造价受施工场地因素影响很小, 交通导改、管线改移、占地费等与暗挖工程投资相比占比低。当存在拆迁, 或交通、管线复杂, 或用地成本较高时, 应优先考虑选用。

当地面场地条件限制, 不满足明挖施工要求, 但车站上方场地条件较好时, 也可考虑采用盖挖法施工。盖挖法场地需求介于明挖法和暗挖法之间, 按施工工序分为盖挖顺作法、盖挖逆作法、盖挖半逆作法等。此工法虽不如暗挖法与明挖法普及, 但国内地铁建设中也得到了大量应用。盖挖逆作法车站主要施工工序见图3。

盖挖法车站建筑工程费用主要包括: (1) 围护结构费用:盖挖法围护结构形式与明挖法基本相同, 费用也相近; (2) 土方开挖费用, 盖挖法土方量与明挖法基本相同, 其中顶板以上土方与明挖法费用相同, 顶板以下土方, 开挖效率明显低于明挖法, 因此费用高于明挖; (3) 主体结构费用, 盖挖法结构施工与明挖法相近, 但由于材料运输较明挖复杂, 施工效率有所降低, 因此, 主体结构施工费用较明挖法高。

盖挖法场地需求介于明挖法和暗挖法之间, 因此施工场地费用通常也介于二者之间。以盖挖标准站为例, 施工场地面积通常约为10000平方米, 约为明挖车站的67%。由于占地面积的减少和大型机械的使用减少, 盖挖车站的交通导改和管线改移的数量及范围也有所减少。

因此, 与明挖车站相比, 盖挖车站造价受施工场地因素影响大幅减小;盖挖车站土建工程费用又比暗挖低。因此, 在场地条件较好, 但交通导改较多、管线改移复杂或用地成本较高的区域, 盖挖工法综合成本更优。

北京地铁14号线是北京市轨道交通网中一条连接东北、西南方向的轨道交通“L”型骨干线, 西起丰台永定河西的张郭庄站, 东北至朝阳区善各庄。正线全长47.3km, 其中地下线42.3km, 地面及高架5km, 共设车站37座, 其中地下站35座, 高架站2座, 设停车场、车辆段各1座。14号线主要车站位于城区, 施工工法涵盖了明挖、暗挖、盖挖等各种工法, 既有规模较大的换乘车站, 也有标准车站, 且涉及多种场地条件, 在地铁项目中具有一定代表性。

为便于对比分析, 本文在研究过程中进行以下几方面简化:

(1) 造价相关数据均选用北京地铁14号线概算数据, 为便于对比分析, 建筑工程费用均按经济指标折合成建筑面积为1.50万平方米车站费用。

(2) 前期工作中的树木伐移和商业补偿与施工占地密切相关, 为简化计算, 将其纳入占地费中统一考虑;全线租地、商业补偿、绿化赔偿等费用共计约8.4亿元, 全线临时占地约77万平方米, 不再区分占地时间长短, 平均占地费约为1100元/m²。

(3) 交通导改费用, 包含交通导改及恢复、路灯改移及恢复、路面破除及恢复等相关全部费用, 全线共涉及交通导改20余处, 全线交通疏解、市政道路破复费用共计约4亿元, 平均每处交通导改总费用近2000万元。

(4) 管线改移费用, 全线管线改移费用约16亿元, 按37座车站及停车场、车辆段, 高架、明挖区间共4个, 暗挖区间19个按减半计算, 平均每座明挖车站管线改移费用约为3000万元。

(5) 拆迁费用, 全线拆迁补偿费合计约为46亿元, 若按全线施工总占地面积进行分摊, 平均约为6000元/m²;由于实际涉及拆迁的车站较少, 面积差异较大, 若按涉及拆迁车站施工占地面积进行分摊, 平均拆迁费用将达到20000元/m²以上。

北京地铁14号线共有明挖车站17座, 选取其中8座明挖标准车站进行造价分析, 八座车站平均建筑面积约为1.41万平方米, 平均建筑工程费约为1.73亿元, 经济指标约合1.23万元/m²。折合成1.50万平方米车站建筑工程费用为:1.73/1.41*1.50=1.84亿元。

明挖车站的施工场地较大, 施工占地面积按1.5万平方米计算。城区内明挖车站一般都涉及交通导改和管线改移, 且范围较大, 结合14号线工程经验, 按每座明挖车站2000万元和3000万元进行计算;拆迁费用暂时按总占地面积进行分摊得出的6000元/m²标准进行计算。具体施工场地费用计算见表2。

若不考虑拆迁成本, 每座明挖车站施工场地费用约为:1700+2000+3000=6700万元, 若考虑拆迁费用, 则为6700+9000=15700万元。

明挖车站不考虑拆迁时, 土建施工总费用为1.84+0.67=2.51亿元;考虑拆迁时, 总费用为1.84+1.57=3.41亿元。明挖车站土建施工总费用构成见图4:

由上图可以看出明挖车站造价受施工场地因素影响很大。当不考虑拆迁时, 交通导改、管线改移、占地费等占到车站土建投资的四分之一以上, 当考虑拆迁时, 占地拆迁及前期工作费用将占总投资的近一半。因此, 明挖工法的选用应充分考虑场地条件, 避免拆迁, 尽量减少交通导改及管线改移规模。

北京地铁14号线共有暗挖车站7座, 选取其中4座暗挖车站为例进行分析, 4座车站平均建筑面积约为1.67万平方米, 平均建筑工程费约为3.60亿元, 经济指标约合2.16万元/m²。折合成1.50万平方米车站建筑工程费用为:3.60/1.67×1.50=3.23亿元。

暗挖车站的施工场地较小, 按施工占地面积6000平方米计算, 占地面积约为明挖车站的40%, 交通导改、管线改移费用也按明挖车站的40%考虑, 具体施工场地费用计算见表3。

若不考虑拆迁成本, 每座暗挖车站施工场地费用约为:700+800+1200=2700万元, 若考虑拆迁费用, 则为2700+3600=6300万元。

暗挖车站不考虑拆迁时, 土建施工总费用为3.23+0.27=3.50亿元;考虑拆迁时, 总费用为3.23+0.63=3.86亿元。暗挖车站土建施工总费用构成见图5:

可以看出暗挖车站土建造价受施工场地因素影响很小, 交通导改、管线改移、占地费等在暗挖车站造价中占比很低。因此, 当存在拆迁, 或交通、管线复杂, 或用地成本较高时, 应优先考虑选用。

北京地铁14号线共有盖挖车站4座, 选取其中3座标准车站为例进行分析, 3座车站平均建筑面积约为1.50万平方米, 平均建筑工程费约为2.04亿元, 经济指标约合1.36万元/m²。

盖挖车站施工场地面积按10000平方米计算, 约为明挖车站的67%。盖挖车站的交通导改和管线改移的数量及范围比明挖车站也有所减少, 按明挖车站的70%考虑, 具体施工场地费用计算见表4。

若不考虑拆迁成本, 每座盖挖车站施工场地费用约为:1100+1400+2100=4600万元, 若考虑拆迁费用, 则为4600+6000=10600万元。

盖挖车站不考虑拆迁时, 土建施工总费用为2.04+0.46=2.50亿元;考虑拆迁时, 总费用为2.04+1.06=3.10亿元。盖挖车站土建施工总费用构成见图6:

由图6可以看出, 与明挖车站相比, 盖挖车站造价受施工场地因素影响大幅减小;盖挖车站土建工程费用又比暗挖低很多。因此, 在场地条件较好, 但交通导改较多、管线改移复杂或用地成本较高的区域, 盖挖工法综合成本更优。

地铁车站明挖、盖挖、暗挖三种主要工法的土建施工费用对比见表5, 为了更好地反映拆迁对地铁车站造价的影响, 拆迁费用分别按6000元/m²和20000元/m²两种标准进行测算。

由图7可以看出, 暗挖工法的土建工程费用最高, 但由于场地较小, 考虑施工场地的总造价增长较少;明挖车站的土建工程费用最低, 但由于施工场地面积大, 总造价受场地条件影响很大;盖挖车站的土建工程费用比明挖稍高, 但考虑场地成本时, 总造价相差不大, 随着现在大城市中心城区占地难度及商业补偿等成本大幅度提高, 在一些区域盖挖车站比明挖将更具综合成本优势。当考虑拆迁时, 明挖与盖挖车站造价增加更多, 当按实际成本20000元/m²考虑拆迁成本时, 盖挖车站和暗挖车站造价相近, 明挖车站由于拆迁成本大幅度增加, 总造价会更高。

(1) 地铁车站施工工法对造价的影响主要包括土建工程费和施工场地费用两个方面, 其中施工场地费用对中心城区地铁车站施工造价影响更大, 选择施工工法时应当综合考虑。

(2) 明挖工法造价中施工场地费占比较大, 因此选择明挖工法时应综合考虑交通导改、管线改移、临时占地、树木伐移等费用情况, 当场地条件优越, 前期费用较低时应优先选择。

(3) 暗挖工法土建工程费用较高, 但在三种工法中场地需求最小, 因此在场地条件较差, 交通导改、管线改移及占地费用较高, 尤其是面临拆迁时应优先选择。

(4) 盖挖工法土建费用高于明挖工法, 但场地条件要求比明挖低, 在交通导改、管线改移及占地费用较高的场地条件下, 综合成本有一定优势, 因此, 在中心城区尤其是商业区地铁车站施工时应优先考虑。